不鏽鋼擴散焊接製程參數研究用於 製作微流道高壓氣體冷卻通路

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張明源(Chang Ming-Yuan) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系在職專班

論文名稱

不鏽鋼擴散焊接製程參數研究用於製作微流道高壓氣體冷卻通路
(Process Parameters Study of Stainless Steel Diffusion Bonding Aiming at Making Micro-Channel Gas Flow Cooler under High Pressure.)

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摘要(中)

本研究是以擴散焊接技術(Diffusion-Bonding, DB)製作微流道預冷裝置為背景，應用於加氫站的高壓氫氣預冷卻系統中。研究以不同的擴散焊接參數，例如:溫度(temperature)、施加壓力(pressure)及時間(time)，並以不鏽鋼鈑JIS SUS 316L為材料進行層層堆疊接合。當擴散焊接完成後，先探討不同的擴散焊接參數對於試塊所造成壓縮量的大小，再找出影響擴散焊接後壓縮率的關鍵參數。接下來使用衝擊試驗來進行粗略焊接強度評估試驗，遭衝擊的擴散焊接試片若沒有因為衝擊形變而使擴散焊接面產生分離或剝離的情況，將視為通過粗略焊接強度評估試驗，若衝擊試驗中的所有試片均未因為形變而使擴散焊接面產生分離，這將很難斷定何種擴散焊接參數擁有較佳的接合質量及效果。故最後再以拉伸試驗來求得不同的擴散焊接參數下所得到的最大拉伸應力值(Max Load)，再由最大拉伸應力值及初始拉伸截面積共同求得各種擴散焊接參數試片之極限抗拉強度(UTS)，並將母材料同樣進行拉伸實驗後與擴散焊接試片做機械性質的比較，以求得各擴散焊接試片之接合程度，用以判斷何種擴散焊接參數擁有較佳的接合率。

摘要(英)

This research is based on the diffusion bonding technology(DB), manufacturing micro-channel pre-cooling device as the background, applied to the high-pressure hydrogen pre-cooling system of the hydrogen refueling station. The research uses different diffusion bonding parameters, such as temperature, pressure and time, and uses stainless steel sheet JIS SUS 316L as the material for layer-by-layer bonding. After the diffusion bonding is completed, first discuss the amount of compression caused by different diffusion bonding parameters on the test block, and then find out the key parameters that affect the compression rate after diffusion bonding. Next, an impact test is used to conduct a rough bonding strength evaluation test. If the impacted diffusion bonding test piece does not separate or peel off the diffusion bonding surface due to impact deformation, it will be deemed to have passed the rough bonding strength evaluation test. None of the test pieces in the slabs caused the diffusion bonding surface to separate due to deformation, which makes it difficult to determine which diffusion bonding parameters have better joining quality and effect. Therefore, finally, the tensile test is used to obtain the maximum tensile stress value obtained under different diffusion bonding parameters, and then various diffusion bonding parameter tests are obtained from the maximum tensile stress value and the initial tensile cross-sectional area. The ultimate tensile strength (UTS) of the sheet, and compare the mechanical properties of the base material with the diffusion bonding test piece after the same tensile test to obtain the bonding degree of each diffusion bonding test piece to determine what kind of diffusion welding The parameter has a better joining rate.

關鍵字(中)

★ 擴散焊接
★ 微流道預冷裝置
★ 加氫站
★ 316L

關鍵字(英)

★ Diffusion Bonding
★ micro-channel pre-cooling device
★ hydrogen refueling station
★ 316L

論文目次

摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 xiv
第一章緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究背景與動機 1
第二章文獻回顧 4
2-1 焊接的分類 4
2-2固態焊接技術的定義 6
2-3 擴散焊接技術的定義與發展史 7
2-4 擴散焊接製程描述 10
2-5 擴散焊接各製程階段參數的描述 13
2-6 擴散焊接中間層及瞬時液相(TLP)擴散焊接的描述 19
2-7擴散焊接技術之優劣及特點分析 23
2-8擴散焊接技術的應用領域 28
2-9 加氫站與不鏽鋼概述 32
2-9-1 氫氣的製造 32
2-9-2 加氫速率與溫升的關係〔33〕〔34〕〔35〕〔36〕 32
2-9-3 不鏽鋼的定義及性質 34
2-9-4 不鏽鋼的冷軋及熱軋 35
2-9-5 不鏽鋼與氫脆現象〔38〕 39
2-10 擴散焊接技術應用於微流道熱交換器 41
2-10-1 微流道熱交換器的優勢及特點 41
2-10-2 無中間層的使用 42
2-10-3 微流道熱交換器的應用 42
第三章實驗架構與實驗方法 44
3-1 實驗設備與儀器 44
3-2 實驗原理介紹 49
3-2-1 衝擊實驗介紹 49
3-2-2 拉伸試驗介紹 54
3-2-3 光學顯微鏡及電子顯微鏡簡介 59
3-3 實驗材料及步驟 62
3-3-1 實驗材料 62
3-3-2 實驗流程及步驟 63
3-3-3 擴散焊接階段 64
3-3-4 切割輪廓階段 67
3-3-5 衝擊實驗階段 79
3-3-6 拉伸實驗階段 83
第四章實驗結果與討論 87
4-1擴散焊接參數與壓縮率之關係 87
4-2光學顯微鏡觀測 90
4-4 拉伸試驗結果與討論 107
4-5 SEM&EDS觀察 122
第五章結論 131
5-1壓縮率 131
5-2衝擊實驗 131
5-3拉伸實驗 132
5-4 總結 135
參考文獻 136

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指導教授

李雄

審核日期

2021-5-26

推文