钢结构之高效率銲接技术

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1、鋼結構之高效率銲接技術 摘要近年來在日本由於都市土地取得不易及為了充分利用室內空間，鋼構大樓逐漸朝向高層化及大跨化發展之趨勢，相對的建物所使用之鋼板厚度也越來越厚。隨著鋼板厚度的增加，銲接所需之工時也將大為提高，為提昇施工效率節省人工成本，板厚50mm能以一道銲接完成的高入熱量潛弧銲接技術被成功的開發應用。而近年來我國也面臨了都市土地取得不易因此鋼構物必需往高層發展與人工成本高漲的問題，下游鋼結構業者對這種高效率銲接技術之需求日漸殷切。本文擬針對此項技術之特色，及其應用時可能面臨的問題及改善對策加以探討，以利於有興趣引進

2、此項製程技術之鋼構業者參考。壹、前言銲接為重工業上不可或缺的重要接合技術，舉凡鋼結構、造船業及製管業等領域都與銲接息息相關，因此銲接技術之良窳對構件之品質及其使用壽命具有舉足輕重的影響。對鋼結構之銲接而言，常用的方法有手銲、CO2銲接、潛弧銲、電渣銲及電氣銲等，各種方法有其適用之場合；因此銲接方法之選用宜從施工效率及銲接品質方面加以考慮，以達到高效率及高品質的目的。在日本近年來為有效利用土地空間，大樓高層化及大跨距已成為鋼構建築物之發展趨勢，相對的使用的鋼板厚度也愈來愈厚（1，2）。為因應這種趨勢，在銲接方法之應用也有相

3、當大的改變。例如在高層大樓箱型柱(BoxColumn)之銲接上，日本已發展出板厚50mm的鋼板能用1道(onepass)銲接完成的雙極高入熱量潛弧銲接；目前甚至連板厚70mm的鋼板也能1道銲接的三極潛弧銲接法也已被成功開發(3，4)，這種高入熱量銲接法之發展對提高銲接效率及節省施工成本有相當大的好處。而近年來我國也面臨都市土地取得不易，因此鋼構大樓必須往高層發展及人工成本高漲的問題，下游鋼結構業者對厚板能一道銲接完成之高入熱量潛弧銲接法之需求日漸殷切。本文以下將針對這種銲接方法之特色及其可能面臨的問題加以探討，以利其在國

4、內之推廣應用。貳、高入熱量與傳統銲接在鋼構箱型柱接合上之差異在鋼構箱型柱的銲接上，傳統的作法是先以CO2銲接打底後再以中入熱量潛弧銲接填滿銲縫。由於銲接道數多，因此作業時間相當長，再加上開槽面積大，所以銲材之消耗量也也很多；但若以高入熱量潛弧銲接施工的話，因其採用高電流作業，電弧穿透能力強，且熔填效率高，即使板厚50mm的鋼板也能1道銲接完成。圖1所示為高入熱量與傳統銲接方式在箱型柱接合之開槽形狀與作業時間之比較，圖中顯示，高入熱量銲接之開槽面積比較小，而且作業時間也比傳統銲接方式低；而且板厚越厚時作業時間減低的幅度越顯

5、著。表1所是為高入熱量與傳統潛弧銲接之銲接條件之比較，表中顯示，傳統潛弧銲接因熱量比較低，50mm厚的鋼板大約要14道才能銲接完成；反觀高入熱量銲接法因入熱量高達400KJ/cm，因此僅需1道就可填滿銲道。圖2所示為二種銲接方式之銲件巨觀金相的相片，圖中顯示高入熱量銲接之銲道完美性並不亞於傳統銲接法。參、高入熱量潛弧銲接之參數設計高入熱量潛弧銲接之施工效率雖然很高，但如果銲接條件選用不當，不但無法獲得最高的銲接效率，還會衍生銲道熱裂、夾渣及穿透不良等銲接缺陷，因此適當的參數設計乃銲接成功與否之基礎。以下將針對銲接參數對銲

6、道品質及施工效率的影響加以介紹：(一)極性配置方式之影響(5)：通常雙極潛弧銲接之極性配置方式不外乎是DC-DC，DC-AC及AC-AC等三種。就熔填效率(Depositionrate)而言，以DC-DC之聯接方式為最高，其次為AC-AC的方式，而以DC-AC之方式為最低。至於在穿透深度(Penetration)方面，以DC-AC的方式最深，DC-DC之聯接方式居次，而以AC-AC者為最淺。在這三種聯接方式之應用場合方面，DC-DC之聯接方式於銲接時易生偏弧現象(Arcblow)，較適合使用在接頭型式較單純之銲接。至於D

7、C-AC之方式則適合應用於大的穿透深度及需要熔填大量銲道金屬之場合，如厚板箱型柱之銲接。而AC-AC之聯接方式因其對銲接時之偏弧現象不敏感，因此可應用於結構件形狀複雜而銲接時易生偏弧之處。(二)電流之影響(6，7)電流為重要的銲接參數之一，其對銲接入熱量及穿透深度之效應如式(1)及式(2)所示。HI：入熱量(J/cm)E：電壓(Volt)I：電流(Amp)V：銲速(cm/min)P：穿透深度(mm)K：與銲藥種類有關之常數由(1)、(2)二式可知，銲接入熱量及穿透深度會隨電流的增加而提高。此外，由(2)式也可看出電流是主

8、宰穿透深度之主要參數。對於雙極潛弧銲接而言，前導電極(Leadelectrode)之作用在於穿透，而尾隨電極(Trailelectrode)則在於熔填銲道金屬及修飾前導電極銲接所生成柱狀晶之生長方向。因此一般而言，前導電極之銲接電流都比尾隨電極來的高以獲得足夠之穿透深度。至於二極電流比(I1/It)則應從銲道熱裂之防