一、膜盒儲箱的技術要求
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(xiang)制造(zao)的難度
膜盒儲箱整個制造工(gong)藝很(hen)精(jing)細且復雜，從鋼板表(biao)面平面度到零件加工(gong)直至(zhi)焊接，各(ge)個工(gong)序技術的(de)要求精(jing)度都很(hen)高，難度都非常大，可以說整個產(chan)品在研制過(guo)程中(zhong)，每道工(gong)序都是關鍵。
對不銹(xiu)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(mo)片經過沖(chong)壓成型和(he)裁切而(er)成，同樣(yang)切邊(bian)要保持絕對垂直，端接頭焊(han)(han)(han)接處兩片環(huan)之間的尺寸不(bu)能有(you)明顯(xian)的偏差，不(bu)然直接導(dao)致產生焊(han)(han)(han)接疵(ci)病直至無法施焊(han)(han)(han)。為此專門(men)設(she)計出(chu)膜(mo)盒膜(mo)片沖(chong)壓模具和(he)膜(mo)片裁切模具，確保了膜(mo)片質量，為順利焊(han)(han)(han)接打下基礎(chu)。
由于(yu)產品(pin)結構的特殊性，膜(mo)(mo)片之間是由兩個相(xiang)同的環1和環2組(zu)成(cheng)(cheng)，用(yong)內焊(han)(han)(han)工裝(zhuang)固(gu)定，內圓(yuan)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)采用(yong)自熔(rong)的端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)(tou)型式，形(xing)成(cheng)(cheng)的內圓(yuan)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)(tou)組(zu)成(cheng)(cheng)一個單組(zu)件(jian)示意圖(tu)(tu)如(ru)圖(tu)(tu)3-88所示。兩個單組(zu)件(jian)連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)在一起用(yong)外(wai)(wai)焊(han)(han)(han)工裝(zhuang)固(gu)定進(jin)行外(wai)(wai)圓(yuan)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，仍(reng)采用(yong)自熔(rong)的端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)(tou)型式，形(xing)成(cheng)(cheng)的外(wai)(wai)圓(yuan)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)(tou)組(zu)成(cheng)(cheng)一個波接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，若(ruo)(ruo)干(gan)個波接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)形(xing)成(cheng)(cheng)一個組(zu)件(jian)。將組(zu)件(jian)和連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)環外(wai)(wai)端(duan)(duan)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)成(cheng)(cheng)一個部件(jian)，即焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)完成(cheng)(cheng)膜(mo)(mo)盒儲箱(xiang)其中一段，膜(mo)(mo)盒儲箱(xiang)是由若(ruo)(ruo)干(gan)段組(zu)成(cheng)(cheng)。從圖(tu)(tu)中可(ke)以看出焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)(tou)為(wei)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)，無法實施對接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)。這種(zhong)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)按(an)理(li)為(wei)聯系焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)，不能承受較大(da)的載(zai)荷，但圖(tu)(tu)樣技術還要求端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)抗拉強(qiang)度不低于(yu)母(mu)材的85％，給(gei)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)工作帶來極大(da)的困(kun)難，它成(cheng)(cheng)為(wei)制造(zao)該產品(pin)中關鍵中的關鍵。
三、焊接方法的選擇(ze)
膜(mo)(mo)(mo)盒儲箱(xiang)的(de)(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)量特別大(da)，一段一個膜(mo)(mo)(mo)盒儲箱(xiang)的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)長度累計有(you)150m之多。要(yao)求焊(han)(han)縫(feng)確保(bao)(bao)密封無泄漏，又(you)要(yao)保(bao)(bao)證(zheng)焊(han)(han)縫(feng)成(cheng)形(xing)均勻無缺陷，還要(yao)求焊(han)(han)縫(feng)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)尺寸滿(man)足設(she)計圖樣的(de)(de)(de)要(yao)求。膜(mo)(mo)(mo)盒膜(mo)(mo)(mo)片(pian)的(de)(de)(de)帶寬窄，與實際拉伸距離(li)不(bu)成(cheng)比例，在(zai)實際使用中工作行程(cheng)(cheng)長，波(bo)節伸縮試驗(yan)范圍是(shi)設(she)計尺寸的(de)(de)(de)25％～77％，每一次拉伸壓縮都會保(bao)(bao)留較大(da)的(de)(de)(de)殘余(yu)變(bian)形(xing)，結構(gou)(gou)實際工作是(shi)在(zai)比較嚴(yan)重的(de)(de)(de)塑性(xing)變(bian)形(xing)區內，連接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)縫(feng)還會受到雙(shuang)向(xiang)的(de)(de)(de)應(ying)力(li)作用。膜(mo)(mo)(mo)盒的(de)(de)(de)膜(mo)(mo)(mo)片(pian)的(de)(de)(de)材料很薄(bo)，根據結構(gou)(gou)型(xing)式焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)只能采用自熔的(de)(de)(de)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)型(xing)式，通常這種(zhong)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)承載能力(li)差，不(bu)可抵御(yu)拉伸過程(cheng)(cheng)中膜(mo)(mo)(mo)片(pian)之間過大(da)的(de)(de)(de)角(jiao)變(bian)形(xing)。因此對端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)提(ti)出嚴(yan)格的(de)(de)(de)要(yao)求，必須具有(you)足夠的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)寬度和熔化(hua)厚度，才能保(bao)(bao)證(zheng)有(you)足夠的(de)(de)(de)強度和抵御(yu)拉伸壓縮過程(cheng)(cheng)中的(de)(de)(de)交變(bian)、雙(shuang)向(xiang)應(ying)力(li)。
為了(le)保證端接焊的(de)質量，專門設計和制造了(le)膜片(pian)焊接工裝(zhuang)夾具、膜片(pian)焊接專用精密焊接機床等相(xiang)關(guan)工裝(zhuang)夾具及焊接輔(fu)機。
由(you)于(yu)膜盒儲箱(xiang)壁薄、焊(han)(han)縫(feng)很長且焊(han)(han)縫(feng)很有規(gui)律(lv)（為(wei)圓周焊(han)(han)縫(feng)），應選用(yong)不加填充焊(han)(han)絲的自動鎢極氬(ya)弧焊(han)(han)或(huo)自動微束等離子弧焊(han)(han)進行焊(han)(han)接(jie)。曾經(jing)將選用(yong)的這兩種焊(han)(han)接(jie)方法所得的焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭(tou)經(jing)外觀檢測(ce)、端接(jie)接(jie)頭(tou)焊(han)(han)縫(feng)試樣的力學性能測(ce)試、金相檢測(ce)和接(jie)頭(tou)尺寸測(ce)量(liang)均能達到(dao)設計要求(qiu)。
自動微束(shu)等離(li)子弧(hu)焊(han)與自動鎢極(ji)氬弧(hu)焊(han)相比，它具有下列優點：
1. 微束等離子(zi)弧熱量集中、熱功率高、熔池小(xiao)、焊接熱影響區小(xiao)和焊接變形(xing)小(xiao)。
2. 微(wei)束(shu)等離子弧焊使用的電弧形態是聯合弧，即維弧和工作弧同時(shi)(shi)存在。在焊接電流很小時(shi)(shi)（小于3A），微(wei)束(shu)等離子弧穩定(ding)性(xing)好，而氬弧焊電弧有(you)時(shi)(shi)會漂移，穩定(ding)性(xing)較差。
3. 小(xiao)電(dian)流電(dian)弧(hu)挺(ting)度好，連續自(zi)動(dong)焊(han)(han)接(jie)時，等離子弧(hu)長(chang)的變化對(dui)(dui)焊(han)(han)接(jie)質量影響不大；這一點與(yu)氬弧(hu)焊(han)(han)不同，氬弧(hu)焊(han)(han)弧(hu)長(chang)對(dui)(dui)焊(han)(han)縫成形有著直接(jie)的影響。
4. 微束等離子(zi)弧具(ju)有良好(hao)的可(ke)控性和調節性，弧長的變(bian)化(hua)對(dui)焊縫(feng)成形影響較(jiao)小。焊縫(feng)形狀(zhuang)能(neng)保持一致性，重復再現性好(hao)。這(zhe)一點與氬弧焊不同，氬弧焊弧長對(dui)焊縫(feng)成形影響很大。
5. 微束等離(li)子弧(hu)焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接(jie)參數(shu)比(bi)氬弧(hu)焊(han)(han)(han)多，除了焊(han)(han)(han)接(jie)電流(liu)、焊(han)(han)(han)接(jie)速度、保(bao)(bao)護(hu)氣(qi)(qi)體(ti)流(liu)量(liang)(liang)等，還有壓(ya)縮氣(qi)(qi)體(ti)的流(liu)量(liang)(liang)、保(bao)(bao)護(hu)氣(qi)(qi)體(ti)的成(cheng)分(fen)、保(bao)(bao)護(hu)氣(qi)(qi)體(ti)流(liu)量(liang)(liang)與壓(ya)縮氣(qi)(qi)體(ti)流(liu)量(liang)(liang)之比(bi)等，這(zhe)些(xie)參數(shu)也直接(jie)影響焊(han)(han)(han)縫成(cheng)形及焊(han)(han)(han)接(jie)質(zhi)量(liang)(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(deng)離子弧(hu)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)微束等離(li)子弧焊電弧能(neng)量的周期性脈沖(chong)變化(hua)來控制焊接熔池(chi)，改善(shan)焊縫成形，減(jian)少(shao)缺陷。其優點有：
1. 它可以精(jing)確地控(kong)制膜片焊(han)縫的熱輸入，克服因熔敷金屬表面張力不足難(nan)以支持(chi)熔池，而造成的焊(han)縫下凹。
2. 可(ke)以(yi)調節熱(re)(re)輸入(ru)及膜(mo)片焊(han)縫在(zai)高(gao)溫停留時間，減(jian)小熱(re)(re)裂紋的(de)傾向，同時也能提高(gao)膜(mo)盒貯(zhu)箱端接頭(tou)焊(han)縫的(de)耐蝕(shi)性。
3. 它對膜(mo)片裝配的(de)波動不敏感(gan)。能(neng)克服膜(mo)片裝配帶(dai)來的(de)問題，適應(ying)能(neng)力強。
4. 焊(han)縫(feng)表(biao)面成形(xing)美觀，克服以(yi)往(wang)焊(han)縫(feng)存在鋸齒波(bo)、谷處的點孔、焊(han)穿、波(bo)浪紋等缺陷。
5. 焊(han)縫(feng)有很好的(de)(de)一致(zhi)性(xing)，重復再現性(xing)好，降低了操作難度，獲(huo)得了穩(wen)定的(de)(de)端(duan)接(jie)接(jie)頭焊(han)縫(feng)質量，端(duan)接(jie)接(jie)頭焊(han)縫(feng)的(de)(de)力學(xue)性(xing)能也得到了提高。
脈(mo)(mo)沖微束等(deng)離(li)子弧焊(han)(han)的(de)(de)焊(han)(han)接參(can)數(shu)主(zhu)要有(you)焊(han)(han)接電流、峰值電流、基(ji)值電流、脈(mo)(mo)沖頻率、空(kong)占(zhan)比、壓縮氣流量(liang)(liang)(liang)、保(bao)護氣流量(liang)(liang)(liang)、電弧長(chang)度、噴嘴(zui)直(zhi)徑、噴嘴(zui)通道比和鎢極的(de)(de)內縮量(liang)(liang)(liang)等(deng)，它(ta)們對焊(han)(han)縫的(de)(de)形狀和焊(han)(han)接質量(liang)(liang)(liang)都(dou)有(you)影響。焊(han)(han)接參(can)數(shu)的(de)(de)選(xuan)擇是通過正交優(you)選(xuan)試(shi)驗(yan)得(de)到的(de)(de)，優(you)選(xuan)焊(han)(han)的(de)(de)參(can)數(shu)經過小批量(liang)(liang)(liang)工藝試(shi)驗(yan)再次(ci)確認，在這個批量(liang)(liang)(liang)中(zhong)又(you)隨機抽取(qu)樣件(jian)做(zuo)焊(han)(han)接工藝評定(ding)試(shi)驗(yan)來認定(ding)。
對焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)工藝評(ping)(ping)定試(shi)件(jian)和生產過程中旁(pang)證實例截面的(de)(de)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)焊(han)(han)縫的(de)(de)內部進行高、低倍金(jin)相(xiang)檢查，端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)焊(han)(han)縫區未發現焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)缺陷；端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)焊(han)(han)縫尺寸、焊(han)(han)縫寬度和熔(rong)化厚度等均符合(he)要求，見表(biao)3-82。最后(hou)對評(ping)(ping)定試(shi)件(jian)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)焊(han)(han)縫的(de)(de)性能進行檢測，見表(biao)3-83，完全滿足設(she)計圖樣的(de)(de)技(ji)術要求。
采用脈沖微束等離子弧焊焊接(jie)(jie)工(gong)藝，有很高的(de)焊接(jie)(jie)穩定(ding)性和參數的(de)再現性，易操(cao)作。產(chan)(chan)品通(tong)過設計(ji)(ji)要(yao)求的(de)氣密試驗(yan)(yan)、伸縮試驗(yan)(yan)和振動試驗(yan)(yan)，均滿足圖樣的(de)設計(ji)(ji)要(yao)求，現已(yi)批(pi)量生產(chan)(chan)。
