一、膜盒儲箱(xiang)的技術要求
膜盒儲箱的材料為304不銹鋼（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(he)儲(chu)箱整個(ge)制(zhi)造工藝很精細且復雜(za)，從鋼板(ban)表(biao)面(mian)平(ping)面(mian)度(du)(du)到(dao)零件加工直(zhi)至(zhi)焊接，各個(ge)工序(xu)技(ji)術的要求(qiu)精度(du)(du)都(dou)很高，難度(du)(du)都(dou)非常大，可以(yi)說整個(ge)產品(pin)在(zai)研制(zhi)過程中，每道(dao)工序(xu)都(dou)是(shi)關鍵(jian)。
對不(bu)銹鋼(gang)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(mo)(mo)片(pian)經過沖(chong)壓成型和裁(cai)切(qie)而成，同樣切(qie)邊要(yao)保持絕對垂直(zhi)，端接(jie)(jie)(jie)頭焊(han)接(jie)(jie)(jie)處兩片(pian)環(huan)之間的尺寸不(bu)能有明顯的偏差，不(bu)然(ran)直(zhi)接(jie)(jie)(jie)導致產(chan)生焊(han)接(jie)(jie)(jie)疵病直(zhi)至無法施焊(han)。為此(ci)專門設計出膜(mo)(mo)盒(he)膜(mo)(mo)片(pian)沖(chong)壓模具和膜(mo)(mo)片(pian)裁(cai)切(qie)模具，確(que)保了膜(mo)(mo)片(pian)質量，為順利焊(han)接(jie)(jie)(jie)打下基礎(chu)。
由(you)于產品結構的(de)(de)(de)特殊性，膜(mo)片(pian)之間是(shi)由(you)兩個相同的(de)(de)(de)環(huan)1和環(huan)2組成(cheng)(cheng)(cheng)，用(yong)(yong)內焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)工裝固(gu)定，內圓焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)采用(yong)(yong)自熔(rong)的(de)(de)(de)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)型式，形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)內圓端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)組成(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)個單組件示(shi)意(yi)圖如圖3-88所示(shi)。兩個單組件連接(jie)(jie)(jie)(jie)在一(yi)起用(yong)(yong)外焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)工裝固(gu)定進行外圓焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)，仍采用(yong)(yong)自熔(rong)的(de)(de)(de)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)型式，形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)外圓端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)組成(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)個波(bo)接(jie)(jie)(jie)(jie)，若干個波(bo)接(jie)(jie)(jie)(jie)連接(jie)(jie)(jie)(jie)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)個組件。將組件和連接(jie)(jie)(jie)(jie)環(huan)外端(duan)(duan)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)成(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)個部件，即焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)完(wan)成(cheng)(cheng)(cheng)膜(mo)盒儲(chu)箱其中(zhong)一(yi)段，膜(mo)盒儲(chu)箱是(shi)由(you)若干段組成(cheng)(cheng)(cheng)。從(cong)圖中(zhong)可以看出焊(han)(han)(han)(han)(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)(han)(han)(han)(han)縫，無(wu)法實(shi)施對接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫。這種(zhong)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫按理為聯系焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫，不(bu)能承受較大的(de)(de)(de)載荷，但圖樣技術還要(yao)求端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫抗拉強度不(bu)低于母(mu)材的(de)(de)(de)85％，給焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)工作(zuo)帶來極大的(de)(de)(de)困難，它成(cheng)(cheng)(cheng)為制造(zao)該產品中(zhong)關鍵(jian)中(zhong)的(de)(de)(de)關鍵(jian)。
三、焊接方法的(de)選(xuan)擇
膜(mo)(mo)盒(he)(he)儲箱的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)量特別(bie)大(da)，一段(duan)一個膜(mo)(mo)盒(he)(he)儲箱的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)長度累計有150m之多。要(yao)求焊(han)(han)縫(feng)(feng)確保密封(feng)無(wu)泄漏，又要(yao)保證焊(han)(han)縫(feng)(feng)成(cheng)形均勻無(wu)缺陷，還(huan)要(yao)求焊(han)(han)縫(feng)(feng)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)尺寸(cun)滿足(zu)(zu)設(she)計圖樣的(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)求。膜(mo)(mo)盒(he)(he)膜(mo)(mo)片的(de)(de)(de)(de)(de)帶寬(kuan)窄，與實(shi)際(ji)拉(la)伸(shen)距離不成(cheng)比例，在實(shi)際(ji)使用中(zhong)工作行程(cheng)(cheng)長，波節(jie)伸(shen)縮試驗范圍是(shi)設(she)計尺寸(cun)的(de)(de)(de)(de)(de)25％～77％，每(mei)一次拉(la)伸(shen)壓(ya)縮都會保留(liu)較大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)殘余變形，結(jie)構(gou)(gou)實(shi)際(ji)工作是(shi)在比較嚴重的(de)(de)(de)(de)(de)塑(su)性變形區內(nei)，連接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)縫(feng)(feng)還(huan)會受到雙向的(de)(de)(de)(de)(de)應力(li)(li)作用。膜(mo)(mo)盒(he)(he)的(de)(de)(de)(de)(de)膜(mo)(mo)片的(de)(de)(de)(de)(de)材料很(hen)薄，根據結(jie)構(gou)(gou)型(xing)式焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)只能采用自熔的(de)(de)(de)(de)(de)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)型(xing)式，通常這種端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)承載(zai)能力(li)(li)差，不可抵御拉(la)伸(shen)過程(cheng)(cheng)中(zhong)膜(mo)(mo)片之間過大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)角變形。因此對端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)提出嚴格的(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)求，必須具有足(zu)(zu)夠(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)寬(kuan)度和熔化厚(hou)度，才能保證有足(zu)(zu)夠(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)強度和抵御拉(la)伸(shen)壓(ya)縮過程(cheng)(cheng)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)交變、雙向應力(li)(li)。
為了保證端接(jie)(jie)焊(han)的質量，專(zhuan)門(men)設計和制造了膜片焊(han)接(jie)(jie)工裝夾具(ju)、膜片焊(han)接(jie)(jie)專(zhuan)用精(jing)密(mi)焊(han)接(jie)(jie)機(ji)床(chuang)等相關工裝夾具(ju)及(ji)焊(han)接(jie)(jie)輔(fu)機(ji)。
由于(yu)膜盒(he)儲箱壁薄(bo)、焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)很長(chang)且焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)很有規律（為圓周焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)），應選(xuan)(xuan)用不加(jia)填充焊(han)(han)(han)(han)絲的(de)(de)(de)自動鎢(wu)極(ji)氬弧焊(han)(han)(han)(han)或(huo)自動微(wei)束等離子(zi)弧焊(han)(han)(han)(han)進行(xing)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)。曾經(jing)將(jiang)選(xuan)(xuan)用的(de)(de)(de)這兩種焊(han)(han)(han)(han)接(jie)方法所得的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭經(jing)外觀(guan)檢測、端接(jie)接(jie)頭焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)試(shi)樣(yang)的(de)(de)(de)力學性(xing)能(neng)(neng)測試(shi)、金相(xiang)檢測和接(jie)頭尺寸測量均能(neng)(neng)達到設計要求。
自動(dong)微束等離子弧焊與(yu)自動(dong)鎢極氬弧焊相比，它具有下列優點：
1. 微束(shu)等離子弧(hu)熱量集中、熱功率高、熔池小、焊(han)接(jie)熱影響區(qu)小和(he)焊(han)接(jie)變形小。
2. 微(wei)束等離子弧(hu)(hu)(hu)焊(han)使用(yong)的電(dian)弧(hu)(hu)(hu)形態是聯合弧(hu)(hu)(hu)，即維弧(hu)(hu)(hu)和工作弧(hu)(hu)(hu)同時(shi)(shi)(shi)存在。在焊(han)接電(dian)流(liu)很小(xiao)時(shi)(shi)(shi)（小(xiao)于3A），微(wei)束等離子弧(hu)(hu)(hu)穩定性好(hao)，而(er)氬弧(hu)(hu)(hu)焊(han)電(dian)弧(hu)(hu)(hu)有時(shi)(shi)(shi)會漂移，穩定性較差。
3. 小電流電弧挺度好，連續自動焊(han)接時，等離子弧長(chang)的變化對焊(han)接質量影響不大；這(zhe)一點與氬弧焊(han)不同(tong)，氬弧焊(han)弧長(chang)對焊(han)縫成(cheng)形有著直接的影響。
4. 微束(shu)等離(li)子弧具有良(liang)好的可(ke)控性和調節(jie)性，弧長的變(bian)化對焊(han)縫(feng)成形影響較小。焊(han)縫(feng)形狀(zhuang)能保持一(yi)致性，重(zhong)復(fu)再現性好。這一(yi)點(dian)與氬(ya)弧焊(han)不(bu)同，氬(ya)弧焊(han)弧長對焊(han)縫(feng)成形影響很大(da)。
5. 微束(shu)等(deng)離子弧焊(han)(han)焊(han)(han)接(jie)參(can)數(shu)比氬弧焊(han)(han)多，除了焊(han)(han)接(jie)電流(liu)、焊(han)(han)接(jie)速度(du)、保(bao)護(hu)(hu)氣(qi)體流(liu)量等(deng)，還(huan)有壓縮氣(qi)體的流(liu)量、保(bao)護(hu)(hu)氣(qi)體的成分、保(bao)護(hu)(hu)氣(qi)體流(liu)量與(yu)壓縮氣(qi)體流(liu)量之(zhi)比等(deng)，這些參(can)數(shu)也直(zhi)接(jie)影響(xiang)焊(han)(han)縫(feng)成形及焊(han)(han)接(jie)質量。
試驗過程中發現，采用自動鎢極氬弧焊時，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)沖微束等離(li)子(zi)弧(hu)焊電弧(hu)能(neng)量的周期性脈(mo)沖變化(hua)來控制(zhi)焊接熔池，改善焊縫成形，減少缺陷。其優(you)點有：
1. 它可(ke)以精(jing)確(que)地控制膜片焊縫(feng)(feng)的(de)熱(re)輸入，克服(fu)因熔敷金屬表(biao)面張力不足難以支持(chi)熔池，而造成的(de)焊縫(feng)(feng)下凹。
2. 可以調節熱輸入及膜(mo)片(pian)焊(han)縫在(zai)高(gao)溫(wen)停留時間，減小熱裂紋(wen)的傾向，同時也(ye)能提高(gao)膜(mo)盒貯箱端接頭(tou)焊(han)縫的耐蝕性(xing)。
3. 它(ta)對膜片裝(zhuang)配的波動不敏感。能克服膜片裝(zhuang)配帶(dai)來(lai)的問題，適應能力強。
4. 焊縫(feng)表面成形美觀，克服以(yi)往焊縫(feng)存(cun)在鋸齒波、谷處的點孔、焊穿、波浪(lang)紋(wen)等缺陷。
5. 焊縫有很(hen)好的一(yi)致(zhi)性(xing)，重(zhong)復再現性(xing)好，降(jiang)低了(le)操作難(nan)度，獲得了(le)穩定的端(duan)接(jie)接(jie)頭(tou)焊縫質(zhi)量，端(duan)接(jie)接(jie)頭(tou)焊縫的力學性(xing)能也得到了(le)提(ti)高。
脈沖(chong)微束等離子弧焊(han)的(de)焊(han)接(jie)參(can)數(shu)主(zhu)要有焊(han)接(jie)電(dian)流(liu)(liu)、峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)(liu)、基值(zhi)電(dian)流(liu)(liu)、脈沖(chong)頻率、空占比、壓縮氣流(liu)(liu)量(liang)(liang)、保護氣流(liu)(liu)量(liang)(liang)、電(dian)弧長(chang)度、噴嘴直(zhi)徑、噴嘴通(tong)道比和(he)(he)鎢極的(de)內(nei)縮量(liang)(liang)等，它們(men)對焊(han)縫的(de)形狀和(he)(he)焊(han)接(jie)質量(liang)(liang)都(dou)有影(ying)響。焊(han)接(jie)參(can)數(shu)的(de)選(xuan)(xuan)擇是通(tong)過正交優(you)選(xuan)(xuan)試驗(yan)(yan)(yan)得到的(de)，優(you)選(xuan)(xuan)焊(han)的(de)參(can)數(shu)經過小批(pi)量(liang)(liang)工(gong)藝試驗(yan)(yan)(yan)再次(ci)確認，在這個批(pi)量(liang)(liang)中(zhong)又隨機抽取樣(yang)件做(zuo)焊(han)接(jie)工(gong)藝評(ping)定試驗(yan)(yan)(yan)來認定。
對(dui)焊接(jie)工藝(yi)評定試件和生產過(guo)程中旁證實例(li)截面(mian)的(de)端接(jie)接(jie)頭(tou)焊縫(feng)的(de)內部進行高、低倍金相(xiang)檢查(cha)，端接(jie)接(jie)頭(tou)的(de)焊縫(feng)區未發(fa)現焊接(jie)缺陷；端接(jie)接(jie)頭(tou)的(de)焊縫(feng)尺寸(cun)、焊縫(feng)寬度和熔化厚度等均符合要(yao)求(qiu)，見(jian)表3-82。最后對(dui)評定試件端接(jie)接(jie)頭(tou)焊縫(feng)的(de)性能(neng)進行檢測，見(jian)表3-83，完全(quan)滿(man)足設計圖樣的(de)技術(shu)要(yao)求(qiu)。
采用脈沖(chong)微束等離子弧焊焊接(jie)工藝(yi)，有(you)很高的焊接(jie)穩定(ding)性和參數的再(zai)現(xian)性，易操作。產(chan)品通過設(she)計(ji)要求的氣密試驗、伸(shen)縮試驗和振動(dong)試驗，均滿足(zu)圖樣的設(she)計(ji)要求，現(xian)已批量生產(chan)。
