一、膜盒儲(chu)箱的技術(shu)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(mo)盒儲箱制造的難度
膜盒儲(chu)箱(xiang)整個制造工藝很精細且(qie)復雜，從鋼(gang)板表面平(ping)面度到零(ling)件加工直(zhi)至焊接，各個工序(xu)技術(shu)的要求精度都(dou)(dou)很高，難度都(dou)(dou)非(fei)常大，可以說整個產品在研制過程中，每道工序(xu)都(dou)(dou)是關(guan)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。
環形膜(mo)片經過沖壓成型和裁切(qie)而(er)成，同樣切(qie)邊(bian)要保(bao)持絕對垂直，端接頭焊接處兩片環之間的(de)尺寸不能有明顯的(de)偏差，不然直接導致(zhi)產生(sheng)焊接疵(ci)病直至無法(fa)施焊。為(wei)此專門設計出(chu)膜(mo)盒膜(mo)片沖壓模(mo)具(ju)和膜(mo)片裁切(qie)模(mo)具(ju)，確保(bao)了膜(mo)片質量(liang)，為(wei)順(shun)利焊接打下基(ji)礎。
由(you)于產品結構的(de)(de)(de)特殊性，膜(mo)片之(zhi)間是(shi)由(you)兩(liang)個(ge)(ge)相同的(de)(de)(de)環1和環2組(zu)(zu)(zu)成(cheng)，用(yong)內(nei)焊(han)(han)工裝(zhuang)固(gu)定，內(nei)圓(yuan)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)采用(yong)自熔(rong)的(de)(de)(de)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)型式，形成(cheng)的(de)(de)(de)內(nei)圓(yuan)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)組(zu)(zu)(zu)成(cheng)一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)單組(zu)(zu)(zu)件示(shi)意圖(tu)(tu)如(ru)圖(tu)(tu)3-88所示(shi)。兩(liang)個(ge)(ge)單組(zu)(zu)(zu)件連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)在一(yi)(yi)(yi)起用(yong)外(wai)焊(han)(han)工裝(zhuang)固(gu)定進行外(wai)圓(yuan)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，仍采用(yong)自熔(rong)的(de)(de)(de)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)型式，形成(cheng)的(de)(de)(de)外(wai)圓(yuan)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)組(zu)(zu)(zu)成(cheng)一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)波接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，若(ruo)干個(ge)(ge)波接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)形成(cheng)一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)組(zu)(zu)(zu)件。將組(zu)(zu)(zu)件和連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)環外(wai)端(duan)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)成(cheng)一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)部(bu)件，即焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)完成(cheng)膜(mo)盒(he)(he)儲箱其中一(yi)(yi)(yi)段(duan)，膜(mo)盒(he)(he)儲箱是(shi)由(you)若(ruo)干段(duan)組(zu)(zu)(zu)成(cheng)。從(cong)圖(tu)(tu)中可以(yi)看出焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)為端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)縫，無法實施(shi)對接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)縫。這(zhe)種端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)縫按理為聯系焊(han)(han)縫，不能承受較(jiao)大的(de)(de)(de)載荷(he)，但圖(tu)(tu)樣技術還(huan)要求端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)縫抗拉強度(du)不低于母材的(de)(de)(de)85％，給(gei)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)工作帶來(lai)極大的(de)(de)(de)困難，它成(cheng)為制(zhi)造(zao)該產品中關鍵中的(de)(de)(de)關鍵。
三、焊接方(fang)法的選擇
膜(mo)盒儲箱(xiang)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)量特別(bie)大，一(yi)(yi)段一(yi)(yi)個(ge)膜(mo)盒儲箱(xiang)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)長(chang)度累計有150m之多。要(yao)求焊(han)(han)(han)縫(feng)確保(bao)密封無(wu)泄漏，又(you)要(yao)保(bao)證焊(han)(han)(han)縫(feng)成形(xing)均勻無(wu)缺陷(xian)，還要(yao)求焊(han)(han)(han)縫(feng)接(jie)(jie)頭的(de)(de)(de)尺寸(cun)(cun)滿足(zu)設計圖樣的(de)(de)(de)要(yao)求。膜(mo)盒膜(mo)片的(de)(de)(de)帶寬窄，與實際(ji)拉(la)伸(shen)(shen)(shen)距離不(bu)成比(bi)例，在實際(ji)使用中工作行程(cheng)長(chang)，波(bo)節伸(shen)(shen)(shen)縮(suo)試(shi)驗范圍是(shi)設計尺寸(cun)(cun)的(de)(de)(de)25％～77％，每一(yi)(yi)次拉(la)伸(shen)(shen)(shen)壓(ya)縮(suo)都會保(bao)留(liu)較(jiao)大的(de)(de)(de)殘余變(bian)形(xing)，結構實際(ji)工作是(shi)在比(bi)較(jiao)嚴(yan)(yan)重的(de)(de)(de)塑性(xing)變(bian)形(xing)區內，連接(jie)(jie)焊(han)(han)(han)縫(feng)還會受到雙向的(de)(de)(de)應力(li)作用。膜(mo)盒的(de)(de)(de)膜(mo)片的(de)(de)(de)材料(liao)很薄，根(gen)據結構型式焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)只能采用自熔的(de)(de)(de)端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭型式，通常這種(zhong)端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭承載能力(li)差(cha)，不(bu)可(ke)抵御(yu)拉(la)伸(shen)(shen)(shen)過(guo)(guo)程(cheng)中膜(mo)片之間過(guo)(guo)大的(de)(de)(de)角變(bian)形(xing)。因(yin)此(ci)對端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)提出(chu)嚴(yan)(yan)格(ge)的(de)(de)(de)要(yao)求，必(bi)須具(ju)有足(zu)夠的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)寬度和(he)熔化(hua)厚度，才能保(bao)證有足(zu)夠的(de)(de)(de)強度和(he)抵御(yu)拉(la)伸(shen)(shen)(shen)壓(ya)縮(suo)過(guo)(guo)程(cheng)中的(de)(de)(de)交(jiao)變(bian)、雙向應力(li)。
為了保證端接(jie)焊(han)的質量，專門設計和制造了膜片(pian)(pian)焊(han)接(jie)工裝(zhuang)夾具(ju)、膜片(pian)(pian)焊(han)接(jie)專用精密焊(han)接(jie)機床(chuang)等相關工裝(zhuang)夾具(ju)及焊(han)接(jie)輔機。
由于膜盒儲箱壁薄、焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)很長且焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)很有規(gui)律（為圓周焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)），應選用不加填充(chong)焊(han)(han)(han)絲的(de)(de)自(zi)動(dong)鎢極氬弧(hu)焊(han)(han)(han)或自(zi)動(dong)微(wei)束等離子弧(hu)焊(han)(han)(han)進行焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)。曾經將選用的(de)(de)這兩種焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)方法(fa)所得(de)的(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)經外觀檢(jian)測、端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)試(shi)(shi)樣的(de)(de)力學性能測試(shi)(shi)、金(jin)相檢(jian)測和接(jie)(jie)頭(tou)尺寸測量均(jun)能達到設(she)計要求(qiu)。
自(zi)動(dong)微(wei)束等離子弧(hu)焊(han)與自(zi)動(dong)鎢極氬(ya)弧(hu)焊(han)相比，它具有下列優點：
1. 微束等離子弧(hu)熱(re)(re)(re)量(liang)集中、熱(re)(re)(re)功率(lv)高(gao)、熔池小(xiao)(xiao)、焊接熱(re)(re)(re)影響區小(xiao)(xiao)和焊接變(bian)形小(xiao)(xiao)。
2. 微束(shu)等(deng)離子弧(hu)(hu)焊使用的電(dian)(dian)弧(hu)(hu)形態是聯合弧(hu)(hu)，即(ji)維弧(hu)(hu)和(he)工作弧(hu)(hu)同時存在。在焊接(jie)電(dian)(dian)流很小時（小于3A），微束(shu)等(deng)離子弧(hu)(hu)穩定(ding)性(xing)好，而(er)氬弧(hu)(hu)焊電(dian)(dian)弧(hu)(hu)有時會漂移，穩定(ding)性(xing)較差(cha)。
3. 小電(dian)流(liu)電(dian)弧(hu)挺度好，連續自動焊(han)接時，等離子弧(hu)長的變(bian)化對(dui)焊(han)接質(zhi)量影(ying)響不大；這(zhe)一點(dian)與氬弧(hu)焊(han)不同，氬弧(hu)焊(han)弧(hu)長對(dui)焊(han)縫(feng)成形(xing)有著直接的影(ying)響。
4. 微束等離(li)子弧(hu)具有良好(hao)的(de)可控性(xing)和(he)調節(jie)性(xing)，弧(hu)長的(de)變化對焊(han)縫成形(xing)影(ying)響較小。焊(han)縫形(xing)狀能保持一致性(xing)，重復再現性(xing)好(hao)。這一點與(yu)氬(ya)(ya)弧(hu)焊(han)不同(tong)，氬(ya)(ya)弧(hu)焊(han)弧(hu)長對焊(han)縫成形(xing)影(ying)響很大。
5. 微束等離子(zi)弧(hu)焊焊接參數(shu)比氬(ya)弧(hu)焊多，除了焊接電流(liu)、焊接速(su)度、保護氣(qi)(qi)體(ti)(ti)流(liu)量(liang)等，還有(you)壓縮(suo)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)的流(liu)量(liang)、保護氣(qi)(qi)體(ti)(ti)的成分、保護氣(qi)(qi)體(ti)(ti)流(liu)量(liang)與(yu)壓縮(suo)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)流(liu)量(liang)之(zhi)比等，這些(xie)參數(shu)也直接影響焊縫成形及焊接質(zhi)量(liang)。
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(deng)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。
利用脈沖微束等(deng)離(li)子(zi)弧(hu)焊(han)電弧(hu)能量的(de)周期(qi)性(xing)脈沖變(bian)化(hua)來控制焊(han)接(jie)熔池，改(gai)善(shan)焊(han)縫成形，減(jian)少缺(que)陷。其(qi)優點(dian)有：
1. 它可以精確地控制膜片焊縫的熱輸入，克服(fu)因熔敷金屬表面(mian)張(zhang)力不(bu)足(zu)難以支持熔池，而造(zao)成(cheng)的焊縫下凹。
2. 可(ke)以(yi)調節熱輸入及膜(mo)片焊縫(feng)在(zai)高溫停留時間，減小熱裂紋的傾(qing)向，同時也能提高膜(mo)盒貯箱端接(jie)頭焊縫(feng)的耐蝕性。
3. 它對膜片裝配(pei)的波動不敏(min)感。能(neng)克服膜片裝配(pei)帶來(lai)的問(wen)題，適應能(neng)力強。
4. 焊縫(feng)表(biao)面成形美觀，克(ke)服(fu)以往(wang)焊縫(feng)存在鋸齒波、谷處(chu)的點(dian)孔、焊穿、波浪紋等缺陷。
5. 焊(han)縫有很好的(de)一致性，重復再現性好，降(jiang)低(di)了操作(zuo)難度，獲得了穩定的(de)端接接頭焊(han)縫質量，端接接頭焊(han)縫的(de)力學性能也得到了提高。
脈沖(chong)微束(shu)等離子弧(hu)焊(han)(han)的焊(han)(han)接參(can)(can)數主要有(you)焊(han)(han)接電流、峰值(zhi)電流、基值(zhi)電流、脈沖(chong)頻率、空(kong)占比、壓(ya)縮氣流量(liang)(liang)(liang)(liang)、保護(hu)氣流量(liang)(liang)(liang)(liang)、電弧(hu)長(chang)度、噴嘴(zui)直徑、噴嘴(zui)通(tong)道比和鎢極的內縮量(liang)(liang)(liang)(liang)等，它們對(dui)焊(han)(han)縫的形狀和焊(han)(han)接質量(liang)(liang)(liang)(liang)都有(you)影響。焊(han)(han)接參(can)(can)數的選(xuan)擇是通(tong)過正(zheng)交優(you)選(xuan)試驗(yan)得(de)到的，優(you)選(xuan)焊(han)(han)的參(can)(can)數經過小批(pi)量(liang)(liang)(liang)(liang)工藝試驗(yan)再次確認，在這(zhe)個批(pi)量(liang)(liang)(liang)(liang)中又(you)隨機抽(chou)取樣件(jian)做焊(han)(han)接工藝評定(ding)試驗(yan)來認定(ding)。
對焊(han)(han)接(jie)工藝評(ping)定試(shi)件和生產過程中旁(pang)證實例截面(mian)的(de)(de)端(duan)接(jie)接(jie)頭焊(han)(han)縫的(de)(de)內部(bu)進行高(gao)、低倍金相檢(jian)查，端(duan)接(jie)接(jie)頭的(de)(de)焊(han)(han)縫區(qu)未(wei)發現焊(han)(han)接(jie)缺(que)陷；端(duan)接(jie)接(jie)頭的(de)(de)焊(han)(han)縫尺寸、焊(han)(han)縫寬度和熔化厚度等(deng)均符合(he)要求(qiu)，見(jian)表(biao)3-82。最后對評(ping)定試(shi)件端(duan)接(jie)接(jie)頭焊(han)(han)縫的(de)(de)性(xing)能進行檢(jian)測，見(jian)表(biao)3-83，完全(quan)滿(man)足設計圖樣的(de)(de)技術要求(qiu)。
采用脈沖微束等離(li)子弧焊焊接(jie)工藝，有很高(gao)的焊接(jie)穩定性(xing)和(he)參數(shu)的再現性(xing)，易操作。產品通過設計(ji)要求(qiu)的氣密(mi)試驗(yan)、伸縮試驗(yan)和(he)振動試驗(yan)，均滿足圖樣的設計(ji)要求(qiu)，現已批量生(sheng)產。
