一(yi)、膜盒儲箱的技術要求(qiu)
膜盒儲箱的材料為304不(bu)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(er)、膜盒儲箱(xiang)制造的難(nan)度
膜(mo)盒儲箱整個(ge)制造(zao)工(gong)藝很精細且復雜，從鋼(gang)板表(biao)面(mian)平面(mian)度到零(ling)件加工(gong)直至焊(han)接(jie)，各個(ge)工(gong)序技術的要求(qiu)精度都很高(gao)，難度都非常大，可(ke)以說整個(ge)產品在研(yan)制過程中，每道工(gong)序都是(shi)關(guan)鍵(jian)。
對不銹(xiu)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。
環形膜片(pian)(pian)經過沖(chong)(chong)壓(ya)成型和(he)裁切(qie)而成，同(tong)樣切(qie)邊要保(bao)持(chi)絕對垂直，端接(jie)頭焊(han)接(jie)處兩片(pian)(pian)環之間的(de)尺(chi)寸不能有明顯的(de)偏差，不然(ran)直接(jie)導致產生焊(han)接(jie)疵病(bing)直至無法施焊(han)。為(wei)此(ci)專(zhuan)門(men)設(she)計出膜盒膜片(pian)(pian)沖(chong)(chong)壓(ya)模(mo)(mo)具(ju)和(he)膜片(pian)(pian)裁切(qie)模(mo)(mo)具(ju)，確保(bao)了膜片(pian)(pian)質量，為(wei)順利焊(han)接(jie)打下基礎(chu)。
由(you)于產品(pin)(pin)結構的(de)特殊性，膜(mo)片之(zhi)間(jian)是由(you)兩個(ge)(ge)(ge)相同的(de)環(huan)1和(he)環(huan)2組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)，用(yong)(yong)內(nei)焊(han)(han)工裝固定，內(nei)圓焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)采用(yong)(yong)自(zi)熔的(de)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)型(xing)式，形成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)內(nei)圓端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)一個(ge)(ge)(ge)單組(zu)(zu)件(jian)示意圖(tu)如圖(tu)3-88所示。兩個(ge)(ge)(ge)單組(zu)(zu)件(jian)連接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)在一起用(yong)(yong)外焊(han)(han)工裝固定進行外圓焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，仍采用(yong)(yong)自(zi)熔的(de)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)型(xing)式，形成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)外圓端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)一個(ge)(ge)(ge)波接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，若(ruo)干個(ge)(ge)(ge)波接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)連接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)形成(cheng)(cheng)(cheng)一個(ge)(ge)(ge)組(zu)(zu)件(jian)。將組(zu)(zu)件(jian)和(he)連接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)環(huan)外端(duan)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)成(cheng)(cheng)(cheng)一個(ge)(ge)(ge)部(bu)件(jian)，即焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)完(wan)成(cheng)(cheng)(cheng)膜(mo)盒儲箱(xiang)其中(zhong)一段，膜(mo)盒儲箱(xiang)是由(you)若(ruo)干段組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)。從圖(tu)中(zhong)可以看出焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)為(wei)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)縫，無法實施對接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)縫。這種端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)縫按理為(wei)聯系焊(han)(han)縫，不能(neng)承(cheng)受較(jiao)大的(de)載荷，但圖(tu)樣技(ji)術還(huan)要求(qiu)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)縫抗拉(la)強度不低于母材的(de)85％，給焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)工作帶來極大的(de)困(kun)難，它成(cheng)(cheng)(cheng)為(wei)制造該產品(pin)(pin)中(zhong)關鍵中(zhong)的(de)關鍵。
三、焊(han)接方法的(de)選擇
膜盒(he)儲(chu)箱的(de)(de)(de)焊(han)(han)接(jie)量(liang)特別大，一(yi)段一(yi)個膜盒(he)儲(chu)箱的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)長度(du)累計(ji)有150m之多。要求(qiu)焊(han)(han)縫(feng)確保密封無泄漏，又(you)要保證焊(han)(han)縫(feng)成形均勻(yun)無缺(que)陷，還(huan)要求(qiu)焊(han)(han)縫(feng)接(jie)頭的(de)(de)(de)尺(chi)寸(cun)滿足設計(ji)圖樣(yang)的(de)(de)(de)要求(qiu)。膜盒(he)膜片的(de)(de)(de)帶(dai)寬(kuan)窄(zhai)，與實(shi)際(ji)拉(la)(la)伸(shen)(shen)距(ju)離不成比(bi)例，在(zai)實(shi)際(ji)使用中工作(zuo)(zuo)行程(cheng)長，波(bo)節伸(shen)(shen)縮(suo)試驗范圍是設計(ji)尺(chi)寸(cun)的(de)(de)(de)25％～77％，每一(yi)次(ci)拉(la)(la)伸(shen)(shen)壓縮(suo)都會保留較(jiao)大的(de)(de)(de)殘(can)余(yu)變(bian)(bian)(bian)形，結構實(shi)際(ji)工作(zuo)(zuo)是在(zai)比(bi)較(jiao)嚴(yan)(yan)重的(de)(de)(de)塑(su)性變(bian)(bian)(bian)形區內，連接(jie)焊(han)(han)縫(feng)還(huan)會受到(dao)雙向的(de)(de)(de)應(ying)力(li)作(zuo)(zuo)用。膜盒(he)的(de)(de)(de)膜片的(de)(de)(de)材料很薄，根據(ju)結構型(xing)式焊(han)(han)接(jie)只能采用自熔的(de)(de)(de)端接(jie)接(jie)頭型(xing)式，通常這種端接(jie)接(jie)頭承載能力(li)差，不可抵(di)御拉(la)(la)伸(shen)(shen)過程(cheng)中膜片之間(jian)過大的(de)(de)(de)角變(bian)(bian)(bian)形。因此對端接(jie)接(jie)頭的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)提出嚴(yan)(yan)格的(de)(de)(de)要求(qiu)，必(bi)須具有足夠的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)寬(kuan)度(du)和熔化厚度(du)，才(cai)能保證有足夠的(de)(de)(de)強度(du)和抵(di)御拉(la)(la)伸(shen)(shen)壓縮(suo)過程(cheng)中的(de)(de)(de)交變(bian)(bian)(bian)、雙向應(ying)力(li)。
為了保證端接(jie)焊(han)(han)(han)的(de)質量，專(zhuan)門(men)設計和制造(zao)了膜(mo)片焊(han)(han)(han)接(jie)工(gong)裝夾具、膜(mo)片焊(han)(han)(han)接(jie)專(zhuan)用精密焊(han)(han)(han)接(jie)機床等(deng)相(xiang)關工(gong)裝夾具及焊(han)(han)(han)接(jie)輔機。
由于膜盒儲箱壁(bi)薄、焊(han)縫(feng)很長且焊(han)縫(feng)很有規律（為圓周焊(han)縫(feng)），應選(xuan)用不(bu)加填充焊(han)絲的自動鎢極氬弧焊(han)或自動微束(shu)等離子弧焊(han)進(jin)行焊(han)接(jie)(jie)。曾(ceng)經將選(xuan)用的這(zhe)兩(liang)種焊(han)接(jie)(jie)方(fang)法(fa)所得的焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭經外觀檢測、端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭焊(han)縫(feng)試樣的力學(xue)性能(neng)測試、金(jin)相檢測和接(jie)(jie)頭尺(chi)寸測量均能(neng)達到設計要(yao)求。
自(zi)動微(wei)束等離(li)子弧焊與自(zi)動鎢極(ji)氬弧焊相(xiang)比(bi)，它具有下列優點：
1. 微束等離(li)子弧熱(re)(re)量集中、熱(re)(re)功(gong)率高、熔池小(xiao)、焊接熱(re)(re)影響區小(xiao)和焊接變形小(xiao)。
2. 微束等離(li)子弧(hu)(hu)焊(han)使用的電(dian)弧(hu)(hu)形態是聯合弧(hu)(hu)，即維弧(hu)(hu)和工作弧(hu)(hu)同(tong)時存在(zai)。在(zai)焊(han)接電(dian)流很小時（小于(yu)3A），微束等離(li)子弧(hu)(hu)穩(wen)定(ding)性(xing)好(hao)，而氬弧(hu)(hu)焊(han)電(dian)弧(hu)(hu)有(you)時會漂移，穩(wen)定(ding)性(xing)較差。
3. 小電(dian)流電(dian)弧挺度好，連續自動(dong)焊接時，等(deng)離子弧長(chang)(chang)的變(bian)化對(dui)(dui)焊接質(zhi)量影(ying)響不大；這一點與氬(ya)弧焊不同，氬(ya)弧焊弧長(chang)(chang)對(dui)(dui)焊縫(feng)成形有著直接的影(ying)響。
4. 微束等離子(zi)弧(hu)具(ju)有良好(hao)的(de)可控性(xing)和調節性(xing)，弧(hu)長的(de)變化對焊縫成形(xing)影響較小。焊縫形(xing)狀(zhuang)能保持一致性(xing)，重復再現性(xing)好(hao)。這(zhe)一點與氬弧(hu)焊不同，氬弧(hu)焊弧(hu)長對焊縫成形(xing)影響很大。
5. 微(wei)束等(deng)離子弧(hu)焊(han)焊(han)接(jie)參(can)數比氬(ya)弧(hu)焊(han)多，除了(le)焊(han)接(jie)電(dian)流、焊(han)接(jie)速度、保護氣(qi)體(ti)(ti)流量(liang)(liang)等(deng)，還有壓縮(suo)氣(qi)體(ti)(ti)的流量(liang)(liang)、保護氣(qi)體(ti)(ti)的成分、保護氣(qi)體(ti)(ti)流量(liang)(liang)與壓縮(suo)氣(qi)體(ti)(ti)流量(liang)(liang)之比等(deng)，這(zhe)些參(can)數也直接(jie)影響焊(han)縫(feng)成形及焊(han)接(jie)質量(liang)(liang)。
試驗過程中發現，采用自動鎢(wu)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(li)子(zi)弧焊(han)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。
利用脈沖微束等離子弧(hu)焊(han)(han)電弧(hu)能量的周期性脈沖變化來(lai)控制焊(han)(han)接熔池(chi)，改善焊(han)(han)縫成形，減少缺陷。其優點(dian)有：
1. 它可以精(jing)確地控制(zhi)膜片(pian)焊(han)縫(feng)的(de)熱輸入，克服因熔敷金屬表面張(zhang)力不(bu)足難(nan)以支持熔池，而造成的(de)焊(han)縫(feng)下凹(ao)。
2. 可(ke)以調節熱(re)輸(shu)入及膜片(pian)焊縫在高溫(wen)停留時間，減小熱(re)裂紋的傾向，同時也能提高膜盒貯(zhu)箱(xiang)端接(jie)頭(tou)焊縫的耐蝕性。
3. 它對膜片(pian)裝配的(de)波動不敏感。能克服膜片(pian)裝配帶來的(de)問題(ti)，適應能力強。
4. 焊(han)縫表面(mian)成形美(mei)觀，克服(fu)以往焊(han)縫存在鋸(ju)齒波、谷處(chu)的點孔、焊(han)穿、波浪紋等缺陷。
5. 焊縫有很好(hao)的一致性(xing)，重復再現性(xing)好(hao)，降低(di)了操作難度，獲得(de)了穩定的端接接頭(tou)(tou)焊縫質量，端接接頭(tou)(tou)焊縫的力學(xue)性(xing)能也得(de)到了提高。
脈沖(chong)微束(shu)等離子弧(hu)焊(han)(han)(han)的(de)焊(han)(han)(han)接參(can)數主要有焊(han)(han)(han)接電(dian)流(liu)(liu)、峰值電(dian)流(liu)(liu)、基值電(dian)流(liu)(liu)、脈沖(chong)頻率、空占比(bi)、壓縮氣(qi)流(liu)(liu)量(liang)、保護氣(qi)流(liu)(liu)量(liang)、電(dian)弧(hu)長度(du)、噴(pen)嘴直徑(jing)、噴(pen)嘴通道比(bi)和鎢極的(de)內縮量(liang)等，它們對焊(han)(han)(han)縫的(de)形狀和焊(han)(han)(han)接質量(liang)都有影(ying)響。焊(han)(han)(han)接參(can)數的(de)選擇是(shi)通過正交優選試驗得到的(de)，優選焊(han)(han)(han)的(de)參(can)數經過小批(pi)量(liang)工藝(yi)試驗再次確認，在這個批(pi)量(liang)中又隨(sui)機(ji)抽取樣件做焊(han)(han)(han)接工藝(yi)評(ping)定(ding)試驗來(lai)認定(ding)。
對(dui)焊接(jie)(jie)工藝評定試件和生產過程中(zhong)旁證實例截面的(de)端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)焊縫(feng)的(de)內部進行高、低倍金相檢(jian)查(cha)，端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)的(de)焊縫(feng)區(qu)未發(fa)現焊接(jie)(jie)缺(que)陷；端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)的(de)焊縫(feng)尺寸、焊縫(feng)寬度(du)和熔化厚(hou)度(du)等均(jun)符合(he)要求，見表3-82。最后對(dui)評定試件端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)焊縫(feng)的(de)性能進行檢(jian)測，見表3-83，完全滿足(zu)設計圖樣的(de)技(ji)術(shu)要求。
采用脈(mo)沖(chong)微束等離子弧焊(han)焊(han)接(jie)工藝，有很高的(de)(de)焊(han)接(jie)穩定性和參(can)數(shu)的(de)(de)再現性，易操作。產(chan)品通過設(she)計(ji)要求(qiu)的(de)(de)氣(qi)密試(shi)驗、伸縮試(shi)驗和振(zhen)動試(shi)驗，均滿足圖樣的(de)(de)設(she)計(ji)要求(qiu)，現已(yi)批量生產(chan)。
