一(yi)、膜(mo)盒儲箱的技術(shu)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(mo)盒儲箱(xiang)制造的難度(du)
膜盒(he)儲箱整個(ge)(ge)制(zhi)造工(gong)藝很精(jing)(jing)細且復雜，從鋼板表面平面度(du)到零(ling)件(jian)加工(gong)直至焊接，各個(ge)(ge)工(gong)序技術(shu)的要求(qiu)精(jing)(jing)度(du)都(dou)很高，難度(du)都(dou)非常大，可以說整個(ge)(ge)產品(pin)在研制(zhi)過程(cheng)中，每道工(gong)序都(dou)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。
環形膜片(pian)經過沖壓(ya)成型和(he)裁切而成，同樣切邊要(yao)保持絕(jue)對垂直，端(duan)接(jie)頭焊(han)(han)接(jie)處兩片(pian)環之間的尺寸(cun)不能有明顯(xian)的偏差(cha)，不然直接(jie)導致產生焊(han)(han)接(jie)疵病直至無法施焊(han)(han)。為(wei)此專門設(she)計出膜盒膜片(pian)沖壓(ya)模具(ju)和(he)膜片(pian)裁切模具(ju)，確保了膜片(pian)質量，為(wei)順利焊(han)(han)接(jie)打下(xia)基礎。
由(you)于產(chan)品結構的(de)(de)特殊性，膜(mo)片之間是(shi)由(you)兩個相(xiang)同的(de)(de)環1和環2組(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)，用內焊(han)(han)(han)工裝(zhuang)固定，內圓(yuan)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)采用自(zi)熔的(de)(de)端接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭型式，形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)內圓(yuan)端接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭組(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)一個單組(zu)件(jian)(jian)(jian)示意圖如圖3-88所(suo)示。兩個單組(zu)件(jian)(jian)(jian)連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)在一起用外(wai)(wai)焊(han)(han)(han)工裝(zhuang)固定進(jin)行外(wai)(wai)圓(yuan)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)，仍(reng)采用自(zi)熔的(de)(de)端接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭型式，形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)外(wai)(wai)圓(yuan)端接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭組(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)一個波接(jie)(jie)(jie)(jie)，若干(gan)個波接(jie)(jie)(jie)(jie)連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)一個組(zu)件(jian)(jian)(jian)。將組(zu)件(jian)(jian)(jian)和連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)環外(wai)(wai)端焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)成(cheng)(cheng)(cheng)一個部件(jian)(jian)(jian)，即焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)完成(cheng)(cheng)(cheng)膜(mo)盒儲箱其中一段(duan)，膜(mo)盒儲箱是(shi)由(you)若干(gan)段(duan)組(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)。從(cong)圖中可(ke)以看出焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭為端接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)縫，無法實(shi)施對接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)縫。這種(zhong)端接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)縫按理為聯(lian)系(xi)焊(han)(han)(han)縫，不(bu)能承受(shou)較大的(de)(de)載荷，但圖樣技術還(huan)要求端接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)縫抗拉強度不(bu)低于母材的(de)(de)85％，給焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)工作帶來極大的(de)(de)困難(nan)，它成(cheng)(cheng)(cheng)為制造該產(chan)品中關(guan)鍵(jian)(jian)中的(de)(de)關(guan)鍵(jian)(jian)。
三、焊(han)接(jie)方法的(de)選擇
膜(mo)(mo)(mo)(mo)盒(he)儲箱(xiang)的(de)(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)量特別大，一(yi)段一(yi)個膜(mo)(mo)(mo)(mo)盒(he)儲箱(xiang)的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)長度累(lei)計有150m之多。要(yao)求焊(han)(han)縫(feng)(feng)確保(bao)密封無泄漏(lou)，又(you)要(yao)保(bao)證焊(han)(han)縫(feng)(feng)成形(xing)(xing)均(jun)勻無缺陷，還(huan)要(yao)求焊(han)(han)縫(feng)(feng)接(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)尺(chi)寸(cun)滿足設(she)計圖(tu)樣的(de)(de)(de)要(yao)求。膜(mo)(mo)(mo)(mo)盒(he)膜(mo)(mo)(mo)(mo)片的(de)(de)(de)帶(dai)寬窄，與(yu)實(shi)際(ji)拉(la)伸(shen)(shen)距離(li)不成比例，在(zai)實(shi)際(ji)使用(yong)中(zhong)工作(zuo)行程長，波節伸(shen)(shen)縮(suo)試驗范圍是設(she)計尺(chi)寸(cun)的(de)(de)(de)25％～77％，每一(yi)次拉(la)伸(shen)(shen)壓縮(suo)都會保(bao)留較(jiao)(jiao)大的(de)(de)(de)殘(can)余(yu)變(bian)形(xing)(xing)，結構實(shi)際(ji)工作(zuo)是在(zai)比較(jiao)(jiao)嚴重的(de)(de)(de)塑(su)性變(bian)形(xing)(xing)區(qu)內(nei)，連接(jie)(jie)焊(han)(han)縫(feng)(feng)還(huan)會受(shou)到雙(shuang)向的(de)(de)(de)應力(li)作(zuo)用(yong)。膜(mo)(mo)(mo)(mo)盒(he)的(de)(de)(de)膜(mo)(mo)(mo)(mo)片的(de)(de)(de)材料很(hen)薄，根據結構型(xing)式焊(han)(han)接(jie)(jie)只能(neng)(neng)采用(yong)自熔的(de)(de)(de)端(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)型(xing)式，通常這種端(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)承載能(neng)(neng)力(li)差(cha)，不可抵御拉(la)伸(shen)(shen)過(guo)程中(zhong)膜(mo)(mo)(mo)(mo)片之間過(guo)大的(de)(de)(de)角(jiao)變(bian)形(xing)(xing)。因此對端(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)提出嚴格的(de)(de)(de)要(yao)求，必須具有足夠(gou)的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)寬度和熔化厚度，才(cai)能(neng)(neng)保(bao)證有足夠(gou)的(de)(de)(de)強度和抵御拉(la)伸(shen)(shen)壓縮(suo)過(guo)程中(zhong)的(de)(de)(de)交變(bian)、雙(shuang)向應力(li)。
為了保證端接(jie)(jie)焊的質量，專門設計和制造了膜(mo)(mo)片焊接(jie)(jie)工(gong)裝(zhuang)夾(jia)具、膜(mo)(mo)片焊接(jie)(jie)專用精密焊接(jie)(jie)機(ji)(ji)床(chuang)等相關工(gong)裝(zhuang)夾(jia)具及(ji)焊接(jie)(jie)輔機(ji)(ji)。
由于膜盒儲箱(xiang)壁薄、焊縫很長且焊縫很有規律（為圓周焊縫），應(ying)選用不加填充焊絲的自動鎢(wu)極氬(ya)弧焊或自動微束等(deng)離子(zi)弧焊進行焊接(jie)(jie)。曾經(jing)將(jiang)選用的這兩(liang)種(zhong)焊接(jie)(jie)方法(fa)所得的焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭經(jing)外(wai)觀檢(jian)測(ce)、端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭焊縫試樣的力(li)學性(xing)能測(ce)試、金相檢(jian)測(ce)和接(jie)(jie)頭尺寸測(ce)量(liang)均能達(da)到設計要求。
自動微束等(deng)離子弧焊與自動鎢極氬弧焊相比，它(ta)具有下列優點：
1. 微束等離子弧熱(re)量集(ji)中(zhong)、熱(re)功(gong)率高、熔池小(xiao)、焊接熱(re)影響(xiang)區(qu)小(xiao)和焊接變(bian)形小(xiao)。
2. 微束等(deng)離子(zi)弧(hu)(hu)焊(han)使(shi)用的電弧(hu)(hu)形態是聯合(he)弧(hu)(hu)，即維弧(hu)(hu)和工作弧(hu)(hu)同時(shi)(shi)存在。在焊(han)接電流很小時(shi)(shi)（小于3A），微束等(deng)離子(zi)弧(hu)(hu)穩(wen)定性好(hao)，而氬弧(hu)(hu)焊(han)電弧(hu)(hu)有時(shi)(shi)會(hui)漂移，穩(wen)定性較差。
3. 小電流(liu)電弧(hu)挺度好，連續(xu)自動焊(han)(han)接(jie)時(shi)，等離子弧(hu)長的(de)變化對焊(han)(han)接(jie)質量影(ying)響不(bu)(bu)大；這(zhe)一點與氬弧(hu)焊(han)(han)不(bu)(bu)同(tong)，氬弧(hu)焊(han)(han)弧(hu)長對焊(han)(han)縫成形(xing)有著直接(jie)的(de)影(ying)響。
4. 微束等離子弧(hu)具(ju)有良好的可控性(xing)和調節性(xing)，弧(hu)長的變化對(dui)焊(han)縫(feng)成形影響較小。焊(han)縫(feng)形狀(zhuang)能保持一致性(xing)，重(zhong)復再現性(xing)好。這一點與(yu)氬弧(hu)焊(han)不同(tong)，氬弧(hu)焊(han)弧(hu)長對(dui)焊(han)縫(feng)成形影響很大。
5. 微(wei)束等離子(zi)弧(hu)焊(han)(han)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)參(can)數比氬弧(hu)焊(han)(han)多(duo)，除了焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)電(dian)流、焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)速度、保護氣(qi)體(ti)(ti)(ti)流量(liang)等，還有壓縮氣(qi)體(ti)(ti)(ti)的(de)流量(liang)、保護氣(qi)體(ti)(ti)(ti)的(de)成分(fen)、保護氣(qi)體(ti)(ti)(ti)流量(liang)與壓縮氣(qi)體(ti)(ti)(ti)流量(liang)之比等，這些參(can)數也直接(jie)(jie)(jie)影響焊(han)(han)縫成形及焊(han)(han)接(jie)(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(li)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。
利用脈沖微束等離子弧焊電(dian)弧能量的(de)周(zhou)期(qi)性脈沖變化來控制(zhi)焊接熔(rong)池(chi)，改善焊縫成形，減(jian)少缺陷。其優點有：
1. 它(ta)可以(yi)精確地控制(zhi)膜片(pian)焊縫的熱輸(shu)入(ru)，克服因熔(rong)敷(fu)金屬表面(mian)張力不足難以(yi)支持(chi)熔(rong)池，而造成的焊縫下凹。
2. 可以調節熱(re)輸入(ru)及膜片(pian)焊縫在高溫停留(liu)時間(jian)，減小熱(re)裂紋(wen)的傾向，同(tong)時也能提高膜盒貯箱(xiang)端接頭焊縫的耐蝕性。
3. 它對(dui)膜(mo)片裝(zhuang)配的波動不敏感。能(neng)克服膜(mo)片裝(zhuang)配帶來的問題，適應能(neng)力(li)強。
4. 焊縫表面成形(xing)美觀，克服(fu)以往(wang)焊縫存(cun)在鋸齒波、谷(gu)處的點(dian)孔、焊穿(chuan)、波浪紋(wen)等缺陷(xian)。
5. 焊(han)(han)縫有(you)很好(hao)的一致性(xing)(xing)，重復再現性(xing)(xing)好(hao)，降(jiang)低了操作難度(du)，獲(huo)得(de)了穩定的端(duan)接(jie)接(jie)頭(tou)(tou)焊(han)(han)縫質量(liang)，端(duan)接(jie)接(jie)頭(tou)(tou)焊(han)(han)縫的力(li)學性(xing)(xing)能也(ye)得(de)到了提高。
脈沖微(wei)束等(deng)離子弧(hu)焊(han)的(de)(de)焊(han)接參數(shu)(shu)主要(yao)有焊(han)接電流(liu)、峰值電流(liu)、基值電流(liu)、脈沖頻(pin)率、空占(zhan)比、壓縮氣(qi)流(liu)量(liang)、保護(hu)氣(qi)流(liu)量(liang)、電弧(hu)長度、噴(pen)(pen)嘴(zui)直徑(jing)、噴(pen)(pen)嘴(zui)通(tong)道比和鎢極的(de)(de)內縮量(liang)等(deng)，它(ta)們(men)對焊(han)縫的(de)(de)形狀(zhuang)和焊(han)接質量(liang)都有影(ying)響。焊(han)接參數(shu)(shu)的(de)(de)選擇是(shi)通(tong)過(guo)正(zheng)交優選試驗得到的(de)(de)，優選焊(han)的(de)(de)參數(shu)(shu)經過(guo)小批(pi)量(liang)工藝試驗再次(ci)確認(ren)，在這(zhe)個批(pi)量(liang)中又隨(sui)機抽取(qu)樣件(jian)做焊(han)接工藝評定(ding)試驗來認(ren)定(ding)。
對焊(han)(han)接(jie)(jie)工藝評定(ding)(ding)試件(jian)和(he)生產過程(cheng)中旁證實例(li)截面的(de)(de)端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)焊(han)(han)縫(feng)(feng)的(de)(de)內部進行高、低倍金相檢查，端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)區未發現焊(han)(han)接(jie)(jie)缺陷；端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)尺(chi)寸、焊(han)(han)縫(feng)(feng)寬度(du)和(he)熔化厚(hou)度(du)等均符合要(yao)求，見表3-82。最后對評定(ding)(ding)試件(jian)端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)焊(han)(han)縫(feng)(feng)的(de)(de)性能(neng)進行檢測(ce)，見表3-83，完全滿足設計(ji)圖樣(yang)的(de)(de)技術要(yao)求。
采(cai)用脈(mo)沖微束等離子弧(hu)焊(han)焊(han)接工藝(yi)，有很(hen)高的焊(han)接穩定性和參數的再現性，易操作。產品通過設計要求的氣密試(shi)(shi)驗、伸縮試(shi)(shi)驗和振動試(shi)(shi)驗，均滿(man)足圖樣的設計要求，現已批(pi)量生產。
