一(yi)、膜盒儲箱的(de)技術要求
膜盒儲箱的材料為304不銹(xiu)鋼（相當于我國不銹鋼牌號06Cr19Ni10），其化學成分及力學性能見表3-80。產品尺寸為：外徑φ＝562mm，內徑ф＝535mm，膜片厚度為0.24mm；它是由數個以上完全相同的環形膜片焊接而成。按設計圖樣要求產品要求抗拉強度不低于母材85％還要進行氣密性檢測、伸縮性試驗和振動性考核。
二、膜盒儲箱制造的難度(du)
膜盒儲箱整個制造工(gong)藝(yi)很(hen)(hen)精細且復雜，從(cong)鋼板(ban)表面平面度(du)到(dao)零(ling)件加工(gong)直(zhi)至焊接，各個工(gong)序(xu)技術的(de)要求精度(du)都很(hen)(hen)高，難度(du)都非常大，可(ke)以說(shuo)整個產品在研(yan)制過程中，每道工(gong)序(xu)都是關鍵。
對不銹鋼板表面質量要求極高，不允許有任何污點，要求平直如鏡，不允許存在一點凹凸度。在下料后切邊要垂直，不允許有毛刺、倒角、鈍角和銳角。
環(huan)形膜片(pian)經(jing)過沖壓成(cheng)型和(he)裁切而成(cheng)，同樣切邊要保持(chi)絕對垂直，端接(jie)頭焊(han)(han)接(jie)處兩片(pian)環(huan)之間的(de)尺寸不能有明顯的(de)偏差，不然直接(jie)導致(zhi)產(chan)生(sheng)焊(han)(han)接(jie)疵病直至無法施焊(han)(han)。為(wei)此專門設計出膜盒膜片(pian)沖壓模(mo)具和(he)膜片(pian)裁切模(mo)具，確(que)保了膜片(pian)質量，為(wei)順利焊(han)(han)接(jie)打下基礎。
由(you)于產品(pin)結構(gou)的(de)(de)(de)特殊性，膜片之間(jian)是(shi)由(you)兩個(ge)相同的(de)(de)(de)環(huan)(huan)1和環(huan)(huan)2組(zu)(zu)(zu)成(cheng)(cheng)，用(yong)內焊(han)(han)工(gong)裝(zhuang)固定，內圓(yuan)(yuan)(yuan)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)采用(yong)自熔的(de)(de)(de)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)型式，形(xing)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)內圓(yuan)(yuan)(yuan)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)組(zu)(zu)(zu)成(cheng)(cheng)一(yi)(yi)個(ge)單(dan)組(zu)(zu)(zu)件示意(yi)圖(tu)(tu)如圖(tu)(tu)3-88所(suo)示。兩個(ge)單(dan)組(zu)(zu)(zu)件連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)在一(yi)(yi)起用(yong)外(wai)焊(han)(han)工(gong)裝(zhuang)固定進(jin)行外(wai)圓(yuan)(yuan)(yuan)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)，仍采用(yong)自熔的(de)(de)(de)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)型式，形(xing)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)外(wai)圓(yuan)(yuan)(yuan)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)組(zu)(zu)(zu)成(cheng)(cheng)一(yi)(yi)個(ge)波(bo)接(jie)(jie)(jie)(jie)，若干(gan)個(ge)波(bo)接(jie)(jie)(jie)(jie)連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)形(xing)成(cheng)(cheng)一(yi)(yi)個(ge)組(zu)(zu)(zu)件。將(jiang)組(zu)(zu)(zu)件和連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)環(huan)(huan)外(wai)端(duan)(duan)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)成(cheng)(cheng)一(yi)(yi)個(ge)部(bu)件，即焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)完(wan)成(cheng)(cheng)膜盒儲(chu)箱其中(zhong)一(yi)(yi)段(duan)(duan)，膜盒儲(chu)箱是(shi)由(you)若干(gan)段(duan)(duan)組(zu)(zu)(zu)成(cheng)(cheng)。從圖(tu)(tu)中(zhong)可(ke)以(yi)看(kan)出焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)為端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)縫(feng)，無法實施對(dui)接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)縫(feng)。這種端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)縫(feng)按理為聯系焊(han)(han)縫(feng)，不能承受(shou)較大(da)的(de)(de)(de)載荷(he)，但圖(tu)(tu)樣技術還(huan)要求端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)縫(feng)抗拉強(qiang)度不低于母材(cai)的(de)(de)(de)85％，給(gei)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)工(gong)作帶來極大(da)的(de)(de)(de)困難，它成(cheng)(cheng)為制造(zao)該產品(pin)中(zhong)關(guan)鍵(jian)中(zhong)的(de)(de)(de)關(guan)鍵(jian)。
三、焊接方(fang)法(fa)的(de)選擇
膜盒(he)儲箱的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接量特別(bie)大(da)，一(yi)(yi)段一(yi)(yi)個膜盒(he)儲箱的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)縫(feng)(feng)長(chang)(chang)度(du)累計(ji)有150m之多。要求(qiu)(qiu)焊(han)縫(feng)(feng)確保密封無泄漏，又要保證焊(han)縫(feng)(feng)成(cheng)形均勻(yun)無缺陷，還(huan)要求(qiu)(qiu)焊(han)縫(feng)(feng)接頭的(de)(de)(de)(de)(de)尺(chi)寸滿足(zu)設計(ji)圖(tu)樣的(de)(de)(de)(de)(de)要求(qiu)(qiu)。膜盒(he)膜片(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)帶寬(kuan)窄，與(yu)實(shi)(shi)際拉(la)伸距離(li)不(bu)成(cheng)比例，在(zai)實(shi)(shi)際使用(yong)中工作行程長(chang)(chang)，波節伸縮(suo)(suo)試驗(yan)范圍是(shi)設計(ji)尺(chi)寸的(de)(de)(de)(de)(de)25％～77％，每一(yi)(yi)次拉(la)伸壓縮(suo)(suo)都會(hui)保留較(jiao)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)殘余(yu)變形，結構(gou)實(shi)(shi)際工作是(shi)在(zai)比較(jiao)嚴重(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)塑性變形區內(nei)，連(lian)接焊(han)縫(feng)(feng)還(huan)會(hui)受到(dao)雙向(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)應力作用(yong)。膜盒(he)的(de)(de)(de)(de)(de)膜片(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)材料很薄，根(gen)據結構(gou)型式焊(han)接只能(neng)采(cai)用(yong)自熔(rong)的(de)(de)(de)(de)(de)端(duan)接接頭型式，通常這種端(duan)接接頭承載能(neng)力差，不(bu)可抵御(yu)拉(la)伸過程中膜片(pian)之間過大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)角變形。因此對端(duan)接接頭的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)縫(feng)(feng)提(ti)出嚴格的(de)(de)(de)(de)(de)要求(qiu)(qiu)，必須具有足(zu)夠的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)縫(feng)(feng)寬(kuan)度(du)和熔(rong)化厚(hou)度(du)，才能(neng)保證有足(zu)夠的(de)(de)(de)(de)(de)強度(du)和抵御(yu)拉(la)伸壓縮(suo)(suo)過程中的(de)(de)(de)(de)(de)交變、雙向(xiang)應力。
為了保證(zheng)端接(jie)焊(han)的(de)質量，專門設計和制(zhi)造了膜片(pian)焊(han)接(jie)工裝夾具、膜片(pian)焊(han)接(jie)專用(yong)精(jing)密焊(han)接(jie)機床等相關工裝夾具及焊(han)接(jie)輔機。
由于膜盒儲(chu)箱壁薄(bo)、焊(han)縫很長且焊(han)縫很有規律(lv)（為圓周焊(han)縫），應選(xuan)(xuan)用(yong)(yong)不(bu)加填充焊(han)絲(si)的(de)自動鎢極氬弧焊(han)或自動微束等離子弧焊(han)進行焊(han)接(jie)。曾(ceng)經(jing)將選(xuan)(xuan)用(yong)(yong)的(de)這兩種焊(han)接(jie)方法所得的(de)焊(han)接(jie)接(jie)頭經(jing)外觀(guan)檢(jian)測(ce)(ce)、端(duan)接(jie)接(jie)頭焊(han)縫試樣(yang)的(de)力學性能測(ce)(ce)試、金(jin)相檢(jian)測(ce)(ce)和接(jie)頭尺(chi)寸測(ce)(ce)量(liang)均(jun)能達(da)到設計要求(qiu)。
自動(dong)微束等離子弧焊與(yu)自動(dong)鎢(wu)極氬弧焊相(xiang)比，它具(ju)有下列優點：
1. 微束(shu)等(deng)離子弧熱量(liang)集中、熱功率高、熔池小(xiao)(xiao)、焊接熱影(ying)響區小(xiao)(xiao)和焊接變形小(xiao)(xiao)。
2. 微(wei)束(shu)等(deng)離子(zi)弧焊使(shi)用的電(dian)(dian)弧形(xing)態(tai)是(shi)聯(lian)合弧，即維弧和工作弧同(tong)時存在。在焊接電(dian)(dian)流很小時（小于3A），微(wei)束(shu)等(deng)離子(zi)弧穩(wen)定性好，而氬(ya)弧焊電(dian)(dian)弧有(you)時會漂移，穩(wen)定性較差。
3. 小電(dian)流電(dian)弧(hu)(hu)(hu)挺度好，連續自動焊接(jie)時，等離子弧(hu)(hu)(hu)長的(de)變(bian)化對焊接(jie)質量影(ying)響不大；這一點與氬弧(hu)(hu)(hu)焊不同，氬弧(hu)(hu)(hu)焊弧(hu)(hu)(hu)長對焊縫成(cheng)形(xing)有著直接(jie)的(de)影(ying)響。
4. 微束(shu)等(deng)離(li)子弧(hu)(hu)具有良好的可控性(xing)和(he)調節(jie)性(xing)，弧(hu)(hu)長的變(bian)化對焊(han)(han)縫成形(xing)影(ying)響較小。焊(han)(han)縫形(xing)狀能(neng)保持一致性(xing)，重(zhong)復再(zai)現性(xing)好。這一點與氬弧(hu)(hu)焊(han)(han)不同，氬弧(hu)(hu)焊(han)(han)弧(hu)(hu)長對焊(han)(han)縫成形(xing)影(ying)響很大。
5. 微束等離子弧焊(han)焊(han)接(jie)(jie)參數比(bi)氬(ya)弧焊(han)多，除了焊(han)接(jie)(jie)電流、焊(han)接(jie)(jie)速度、保(bao)護氣(qi)體(ti)流量(liang)等，還有壓(ya)縮氣(qi)體(ti)的流量(liang)、保(bao)護氣(qi)體(ti)的成分、保(bao)護氣(qi)體(ti)流量(liang)與壓(ya)縮氣(qi)體(ti)流量(liang)之(zhi)比(bi)等，這些(xie)參數也(ye)直(zhi)接(jie)(jie)影響焊(han)縫成形及焊(han)接(jie)(jie)質量(liang)。
試驗過程中發現，采用自動鎢極氬(ya)弧焊時，焊縫質量的一致性和穩定性仍然不足。其中最為突出的缺陷是鋸齒形焊縫（即焊縫不平整，呈凹凸狀），它導致焊縫寬度和熔化厚度的不穩定，不僅焊縫強度不能在整個焊縫上保持一致，在工作狀態時所承受的應力不相同，有可能導致焊趾處形成裂紋。
通過對比試驗，選用微束等離子弧焊為該產品的焊接方法。在試驗初始階段，采用微束等離子弧焊進行焊接，由于對研制的膜盒儲箱結構特性和微束等離子弧焊的特性認知不夠，片面強調焊縫成形均勻、光潔、平整，采用小電流快速度焊接。結果導致焊接參數的選擇范圍窄，操作難度大。焊縫沒有足夠熔寬和熔化厚度，端接接頭的焊縫強度低。最初評定試驗的端接頭的焊縫強度測定為：350MPa、375MPa、445MPa，均為撕扯性斷裂，斷裂部位在焊縫區，不符合設計圖樣提出的要求。經過充分討論認為，要保證膜盒儲箱在伸縮動態且在負載條件下工作的接頭強度和膜盒儲箱在工作狀態能承受較大交變角變形及伸縮行程后焊縫仍保持可靠的密封性，端接接頭焊縫必須有足夠的焊縫寬度和熔化厚度。以往片面強調焊縫成形均勻、光潔、平整不能滿足膜盒儲箱結構的特殊性要求。為此，改變了原焊接試驗規范，在適當減小離子弧電流的基礎上，大幅度增加了焊接單位長度的熱輸入。經過大量重復性試驗，隨機抽取了17件端接頭強度進行測定，均為510～755 MPa，平均為629MPa，滿足了設計圖樣提出的要求。破斷位置均在母材上（焊趾處），不再有焊縫區斷開的情況。但是單純地降低焊接速度、提高單位長度熱輸入，又會造成焊縫成形不良，產生鋸齒波焊縫，嚴重時其底谷處發生點孔，甚至會造成焊穿，操作過程中極難控制。后經過分析，提高膜片焊接工裝夾具的裝配精度，消除裝配間隙，對膜片焊接專用精密焊接機床及相關工裝夾具及焊接輔機的壓緊裝置的型面進行改進、結合界面進行修整，使焊接過程中的焊接熱量輸入和夾具的散熱循環均勻一致，從而焊縫減少了產生鋸齒波等缺陷。但焊接規范偏強，焊縫有時會呈現出不太明顯的波浪紋。此不足之處對焊縫強度性能指標沒有明顯的影響，能滿足設計圖樣的要求；對焊接工藝評定試件截面進行高、低倍金相檢查和焊接接頭區未發現焊接缺陷；焊接接頭尺寸、焊縫寬度和熔化厚度也符合要求。但是為了進一步提高焊縫質量，滿足產品性能需要，完善工藝穩定性和參數的再現性，減少操作難度。既要焊縫既成形均勻、光潔、平整、杜絕焊縫出現波浪紋等疵病，同時又要有足夠的焊縫寬度和熔化厚度。在生產研制過程中又不斷改進焊接參數，工藝上力求精益求精，將原來微束等離子弧焊工藝改變為脈沖微束等離子弧焊，通過峰值電流、基值電流和脈沖頻率的調整，取得了穩定的焊縫寬度和熔化厚度，消除了焊縫的波浪紋的疵病，其焊接參數見表3-81。
利用脈(mo)沖微束(shu)等離子弧焊電弧能量的周(zhou)期性(xing)脈(mo)沖變化(hua)來控制焊接熔池，改善焊縫成形，減少缺陷。其優點有：
1. 它可以精確(que)地控制膜片焊縫的熱輸(shu)入，克服(fu)因熔(rong)敷金屬表(biao)面(mian)張力不足難以支持熔(rong)池(chi)，而造成的焊縫下凹。
2. 可以調(diao)節熱(re)輸入及膜片焊縫在高溫停留時(shi)(shi)間，減(jian)小(xiao)熱(re)裂紋的(de)傾向(xiang)，同時(shi)(shi)也能(neng)提(ti)高膜盒貯箱(xiang)端接頭焊縫的(de)耐蝕性。
3. 它對膜(mo)片(pian)裝配的(de)波動不敏感。能(neng)克服(fu)膜(mo)片(pian)裝配帶(dai)來的(de)問題，適應能(neng)力強(qiang)。
4. 焊(han)縫(feng)表(biao)面成形(xing)美觀，克(ke)服(fu)以往(wang)焊(han)縫(feng)存(cun)在鋸齒波、谷處的點孔、焊(han)穿、波浪(lang)紋等缺陷。
5. 焊縫(feng)有很(hen)好(hao)的一致(zhi)性(xing)，重復再現性(xing)好(hao)，降低了操(cao)作難度(du)，獲得了穩定的端接接頭焊縫(feng)質量，端接接頭焊縫(feng)的力(li)學性(xing)能也得到了提高。
脈沖微束等離子弧焊(han)的焊(han)接(jie)(jie)參數(shu)主要有焊(han)接(jie)(jie)電流、峰值(zhi)電流、基值(zhi)電流、脈沖頻(pin)率、空(kong)占比、壓(ya)縮氣流量(liang)、保(bao)護氣流量(liang)、電弧長度(du)、噴嘴(zui)直徑、噴嘴(zui)通道(dao)比和(he)鎢(wu)極(ji)的內縮量(liang)等，它們對(dui)焊(han)縫的形狀和(he)焊(han)接(jie)(jie)質(zhi)量(liang)都(dou)有影響。焊(han)接(jie)(jie)參數(shu)的選擇是通過正交優(you)選試(shi)驗(yan)得到(dao)的，優(you)選焊(han)的參數(shu)經過小批量(liang)工(gong)藝試(shi)驗(yan)再(zai)次確認，在這個批量(liang)中又(you)隨機抽取樣件做焊(han)接(jie)(jie)工(gong)藝評(ping)定試(shi)驗(yan)來(lai)認定。
對(dui)焊(han)(han)接(jie)工(gong)藝評(ping)定試(shi)件(jian)(jian)和生產過程中旁證實例(li)截面(mian)的(de)端(duan)接(jie)接(jie)頭焊(han)(han)縫(feng)的(de)內部進行高、低倍金(jin)相檢(jian)查，端(duan)接(jie)接(jie)頭的(de)焊(han)(han)縫(feng)區未發現焊(han)(han)接(jie)缺陷；端(duan)接(jie)接(jie)頭的(de)焊(han)(han)縫(feng)尺(chi)寸、焊(han)(han)縫(feng)寬(kuan)度(du)和熔化厚度(du)等均符合要(yao)求(qiu)，見表3-82。最(zui)后對(dui)評(ping)定試(shi)件(jian)(jian)端(duan)接(jie)接(jie)頭焊(han)(han)縫(feng)的(de)性能進行檢(jian)測，見表3-83，完全滿足(zu)設(she)計圖樣的(de)技術要(yao)求(qiu)。
采用脈(mo)沖微束等離子弧焊(han)焊(han)接工藝，有很高(gao)的(de)焊(han)接穩(wen)定(ding)性(xing)和(he)參數的(de)再現性(xing)，易操作。產(chan)品通過(guo)設(she)計(ji)要(yao)(yao)求的(de)氣密試驗(yan)(yan)、伸縮(suo)試驗(yan)(yan)和(he)振動(dong)試驗(yan)(yan)，均滿足圖樣(yang)的(de)設(she)計(ji)要(yao)(yao)求，現已批(pi)量生(sheng)產(chan)。
