寧靜海遊記

在機械系大二有一門材料科學(Mechanics of Material)，討論張力(Tension)、壓縮力(Compression)及彎曲力(Bending)，討論一堆計算公式，在作者Omer W. Blodgett所著「銲道設計(Design of Weldment)」書中又重現，也才瞭解大二所學的材料力學在工業界的實際運用。

工程藍圖經過尺寸設計、結構強度分析甚至疲勞風洞分析等，細部施工圖才會到施工人員手中，鋼鐵結構圖(含銲接)也相同，銲接工程師如何能清楚將銲接所在的準備，表達在藍圖上，讓銲接人員一目瞭然，按圖施工，雙方有共同語言就是銲接藍圖符號，美國銲接協會(American Welding Society，AWS)就是統一銲接界語言的民間機構，出版專業書籍刊物，讓銲接界有所依循。

依據銲接冶金(Metallurgy of Welding，1980版)作者J.F. Lancaster，將接合金屬的方法分為兩種主要類別：(1)接合主要依賴巨觀機械力(Macroscopic Mechanical Forces)；(2)接合力依賴原子間或分子間(Interatomic or Intermolecular)。第一類機械式接合如使用螺栓及螺帽，接合強度為螺栓(Bolts)的剪切強度(Shear Strength)，及螺帽(Nuts)與材料接觸間的摩擦力(Frictional Force)，另如鉚接(Riveting)。第二類非機械接合方式，如銲接(Welding)、硬銲(Brazing)、錫焊(Soldering)及膠合(Adhensive)。

銲接冶金(Metallurgy of Welding)在台灣是一冷門科學，但在英國卻是熱門科學，為何有如此大的差異？銲接在工業界運用廣泛，如何確保船體、核能等重要部位銲接能使用上15年，甚至30年呢？固然非破壞檢驗(Non-Destructive Inspection)是品管把關的防線，如X光檢驗是必須確保銲接銲道內沒有裂紋(Crack)或氣孔(Porosity)，因氣孔及裂紋會引起破裂，甚至導致工廠停工。

物理冶金(Physical Metallurgy，1983年版)是利用物理學上觀察，先建立原子晶格模型，再推導材料的各項性質或缺陷理論模型，但最終證明必須以實驗量測數據或金相缺陷相片佐證，如電子顯微鏡或X光繞射光譜儀等，在1980年代為新興的工程科學，運用在於金屬元素冶金上的相變化(Phase Transformation)理論探討。

刀劍的使用，起源於不勞而獲的掠奪，這是鐵(Iron)最早的使用需求，演變為農作之用割稻草的鐮刀及犛田的鋤頭使用，再進一步使用於方便交通的跨河橋樑建築，最後大量用於防止地震倒塌保障生命的住宅大樓使用，這就是一個由點而面的發展，有「美國鋼鐵大王」之稱的安德魯·卡內基（Andrew Carnegie）先生，看準鋼鐵趨勢創造財富。

金屬銲接(Welding)是利用熱源將金屬熔融接合在一起，銲接最大殺手就是大氣中的氧(Oxygen)，其會與金屬結合成氧化物(Oxide)，混合在銲道金屬中，降低原來的抗拉強度及延展性等機械性質，如何驅趕走大氣中氧呢？一種徹底的方法就是抽真空(Vacuum)，將隔離艙內的大氣全部抽走，形成無污染物的真空環境。

電子束焊接(Electron Beam Welding)原理: 在真空環境中利用電子加速及聚焦之動能衝擊，工件表面，動能會迅速轉換為熱能，達到熔化母材並進而完成焊接之目的。其優點：(1)電子束非常穩定所以擁有優越之高品質再現性。(2)電子束功率密度高，穿透力佳因此焊道窄且深。

古代刀劍的發明，開啟了爭戰統治奴役的殺戮時代，刀劍的製造是經由統治者管理及集中生產，一般百姓不能製造；鐵匠製造刀劍，必須把鐵加熱鎚打，再放入冷水中急冷，只知道如此會使鐵變硬成鋼，甚至有以人血祭刀，這就是熱處理的開端，只是知其所以，不知其所以然而已。

 為何需要瞭解銲接技術發展歷史？因為改進一定基於過去不方便或不完善的地方改善，電弧銲開始運用時，電極就是銲條(Filler)，通過電流在電極尖端產生高熱電弧，使電極尖端熔融成為銲道的填料，這就是保護氣體金屬電極電弧焊(Shielded Metal Arc Welding，SMAW)，它非常適合造船業或鋼骨大樓等厚鋼板的銲接。

硬銲的種類很多，在航空太空工業最常用的硬銲為真空硬銲(Vacuum Brazing)，顧名思義，航空太空組件由許多分件組合而成，在組合銲接處塗上混合膠劑(Cement)的金屬粉末塗料，再將組件放在真空爐中，抽真空再通電加熱，使塗料熔融後，瞬間冷卻使塗料留在銲接接合處的銲接方法。

從地球閃電開始，就是電弧(Electric Arc)，它具有高熱能量，產生森林大火，人類一直好奇閃電產生的原因及方法，在1802年由蘇聯科學家Vasily V. Petrovg首先描述電弧的現象，在19世紀初由Humphry Davy爵士實驗產生，其由兩根碳棒接觸，通過電流後，將碳棒拉開很短的距離，而產生微弱(feeble)的電弧，在1808年Davy爵士再實驗產生較強的電弧，並正式命名「電弧Arc」。

硬銲(Brazing)作者Mel M. Schwartz，1987年出版時，任職於聯合技術公司(United Technologies)塞考斯基飛機公司(Sikorsky Aircraft)的金屬工程部門主管，當時正是美國航太工業蓬勃發展，書中有許多航太零件應用硬銲的實例，可一窺硬銲的應用。

海洋面積佔地球的五分之三，在發展飛機之前，船隻是人類橫渡海洋的主力，運送商品或侵佔土地，製造船隻的材料是木材，由於木材生長慢且製造船隻需要特定技術，無法蓬勃發展，鋼鐵的發明後，製造鋼板快及接合鋼板的焊接技術日益精進，因此工業大國就掌握海權，重新畫分世界權力版圖。

對於剛學習銲接的人員，一時之間會不知如何區分銲接(Welding)與硬銲(Brazing)？舉列而言，要將兩塊鋼板連接在一起，銲接(Welding)就是有將鋼板部分材料熔解與填加銲條(Filler)混合在一起，鋼板母材(Base Metal)與銲條混合成為銲道(Weldment)。

在全世界工業界銲接領域，提及英國銲接學院(The Welding Institute)，無人不知無人不曉，更是銲接人員心目中的聖地，TWI僅提供銲接人員訓練及銲接技術開發，包括銲接檢驗，它的經費來源完全來自工業界的回饋贊助，似乎可作為台灣商人的借鏡。

粉末冶金(Powder Metallurgy)是將金屬粉末混合燒結劑，加溫到燒結劑熔解將粉末結合在一起，金屬粉末彼此間並不熔融在一起，存在著微細氣孔，此粉末冶金零件的機械性質，無法像鍛造件的機械性質。

鍛造(Forging)比鑄造(Casting)有下列的優點：(1)鍛造(Forging)能產生的零件強度，比鑄造或機製的零件強，因為在鍛造成形的過程中，零件材料內部的內部晶粒流(grain flow)，與零件的形狀趨向一致，提高材料強度(Strength)。

商業用大型發動機的零組件達上萬件，因一架商業用客機載客數動輒上百人，如果發動機故障，恐會產生涉及性命的飛行安全問題，不像汽車只要停靠路邊待援即可。