🔥 異材焊接焊材選擇與 Schaeffler 金相分析

Schaeffler 狀態圖 (Constitution Diagram)

Schaeffler 狀態圖是預測不鏽鋼焊道金屬微觀組織的經典工具，以鉻當量 (Cr_eq) 為 X 軸、鎳當量 (Ni_eq) 為 Y 軸，將焊道組成映射至奧氏體 (A)、鐵素體 (F)、馬氏體 (M) 等相區。

當量計算公式

Cr_eq = %Cr + %Mo + 1.5×%Si + 0.5×%Nb

Ni_eq = %Ni + 30×%C + 0.5×%Mn

圖表上的五個關鍵點

• 母材 A — 母材 A 的化學成分經由 Cr_eq / Ni_eq 公式換算後，在 Schaeffler 圖上的定位點。代表若焊道全部由母材 A 熔化形成時的微觀組織。
• 母材 B — 與母材 A 同理，代表母材 B 在圖上的定位。異材焊接中，A、B 兩點的距離越遠，代表成分差異越大，焊道組織越難控制。
• 混合點 M — A、B 兩母材以 50:50 比例混合後的等效成分點（位於 A–B 連線的中點）。此點反映「若無外加焊材、僅融合母材」時的焊道成分。
• 焊材 F — 所選焊條/焊絲自身化學成分在圖上的定位。焊材設計者通常會刻意讓此點落在 A+F 區（δ-Ferrite 5–15%），以確保焊道兼顧抗裂性與韌性。
• 焊縫 W — 最終焊道的實際成分點，由混合點 M、焊材點 F 和稀釋率 D 共同決定。計算公式：W = D × M + (1−D) × F。此點在 M–F 連線上，距離 F 越近代表稀釋率越低（焊材成分主導），距離 M 越近代表稀釋率越高（母材成分主導）。此點落在哪個相區，決定了焊道的微觀組織與風險等級。

碳當量 (CE) 與預熱判定

CE_IIW = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15

CE < 0.35: 良好, 0.35-0.40: 尚可, 0.40-0.50: 困難, ≥ 0.50: 極困難

稀釋率計算

焊道金屬成分 W = D × M_base + (1-D) × F_filler，其中 D 為稀釋率，M_base 為兩母材混合成分。

⚠️ 免責聲明

本工具之推薦僅供參考。實際選材應依據工程規範（AWS D1.1, ASME Section IX 等）、母材具體成分及使用環境進行專業評估，並執行焊接工藝評定 (WPS/PQR) 以確保安全。