半導體廠的氣體管路焊縫平滑如鏡，像是工廠雕刻出來的作品。
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為什麼這樣做？因為焊縫的粗糙度會決定整條管路的潔淨度。
為什麼 HEPA 框和無塵室管路非用 TIG 不可
HEPA / ULPA 框體、FFU 腔體、半導體高純度氣體管路（Ultra High Purity Gas Line）、製藥 GMP 管線 —— 都是 TIG 焊。為什麼不用成本低 5–10 倍的 MIG 或電焊？
答案在焊縫本身：
MIG / 電焊的問題
- ▸焊縫殘渣（slag） —— 焊條或焊線的被覆層會留下爐渣，附著在管路內壁
- ▸飛濺（spatter） —— 小金屬球散落在管路周圍
- ▸氧化層（heat tint） —— 高溫下不鏽鋼表面形成 Cr 氧化物，抗腐蝕性下降
- ▸孔隙（porosity） —— 焊縫內部有微小氣孔，會積粉塵、長細菌
在一般工業場合，這些問題可接受。但在無塵室、半導體氣體管路、製藥管線：
- ▸爐渣 → 製程污染 —— 下游設備吃到異物
- ▸氧化層 → 抗腐蝕性破壞 —— 管路壽命大幅縮短
- ▸孔隙 → 細菌滋生 —— 製藥無菌區的死敵
TIG 焊的優勢
圖表 1：三種主流焊接法 — TIG / MIG / 電焊
HEPA 框體、FFU 腔體、無塵室不鏽鋼管路都靠 TIG 焊出來 — 為什麼？
| 焊接法 | 保護氣體 | 電極 | 焊縫品質 | 速度 | 典型應用 |
|---|---|---|---|---|---|
| TIG（GTAW） | 氬（Ar）/ 氦（He） | 鎢極（不消耗） | 極高（平滑、無飛濺） | 慢 | 無塵室管路、精密儀器、薄板不鏽鋼 |
| MIG（GMAW） | Ar + CO₂ / 純 Ar | 焊線（消耗式） | 中高 | 快 | 一般工業、厚板鋼結構 |
| 電焊（SMAW） | 無（焊條藥皮自保護） | 焊條（消耗式） | 中（有飛濺、殘渣） | 中 | 現場施工、戶外、厚板 |
TIG 焊（鎢極氬弧焊）是不鏽鋼精密焊接的業界標準。焊縫平滑、無殘渣、不污染製程氣體 —— 這正是半導體、生技、製藥無塵室必須用它的原因。代價是速度慢、工資高。
TIG = Tungsten Inert Gas Welding（鎢極惰性氣體焊接），也叫 GTAW（Gas Tungsten Arc Welding）。
- ▸鎢電極不消耗 —— 不會掉金屬屑到焊縫
- ▸100 % 氬氣保護 —— 完全隔絕氧氣與水氣，無氧化、無孔隙
- ▸可無填料焊接 —— 薄板不鏽鋼可直接熔合，焊縫平滑到看不出來
- ▸焊縫品質可重複 —— 同一個焊工、同一台機器，每道焊縫可比出廠規格
代價：速度慢、工資高。 TIG 焊工一天能焊的長度大約是 MIG 的 1/3，時薪又是 1.5–2 倍。
合金選擇：不是所有「不鏽鋼」都一樣
圖表 2：常見不鏽鋼 + 鎳基合金對照
不是所有「不鏽鋼」都一樣 —— 304 / 316L / 321 / Hastelloy 各有專屬戰場
| 合金 | 主要組成 | 強度 | 耐蝕性 | 焊接難度 | 典型應用 |
|---|---|---|---|---|---|
| SUS 304 | Fe-18Cr-8Ni | 中 | 一般（怕氯） | 容易 | 一般不鏽鋼結構、HEPA 框、食品設備 |
| SUS 316L | Fe-17Cr-12Ni-2Mo + 低碳 | 中 | 優（耐氯、耐點蝕） | 容易 | 半導體氣體管、藥廠 GMP、海洋環境 |
| SUS 321 | Fe-18Cr-9Ni-Ti | 中 | 一般，高溫穩定性好 | 容易 | 耐高溫排氣、汽輪機、航太 |
| SUS 904L | Fe-20Cr-25Ni-4.5Mo-Cu | 中 | 極優（耐硫酸、磷酸） | 中 | 化工酸環境、海水處理 |
| Hastelloy C-276 | Ni-16Cr-16Mo-4W | 高 | 極優（耐幾乎所有化學） | 困難 | 強酸、氯氣、化工最惡劣環境 |
| Inconel 625 | Ni-21Cr-9Mo-3.5Nb | 很高 | 極優 | 困難 | 高溫 + 腐蝕，航太引擎、核設施 |
| 鈦（Ti Gr.2） | 純鈦 > 99% | 中 | 極優（氯、海水） | 困難（需完全氬氣保護） | 氯化物、醫療植入物、化工 |
選錯合金的代價：304 放進含氯環境會點蝕穿孔；316L 放進還原性酸會失效；用 Inconel 做一般風管等於燒錢。合金選擇跟焊接參數是綁在一起的 —— 每種合金有專屬的預熱溫度、保護氣體組成、焊後熱處理要求。
工程師常誤以為「不鏽鋼就是不鏽鋼」。錯得離譜。
SUS 304 vs 316L —— 一個 Mo 的差別
304（Fe-18Cr-8Ni）—— 標準不鏽鋼，成本最低。耐氯化物差 —— 沿海廠區、含鹽環境、游泳池旁 6 個月就會點蝕。
316L（Fe-17Cr-12Ni-2Mo + 低碳）—— 多了 2 % 的鉬（Mo）和降低的碳含量。耐氯化物大幅提升 —— 半導體廠的 HCl 氣體管路、藥廠酸洗設備、海洋環境必須用 316L。
關鍵：「L」代表低碳（Low Carbon）。低碳減少晶間腐蝕（grain boundary corrosion）風險 —— 焊接過程中常出現的問題。無塵室管路一律用 316L，不要省那點錢用 316。
SUS 321 —— 高溫專用
321（Fe-18Cr-9Ni-Ti）—— 加了鈦（Ti）穩定高溫下的碳化物。連續 800 °C 不失效 —— 航太引擎排氣、汽輪機、化工高溫環境。耐氯化物普通，不適合含鹽或酸。
Hastelloy C-276 —— 化工地獄場景
Hastelloy（Ni-16Cr-16Mo-4W）—— 鎳基合金。幾乎所有化學品都耐 —— 強酸、強鹼、氯氣、溴。
缺點： 成本是 316L 的 5–8 倍、焊接困難（需要嚴格控制熱輸入）。只在化工最惡劣環境才用 —— 強酸製程、氯氣管路、含氟廢氣處理。
Inconel 625 —— 高溫 + 腐蝕雙刀流
Inconel（Ni-21Cr-9Mo-3.5Nb）—— 鎳基，強度極高。耐高溫 + 耐腐蝕雙重性能 —— 航太引擎熱端、核反應爐、火力發電鍋爐。
鈦 —— 氯化物與醫療
Ti Gr. 2（純鈦 > 99 %）—— 重量輕、耐氯化物登峰造極（比 316L 好 100 倍）、生物相容性優。醫療植入物、海水淡化、氯化工程首選。
缺點： 焊接困難，要求完全氬氣保護 —— 因為鈦在 500 °C 以上遇氧會劇烈反應生成脆性 TiO₂。專用「鈦焊箱」（purge chamber）不便宜。
選材 × 焊接的連動關係
合金選錯，焊接再好也沒用。但合金選對，焊接做錯一樣完蛋。
三個關鍵參數必須匹配：
1. 預熱溫度
| 合金 | 預熱要求 | |------|---------| | 304 / 316L | 不需預熱 | | Inconel 625 | 預熱 150 °C | | Hastelloy C-276 | 焊前清潔極端重要，通常不預熱 | | Ti Gr. 2 | 不預熱，但背面要氬氣保護 |
2. 保護氣體組成
| 合金 | 建議保護氣 | |------|-----------| | 304 / 316L | 純氬 或 Ar + 2% N₂ | | Inconel | 純氬 | | Hastelloy | 純氬（高純度） | | Ti | 純氬（絕對不能有氮或氧） |
3. 焊後熱處理（PWHT）
| 合金 | 要求 | |------|------| | 304 / 316L | 通常不需 | | 321 | 焊後 870 °C 穩定化處理 | | Hastelloy C-276 | 焊後 1121 °C 固溶處理（厚板） | | Ti | 大工件可能需去應力退火 |
選錯任一個參數 —— 焊縫抗腐蝕性、強度、疲勞壽命都可能打 5 折。
實務建議
採購前先問三件事
- 1焊接工藝規範（WPS） —— 供應商能提供每個合金、每種接頭的 WPS 嗎？
- 2焊工資格（PQR） —— 焊工是否有 ASME 或 ISO 9606 認證？不同合金認證不通用
- 3驗收測試 —— 無塵室管路建議要求氦氣洩漏測試（He Leak Test）+ 內視鏡（Borescope）檢查 + 電解拋光（Electropolish）後的表面粗糙度 Ra ≤ 0.4 μm
合金選擇錯誤的代價
- ▸304 用在含氯環境 —— 6 個月點蝕穿孔
- ▸316 用在還原性酸 —— 1 年失效
- ▸一般碳鋼用在高溫 —— 幾個月氧化皮剝落
- ▸碳鋼用在醫療 —— 鐵離子污染
單片成本差異可能是幾千元，但換裝、停工、污染處理的代價是 100 倍以上。
HEPA 框、FFU 腔體、無塵室管路 —— 這些看似「簡單的金屬件」，背後是合金選擇 + 焊接工藝的精密組合。 選對合金、用對焊法，是高品質過濾系統的底層基礎。
