一、膜盒(he)儲箱(xiang)的技術要求
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(er)、膜(mo)盒儲箱制造的難度
膜盒(he)儲(chu)箱整(zheng)個制造工藝很(hen)精(jing)細且復雜(za)，從(cong)鋼板(ban)表(biao)面平面度(du)到(dao)零件加工直至(zhi)焊(han)接，各個工序技術的(de)要求精(jing)度(du)都很(hen)高，難度(du)都非常(chang)大，可以(yi)說整(zheng)個產品在研制過程中(zhong)，每(mei)道(dao)工序都是關鍵(jian)。
對不(bu)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)經過沖壓成型和(he)裁(cai)切(qie)而成，同樣切(qie)邊要保持絕對垂直(zhi)，端接(jie)(jie)頭焊(han)接(jie)(jie)處兩(liang)片(pian)環之間的尺寸(cun)不能有明顯的偏差(cha)，不然直(zhi)接(jie)(jie)導致產(chan)生焊(han)接(jie)(jie)疵病直(zhi)至無法施(shi)焊(han)。為此(ci)專門設計出(chu)膜(mo)盒膜(mo)片(pian)沖壓模具和(he)膜(mo)片(pian)裁(cai)切(qie)模具，確保了膜(mo)片(pian)質量(liang)，為順利(li)焊(han)接(jie)(jie)打下基礎。
由(you)(you)于產品(pin)(pin)結構的(de)(de)特殊性(xing)，膜(mo)(mo)(mo)片之間是(shi)由(you)(you)兩(liang)個(ge)(ge)相同的(de)(de)環(huan)1和環(huan)2組(zu)(zu)(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)，用內(nei)焊(han)(han)(han)(han)(han)工(gong)裝(zhuang)固(gu)(gu)定，內(nei)圓(yuan)(yuan)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)采用自(zi)熔(rong)的(de)(de)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)型式，形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)內(nei)圓(yuan)(yuan)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)組(zu)(zu)(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)(ge)單組(zu)(zu)(zu)件示意(yi)圖(tu)如圖(tu)3-88所示。兩(liang)個(ge)(ge)單組(zu)(zu)(zu)件連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)在一(yi)起(qi)用外(wai)焊(han)(han)(han)(han)(han)工(gong)裝(zhuang)固(gu)(gu)定進行外(wai)圓(yuan)(yuan)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)，仍采用自(zi)熔(rong)的(de)(de)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)型式，形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)外(wai)圓(yuan)(yuan)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)組(zu)(zu)(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)(ge)波(bo)接(jie)(jie)(jie)(jie)，若干個(ge)(ge)波(bo)接(jie)(jie)(jie)(jie)連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)(ge)組(zu)(zu)(zu)件。將(jiang)組(zu)(zu)(zu)件和連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)環(huan)外(wai)端(duan)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)(ge)部件，即(ji)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)完成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)膜(mo)(mo)(mo)盒儲箱(xiang)(xiang)其中(zhong)(zhong)一(yi)段，膜(mo)(mo)(mo)盒儲箱(xiang)(xiang)是(shi)由(you)(you)若干段組(zu)(zu)(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)。從圖(tu)中(zhong)(zhong)可(ke)以看(kan)出焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)為端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)，無(wu)法實施對接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)。這種(zhong)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)按理為聯系(xi)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)，不能(neng)承(cheng)受(shou)較大的(de)(de)載荷，但圖(tu)樣技術(shu)還要(yao)求端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)抗拉強(qiang)度不低(di)于母(mu)材的(de)(de)85％，給焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)工(gong)作帶來極(ji)大的(de)(de)困難，它成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)為制造該產品(pin)(pin)中(zhong)(zhong)關(guan)鍵中(zhong)(zhong)的(de)(de)關(guan)鍵。
三、焊接方(fang)法(fa)的選擇
膜盒儲箱的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)量特別大(da)，一(yi)段一(yi)個膜盒儲箱的(de)焊(han)(han)(han)縫長(chang)度累計(ji)有150m之多。要求(qiu)焊(han)(han)(han)縫確保(bao)(bao)密(mi)封無泄漏，又要保(bao)(bao)證(zheng)焊(han)(han)(han)縫成形均勻(yun)無缺陷，還要求(qiu)焊(han)(han)(han)縫接(jie)頭的(de)尺寸滿足(zu)設(she)計(ji)圖樣(yang)的(de)要求(qiu)。膜盒膜片(pian)的(de)帶(dai)寬(kuan)窄，與(yu)實(shi)際(ji)拉(la)伸(shen)距離不成比例，在實(shi)際(ji)使用中工(gong)作(zuo)(zuo)行程長(chang)，波節伸(shen)縮(suo)試驗范圍是設(she)計(ji)尺寸的(de)25％～77％，每一(yi)次拉(la)伸(shen)壓縮(suo)都會(hui)保(bao)(bao)留較(jiao)大(da)的(de)殘余變(bian)形，結構(gou)實(shi)際(ji)工(gong)作(zuo)(zuo)是在比較(jiao)嚴重的(de)塑性變(bian)形區內，連接(jie)焊(han)(han)(han)縫還會(hui)受到(dao)雙向(xiang)的(de)應力作(zuo)(zuo)用。膜盒的(de)膜片(pian)的(de)材(cai)料很薄，根據(ju)結構(gou)型式焊(han)(han)(han)接(jie)只能(neng)采用自熔(rong)的(de)端(duan)接(jie)接(jie)頭型式，通常這種端(duan)接(jie)接(jie)頭承載能(neng)力差，不可(ke)抵御(yu)拉(la)伸(shen)過程中膜片(pian)之間過大(da)的(de)角變(bian)形。因此對(dui)端(duan)接(jie)接(jie)頭的(de)焊(han)(han)(han)縫提出嚴格的(de)要求(qiu)，必須具(ju)有足(zu)夠的(de)焊(han)(han)(han)縫寬(kuan)度和熔(rong)化厚度，才能(neng)保(bao)(bao)證(zheng)有足(zu)夠的(de)強度和抵御(yu)拉(la)伸(shen)壓縮(suo)過程中的(de)交變(bian)、雙向(xiang)應力。
為(wei)了保(bao)證端接(jie)(jie)焊(han)(han)的質(zhi)量，專(zhuan)門設計(ji)和制(zhi)造了膜片(pian)焊(han)(han)接(jie)(jie)工裝(zhuang)夾具(ju)、膜片(pian)焊(han)(han)接(jie)(jie)專(zhuan)用精密焊(han)(han)接(jie)(jie)機床等(deng)相關工裝(zhuang)夾具(ju)及焊(han)(han)接(jie)(jie)輔機。
由于(yu)膜盒(he)儲箱壁薄、焊(han)(han)縫(feng)(feng)很長且焊(han)(han)縫(feng)(feng)很有規(gui)律（為(wei)圓周(zhou)焊(han)(han)縫(feng)(feng)），應選用不加填充焊(han)(han)絲的(de)自動鎢(wu)極(ji)氬(ya)弧焊(han)(han)或自動微束(shu)等(deng)離(li)子弧焊(han)(han)進行焊(han)(han)接(jie)。曾經將選用的(de)這兩(liang)種(zhong)焊(han)(han)接(jie)方法所得的(de)焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭經外觀檢測(ce)、端接(jie)接(jie)頭焊(han)(han)縫(feng)(feng)試樣的(de)力學(xue)性能測(ce)試、金相檢測(ce)和接(jie)頭尺寸測(ce)量均能達到設計要求。
自動微束等離子(zi)弧焊與自動鎢極氬弧焊相比(bi)，它具有下列優點：
1. 微束等離(li)子(zi)弧熱(re)量集中、熱(re)功率高(gao)、熔池小(xiao)(xiao)、焊(han)接(jie)熱(re)影響區小(xiao)(xiao)和焊(han)接(jie)變(bian)形(xing)小(xiao)(xiao)。
2. 微束等(deng)離(li)子弧(hu)焊使用的(de)電弧(hu)形態是聯合弧(hu)，即維弧(hu)和工作(zuo)弧(hu)同時(shi)存在(zai)。在(zai)焊接(jie)電流很小時(shi)（小于3A），微束等(deng)離(li)子弧(hu)穩定性好，而氬弧(hu)焊電弧(hu)有時(shi)會(hui)漂移，穩定性較差(cha)。
3. 小電流(liu)電弧(hu)挺(ting)度好，連續自動焊(han)(han)接時，等離子弧(hu)長的變化對焊(han)(han)接質(zhi)量影響不大；這一點與氬弧(hu)焊(han)(han)不同，氬弧(hu)焊(han)(han)弧(hu)長對焊(han)(han)縫(feng)成形有著直接的影響。
4. 微束(shu)等(deng)離子弧(hu)(hu)(hu)具有良好(hao)(hao)的可控(kong)性(xing)和(he)調(diao)節性(xing)，弧(hu)(hu)(hu)長的變化對焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)成(cheng)形(xing)影(ying)響較小(xiao)。焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)形(xing)狀能保持一致性(xing)，重復再現性(xing)好(hao)(hao)。這一點(dian)與氬(ya)弧(hu)(hu)(hu)焊(han)(han)(han)不同，氬(ya)弧(hu)(hu)(hu)焊(han)(han)(han)弧(hu)(hu)(hu)長對焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)成(cheng)形(xing)影(ying)響很大。
5. 微束(shu)等離子弧焊(han)(han)焊(han)(han)接參(can)數(shu)(shu)比氬弧焊(han)(han)多，除(chu)了焊(han)(han)接電流(liu)(liu)、焊(han)(han)接速度(du)、保護氣(qi)體流(liu)(liu)量等，還有(you)壓(ya)縮(suo)氣(qi)體的流(liu)(liu)量、保護氣(qi)體的成分、保護氣(qi)體流(liu)(liu)量與壓(ya)縮(suo)氣(qi)體流(liu)(liu)量之比等，這些參(can)數(shu)(shu)也直接影響焊(han)(han)縫成形及焊(han)(han)接質(zhi)量。
試驗過程中發現，采用自動鎢極氬弧(hu)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(hu)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(yong)脈(mo)沖微束等離子弧焊(han)電弧能量的周(zhou)期性脈(mo)沖變化來控制(zhi)焊(han)接(jie)熔池，改(gai)善焊(han)縫成形，減(jian)少(shao)缺陷。其(qi)優(you)點有：
1. 它可以(yi)精確地控制膜片焊(han)縫的熱(re)輸入，克服因(yin)熔(rong)敷金屬(shu)表面張(zhang)力不足難以(yi)支持熔(rong)池，而造(zao)成的焊(han)縫下凹。
2. 可以調節(jie)熱輸入及(ji)膜片焊縫在(zai)高溫停留(liu)時間，減小熱裂紋(wen)的傾(qing)向，同時也能(neng)提高膜盒貯箱端(duan)接頭焊縫的耐蝕性(xing)。
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(ying)能力強。
4. 焊縫表面成形美觀，克服以往焊縫存在鋸齒波(bo)、谷處的點孔、焊穿、波(bo)浪紋等缺陷。
5. 焊縫有很好的一(yi)致性(xing)，重復再現(xian)性(xing)好，降低了操作難度，獲得了穩定(ding)的端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)焊縫質量，端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)焊縫的力學性(xing)能也得到了提高。
脈沖微束等(deng)離子弧焊(han)(han)的焊(han)(han)接(jie)參(can)數(shu)主(zhu)要有焊(han)(han)接(jie)電流(liu)、峰值電流(liu)、基(ji)值電流(liu)、脈沖頻率、空占比、壓縮氣(qi)流(liu)量(liang)(liang)、保護氣(qi)流(liu)量(liang)(liang)、電弧長度、噴嘴直徑、噴嘴通(tong)道比和(he)鎢極的內縮量(liang)(liang)等(deng)，它們對焊(han)(han)縫的形(xing)狀和(he)焊(han)(han)接(jie)質量(liang)(liang)都有影響。焊(han)(han)接(jie)參(can)數(shu)的選(xuan)擇是通(tong)過(guo)正交優選(xuan)試驗(yan)得到的，優選(xuan)焊(han)(han)的參(can)數(shu)經過(guo)小(xiao)批量(liang)(liang)工(gong)藝試驗(yan)再(zai)次確認，在這個批量(liang)(liang)中又隨機抽取樣件(jian)做(zuo)焊(han)(han)接(jie)工(gong)藝評定試驗(yan)來認定。
對焊(han)接(jie)(jie)工(gong)藝評(ping)定(ding)試件(jian)(jian)和(he)生(sheng)產(chan)過程中旁證實(shi)例截面的(de)(de)端(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)焊(han)縫的(de)(de)內(nei)部(bu)進(jin)行高、低倍金相檢查，端(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)的(de)(de)焊(han)縫區未發現焊(han)接(jie)(jie)缺陷(xian)；端(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)的(de)(de)焊(han)縫尺寸(cun)、焊(han)縫寬度(du)和(he)熔化(hua)厚(hou)度(du)等均(jun)符合要求(qiu)(qiu)，見(jian)表(biao)(biao)3-82。最后對評(ping)定(ding)試件(jian)(jian)端(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)焊(han)縫的(de)(de)性能進(jin)行檢測，見(jian)表(biao)(biao)3-83，完(wan)全滿足設(she)計圖樣的(de)(de)技術要求(qiu)(qiu)。
采用脈沖微束等離子弧(hu)焊焊接(jie)工藝，有很高的(de)焊接(jie)穩定性和(he)參數的(de)再現(xian)性，易操作。產(chan)品通(tong)過(guo)設計要求的(de)氣密(mi)試(shi)驗(yan)、伸(shen)縮試(shi)驗(yan)和(he)振(zhen)動(dong)試(shi)驗(yan)，均滿足(zu)圖(tu)樣的(de)設計要求，現(xian)已批量生產(chan)。
