一(yi)、膜盒儲箱的(de)技術要求(qiu)
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(chu)箱制造的難度(du)
膜盒儲箱整個制(zhi)造工(gong)藝很精細且復雜(za)，從(cong)鋼板表(biao)面平面度(du)到(dao)零件加工(gong)直至焊接，各個工(gong)序技術的要求精度(du)都很高，難度(du)都非常大，可以說(shuo)整個產品在研制(zhi)過程中，每(mei)道(dao)工(gong)序都是關鍵。
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(xing)膜片(pian)(pian)經過沖(chong)壓成型和裁切(qie)而成，同樣(yang)切(qie)邊要保(bao)持絕對(dui)垂(chui)直(zhi)，端接頭(tou)焊(han)接處兩片(pian)(pian)環之間的(de)尺寸(cun)不(bu)能有明顯的(de)偏差，不(bu)然(ran)直(zhi)接導致產(chan)生焊(han)接疵病直(zhi)至無法施焊(han)。為此專門設計出(chu)膜盒(he)膜片(pian)(pian)沖(chong)壓模具和膜片(pian)(pian)裁切(qie)模具，確保(bao)了膜片(pian)(pian)質量(liang)，為順利(li)焊(han)接打下基(ji)礎。
由(you)于產品結構的(de)(de)特殊性，膜片(pian)之間是(shi)由(you)兩個(ge)(ge)相同的(de)(de)環1和(he)環2組(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)，用內(nei)焊(han)(han)(han)(han)工裝(zhuang)固(gu)定(ding)，內(nei)圓焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)采用自熔的(de)(de)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭型(xing)式，形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)內(nei)圓端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭組(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)(yi)個(ge)(ge)單組(zu)件(jian)示(shi)意圖(tu)如圖(tu)3-88所示(shi)。兩個(ge)(ge)單組(zu)件(jian)連接(jie)(jie)(jie)(jie)在一(yi)(yi)起用外焊(han)(han)(han)(han)工裝(zhuang)固(gu)定(ding)進行外圓焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)，仍采用自熔的(de)(de)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭型(xing)式，形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)外圓端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭組(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)(yi)個(ge)(ge)波(bo)接(jie)(jie)(jie)(jie)，若(ruo)干(gan)個(ge)(ge)波(bo)接(jie)(jie)(jie)(jie)連接(jie)(jie)(jie)(jie)形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)(yi)個(ge)(ge)組(zu)件(jian)。將組(zu)件(jian)和(he)連接(jie)(jie)(jie)(jie)環外端(duan)(duan)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)成(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)(yi)個(ge)(ge)部(bu)件(jian)，即(ji)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)完(wan)成(cheng)(cheng)(cheng)膜盒(he)(he)儲(chu)箱其中一(yi)(yi)段，膜盒(he)(he)儲(chu)箱是(shi)由(you)若(ruo)干(gan)段組(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)。從(cong)圖(tu)中可以看出焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭為(wei)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)，無法實施(shi)對接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)。這(zhe)種端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)按理為(wei)聯系焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)，不能(neng)承受較大的(de)(de)載荷，但圖(tu)樣(yang)技術還要求端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)抗(kang)拉(la)強度不低于母材(cai)的(de)(de)85％，給焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)工作帶來(lai)極大的(de)(de)困(kun)難，它成(cheng)(cheng)(cheng)為(wei)制造該產品中關(guan)鍵中的(de)(de)關(guan)鍵。
三、焊接方法(fa)的選(xuan)擇
膜(mo)(mo)盒儲箱(xiang)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)量特別大，一段一個(ge)膜(mo)(mo)盒儲箱(xiang)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)長度(du)累計有150m之(zhi)(zhi)多。要(yao)(yao)求(qiu)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)確保密封無泄漏(lou)，又(you)要(yao)(yao)保證焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)成形(xing)均勻無缺陷(xian)，還(huan)要(yao)(yao)求(qiu)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)接(jie)頭的(de)(de)(de)尺寸(cun)滿(man)足(zu)設計圖(tu)樣的(de)(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)。膜(mo)(mo)盒膜(mo)(mo)片(pian)的(de)(de)(de)帶寬窄，與實際拉伸距離不成比例，在實際使用中工(gong)(gong)作行程長，波節(jie)伸縮試驗范圍是設計尺寸(cun)的(de)(de)(de)25％～77％，每(mei)一次拉伸壓(ya)縮都會(hui)(hui)保留較大的(de)(de)(de)殘余變形(xing)，結構實際工(gong)(gong)作是在比較嚴(yan)重(zhong)的(de)(de)(de)塑性變形(xing)區內，連接(jie)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)還(huan)會(hui)(hui)受到雙向(xiang)的(de)(de)(de)應(ying)力作用。膜(mo)(mo)盒的(de)(de)(de)膜(mo)(mo)片(pian)的(de)(de)(de)材料很薄(bo)，根據結構型式焊(han)(han)(han)接(jie)只能采用自熔的(de)(de)(de)端(duan)接(jie)接(jie)頭型式，通常(chang)這(zhe)種端(duan)接(jie)接(jie)頭承(cheng)載(zai)能力差(cha)，不可(ke)抵(di)御拉伸過程中膜(mo)(mo)片(pian)之(zhi)(zhi)間過大的(de)(de)(de)角變形(xing)。因(yin)此對端(duan)接(jie)接(jie)頭的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)提出嚴(yan)格的(de)(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)，必須具有足(zu)夠的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)寬度(du)和(he)熔化厚度(du)，才能保證有足(zu)夠的(de)(de)(de)強度(du)和(he)抵(di)御拉伸壓(ya)縮過程中的(de)(de)(de)交變、雙向(xiang)應(ying)力。
為了保證端接(jie)焊(han)的質量(liang)，專門設計和制造(zao)了膜片焊(han)接(jie)工(gong)裝夾(jia)具、膜片焊(han)接(jie)專用精密焊(han)接(jie)機床等(deng)相(xiang)關(guan)工(gong)裝夾(jia)具及焊(han)接(jie)輔機。
由于膜盒(he)儲箱壁薄、焊縫很(hen)長且(qie)焊縫很(hen)有(you)規律（為圓周焊縫），應選用不加(jia)填充(chong)焊絲的自動(dong)鎢極氬弧焊或自動(dong)微束等(deng)離子(zi)弧焊進行焊接(jie)。曾經(jing)將選用的這(zhe)兩種焊接(jie)方法所得的焊接(jie)接(jie)頭經(jing)外觀檢測(ce)、端接(jie)接(jie)頭焊縫試樣的力學性(xing)能測(ce)試、金相檢測(ce)和接(jie)頭尺寸測(ce)量均能達到設(she)計要(yao)求(qiu)。
自(zi)(zi)動微束等離(li)子(zi)弧焊與自(zi)(zi)動鎢(wu)極氬(ya)弧焊相比(bi)，它具有下列優點(dian)：
1. 微(wei)束(shu)等離(li)子弧(hu)熱(re)量集中、熱(re)功率高(gao)、熔池小(xiao)、焊(han)接熱(re)影響區小(xiao)和焊(han)接變(bian)形小(xiao)。
2. 微束等(deng)離子(zi)弧(hu)(hu)焊使(shi)用(yong)的電弧(hu)(hu)形態(tai)是聯合弧(hu)(hu)，即(ji)維弧(hu)(hu)和工作(zuo)弧(hu)(hu)同(tong)時存在。在焊接電流很小時（小于(yu)3A），微束等(deng)離子(zi)弧(hu)(hu)穩定性好，而氬弧(hu)(hu)焊電弧(hu)(hu)有(you)時會(hui)漂移，穩定性較差。
3. 小電流電弧(hu)挺(ting)度好，連續自動焊接時(shi)，等離子弧(hu)長的變化對焊接質量影(ying)響不大；這一點(dian)與氬弧(hu)焊不同，氬弧(hu)焊弧(hu)長對焊縫成(cheng)形有(you)著(zhu)直(zhi)接的影(ying)響。
4. 微(wei)束等離子弧(hu)具有(you)良好(hao)的可控性(xing)(xing)和調節性(xing)(xing)，弧(hu)長的變化對(dui)焊縫(feng)成(cheng)形影(ying)響較小。焊縫(feng)形狀能保(bao)持一致(zhi)性(xing)(xing)，重復再現性(xing)(xing)好(hao)。這(zhe)一點(dian)與氬(ya)弧(hu)焊不同，氬(ya)弧(hu)焊弧(hu)長對(dui)焊縫(feng)成(cheng)形影(ying)響很大。
5. 微束(shu)等離子弧焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)參數比氬弧焊(han)(han)(han)多(duo)，除了(le)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)電流(liu)(liu)、焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)速度、保護氣(qi)體(ti)流(liu)(liu)量(liang)等，還有壓(ya)縮氣(qi)體(ti)的流(liu)(liu)量(liang)、保護氣(qi)體(ti)的成分(fen)、保護氣(qi)體(ti)流(liu)(liu)量(liang)與壓(ya)縮氣(qi)體(ti)流(liu)(liu)量(liang)之(zhi)比等，這(zhe)些(xie)參數也直接(jie)(jie)影響(xiang)焊(han)(han)(han)縫成形及焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)質量(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(mo)沖(chong)微束(shu)等離子弧焊電弧能量的周(zhou)期性脈(mo)沖(chong)變化來控制焊接熔池，改善焊縫(feng)成形，減少缺(que)陷。其優(you)點有：
1. 它可以精確(que)地(di)控制膜(mo)片焊(han)縫的熱(re)輸入，克服(fu)因熔(rong)敷(fu)金屬表面(mian)張力不足難以支持熔(rong)池，而造成的焊(han)縫下凹。
2. 可(ke)以調節熱輸入及膜片焊(han)縫在高溫停留(liu)時(shi)(shi)間(jian)，減小熱裂紋(wen)的傾(qing)向(xiang)，同時(shi)(shi)也能提高膜盒貯箱端接頭焊(han)縫的耐蝕性。
3. 它(ta)對膜(mo)(mo)片(pian)裝(zhuang)配(pei)(pei)的波(bo)動不敏感。能克服膜(mo)(mo)片(pian)裝(zhuang)配(pei)(pei)帶來的問(wen)題(ti)，適應能力強(qiang)。
4. 焊縫表面成(cheng)形(xing)美觀，克服以往(wang)焊縫存在鋸齒波(bo)、谷處的(de)點孔、焊穿(chuan)、波(bo)浪紋等缺陷。
5. 焊(han)縫有很好的(de)一致性，重復再現性好，降低了操作難度，獲得了穩定的(de)端接(jie)接(jie)頭焊(han)縫質(zhi)量，端接(jie)接(jie)頭焊(han)縫的(de)力(li)學性能也得到了提高。
脈沖微(wei)束等離子弧焊(han)的(de)(de)(de)焊(han)接(jie)參數主(zhu)要有焊(han)接(jie)電流(liu)(liu)、峰值(zhi)電流(liu)(liu)、基(ji)值(zhi)電流(liu)(liu)、脈沖頻率(lv)、空(kong)占比(bi)、壓縮(suo)氣流(liu)(liu)量(liang)、保護氣流(liu)(liu)量(liang)、電弧長度、噴嘴(zui)直徑、噴嘴(zui)通道比(bi)和鎢極的(de)(de)(de)內縮(suo)量(liang)等，它(ta)們對(dui)焊(han)縫的(de)(de)(de)形狀和焊(han)接(jie)質量(liang)都有影(ying)響。焊(han)接(jie)參數的(de)(de)(de)選(xuan)擇是通過正交優選(xuan)試(shi)驗得到的(de)(de)(de)，優選(xuan)焊(han)的(de)(de)(de)參數經(jing)過小批(pi)量(liang)工(gong)藝(yi)試(shi)驗再次確認(ren)，在這個批(pi)量(liang)中又隨機抽取樣(yang)件做焊(han)接(jie)工(gong)藝(yi)評定(ding)試(shi)驗來認(ren)定(ding)。
對(dui)焊(han)接工(gong)藝評(ping)定試件(jian)(jian)和生產(chan)過程中旁證實例截(jie)面的(de)端接接頭(tou)(tou)(tou)焊(han)縫(feng)(feng)的(de)內部進行(xing)高、低倍金相檢查，端接接頭(tou)(tou)(tou)的(de)焊(han)縫(feng)(feng)區未發現焊(han)接缺(que)陷(xian)；端接接頭(tou)(tou)(tou)的(de)焊(han)縫(feng)(feng)尺寸、焊(han)縫(feng)(feng)寬度和熔化厚度等均(jun)符合要求(qiu)(qiu)，見表3-82。最(zui)后對(dui)評(ping)定試件(jian)(jian)端接接頭(tou)(tou)(tou)焊(han)縫(feng)(feng)的(de)性能進行(xing)檢測，見表3-83，完全(quan)滿足(zu)設計圖樣的(de)技術要求(qiu)(qiu)。
采用脈沖微束等離子弧焊焊接(jie)工藝，有很高的(de)(de)焊接(jie)穩定性和參數(shu)的(de)(de)再現性，易(yi)操作(zuo)。產品(pin)通過設(she)計要求的(de)(de)氣密(mi)試驗、伸縮試驗和振動試驗，均滿足(zu)圖樣的(de)(de)設(she)計要求，現已(yi)批量生(sheng)產。
