一、膜(mo)盒儲箱的技(ji)術要求
膜盒儲箱的材料為304不銹鋼(gang)（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
膜盒儲箱整個制造工(gong)藝很精細且復雜，從(cong)鋼板表面(mian)平(ping)面(mian)度(du)到零件(jian)加工(gong)直至焊(han)接，各個工(gong)序(xu)技術的要求精度(du)都很高，難度(du)都非常大，可以說整個產品(pin)在研制過程中，每道工(gong)序(xu)都是關(guan)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。
環形膜(mo)片(pian)(pian)經(jing)過沖壓(ya)成(cheng)型和(he)裁切(qie)而成(cheng)，同樣切(qie)邊要(yao)保持(chi)絕對(dui)垂直，端(duan)接頭焊接處兩(liang)片(pian)(pian)環之間(jian)的(de)尺寸不(bu)能(neng)有明顯的(de)偏差(cha)，不(bu)然直接導(dao)致產生焊接疵(ci)病(bing)直至無法施焊。為此專門(men)設計出膜(mo)盒(he)膜(mo)片(pian)(pian)沖壓(ya)模(mo)具和(he)膜(mo)片(pian)(pian)裁切(qie)模(mo)具，確保了(le)膜(mo)片(pian)(pian)質量，為順利焊接打下(xia)基礎。
由(you)于產品(pin)結構的(de)特殊性(xing)，膜片之間(jian)是(shi)由(you)兩個(ge)(ge)相(xiang)同的(de)環1和環2組(zu)(zu)(zu)成(cheng)，用內(nei)(nei)焊(han)(han)(han)工(gong)裝固(gu)(gu)定，內(nei)(nei)圓(yuan)(yuan)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)采用自熔的(de)端(duan)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)型式，形成(cheng)的(de)內(nei)(nei)圓(yuan)(yuan)端(duan)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)組(zu)(zu)(zu)成(cheng)一個(ge)(ge)單組(zu)(zu)(zu)件示意圖(tu)如圖(tu)3-88所示。兩個(ge)(ge)單組(zu)(zu)(zu)件連接(jie)(jie)(jie)在(zai)一起用外焊(han)(han)(han)工(gong)裝固(gu)(gu)定進行外圓(yuan)(yuan)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)，仍(reng)采用自熔的(de)端(duan)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)型式，形成(cheng)的(de)外圓(yuan)(yuan)端(duan)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)組(zu)(zu)(zu)成(cheng)一個(ge)(ge)波接(jie)(jie)(jie)，若干個(ge)(ge)波接(jie)(jie)(jie)連接(jie)(jie)(jie)形成(cheng)一個(ge)(ge)組(zu)(zu)(zu)件。將(jiang)組(zu)(zu)(zu)件和連接(jie)(jie)(jie)環外端(duan)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)成(cheng)一個(ge)(ge)部(bu)件，即焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)完成(cheng)膜盒儲(chu)箱其中一段，膜盒儲(chu)箱是(shi)由(you)若干段組(zu)(zu)(zu)成(cheng)。從圖(tu)中可以看(kan)出焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)為端(duan)接(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)縫(feng)，無法實(shi)施對接(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)縫(feng)。這種端(duan)接(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)縫(feng)按理為聯系焊(han)(han)(han)縫(feng)，不(bu)能(neng)承受較(jiao)大(da)的(de)載荷，但圖(tu)樣技(ji)術還要求端(duan)接(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)縫(feng)抗拉(la)強(qiang)度不(bu)低(di)于母材的(de)85％，給焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)工(gong)作帶來極大(da)的(de)困難，它(ta)成(cheng)為制造該產品(pin)中關鍵中的(de)關鍵。
三(san)、焊接方(fang)法的(de)選擇
膜盒儲箱(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接量特(te)別(bie)大，一(yi)(yi)段(duan)一(yi)(yi)個膜盒儲箱(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)長(chang)度(du)累(lei)計有150m之多。要(yao)求(qiu)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)確保(bao)(bao)密封(feng)無泄漏，又要(yao)保(bao)(bao)證(zheng)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)成(cheng)形均勻無缺陷，還要(yao)求(qiu)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)接頭(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)尺(chi)寸(cun)滿足(zu)設計圖樣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)。膜盒膜片的(de)(de)(de)(de)(de)(de)帶寬(kuan)窄，與實(shi)際(ji)拉伸(shen)(shen)距離不成(cheng)比例，在實(shi)際(ji)使用(yong)中工作行程(cheng)長(chang)，波節(jie)伸(shen)(shen)縮(suo)試(shi)驗(yan)范(fan)圍是設計尺(chi)寸(cun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)25％～77％，每一(yi)(yi)次拉伸(shen)(shen)壓縮(suo)都(dou)會保(bao)(bao)留較(jiao)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)殘余變(bian)(bian)形，結構(gou)實(shi)際(ji)工作是在比較(jiao)嚴重的(de)(de)(de)(de)(de)(de)塑性變(bian)(bian)形區(qu)內，連接焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)還會受到雙向(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)應力作用(yong)。膜盒的(de)(de)(de)(de)(de)(de)膜片的(de)(de)(de)(de)(de)(de)材料很薄，根據結構(gou)型式焊(han)(han)(han)接只能采用(yong)自熔(rong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)端接接頭(tou)型式，通常這種端接接頭(tou)承載能力差，不可抵(di)御拉伸(shen)(shen)過程(cheng)中膜片之間過大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)角變(bian)(bian)形。因此對端接接頭(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)提出嚴格的(de)(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)，必須具有足(zu)夠(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)寬(kuan)度(du)和(he)熔(rong)化(hua)厚度(du)，才能保(bao)(bao)證(zheng)有足(zu)夠(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)強度(du)和(he)抵(di)御拉伸(shen)(shen)壓縮(suo)過程(cheng)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)交(jiao)變(bian)(bian)、雙向(xiang)應力。
為了(le)(le)保證端(duan)接(jie)(jie)焊(han)的質量(liang)，專門(men)設計和制造了(le)(le)膜片焊(han)接(jie)(jie)工裝夾具、膜片焊(han)接(jie)(jie)專用精(jing)密焊(han)接(jie)(jie)機床等相關(guan)工裝夾具及焊(han)接(jie)(jie)輔機。
由(you)于(yu)膜盒儲箱壁(bi)薄(bo)、焊(han)(han)縫很長且焊(han)(han)縫很有(you)規(gui)律(lv)（為(wei)圓周焊(han)(han)縫），應選用不加填充焊(han)(han)絲(si)的自(zi)動(dong)鎢(wu)極(ji)氬弧焊(han)(han)或自(zi)動(dong)微束等離子弧焊(han)(han)進行焊(han)(han)接。曾經將(jiang)選用的這兩(liang)種焊(han)(han)接方法所得的焊(han)(han)接接頭(tou)經外觀(guan)檢(jian)測(ce)、端接接頭(tou)焊(han)(han)縫試(shi)樣的力學性(xing)能測(ce)試(shi)、金(jin)相檢(jian)測(ce)和接頭(tou)尺(chi)寸測(ce)量均能達到設(she)計要求。
自動微束等離子弧焊與自動鎢極(ji)氬弧焊相比，它具有下列優(you)點(dian)：
1. 微束等離子弧熱(re)量集中、熱(re)功率高、熔池小、焊(han)接(jie)(jie)熱(re)影(ying)響區小和(he)焊(han)接(jie)(jie)變形小。
2. 微束等離子弧(hu)(hu)焊使用的電弧(hu)(hu)形態是聯(lian)合弧(hu)(hu)，即(ji)維弧(hu)(hu)和工作弧(hu)(hu)同時(shi)存在。在焊接電流很小(xiao)時(shi)（小(xiao)于3A），微束等離子弧(hu)(hu)穩定(ding)(ding)性好(hao)，而(er)氬弧(hu)(hu)焊電弧(hu)(hu)有(you)時(shi)會漂移(yi)，穩定(ding)(ding)性較(jiao)差(cha)。
3. 小電(dian)流電(dian)弧挺度好，連續自(zi)動(dong)焊(han)接時，等離子弧長(chang)的變化(hua)對焊(han)接質量影(ying)響(xiang)不大；這一點與氬(ya)弧焊(han)不同，氬(ya)弧焊(han)弧長(chang)對焊(han)縫成形有著(zhu)直接的影(ying)響(xiang)。
4. 微束等離子弧具(ju)有良好(hao)的可控(kong)性和調節性，弧長的變化對焊(han)縫(feng)(feng)成形(xing)影(ying)響(xiang)較小(xiao)。焊(han)縫(feng)(feng)形(xing)狀能(neng)保持一(yi)致性，重復再現性好(hao)。這一(yi)點與氬(ya)弧焊(han)不同，氬(ya)弧焊(han)弧長對焊(han)縫(feng)(feng)成形(xing)影(ying)響(xiang)很大。
5. 微束等離子弧焊(han)焊(han)接參數比氬弧焊(han)多，除了焊(han)接電流(liu)(liu)(liu)、焊(han)接速度、保(bao)護氣體(ti)(ti)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)等，還有壓縮氣體(ti)(ti)的(de)(de)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)、保(bao)護氣體(ti)(ti)的(de)(de)成分(fen)、保(bao)護氣體(ti)(ti)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)與壓縮氣體(ti)(ti)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)之(zhi)比等，這些參數也直接影響焊(han)縫成形及(ji)焊(han)接質量(liang)(liang)。
試驗過程中發現，采用自動鎢極(ji)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。
利用脈沖(chong)微(wei)束等離子(zi)弧(hu)焊電弧(hu)能量的周期性脈沖(chong)變化(hua)來控制焊接熔(rong)池，改善(shan)焊縫成(cheng)形，減少缺陷。其優點有(you)：
1. 它可以精確(que)地控制膜片焊縫(feng)的熱輸入，克服因(yin)熔敷(fu)金屬表面張力不足難以支持熔池，而造成的焊縫(feng)下凹。
2. 可以調(diao)節熱輸(shu)入及膜(mo)(mo)片焊(han)縫(feng)(feng)在(zai)高溫停留時間，減小熱裂紋的傾(qing)向，同時也(ye)能提高膜(mo)(mo)盒貯箱端接(jie)頭焊(han)縫(feng)(feng)的耐(nai)蝕性。
3. 它對膜片(pian)(pian)裝配(pei)的(de)(de)波動不(bu)敏感。能(neng)克服(fu)膜片(pian)(pian)裝配(pei)帶來的(de)(de)問(wen)題，適應能(neng)力強。
4. 焊(han)縫表面成形美觀，克服以往焊(han)縫存在(zai)鋸齒(chi)波、谷處(chu)的(de)點孔、焊(han)穿(chuan)、波浪(lang)紋(wen)等缺(que)陷。
5. 焊縫(feng)有很好的一致(zhi)性(xing)(xing)，重復再現性(xing)(xing)好，降低了(le)操作難度(du)，獲得(de)了(le)穩定的端接(jie)接(jie)頭焊縫(feng)質(zhi)量，端接(jie)接(jie)頭焊縫(feng)的力學性(xing)(xing)能也(ye)得(de)到了(le)提高。
脈沖微束(shu)等(deng)離(li)子弧焊(han)(han)(han)的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)參(can)數(shu)主要有(you)(you)焊(han)(han)(han)接(jie)電流(liu)、峰(feng)值(zhi)電流(liu)、基(ji)值(zhi)電流(liu)、脈沖頻率(lv)、空占比(bi)、壓縮氣流(liu)量、保護(hu)氣流(liu)量、電弧長度(du)、噴(pen)嘴直徑(jing)、噴(pen)嘴通道比(bi)和鎢(wu)極的(de)內縮量等(deng)，它們對(dui)焊(han)(han)(han)縫的(de)形(xing)狀和焊(han)(han)(han)接(jie)質量都有(you)(you)影響。焊(han)(han)(han)接(jie)參(can)數(shu)的(de)選(xuan)擇是通過正交優選(xuan)試驗(yan)得到的(de)，優選(xuan)焊(han)(han)(han)的(de)參(can)數(shu)經(jing)過小批量工藝(yi)試驗(yan)再次確認(ren)，在這個批量中又隨機(ji)抽取(qu)樣件做焊(han)(han)(han)接(jie)工藝(yi)評定試驗(yan)來認(ren)定。
對(dui)(dui)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)工(gong)藝評定試件和生產過程(cheng)中旁(pang)證實(shi)例截面的端接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)焊(han)(han)縫(feng)(feng)的內部進行(xing)(xing)高(gao)、低倍(bei)金相(xiang)檢(jian)查，端接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的焊(han)(han)縫(feng)(feng)區未發現焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)缺陷；端接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的焊(han)(han)縫(feng)(feng)尺寸(cun)、焊(han)(han)縫(feng)(feng)寬度(du)(du)和熔化厚度(du)(du)等(deng)均符合(he)要求，見(jian)表3-82。最后對(dui)(dui)評定試件端接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)焊(han)(han)縫(feng)(feng)的性能進行(xing)(xing)檢(jian)測，見(jian)表3-83，完全(quan)滿足設計圖(tu)樣的技術(shu)要求。
采(cai)用脈(mo)沖微束(shu)等離子弧焊(han)(han)焊(han)(han)接工藝，有很高的(de)焊(han)(han)接穩定性和(he)參數的(de)再現性，易操(cao)作。產(chan)品(pin)通過設計要求的(de)氣密試(shi)驗、伸(shen)縮試(shi)驗和(he)振動試(shi)驗，均滿足(zu)圖樣的(de)設計要求，現已批量生(sheng)產(chan)。
