钢结构之高效率焊接技术

1、情之高效率罅接技衔摘要近年来在日本由於都市上地取得不易及卷r充分利用室内空R5.御横大槐逐渐朝向高网化及大跨化 强展之趣势，相御的建物所使用之SH板厚度也越来越厚。随著钢板厚度的增加，钾接所需之匚略也符大卷 提高，卷提昇施工效率耸省人工成本，板厚50mm能以一道钾.接完成的高入热量潜弧钾接技街被成功的 段座用。而近年来我阈也向陶r都市土地取得不易因此纲描物必需往高厨赞展典人工成木而法的冏侬， 下游期结横篥者封道槿高效率钾接技价亍之需求日渐殷切。本文擦斜射此技街之特色，及其愿用师可能而 曲的冏题及改善刿策加以探剂，以利於有典趣引选此I乱概程技街之髭I横蕖者等考。壹、前言钾接四重工 蕖上不可或缺的

2、重要接合技f标，聚凡纲结楮、造船篥及裂管蕖等领域都典钾接息息相嗣，因此钾接技桁之 良於有檎件之品及其使用奔命具有聚足轻重的影奔。射弱结檎之钾接而言，常用的方法有手钾、C02SV. 接、潜瓠钾.、电渣钾及近氯葬等，各撞方法有其遹用之埸合：因此钾.接方法之选用宜优施工效率及钾.接品 方面加以考点，以遂到高效率及高品的目的。在日本近年来卷有效利用土地空大梗高周化及大 跨距已成四弱横建箓物之校展趣外.相声的使用的弱板厚度也愈来愈厚(1，2) o卷因I假造桂超劳，在钾. 接方法之窸用也有相常大的改变。例如在高用大接箱型柱(Bo工Column)之锦接上，日本已强展出板厚50mm 的弱板能用1道(one p

3、ass)转接完成的箜禄高入热反潜孤钾.接：目前甚至速板厚70mm的踞板也能1道钾 接的三椀潜弧转接法也已被成功出J段(3, 4),道槿高入热量钾接法之赞展封提高钟接效率及耸省施1：成本 有相常大的好虑。而近年来我国也向限都市土地取得不易，因此纲横大馁必须往高乐联展及人工成本高涨 的冏题，下游纲结横桀者封厚板能一道钟.接完成之高入熟型潜弧绊接法之需求日渐殷切。本文以下符$十 封道槿舞接方法之特色及其可能面施的冏想加以探制，以利其在园内之推成雁用。贰、高入热量典停统 筹接在翻横箱型柱接合上之差奥在纲檎箱型柱的钾.接上，僖统的作法是先以C02钾接打底彳灸再以中入熟 量潜孤钾接填满钾缝,由於钾.接道数

4、多，因此作桀贷WJ相富,艮，再加上槽面植大，所以钾.材之消耗量也 也很多：但若以高入热量潜弧转接施【的方心因其探用庙本流作桀，本弧穿透能力强,且熔填效率高，即 使板厚50mm的飙板也能1道钾接完成。园1所示卷高入热量典傅统葬接方式在箱型柱接合之I川槽形状典 作篥【用川之比敕，圜中示，而入蚣至钾.接之B月槽面稽比较小，而且作渠略周也比傅统钾.接方式低：而且 板厚越厚瞄作桀畤惜减低的懈度越著。表1所是卷而入热量典停统潜瓠钾接之钾.接修件之比敕，表中颗 示，停统潜弧转接因热盘比较低，50nlm厚的锯I板大.的要14道才能钾接完成：反而入热量钾接法因入熟 员而速400KJ/cm,因此他需1道就可填满钾

5、.道。周12所示卷二罹葬.接方式之钾.件巨猷!金相的相片，圄中 .哪示高入热量转接之锦道完美性或不生於停统钾接法。C5 + SAW混用法ffiPA明槽形状104035-45* rd603Cr-35-PF中道潜弧件EXJE宏耀殳1高入釉量典僖统舞接方式在箱型柱金呈接 之黑I槽形状奥作案畤之比敕表1停统典高入热量皆弧接之接教T比鞍知接方法撞性甯流(A)甯直(V)卸速 (crn/niin)入热量 (kj/cm)博统奔接DCAC70075032乂5056M高入热量鳏陵DCAC2000160036822MO1:扳厚 5Qmm。0 2傅统舆高入热量曼撷潜弧接之睥件巨践金相照片Ta)傅统普弧舞，高入热量潸弧

6、蜉缸高入热量潸弧筹接之高入热量潸弧葬接之施1：效率赛:然很高，但如果钾.接脩件送川不常，不但触法独得最麻的钾接 效率，遨作衍生钟道热裂、灾渣及穿透不良等钾.接缺陷，因此逾富的参数乃葬接成功典否之基磁。以 下招斜封界接台数封钟道品及施【效率的影耨加以介貂：(-)趣性配置方式之影辨(5)：通常曼栖潜 孤钾接之撷性配置方式不外乎是DC-DC, DC-AC及AC-AC等三，鱼 就熔填效率(Deposit ion rate)而言，以DC-DC之稀接方式43最高，其次卷AC-AC的方式,而以DC-AC之方式卷最低。至於在穿透深度(Penetration) 方面，以DC-AC的方式最深，DC-DC之聊接方式

7、居次，而以AC-AC者悬最涤。在追三罹琳接方式之感用埸 合方面，DC-DC之璘接方式於转接H寺易生偏瓠现象(Arc blow),敕通合使用在接旗型式较单触之钾接。至 於DC-AC之方式即遹合堰川於大的穿透深度及需要熔填大量钟道金斶之塌合，如厚板箱型柱之钾.接而 AC-AC之稀接方式因其举饰.接口寺之偏弧现象不敏感，因此可蚓II於结椅件形状极貌而钾接畤易生偏弧之虎。 (二)甯流之影等(6, 7)本流卷重要的钾接参数之一，其封钾.接入热量及穿透深度之效感如式及式(2)HI = 60 EI V.-r.-r.r.-r,-r,-r.-r()所示。HI：入熟里(J/cm) E：本!磐(Volt) I：(J

8、，、3P = K (2)I ,J电流(Amp) V：钾.速(皿min)P：穿透深度(mm)K：典葬桑槿有题之常数由(1)、(2)二式可知，钾.接入热量及穿透深度曾储汇流的增加而提高此外，由(2)式也可看出近流是主宰穿透深度之主要参数。列於曼撷潜弧钾.接而言，前呼宣撷(Lead electrode) 之作用在於穿透，而尾随庵:撷(Trail electrode)即在於熔填葬道金璃及修前呼而梅钾.接所生成柱状晶 之生是方向。因此一般而言，前湃甯椀之钟.接近流都比尾随电检来的高以假得足别之穿透深度。至於二撷 甯流比(Il/It)即庶优舞道热裂之防止及穿透等方面来考施圄3所示卷Il/It比他射穿透.葬

9、道宽度及 Wc/W比值之影等，通常卷/防止钾.道热裂之彝生，Wc/W(Wc：板厚中心之葬道宽度，W：钾道之最大支度)之比值速在以上，此外卷瘦得足为)的穿透.穿深量需在6mm以上。卷/满足上述的要求,二极近流比愿控o o o o o O 6 4 2 2 17 UE/-械妈腺(EE)Bfe8 6 4 * o o O Al/OM0.200.5 0.60.7 0.8 0.9 1.0电流比It/I二撷重流比罂脩旱道形阱犬参数之影警.产臧）电蜜之影套宣整43算接施I：中之另一何重要参数，随著电整的昇高何提高钾接入热量但郤J佛降低穿透深度（如 式（1）、（幻所示）。以外，随著近婚的增加曾降低钾道高度及增加钾

10、道克度。封曼趣滞弧钾接而言，通常 尾随电椀之电里都比前冲宙撷高，以瘦得平整美Si之钟.道。（四）锦速之影瓣通常随著钾速的增加曾减低 再接入熟量及穿透深度（如式（1）、（2）所示），此外钾道高度及近度也曾随著转速的提高而降低。造造一步 提高转速I恃鱼造成算触（Undercut）现象，因此钾.接速度宜斜封板厚及I用槽大小作遹度的副整。（五）标【用 距雒之影警（8）禄福J距髅封转道热裂有著的效携，其封钟道熟裂之影您如园4所示。园中教示，富栩WJ 距雒款定在5070mm畤，钾道柱状晶呈现往算道上方生畏的方式，因此可以防止算道中心熟裂之生成。追 是四悬常秘I司距雒位於此一靶困H寺，原先前醇电标所熔填而朝

11、钟道中心生艮之柱状晶尾演电趣之重熔 彳炎，改箜其原来之生长:方向而朝转道上方生艮，道植柱;伏晶之生艮方式可以减低新元素（如FeS）在算道 中心的偏析，因此可防止热裂的凌生，然而富桓UHJ距蹄大於或小於最佳值畤.酹使柱状晶朝葬道中心生艮,尾隆语趣熔填 之鳏道金斶解京椀熔填 蓼逑乏与道金康最佳趣冏距解50-70mm趣I司距雕小於40mm趣fIJj距船大於80mm不利抗熟裂性。4距蹄堂堆旱道热裂之影警(六)钟蕖覆痣高度之影羯(3)钾藻覆前高度封钟.道外S1有相常大的影舞，富邀益高度太高H寺，葬接所生成之虱他不易 跑出，因而形成粗造之钾道外假：此外也畲使舞道宽度变窄及转道高度箜得非常的高。然而若钾原覆

12、然而度太浅畤，符形成激烈之吹弧现象，使熔填金膜往上喷淡.因而造成御道向中央突起的情形。此外谩低的 钟差覆荔高度也容易形成蛇行钾.道，碑致葬道二保融合不良的现象强生。通常钾槃漫/高度典板厚度有 嗣，若纲板之厚度悬t,即最逾之葬桀覆益高度於J卷t加(TlO)mm。(七)甯插突伸星之影奔(9) 一般而言, 甯懈突伸盘越艮，熔填量越高，道是因卷本趣突伸量越良暗，本阻加热之效鹰越高所致。I阳於窗椀突伸量 典走阻加熟的嗣保可用式(3)表示H：焦耳熟P：舞然之电阻保数D：钾直很L：本撷突伸至由式(3)可知,随著突仲量的增加，钾受本阻加蚣的程度愈 高,因此熔填率愈高。封箜检而入处量潜孤钾接而言，SV突伸量幺勺

13、悬钾名泉直的10、13倍。(八)钾.接 完成畤之收尾鹿理算接完成师之收尾鹿理相常重要，若鹿理不常插易衍生钾接缺陷，现;格虚理的步骤列 述如下：(a)常前冲声:检到连收尾湃板(End tab plate) 招转檄甯源切断，但锦接台卑缰绷往前行 走。0)常尾随雷亚也到逢收足总板畤，先停止钾接台隼之行走，但溪钾.接近弧持缎崖生。在钾接近瓠 持g勺5,秒彳炎，再切甑其施源，如此可使收尾所残留之葬疤(Cracter)被完全填满。(c)若未能硅资遵 行上述的步符羟生如圜5所示K且深的葬.疤，使熟裂缺陷在此鹿衍生暹行而延伸到整他钟.道。所以上述、(b)二里步班必当嬲 加遵行以阐呆钾.道品赞。5潸弧金星接收尾

14、虞之集道熟裂肆、裔入燃量潜弧钾接所而陶之冏超助而入热量潜孤葬.接之效率野然很高，但若是钾接修件或是钾材及钠I板送 用不常的易崖生钟道越裂及熟影显赳1脆化冏题。阚於热影等展脆化周题已有靠文言木文中不 再介貂,以下符金十封锦道熟裂冏期作迤一步的探制。钟道熟裂的巨微S1组缀照片如园6所示，由巨照片 可看到熟裂是强生在钟道中心最彳爰凝固的位置(如圄6(a),以及凝固树枝状结晶的界面(圄6(b),也就 是低熔融履元素偏析最盛重的地方。在破裂面的短察中可清楚看到凝固榭枝状结晶的特徵(留6(c)、(d),由上述的特徵，可判断其形成的原因是在钾道金展凝固的末期，由於粒界低熔钻的富集，造成界面结合力不足，再加上

15、钾接所衍生热感力的作用,而引接此硬裂奴(10-12)。至於影合此槿足接缺陷之国素有钾道成份，钾道的凝固型憩及钾道的拘束度等三他1因素，以下聘选一步介绍追些因素封熟裂之影舞:6-(a) (b)转道热裂的巨凝组凝照片6-(c) (d)算道熟裂的微纽缄照片钾道成份之影羯钟道成份引热裂之影梦，一般可以热裂敏感指檄(5nt Crack Susceptibility, UCS)来押估。牌道成份的UCS值越低，即JUCS=230C+19Q+75 尸+45 淞- 12&5.5 跖一 1 (4)强生热裂之械率越低c由UCS公式中级4示最易助发钾道彝生热裂之元素是C及S。置7所示是钾.道然裂比例典转道碳含量的加M

16、系圈(13),可看到富算道之碳含量在以下且硫含量不超 lOOppm贷不含强生热裂, 但是常.碳含量超谩畤，即使硫含量低於50Ppm亦曾呼致热裂的强生，因此在熟裂缺陷的防止上，感儡可 能降低钾道之碳及硫含量.至於钟.道成份典弱板母材成分有何网聊，道其中就奉涉到钾接稀释率的冏题， 所招稀裨率如圈8所示是锦道金斶中来自被雷弧热所溶解刷板母材所估之比例，因此钾接之稀样率越大， 母材被熔入的量就越大，由园8也可清楚看出，随著钾.接入热量的增加，纲板被熔入钾道的量越大，使得 稀稀率戚著的增加。由於一般纲板的碳含量基於母材械械强度的考虑要比钾高出:午多，此钾接的稀稀 作用愈造成钾道碳含量著增加，道也就是悬什

17、麽在高入热量钾.接作菜下，因稀释增加碑致葬道容易羟生()硫含量.(76)(39)(但)(39)A(42)(80) (40)0 - ： (34)I I22)0.110.120.130.140.15碳含城(%)熟裂的原因。7米旱道熟裂比例舆全早道碳含量之131系稀禅率(Dili汨on)f=部板熔入的面横/羿道面殖窕接入热量(kj/cm)根揶馁里不i或定律，钾.道稀稗率典入置8霹接稀释率示意13及铸接稀释率舆 $早接入瓢量之保圜热量之网彳系式以及之界道曲界碳含量，建立/强生钾.道热裂之陶界入热量Hi典纲板碳含量Cp及钾织碳取4220- 56Cp - 1134Civ /q? - Civ.(5)含量Cw

18、之嗣保利用上述的除H系式可以推测常悯板之碳含量降低到以下，而钾.综之碳含量降低到畤，即使钾接入热量高建580KJ/cm解道亦瓢段生燃裂之虞。钟道凝固型憩之影解(11)解道凝固型能主要是受到钾道的形状所支配，卷门城低 算道熟裂生成的械率，钟道柱状晶之生反方向德朝向钾.道上方生艮而非朝葬道中心生是。通常柱状晶朝钾. 道上方生艮的方式典穿透深度较浅之舞池(Weld pool)有嗣。至於钟道柱状晶朝钟.道中心生辰的方式典穿 透较深之转池有网。以下招斜射影睿钾道凝固型憩之因素加以介貂。(a)算道深/克比值之影警通常提高 转道之深/竟比值曾提昇转道热裂敏感性，道是由於葬道之凝固型魅受到改变，使得柱状晶之生

19、艮方向由 偏平斜?道H寺向上生艮改箜悬深钟道师之朝中心生长。道槿柱状晶朝钟道中心生丧的方式不但使元素（如S、P）在中心偏析的阳向更卷殿重，而且葬接的收缩庶箜也曾也曾集中在钟道中心的显域，掣致热裂 政感性的提昇。钾.道凹凸程度之影容通常上凸形（Conve工-tapped）钾道也就是所揪遗度熔填之钾道刿 熟裂有较佳之抵抗性，道是因四少学午的凝固收可藉此槿谩度熔填之钾道猴得调整,然而内凹型钾道即 有搀|用（Open up）中心收鹿之倾向，而且造槿内凹型钾道之柱状晶易於朝向钾道中心生辰，所以封熟裂 之抵抗性申交低。（c）钾接速度之影舞一般而言，高葬速比低葬速畤更容易引起葬道热裂，道是因卷提高 转接速度

20、曾改爰钾池形状及雌元素在钟道中之分伟型憩所致钾接速度御钾池形状及元素分傣型 憩之影舞所园9所示，园中儆示在低钾速食呈现椭圆形（EllipicaD葬池，其葬道拄状晶是朝著钾接方向 生依（上祝园），造神方式使辞道中之元素呈现random的分怖而非聚集在钾.道中心，因此辇寸熟裂之 抵抗性高：反凝在高钾.速畤呈现波滴形的转池，其柱状晶之生代朝钾道中心货展，使得FeS之的低融 玷就馁在凝固之最彳令陷段残留在钟道中心，因此波滴形之钾.道抗热裂性低。溶接方向（液相）a：x二溶接部中央溶接金豳(MnS)_溶接方向 / (MnS)（液相）（MnS）-溶接部中央溶接金斶9金呈接速度封碧池形戕及疏化物分饰之影警，转

21、接鹰箜之效鹰（a低蟀速（描剧形魂池），伯）高蟀速戾滴形舁池）转接蔗变是来自於转道金腐之凝固收缩所造成。嗣於钾.接帙箜量舆钾道第裂尺度之悔M系如冏io所示，可 清楚看出随著悉婆里的增加，然裂的敏感性随之昇高（11屋WELDING CONDITIONSSYMBOLI (A)E(V)v( num/min )SS41_A55C|HT4Q250IS1509Qd300u100, 10 5 0 5 2 110 二三赵岖藻*Y瑞CARBON & LOW ALLOY STEELS: 9mm t2.0通常影樨绊接感00 0.51.01.5施加魔夔屈（%）m io is燮量封霹道熟裂之影箜大小之伙I素有以下黑J（a

22、）纲板厚度效感：通常S?接感燮里舍随板厚的增加而熠加，因而提高熟裂之 敏感性。此外於刷板的生羟遗程中，随著板厚的增加，卷r雉持窸有的横械强度，踞板的碳含量也作提 高,因此钾道的热裂敏感性仰琏板厚的增加而提高。（b）母材之强度效德：一般而言，即使在相同之葬 道成份下，钟道蚣裂敏感性作随母材降伏强度的增加而提高。道是由於强度较高的母材比较不易襁倒w 转道凝固收所羟生之窸箜所致。（c）3熟之效鹰：很熟封钾道热裂之影舞更新，通常卷r防止钾件 的变形而施加充分的拘束热封热裂之减触有正面的效果，而且整眦的均勺颈熟比局部熟来得 更卷有效。然而，在钾件拘束较弱的埸合，熟WJ曾呼致扭曲燹形的羟生，以致於搜网接碉

23、冏隙而提昇 转道热裂敏感性，w此覆熟封绊道蚣裂之影密祝钾件之拘速程度而定。伍、钾.道热裂之防制於钟道 熟裂的防制可优钟道成分（舆纲板及钾.材有嗣）及/或是钾.道之凝固型感控制著手。（一）转道成份控制：由 耸之明可知，葬道的CCS指椽主要是受到SH板及钾.材成分的影密。卷减低钾道然裂生成的檄率，於封 接钟.畤（Butt Welding泄，UCS指椽通常控制在25左右：而在填角钾接（Fillet Welding）H*r CCSg勺控制在 19%左右。然而在热裂敏感性高的钾.接作桀僚件畤（如厚板、高拘束度、高的钾.道深/克比值）用JUCS指楝 要比上述的正常值低：至於在热裂敏感性较低之作蕖修件（如薄

24、板、低拘束及低的钾道深/克比值）刖可允 ）午较高的UCS值。另外板及钾.缘之成分来看，富铜板及钾综之碳含量分别控制在及%以下，即可大 幅降低钾道熟裂敏感性。（二）转道凝固型憩之控制：钾道凝固型憩之控制在於使钟道柱状晶之生是方向 朝舞道上方而非钟道中心生是，此可由二帧近流比及检冏距触之洲整来您得。陛、而入热生舞接之葬 材选用而入蚓量潜弧钾接在日本已腐泛被鹰用於箱型柱及H型纲的钾接.卷满足钾.接作桀及钾道性之 需求，一系列而入热量算接用钾材已被成功网赞。此项技街在园内推质之初，因钾接材料完全受制於日本, 使得下游纲檎桀者不敢贸然探川。r使道现高入热里转接技彳行能在阈内枢!利推施庶用，中钢公司於81

25、 年中结合广园内相横械及钾材裂造桀者共同合作用彝高入热地钾接用钾.材，1年半的努力,成功 r此用i技街所需之舞及钾璨。造些钾材下游已引选此I已传入热里钾.接技街之某纲横唳使用，度效 果相常良好。表2所示即卷阈内明耍的钾材在下游迤行转接作篥性押估畤所使用之钾接脩件，板厚35 mm 的弱板在271KJ/cm的入热量可一道钾接完成,园11所示卷钾接就片之外殿及横断面之巨Si金相，可清楚 看出转道外践相常均勺且辗转道缺陷羟生，明/阈内I用接之钾材已可满足高入热量钾接之作蕖性.表3 所示卷钾.道之搬械性？t，表中示钾道横械性可满足50公斤级结楮用纲板高入蚣至钾.接之需求。表4端 纳广阈内外生羟相剧钾材之

26、裂造，做家，以供下游有典趣揉用此阴高效率钾接裂程之桀者密考。国11算道外段及横牍面巨戳金相之相片 解道外硬，伯；横断面之巨虢金相表2阈内群1爱之SW鳏接作亲性测就之舁陵修件弱材圃生甯流(A)(V)鳏速 Ccra/unn)入熟量(KJ/cm)AS72HW05mm)KWB KF700AC160036 (L)25271AC12004 s表3知道之械械性降伏睡度 (kg/mm)抗故强度 (kg/rara )伸良率 俯)雷擎吸收能10 J)41557.526041表d函横箱型柱高入熟量缗弧接通用驿材一表版商川微公司神铜公司日公司A公司品名KB50EKW50PFI52E5/U536LN5H-52AY-AKF700/KW8规洛JIS S5O2 AWS F7A0-EG-GJI5 5502AWS F7A0-EL8注：本表慢供参考-(2)川藤、神，及日震禹日本羿材引商, A公司备园内岬枕BE商柒、僦命今年年初日本 阪神强生大地瓶，造成盆横物大量倒塌，使人具生命及财羟蒙受重大损失，盆腐物之安全性受到各界的重 祝。翻查示，在所有结横物中以纲结楮之抗震性最佳，因此可以SH益制耨是未来建物之主流。此外 淌查也戚示，倒塌之洞结横物有大部份肇因於钾接施匚不良所引起，因此卷提昇翎描物之耐震性及安全性, 钾接施1：品必须霰