一、膜(mo)盒儲(chu)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(er)、膜盒儲箱制(zhi)造的難度(du)
膜盒儲箱(xiang)整個(ge)(ge)制造工藝很(hen)(hen)精(jing)細且復(fu)雜，從鋼板表面平面度到零件加工直至焊(han)接(jie)，各個(ge)(ge)工序技術的要求(qiu)精(jing)度都很(hen)(hen)高，難(nan)度都非常(chang)大，可(ke)以說整個(ge)(ge)產品(pin)在研制過程中，每道(dao)工序都是關鍵。
對不(bu)銹(xiu)鋼板(ban)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(pian)經過沖壓成(cheng)型和裁切(qie)而成(cheng)，同樣切(qie)邊要保持絕對垂直(zhi)(zhi)，端接(jie)頭焊(han)接(jie)處兩片(pian)環(huan)之間的尺(chi)寸(cun)不(bu)能有明顯(xian)的偏(pian)差，不(bu)然直(zhi)(zhi)接(jie)導致(zhi)產生焊(han)接(jie)疵病直(zhi)(zhi)至無(wu)法施焊(han)。為此專(zhuan)門設計出膜(mo)盒膜(mo)片(pian)沖壓模(mo)具和膜(mo)片(pian)裁切(qie)模(mo)具，確(que)保了膜(mo)片(pian)質量(liang)，為順利焊(han)接(jie)打下基礎。
由于產(chan)品(pin)結構的(de)(de)(de)(de)特(te)殊(shu)性，膜片之間是由兩(liang)個(ge)(ge)(ge)相同的(de)(de)(de)(de)環(huan)(huan)1和(he)環(huan)(huan)2組(zu)(zu)成(cheng)，用內(nei)焊工裝(zhuang)固(gu)定，內(nei)圓焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)采(cai)用自熔的(de)(de)(de)(de)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭型(xing)式(shi)，形成(cheng)的(de)(de)(de)(de)內(nei)圓端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭組(zu)(zu)成(cheng)一(yi)個(ge)(ge)(ge)單組(zu)(zu)件(jian)示(shi)意圖(tu)(tu)如圖(tu)(tu)3-88所示(shi)。兩(liang)個(ge)(ge)(ge)單組(zu)(zu)件(jian)連接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)在一(yi)起用外(wai)(wai)焊工裝(zhuang)固(gu)定進行(xing)外(wai)(wai)圓焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，仍采(cai)用自熔的(de)(de)(de)(de)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭型(xing)式(shi)，形成(cheng)的(de)(de)(de)(de)外(wai)(wai)圓端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭組(zu)(zu)成(cheng)一(yi)個(ge)(ge)(ge)波接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，若干(gan)個(ge)(ge)(ge)波接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)連接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)形成(cheng)一(yi)個(ge)(ge)(ge)組(zu)(zu)件(jian)。將組(zu)(zu)件(jian)和(he)連接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)環(huan)(huan)外(wai)(wai)端(duan)焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)成(cheng)一(yi)個(ge)(ge)(ge)部件(jian)，即焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)完成(cheng)膜盒(he)儲箱其(qi)中一(yi)段(duan)，膜盒(he)儲箱是由若干(gan)段(duan)組(zu)(zu)成(cheng)。從圖(tu)(tu)中可以(yi)看(kan)出焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭為端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊縫，無法實施對(dui)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊縫。這種端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊縫按(an)理為聯系焊縫，不(bu)能承受(shou)較大(da)的(de)(de)(de)(de)載荷，但圖(tu)(tu)樣技術還要求端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊縫抗拉強度不(bu)低于母材的(de)(de)(de)(de)85％，給(gei)焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)工作帶來極大(da)的(de)(de)(de)(de)困難，它成(cheng)為制造(zao)該產(chan)品(pin)中關(guan)鍵中的(de)(de)(de)(de)關(guan)鍵。
三、焊接(jie)方法的選擇
膜盒(he)儲箱的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)量特別大，一段(duan)一個膜盒(he)儲箱的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)長度(du)累計(ji)有(you)150m之(zhi)多(duo)。要求(qiu)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)確保(bao)密封無泄漏，又要保(bao)證焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)成形(xing)均勻無缺(que)陷，還要求(qiu)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)尺寸滿足(zu)設計(ji)圖樣的(de)(de)(de)要求(qiu)。膜盒(he)膜片的(de)(de)(de)帶寬窄，與實(shi)際(ji)(ji)拉(la)伸(shen)距(ju)離不(bu)成比例，在實(shi)際(ji)(ji)使用中工(gong)作行程長，波節伸(shen)縮(suo)試驗范圍是(shi)設計(ji)尺寸的(de)(de)(de)25％～77％，每一次拉(la)伸(shen)壓縮(suo)都會保(bao)留較大的(de)(de)(de)殘余變形(xing)，結構實(shi)際(ji)(ji)工(gong)作是(shi)在比較嚴重的(de)(de)(de)塑(su)性變形(xing)區(qu)內(nei)，連接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)還會受到雙(shuang)(shuang)向的(de)(de)(de)應力作用。膜盒(he)的(de)(de)(de)膜片的(de)(de)(de)材料很(hen)薄(bo)，根據結構型式焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)只能采(cai)用自熔的(de)(de)(de)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)型式，通(tong)常這種端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)承載能力差，不(bu)可抵(di)(di)御拉(la)伸(shen)過(guo)程中膜片之(zhi)間過(guo)大的(de)(de)(de)角(jiao)變形(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)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)提出嚴格(ge)的(de)(de)(de)要求(qiu)，必(bi)須具有(you)足(zu)夠的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)寬度(du)和(he)熔化厚度(du)，才能保(bao)證有(you)足(zu)夠的(de)(de)(de)強度(du)和(he)抵(di)(di)御拉(la)伸(shen)壓縮(suo)過(guo)程中的(de)(de)(de)交(jiao)變、雙(shuang)(shuang)向應力。
為了保證端接(jie)(jie)(jie)焊(han)的質量，專門設(she)計(ji)和制(zhi)造了膜片焊(han)接(jie)(jie)(jie)工裝夾(jia)具(ju)、膜片焊(han)接(jie)(jie)(jie)專用(yong)精(jing)密(mi)焊(han)接(jie)(jie)(jie)機床等相關工裝夾(jia)具(ju)及焊(han)接(jie)(jie)(jie)輔機。
由于膜盒儲箱壁薄、焊(han)(han)(han)縫(feng)很長(chang)且焊(han)(han)(han)縫(feng)很有(you)規律(lv)（為圓周焊(han)(han)(han)縫(feng)），應(ying)選(xuan)用不加(jia)填充焊(han)(han)(han)絲(si)的自動(dong)鎢(wu)極(ji)氬弧焊(han)(han)(han)或自動(dong)微束等離子弧焊(han)(han)(han)進行焊(han)(han)(han)接。曾(ceng)經將選(xuan)用的這(zhe)兩種焊(han)(han)(han)接方(fang)法(fa)所得的焊(han)(han)(han)接接頭(tou)經外(wai)觀檢(jian)測、端接接頭(tou)焊(han)(han)(han)縫(feng)試(shi)樣的力學性能測試(shi)、金相(xiang)檢(jian)測和(he)接頭(tou)尺寸測量均能達到設(she)計要求。
自(zi)動微束等(deng)離子弧(hu)焊(han)與自(zi)動鎢極氬(ya)弧(hu)焊(han)相比，它具有下列優點：
1. 微束等離子弧熱量(liang)集中(zhong)、熱功率高、熔池小、焊(han)接熱影響區小和焊(han)接變形小。
2. 微束(shu)等離子(zi)弧(hu)(hu)(hu)(hu)焊(han)使用(yong)的電弧(hu)(hu)(hu)(hu)形態(tai)是聯合(he)弧(hu)(hu)(hu)(hu)，即(ji)維弧(hu)(hu)(hu)(hu)和工作弧(hu)(hu)(hu)(hu)同時存(cun)在。在焊(han)接(jie)電流(liu)很小(xiao)時（小(xiao)于3A），微束(shu)等離子(zi)弧(hu)(hu)(hu)(hu)穩(wen)定性(xing)好，而氬弧(hu)(hu)(hu)(hu)焊(han)電弧(hu)(hu)(hu)(hu)有時會漂(piao)移，穩(wen)定性(xing)較差。
3. 小電流電弧(hu)(hu)挺度好，連續自(zi)動焊(han)接(jie)時(shi)，等(deng)離子(zi)弧(hu)(hu)長的變化對(dui)(dui)焊(han)接(jie)質量影響不(bu)大；這(zhe)一點與氬弧(hu)(hu)焊(han)不(bu)同，氬弧(hu)(hu)焊(han)弧(hu)(hu)長對(dui)(dui)焊(han)縫(feng)成(cheng)形有著直接(jie)的影響。
4. 微束等離子弧(hu)(hu)(hu)具有良(liang)好(hao)的(de)(de)可(ke)控性(xing)(xing)和調節(jie)性(xing)(xing)，弧(hu)(hu)(hu)長的(de)(de)變化對(dui)焊(han)縫(feng)(feng)成形影響(xiang)較(jiao)小。焊(han)縫(feng)(feng)形狀能保持一致性(xing)(xing)，重復再現性(xing)(xing)好(hao)。這一點與氬弧(hu)(hu)(hu)焊(han)不(bu)同，氬弧(hu)(hu)(hu)焊(han)弧(hu)(hu)(hu)長對(dui)焊(han)縫(feng)(feng)成形影響(xiang)很大(da)。
5. 微束等離子弧焊(han)焊(han)接(jie)參數比氬弧焊(han)多，除了焊(han)接(jie)電流(liu)、焊(han)接(jie)速(su)度(du)、保(bao)護(hu)(hu)氣體流(liu)量(liang)等，還有(you)壓(ya)縮氣體的流(liu)量(liang)、保(bao)護(hu)(hu)氣體的成分、保(bao)護(hu)(hu)氣體流(liu)量(liang)與壓(ya)縮氣體流(liu)量(liang)之比等，這(zhe)些參數也直接(jie)影響焊(han)縫成形(xing)及焊(han)接(jie)質量(liang)。
試驗過程中發現，采用自動鎢極(ji)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(yong)脈沖微束等離子弧(hu)焊(han)(han)電弧(hu)能(neng)量的周(zhou)期性(xing)脈沖變化來控制焊(han)(han)接熔池，改善焊(han)(han)縫(feng)成形，減少缺陷。其(qi)優點有：
1. 它(ta)可以(yi)精確地控制(zhi)膜片焊縫的熱輸(shu)入，克服因熔敷金屬表(biao)面張(zhang)力不(bu)足難以(yi)支持熔池，而造成的焊縫下凹。
2. 可以調節(jie)熱輸入(ru)及膜(mo)片焊縫在高(gao)溫停留時間(jian)，減(jian)小熱裂(lie)紋(wen)的(de)(de)傾(qing)向，同時也能提高(gao)膜(mo)盒貯箱端接頭焊縫的(de)(de)耐蝕性。
3. 它(ta)對膜片裝配的(de)波動不敏感。能(neng)克服膜片裝配帶來的(de)問題，適應能(neng)力強。
4. 焊縫表面(mian)成形美觀，克(ke)服以(yi)往焊縫存在鋸齒波(bo)、谷處的點孔、焊穿(chuan)、波(bo)浪(lang)紋等缺陷。
5. 焊縫(feng)有很好的一致性，重復再現性好，降低了(le)操作難度(du)，獲得了(le)穩定的端(duan)接(jie)接(jie)頭焊縫(feng)質量，端(duan)接(jie)接(jie)頭焊縫(feng)的力學性能也得到了(le)提高。
脈(mo)沖微束(shu)等離子弧(hu)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)的焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)參數(shu)主要(yao)有焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)電流、峰值電流、基(ji)值電流、脈(mo)沖頻率、空占比、壓(ya)縮氣(qi)流量(liang)(liang)、保(bao)護氣(qi)流量(liang)(liang)、電弧(hu)長度、噴嘴直徑、噴嘴通道比和(he)鎢極的內(nei)縮量(liang)(liang)等，它們對焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫的形狀和(he)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)質量(liang)(liang)都有影(ying)響。焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)參數(shu)的選(xuan)擇是通過正(zheng)交(jiao)優選(xuan)試(shi)驗得到(dao)的，優選(xuan)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)的參數(shu)經(jing)過小批量(liang)(liang)工(gong)藝(yi)(yi)試(shi)驗再次確(que)認(ren)，在這個批量(liang)(liang)中又隨機抽取樣件做(zuo)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)工(gong)藝(yi)(yi)評定試(shi)驗來認(ren)定。
對焊(han)接(jie)(jie)工藝評(ping)定試件(jian)和生產過程中旁證(zheng)實例截面的(de)端(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭焊(han)縫(feng)的(de)內部進行高、低倍金相檢(jian)查，端(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)焊(han)縫(feng)區未(wei)發現焊(han)接(jie)(jie)缺陷；端(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)焊(han)縫(feng)尺寸、焊(han)縫(feng)寬(kuan)度和熔化厚度等(deng)均符(fu)合要求(qiu)，見表3-82。最后對評(ping)定試件(jian)端(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭焊(han)縫(feng)的(de)性(xing)能進行檢(jian)測，見表3-83，完全(quan)滿足(zu)設計圖樣的(de)技術要求(qiu)。
采用脈沖(chong)微束等離子(zi)弧焊焊接工藝，有很高的(de)焊接穩定性(xing)和(he)(he)參數的(de)再(zai)現(xian)(xian)性(xing)，易操作。產品通過(guo)設(she)(she)計(ji)(ji)要求的(de)氣密試驗(yan)、伸縮試驗(yan)和(he)(he)振動試驗(yan)，均滿足(zu)圖(tu)樣的(de)設(she)(she)計(ji)(ji)要求，現(xian)(xian)已批量生(sheng)產。
