核電廠改善對策

目前全世界使用的能源，石化燃料(含石油、煤炭與天然氣等)約佔所有使用能源的八成，然而因石化燃料日漸枯竭，使得石油相關燃料持續上漲，造成能源成本一直增加，而且因使用石化燃料的過程中，會排放大量的二氧化碳等氣體，使得溫室效應日益嚴重，造成地球環境生態的惡化。爲解決上述問題，使得一度因安全問題而式微的核能再度受到青睞。各大工業國計劃逐步興建與擴充核電廠，因此提升核電廠的安全，乃當務之急。

在過去核電廠的運轉紀錄，曾發現鎳基600合金與SUS 308不鏽鋼的異材焊接處，構件出現龜裂之現象，其破損主要原因經調查爲材料耐蝕性不足與焊件開槽形式不當所導致，因此選用耐蝕性更佳之替代材料是有效的改善方法之一。本研究以耐蝕性更佳之鎳基690合金取代鎳基600合金，以及以SUS 304L不鏽鋼取代SUS 308不鏽鋼，配合電子束異種對接焊並進行耐蝕能力分析。

鎳基690合金(29wt%Cr–60wt%Ni–10wt%Fe–0.02wt%C)的Cr含量高於鎳基600合金(16wt%Cr–75wt%Ni–8wt%Fe–0.04wt%C)近一倍，可減少因晶界的碳化物偏析，所造成之缺鉻現象，鎳基690合金與鎳基600合金化學成份表(wt-%)；而SUS 304L不鏽鋼(18wt%Cr–8wt%Ni–72wt%Fe–0.01wt%C)之碳含量則低於SUS 308不鏽鋼(19wt%Cr–10wt%Ni–70wt%Fe–0.08wt%C)甚多，可減少焊道碳化物之析出，SUS 304L不鏽鋼與SUS 308不鏽鋼化學成份表(wt-%)。因此，在焊接冶金問題可克服之情形下，鎳基690合金–SUS 304L不鏽鋼之異材焊接比鎳基600合金–SUS 308不鏽鋼應有較佳之耐蝕性能。

在覈電廠構件的焊接上中，過去以採用傳統的SMAW (Shielded Metal Arc Welding)、Gas Metal Arc Welding (GMAW)和Gas Tungsten Arc Welding (GTAW)製程爲主。在Lee et al.的研究顯示，焊道常因在焊接時產生低熔點、低強度且極脆的共晶組織，導致產生凝固熱裂。而在焊條中添加Nb, Ti等合金元素，雖有細晶強化的效果，提升一部份的機械性能，但因焊道在晶界容易析出碳化鉻與共晶組織，耐蝕性亦不見提升。此外，因核電廠很多構件較厚常須增加焊接的道次，產生較多的熱循環、高的總入熱量以及較寬的焊件熱影響區，皆不利於焊件之機械性質與耐蝕特性。

相較於傳統焊接製程，高能量密度束焊接因具有低總入熱量、可降低焊接應力生成，減少應力腐蝕裂紋產生，因此是應用在電廠構件焊接之適合方法之一。其中雷射焊接因對材料之反射率高、吸收率較低，故僅適用於薄件焊接；另一高能量密度束焊接—電子束焊接(Electron Beam Welding，EBW)因沒反射率的問題，具有能量集中、可以單道次完成焊接、低總入熱量、高寬深比、低變形、高焊速等優點，適合對厚構件進行單道次焊接。此外，EBW可自動焊接能防止在焊接時的人爲疏失，已逐漸應用在覈電廠構件的焊接上。而可縮短焊接構件的時間、提高焊接的效率及增進核電廠構件的質量與可靠度。