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研究生: 于鶴齡
Thomas Yu
論文名稱: 脈衝式Nd:YAG雷射焊接封裝技術最適化參數之研究
指導教授: 周懷樸
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 原子科學院 - 工程與系統科學系
Department of Engineering and System Science
論文出版年: 2002
畢業學年度: 91
語文別: 中文
論文頁數: 74
中文關鍵詞: Nd:YAG不□鋼封裝雷射焊接田口實驗分析法直交表
外文關鍵詞: Nd:YAG, laser welding, taguchi method
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  • 本研究係利用脈衝式Nd:YAG雷射焊接機進行不□鋼焊接封裝,由於封裝元件為高壓感測器,經常使用在高溫、高壓以及具有腐蝕的環境中,因此選擇316L不□鋼做為實驗材料。本論文研究主要目標為提高焊道的抗拉能力及密封效果,但是必須配合適當之實驗設計法(DOE),以獲得最適焊接參數組合。
    田口實驗分析法(Taguchi Methods)為本研究所採用之方法,主要探討Nd:YAG雷射焊接機輸出電流、脈衝頻率、脈衝寬度以及氬氣流量等四個參數,對品質特性焊道深寬比、洩漏值以及抗拉強度等性質影響程度的大小,並利用變異數分析法(ANOVA)判斷參數對品質特性的重要度,以及利用敏感度分析來確認最適參數之準確性,藉以組合出最適焊接參數,並加以驗證其可靠性。

    實驗試片分為兩部分測試,第一部份完成洩漏測試後,進行拉伸試驗,再利用掃瞄式電子顯微鏡(SEM)做破斷面觀察。第二部份則是對焊道做金相實驗,取得深寬比之後,再繼續進行微硬度測試。採得所有數據之後,由矩陣實驗進行一連串分析及驗證工作。

    實驗結果顯示,經由田口實驗分析法所獲得之最適參數組合,其焊道深寬比可達0.65以上,焊點重疊率達80%,焊道氦氣測漏值小於1x10-9 Torr-L/sec,焊道外觀呈金屬光澤,符合標準。由變異數分析表中得到,對焊道深寬比影響最大的參數為焊接機輸出電流,而影響密封性的參數則為輸出電流及脈衝頻率。


    摘要 ………………………………………………………………………………… I 謝誌 …………………………………………………………………………………II 目錄 …………………………………………………………………………………III 表目錄 ………………………………………………………………………...……VI 圖目錄 …………………………………………………………...……...…………VII 第一章 前言 ………………………………………………………………………1 1.1 研究動機 ……………………………………………………………….…1 1.2 研究目的 ……………………………………………………………….…1 1.3 研究方法 ………………………………………………………………….2 第二章 文獻回顧 …………………………………………………………………3 2.1 焊接 ………………………………………………………..…………...…3 2.1-1 焊接之定義 …………………………………………………………..3 2.1-2 焊接之種類 ……………………………………………………..……3 2.1-3 焊接之優缺點 …………………………………………………..……4 2.2 雷射焊接 ……………………………………………..……………..…….4 2.2-1 雷射焊接簡介 ………………………………………………….…….4 2.2-2 雷射焊接機構 ……………………………………………………..…6 2.2-3 雷射焊接在應用上的優缺點 ………………………………….…….7 2.2-4 雷射焊接參數 …………………………………..……………………8 2.2-5雷射焊接接頭型式 ………………………………….……………….10 2.2-6 Nd:YAG雷射的操作特性 ………………………..………………..11 2.3 田口實驗分析法 ………………………………………..………..………13 2.3-1 田口實驗分析法之沿革 …………………………………...………..13 2.3-2 田口實驗分析法的基本原理 ………………………………...……..13 2.3-3 直交表之定義、目的及型態 ……………………………………….14 2.3-4 信號雜音比(S/N)之特性 …………………………………………….15 2.3-5 變異數分析法(ANOVA) ……………………………………………..17 2.3-6 參數的交互作用 ……………………………………………………..20 2.3-7 田口實驗分析法之步驟 ……………………………………………..21 2.3-8 田口實驗分析法與傳統實驗之差異 ………………………………..22 2.4 材料特性簡介 …………………………….………………..…..…………23 第三章 實驗設備及方法 ……………………………………………...…………25 3.1 實驗流程 ……………………………………………………………...….25 3.2 實驗材料 ………………………………………………………..……….26 3.3 實驗設備 ………………………………………………….………….….26 3.4 實驗程序與方法 ……………………………………….………………..27 3.4-1 焊接準備……………………………………………………………..27 3.4-2 焊接參數設計……………………………………….……………….31 3.4-3 氦氣測漏檢驗 ………………………………………………………33 3.4-4 拉應力測試 …………………………………………………………35 3.4-5 破斷面觀察 …………………………………………………………36 3.4-6金相顯微組織觀察 ……………………………………….…………36 3.4-7 微硬度量測 …………………………………………………………37 第四章 實驗結果與討論 …………………………………………………...……39 4.1 田口實驗分析 ……………………………………………………..….….39 4.1-1 焊道深寬比分析 ………………………………………………….…39 4.1-2 洩漏值測試分析 ………………………………………………….…41 4.1-3 抗拉強度分析 …………………………………………………….…42 4.1-4 焊點重疊率分析 ………………………………………………….…42 4.1-5 微硬度值分析 ………………………………………………….……43 4.1-6 S/N比計算 …………………………………………………….….….45 4.2 變異數(ANOVA)分析 ……………………………………...……..……..46 4.3 回應表及回應圖 …………………………..…………………....………..49 4.4 最適參數敏感度分析 ………………………………………………...….53 4.4-1 焊道深寬比分析 ……………………………………………………53 4.4-2 洩漏值分析 …………………………………………………………54 4.5 最適參數性質預測 …………………………………………....….…..…55 4.5-1 焊道深寬比最適參數之評估 …………………………..….……….55 4.5-2 洩漏值最適參數之評估 ……………………………..……………..56 4.6 驗證實驗 …………………………………………………..………….….57 4.7 保護氣體治具測試 ………………………………………………………60 第五章 結論與建議 ……………………………………………..………………67 附錄 ………………………………………………………………………………..69 參考文獻 ………………………………………………………..…………………73

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