TWI607822B - 用於電弧植釘銲接之二氧化矽基質的引弧劑 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種引弧劑,尤其是一種用於電弧植釘銲接之引弧劑。
電弧植釘銲接(arc stud welding)係將一緊固件(fastener)之銲接部接觸於一金屬工件之銲接區,待導通電流後,先將該緊固件提升離開該金屬工件,以使該緊固件與該金屬工件之間引發生成電弧(electric arc),進而同時熔融該緊固件之銲接部及該金屬工件之銲接區,最後再施加一壓力至該緊固件,以使該緊固件之銲接部壓入至該金屬工件之銲接區。舉例而言,該緊固件通常為螺釘或螺柱,該金屬工件則為金屬板或金屬管。
於實務上,通常使用一電弧植釘銲接系統設備輔助接合程序,該電弧植釘銲接系統設備藉由一銲槍固持該緊固件,當啟動該電弧植釘銲接系統設備之開關後,即導通電流,且該銲槍中之推拉機構將緊固件提升離開金屬工件時,將引發生成電弧,進而同時熔融該緊固件之銲接部及該金屬工件之銲接區。當該推拉機構按預定時間釋放一作用力時,該推拉機構將迫使該緊固件壓入至該金屬工件之熔池,最後斷電冷卻後即形成接頭。上述植釘銲接係為一種高效率之緊固件接合方法,現已廣泛應用於船舶遊艇、土木營建、建築橋樑、機械設備、化工設備及電力設備等。
惟,針對直徑較大之緊固件,常須先於其銲接部之中心開設一小孔,並於該小孔鑲嵌一引弧結(ignition tip),方能容易引發生成電弧而完成接合程序。若未外加引弧結,則難以引發生成電弧,該緊固件及該金屬工件皆不易熔融,而無法緊密接合該緊固件及該金屬工件。惟,上述外加引弧結之工序繁瑣耗時且製作成本較高,大幅降低銲接效率且提高施銲成本。
為解決上述問題,本發明提供一種用於電弧植釘銲接之二氧化矽基質的引弧劑(ignition flux),將該引弧劑塗佈於一金屬工件,無需於一緊固件外加引弧結,即能夠直接完成緊密接合。
本發明之用於電弧植釘銲接之二氧化矽基質的引弧劑,包含以重量百分比計為30~55%之二氧化矽、30~55%之氧化鎳、10~35%之三氟化鋁及5~25%之二氟化鎳。藉此,能夠容易引發生成電弧,無須外加引弧結於該緊固件,即能夠直接完成緊密接合,達成簡化電弧植釘施銲程序及提高接頭強度之功效。
1‧‧‧引弧劑
2‧‧‧金屬工件
3‧‧‧緊固件
第1圖:本發明引弧劑之使用示意圖。
第2圖:第A1組(同第B1組)之銲件剖面圖。
第3圖:第A2組之銲件剖面圖。
第4圖:第A3組之銲件剖面圖。
第5圖:第A4組之銲件剖面圖。
第6圖:第B2組之銲件剖面圖。
第7圖:第B3組之銲件剖面圖。
第8圖:第B4組之銲件剖面圖。
第9圖:第C1組之銲件剖面圖。
第10圖:第C2組之銲件剖面圖。
第11圖:第C3組之銲件剖面圖。
第12圖:第D1組之銲件剖面圖。
第13圖:第D2組之銲件剖面圖。
第14圖:第D3組之銲件剖面圖。
第15圖:第D4組之銲件剖面圖。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂,下文特舉本發明之較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下:本發明提供一種用於電弧植釘銲接之引弧劑,其包含以重量百分比計30%以上之一活性成分;本發明另提供一種利用該引弧劑之電弧植釘銲接方法,包含提供一緊固件及一金屬工件,將上述用於電弧植釘銲接之引弧劑塗佈於該金屬工件之銲接區,並施加一電流,以於該緊固件與該金屬工件之間引發生成電弧,直至該緊固件之銲接部及該金屬工件之銲接區皆呈熔融狀態,續施加一壓力使該緊固件之銲接部壓入至該金屬工件之銲接區。
詳言之,該引弧劑之活性成分係選自由二氧化矽(SiO2)及二氧化鈦(TiO2)所組成之群組。舉例而言,係能夠使用100%二氧化矽或100%二氧化鈦作為該引弧劑;或者,能夠以任何比例混合二氧化矽及二氧化鈦,以共同使用。由於二氧化矽及二氧化鈦具有低鍵解離能之特性,故於一電流之作用下,能夠迅速解離而引發生成電弧。同時,二氧化矽及二氧化鈦具有提高熔透深度之特性,進而能夠提升銲接強度。
此外,該引弧劑另能夠包含一二元化合物(binary compound),所述二元化合物係指由兩種不同原子所組成之化合物,例如
氧化鎳或三氟化鋁等。其中,該二元化合物之鍵解離能必須低於該活性成分之鍵解離能,故於通電時,該二元化合物會先解離,續帶動該活性成分解離,除了能夠容易引發生成電弧外,亦可提高該電弧溫度,再藉由該活性成分之作用,大幅提高熔透深度。更詳言之,該二元化合物可以為氧化鎳、三氟化鋁、二氟化鎳、氧化錳、三氧化二鉻、氧化鋅、氧化鈷、氧化鐵、三氧化二鐵、四氧化三鐵、一氧化二銅或其組合,本發明不加以限制。
於本實施例中,係選用以重量百分比計為30~55%之二氧化矽、30~55%之氧化鎳、10~35%之三氟化鋁及5~25%之二氟化鎳作為該引弧劑,或選用以重量百分比計為30~55%之二氧化鈦、30~55%之氧化鎳、10~35%之三氟化鋁及5~25%之二氟化鎳作為該引弧劑。藉由上述組成及配比,能夠容易引發生成電弧,並提高該電弧溫度,進而大幅度提高熔透深度。該引弧劑可以為顆粒或粉末狀,較佳可以為均勻細粉,以容易引發生成高溫電弧。
本發明之電弧植釘銲接方法,係使用上述之引弧劑,以將該緊固件接合於該金屬工件。其中,該緊固件可以為金屬材質之螺釘、螺柱或適用於銲接之螺帽等;該金屬工件通常為金屬板件,或可以為金屬管等,在此不加以限制。於施銲前,可以視情況預先清潔該緊固件及該金屬工件,例如以易揮發溶劑清除表面污物或油脂,或者藉由噴砂、拋光等方法去除表面銹斑。
接著,如第1圖所示,係將該引弧劑1塗佈於該金屬工件2之銲接區。再者,塗佈該引弧劑1之面積較佳係略大於該緊固件3之尺寸。其中,當該緊固件3為一螺釘或螺柱時,其銲接部通常為該螺釘或螺柱之一錐面,當該緊固件3為一螺帽時,可以為該螺帽之一底面等;而該金屬工件2之銲接區則通常為一平坦之表面或一弧形之曲面。該引弧劑1可以先與一溶劑混合形成泥漿狀,再以一毛刷塗刷於該金屬工件2之銲接區。
該引弧劑1亦能夠直接以粉末型態,灑佈於該金屬工件之銲接區2。
於塗佈該引弧劑之後,再將該緊固件之銲接部接觸於該金屬工件之銲接區,並施加一電流至該緊固件,使該電流經該緊固件且導通至該金屬工件。於施銲時,係能夠將該金屬工件置於地面或固定於一支架上,並以一銲槍固持該緊固件,同時藉由該銲槍導通一電流於該緊固件。於導通該電流之狀態下,使該緊固件離開該金屬工件,例如藉由移動或抬升該銲槍以調整該緊固件及該金屬工件之距離。於此同時,該緊固件之銲接部與該金屬工件之銲接區之間將引發生成電弧,藉由高溫電弧之作用下,使該緊固件之銲接部熔融形成一銲池,並使該金屬工件之銲接區熔融形成另一銲池。對應所選用之引弧劑成分及該緊固件之直徑,可以調整銲接電流、銲接時間及抬升距離等參數,以改變該緊固件及該金屬工件之熔融程度,適應不同應用需求。
當該緊固件之銲接部及該金屬工件之銲接區皆呈熔融狀態時,將該二銲池互相接觸,並施加一壓力以壓合該緊固件及該金屬工件,使該二銲池互相熔合,進而於該二銲池冷卻後,使該緊固件之銲接部接合於該金屬工件之銲接區。舉例而言,係藉由該銲槍使該緊固件移動至接觸於該金屬工件,並藉由該銲槍施加一壓力,緊密接合該緊固件及該金屬工件。
於上述銲接過程中,另能夠於塗佈該引弧劑後,先將該金屬工件及該緊固件置入於一惰性氣體環境中,再於該惰性氣體之保護下進行後續步驟,以避免該緊固件及該金屬工件於銲接過程中產生高溫氧化現象。或者,係能夠於塗佈該引弧劑後,以一陶瓷環包覆該緊固件之銲接部及該金屬工件之銲接區,再於該陶瓷環之保護下進行後續步驟,以避免該緊固件及該金屬工件於銲接過程中產生高溫氧化現象。
藉由該引弧劑之使用,而無須對該緊固件進行引弧結之加工
製作,即能夠直接完成緊密接合,能夠提升銲接效率及降低施銲成本。再者,於該電弧植釘銲接方法中,藉由該引弧劑之使用,能夠容易引發生成電弧,並提高該電弧溫度,進而大幅提高熔透深度。
為證實本發明之引弧劑確實能夠提高熔透深度,遂進行下述實驗:
(A)選用二氧化矽作為該活性成分
本實驗係以二氧化矽作為該活性成分,分別以如下第1表所示之配比,配製第A2~A4組之引弧劑,分別以本發明之方法進行電弧植釘銲接測試,第A1組則不使用引弧劑。本實驗中係以M6植釘作為該緊固件,並以厚度為2mm之不銹鋼板作為該金屬工件,以電弧植釘機進行銲接。銲接條件為銲接電流300A,銲接時間0.4秒,抬升距離2mm。銲接完成後分別切取第A1~A4組之銲接試件,以金相顯微鏡拍攝銲道形態,如第2~5圖所示。
由第2~5圖可見,未使用引弧劑之第A1組(第2圖),其熔透深度較低,將導致接頭強度不足;使用100%二氧化矽作為引弧劑之第A2組(第3圖),則熔透深度明顯提升,已能夠實際運用於植釘銲接中;以35%二氧化矽搭配其餘二元化合物之第A3組(第4圖),則能夠更進一步提高熔透深度,進而大幅提高接頭強度;而使用低於30%二氧化矽之第
A4組(第5圖),相較於未使用引弧劑之第A1組,其熔透深度則並未顯著提升。
(B)選用二氧化鈦作為該活性成分
類似上述(A)實驗之內容,本實驗改以二氧化鈦做為該活性成分,分別以如下第2表所示之配比,配製第B2~B4組之引弧劑,分別以本發明之方法進行電弧植釘銲接測試,第B1組則不使用引弧劑。銲接條件皆與上述(A)實驗相同,並於銲接完成後分別切取第B1~B4組之銲接試件,以金相顯微鏡拍攝銲道形態,如第2及6~8圖所示。
類似地,由第2及6~8圖可見,未使用引弧劑之第B1組(與第A1組相同,第2圖),其熔透深度較低,將導致接頭強度不足;使用100%二氧化鈦作為引弧劑之第B2組(第6圖),則熔透深度明顯提升,已能夠實際運用於植釘銲接中;以35%二氧化鈦搭配其餘二元化合物之第B3組(第7圖),則能夠更進一步提高熔透深度,進而大幅提高接頭強度;而使用低於30%二氧化鈦之第B4組(第8圖),相較於未使用引弧劑之第B1組,其熔透深度則並未顯著提升。
(C)電流強度之影響
以未使用引弧劑之第C1組作為對照組,另取用上述第A3組之引弧劑作為本實驗之第C2組,上述第B3組之引弧劑作為本實驗之第
C3組,分別以本發明之方法進行電弧植釘銲接測試。本實驗將銲接電流調整為400A,其餘條件皆與上述(A)實驗相同。銲接完成後分別切取第C1~C3組之銲接試件,以金相顯微鏡拍攝銲道形態,如第9~11圖所示。
就未使用引弧劑之組別,對照使用銲接電流為300A之組別(第A1組,第2圖)及使用銲接電流為400A之組別(第C1組,第9圖)可見,當銲接電流增大時,其熔透深度僅些微提升,仍無法符合銲接標準。對於使用引弧劑之組別,對照使用銲接電流為300A之組別(第A3及B3組,第4及7圖)及使用銲接電流為400A之組別(第C2及C3組,第10及11圖)可見,藉由調整電流強度能夠改變熔透深度,以符合應用所需。
(D)緊固件尺寸及電流強度之影響
於本實驗中,以未使用引弧劑之第D1及D3組作為對照組,並取上述第A3組之引弧劑作為第D2及D4組。本實驗選用M4植釘作為該緊固件,並將第D1、D2組之銲接電流設定為250A,第D3、D4組之銲接電流設定為300A,其餘條件皆於上述(A)實驗相同。銲接完成後分別切取第D1~D4組之銲接試件,以金相顯微鏡拍攝銲道形態,如第12~15圖所示。
由實驗結果可知,於250A之銲接電流下,未使用引弧劑之組別(第D1組,第12圖)之熔透深度較低,將導致接頭強度不足;而使用引弧劑之組別(第D2組,第13圖),則具有良好的熔透深度。另對照
於300A之銲接電流下,雖然電流上升能夠使未使用引弧劑之組別(第D3組,第14圖)之熔透深度上升,惟仍未能達到使用引弧劑之組別(第D4組,第15圖)之熔透深度。因此,本發明之引弧劑確實能夠提高熔透深度,同時能夠相對地降低所需之電流強度。
綜上所述,本發明之用於電弧植釘銲接之引弧劑,藉由包含以重量百分比計為至少30%之該活性成分,並且使用二氧化矽、二氧化鈦或其組合作為該活性成分,而能夠容易引發生成電弧,並提高該電弧溫度,無須外加引弧結於該緊固件,即能夠直接完成緊密接合,達成提升銲接效率及提高熔透深度之功效。
此外,本發明之用於電弧植釘銲接之引弧劑,藉由另包含該二元化合物,且該二元化合物之鍵解離能低於該活性成分之鍵解離能,能夠容易引發生成電弧,更進一步達成提升銲接效率之功效。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內,相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
Claims (1)
- 一種用於電弧植釘銲接之二氧化矽基質的引弧劑,包含以重量百分比計為30~55%之二氧化矽、30~55%之氧化鎳、10~35%之三氟化鋁及5~25%之二氟化鎳。
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TW105143543A TWI607822B (zh) | 2016-03-17 | 2016-03-17 | 用於電弧植釘銲接之二氧化矽基質的引弧劑 |
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Citations (2)
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TWI377106B (en) * | 2009-12-15 | 2012-11-21 | Univ Nat Pingtung Sci & Tech | Antiseptic welding flux with silver content for stainless steels |
CN104942480A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-09-30 | 东莞市千岛金属锡品有限公司 | 一种用于不锈钢软钎焊的固态助焊剂及制备方法 |
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- 2016-03-17 TW TW105143543A patent/TWI607822B/zh active
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CN104942480A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-09-30 | 东莞市千岛金属锡品有限公司 | 一种用于不锈钢软钎焊的固态助焊剂及制备方法 |
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