一、膜盒儲(chu)箱(xiang)的(de)技術要求
膜盒儲箱的材料為304不銹鋼(gang)（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(he)儲箱制造的難度
膜盒(he)儲箱整個(ge)制(zhi)造工(gong)藝很精細且復雜(za)，從鋼板表面(mian)平面(mian)度到零件加工(gong)直至焊接，各個(ge)工(gong)序技(ji)術(shu)的要(yao)求精度都(dou)很高，難(nan)度都(dou)非常大(da)，可以說整個(ge)產品在研制(zhi)過程中，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(xing)膜(mo)(mo)(mo)(mo)片(pian)經過(guo)沖壓成(cheng)型和裁切而成(cheng)，同樣切邊要保持絕對垂(chui)直(zhi)，端接(jie)頭(tou)焊(han)(han)接(jie)處兩(liang)片(pian)環之間的尺寸不(bu)能(neng)有明顯(xian)的偏差，不(bu)然直(zhi)接(jie)導致(zhi)產生焊(han)(han)接(jie)疵(ci)病直(zhi)至無法施焊(han)(han)。為此專(zhuan)門設(she)計出膜(mo)(mo)(mo)(mo)盒膜(mo)(mo)(mo)(mo)片(pian)沖壓模具(ju)和膜(mo)(mo)(mo)(mo)片(pian)裁切模具(ju)，確(que)保了膜(mo)(mo)(mo)(mo)片(pian)質量，為順利焊(han)(han)接(jie)打下基礎(chu)。
由(you)于(yu)產(chan)品結構的(de)(de)(de)(de)(de)特殊性，膜(mo)片之間是(shi)由(you)兩個(ge)(ge)(ge)相同的(de)(de)(de)(de)(de)環(huan)(huan)1和環(huan)(huan)2組(zu)成(cheng)(cheng)，用(yong)內焊(han)(han)(han)工裝(zhuang)固(gu)定，內圓(yuan)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)采(cai)用(yong)自熔的(de)(de)(de)(de)(de)端接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)型(xing)式，形成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)內圓(yuan)端接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)組(zu)成(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)(ge)(ge)單組(zu)件示意(yi)圖如圖3-88所示。兩個(ge)(ge)(ge)單組(zu)件連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)在一(yi)起(qi)用(yong)外焊(han)(han)(han)工裝(zhuang)固(gu)定進行外圓(yuan)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)，仍(reng)采(cai)用(yong)自熔的(de)(de)(de)(de)(de)端接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)型(xing)式，形成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)外圓(yuan)端接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)組(zu)成(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)(ge)(ge)波接(jie)(jie)(jie)(jie)，若(ruo)(ruo)干(gan)個(ge)(ge)(ge)波接(jie)(jie)(jie)(jie)連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)形成(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)(ge)(ge)組(zu)件。將組(zu)件和連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)環(huan)(huan)外端焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)成(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)(ge)(ge)部件，即(ji)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)完(wan)成(cheng)(cheng)膜(mo)盒儲箱(xiang)其中(zhong)一(yi)段，膜(mo)盒儲箱(xiang)是(shi)由(you)若(ruo)(ruo)干(gan)段組(zu)成(cheng)(cheng)。從圖中(zhong)可以看(kan)出焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)為(wei)端接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)縫，無法(fa)實施對(dui)接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)縫。這種端接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)縫按理為(wei)聯系焊(han)(han)(han)縫，不能(neng)承受較大的(de)(de)(de)(de)(de)載荷，但圖樣技術還(huan)要求(qiu)端接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)縫抗拉強度不低于(yu)母材的(de)(de)(de)(de)(de)85％，給焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)工作帶來極大的(de)(de)(de)(de)(de)困(kun)難，它成(cheng)(cheng)為(wei)制造(zao)該(gai)產(chan)品中(zhong)關鍵(jian)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)關鍵(jian)。
三、焊接方法的選擇
膜(mo)盒(he)(he)儲箱(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)量特別大(da)，一(yi)段一(yi)個(ge)膜(mo)盒(he)(he)儲箱(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)焊(han)縫(feng)長度(du)累計(ji)(ji)有150m之多。要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)焊(han)縫(feng)確保(bao)(bao)密封無(wu)(wu)泄漏(lou)，又要(yao)(yao)保(bao)(bao)證(zheng)焊(han)縫(feng)成形均勻無(wu)(wu)缺陷，還要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)焊(han)縫(feng)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)的(de)(de)(de)尺(chi)寸滿足(zu)設計(ji)(ji)圖樣的(de)(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)。膜(mo)盒(he)(he)膜(mo)片(pian)的(de)(de)(de)帶寬窄(zhai)，與實際拉(la)伸(shen)(shen)(shen)距離不成比(bi)例(li)，在(zai)實際使用中(zhong)工作行程長，波(bo)節伸(shen)(shen)(shen)縮試驗范圍是設計(ji)(ji)尺(chi)寸的(de)(de)(de)25％～77％，每一(yi)次拉(la)伸(shen)(shen)(shen)壓縮都會保(bao)(bao)留較(jiao)大(da)的(de)(de)(de)殘余變(bian)形，結(jie)構實際工作是在(zai)比(bi)較(jiao)嚴重的(de)(de)(de)塑性變(bian)形區內(nei)，連接(jie)(jie)(jie)焊(han)縫(feng)還會受到雙(shuang)向的(de)(de)(de)應(ying)力作用。膜(mo)盒(he)(he)的(de)(de)(de)膜(mo)片(pian)的(de)(de)(de)材料很(hen)薄，根(gen)據結(jie)構型式焊(han)接(jie)(jie)(jie)只能(neng)采用自熔的(de)(de)(de)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)型式，通(tong)常這種端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)承載能(neng)力差(cha)，不可(ke)抵御拉(la)伸(shen)(shen)(shen)過(guo)程中(zhong)膜(mo)片(pian)之間過(guo)大(da)的(de)(de)(de)角變(bian)形。因此(ci)對(dui)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)的(de)(de)(de)焊(han)縫(feng)提出嚴格(ge)的(de)(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)，必(bi)須(xu)具有足(zu)夠的(de)(de)(de)焊(han)縫(feng)寬度(du)和熔化厚度(du)，才能(neng)保(bao)(bao)證(zheng)有足(zu)夠的(de)(de)(de)強度(du)和抵御拉(la)伸(shen)(shen)(shen)壓縮過(guo)程中(zhong)的(de)(de)(de)交變(bian)、雙(shuang)向應(ying)力。
為了(le)保證端接(jie)焊(han)(han)的質量(liang)，專(zhuan)(zhuan)門設計和制造了(le)膜片焊(han)(han)接(jie)工裝夾(jia)具、膜片焊(han)(han)接(jie)專(zhuan)(zhuan)用精密焊(han)(han)接(jie)機床等(deng)相(xiang)關工裝夾(jia)具及焊(han)(han)接(jie)輔機。
由于膜(mo)盒儲箱壁薄、焊(han)(han)縫(feng)(feng)很(hen)長且焊(han)(han)縫(feng)(feng)很(hen)有規律（為圓周(zhou)焊(han)(han)縫(feng)(feng)），應選用不(bu)加(jia)填充焊(han)(han)絲的自動鎢極氬弧(hu)(hu)焊(han)(han)或自動微束(shu)等(deng)離(li)子弧(hu)(hu)焊(han)(han)進行焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)。曾經將選用的這(zhe)兩種焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)方法(fa)所得的焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)(tou)經外觀檢測(ce)、端(duan)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)(tou)焊(han)(han)縫(feng)(feng)試樣的力學性能(neng)測(ce)試、金相檢測(ce)和接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)(tou)尺寸測(ce)量均能(neng)達到設計(ji)要求。
自動微束等離子弧焊與自動鎢極(ji)氬弧焊相(xiang)比，它(ta)具有下列優點：
1. 微束等(deng)離(li)子弧熱(re)量集中(zhong)、熱(re)功率(lv)高、熔池小、焊接熱(re)影響區小和焊接變形(xing)小。
2. 微束等離子弧(hu)(hu)(hu)(hu)焊(han)(han)使用的電(dian)(dian)弧(hu)(hu)(hu)(hu)形態(tai)是聯合(he)弧(hu)(hu)(hu)(hu)，即維弧(hu)(hu)(hu)(hu)和工作弧(hu)(hu)(hu)(hu)同時存在(zai)。在(zai)焊(han)(han)接(jie)電(dian)(dian)流很小(xiao)時（小(xiao)于3A），微束等離子弧(hu)(hu)(hu)(hu)穩定(ding)性好，而氬弧(hu)(hu)(hu)(hu)焊(han)(han)電(dian)(dian)弧(hu)(hu)(hu)(hu)有(you)時會漂移，穩定(ding)性較(jiao)差。
3. 小(xiao)電流(liu)電弧挺度好，連續(xu)自動(dong)焊(han)接(jie)時，等離子(zi)弧長的(de)變化對焊(han)接(jie)質量影(ying)響不大；這一點與氬(ya)弧焊(han)不同，氬(ya)弧焊(han)弧長對焊(han)縫成形有著直接(jie)的(de)影(ying)響。
4. 微束等離子弧具(ju)有良好的(de)可控性(xing)和調節(jie)性(xing)，弧長的(de)變化對焊縫成形影響較(jiao)小。焊縫形狀能保(bao)持一致性(xing)，重復再現(xian)性(xing)好。這一點與氬弧焊不(bu)同，氬弧焊弧長對焊縫成形影響很大。
5. 微束(shu)等離子弧焊(han)焊(han)接參數比(bi)氬弧焊(han)多(duo)，除了(le)焊(han)接電流(liu)、焊(han)接速(su)度、保護(hu)氣(qi)體(ti)流(liu)量等，還有壓縮氣(qi)體(ti)的流(liu)量、保護(hu)氣(qi)體(ti)的成(cheng)分、保護(hu)氣(qi)體(ti)流(liu)量與壓縮氣(qi)體(ti)流(liu)量之比(bi)等，這些參數也直(zhi)接影響焊(han)縫成(cheng)形(xing)及(ji)焊(han)接質量。
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)脈沖微束等離子弧焊電弧能量(liang)的周期性脈沖變化來控制焊接(jie)熔池，改善焊縫成形，減少缺陷。其優點有：
1. 它可以(yi)精確(que)地控制膜片焊(han)縫(feng)的(de)熱輸入，克服因熔敷金屬表面張力不足難以(yi)支持熔池，而造成(cheng)的(de)焊(han)縫(feng)下凹(ao)。
2. 可(ke)以調節熱(re)輸入及膜(mo)片焊縫(feng)在高溫停留時間，減小熱(re)裂紋的(de)傾(qing)向，同(tong)時也能(neng)提高膜(mo)盒貯箱端接(jie)頭焊縫(feng)的(de)耐蝕(shi)性。
3. 它對膜片裝配的(de)波動不(bu)敏感。能克(ke)服膜片裝配帶來的(de)問題，適應能力強。
4. 焊縫(feng)表面成形美觀，克服以往(wang)焊縫(feng)存在鋸齒(chi)波、谷處的點孔、焊穿(chuan)、波浪(lang)紋等(deng)缺陷。
5. 焊(han)縫(feng)有很(hen)好(hao)的(de)(de)一致性(xing)，重復(fu)再(zai)現性(xing)好(hao)，降(jiang)低(di)了(le)操作難度，獲得(de)(de)了(le)穩(wen)定的(de)(de)端(duan)接(jie)接(jie)頭焊(han)縫(feng)質量，端(duan)接(jie)接(jie)頭焊(han)縫(feng)的(de)(de)力學(xue)性(xing)能也得(de)(de)到了(le)提高。
脈(mo)沖(chong)微(wei)束等(deng)離子弧(hu)焊(han)(han)(han)的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)參(can)數主要有焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)電流、峰值(zhi)電流、基值(zhi)電流、脈(mo)沖(chong)頻率、空(kong)占比、壓縮氣流量(liang)、保護氣流量(liang)、電弧(hu)長度(du)、噴嘴直徑、噴嘴通(tong)道比和鎢極的(de)內縮量(liang)等(deng)，它們(men)對焊(han)(han)(han)縫的(de)形狀和焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)質量(liang)都有影(ying)響。焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)參(can)數的(de)選(xuan)擇是(shi)通(tong)過正交(jiao)優選(xuan)試(shi)(shi)驗得(de)到的(de)，優選(xuan)焊(han)(han)(han)的(de)參(can)數經過小批(pi)量(liang)工藝試(shi)(shi)驗再次確認(ren)，在(zai)這個(ge)批(pi)量(liang)中又隨機抽取樣件(jian)做焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)工藝評(ping)定(ding)試(shi)(shi)驗來(lai)認(ren)定(ding)。
對(dui)(dui)焊(han)接(jie)工藝(yi)評定試件和生產過程中旁證實例截面(mian)的(de)(de)端接(jie)接(jie)頭焊(han)縫(feng)的(de)(de)內部進行高、低倍金相檢(jian)查(cha)，端接(jie)接(jie)頭的(de)(de)焊(han)縫(feng)區(qu)未發現焊(han)接(jie)缺陷(xian)；端接(jie)接(jie)頭的(de)(de)焊(han)縫(feng)尺寸、焊(han)縫(feng)寬度和熔化厚度等均符合要求，見表(biao)3-82。最后對(dui)(dui)評定試件端接(jie)接(jie)頭焊(han)縫(feng)的(de)(de)性能進行檢(jian)測，見表(biao)3-83，完全滿(man)足設計(ji)圖樣(yang)的(de)(de)技術(shu)要求。
采用脈沖微(wei)束等(deng)離子弧焊(han)(han)焊(han)(han)接工藝，有很(hen)高的(de)(de)焊(han)(han)接穩定性和(he)參(can)數的(de)(de)再(zai)現(xian)性，易(yi)操作。產(chan)品(pin)通過設(she)計(ji)要求的(de)(de)氣(qi)密試(shi)驗(yan)、伸(shen)縮試(shi)驗(yan)和(he)振動試(shi)驗(yan)，均滿足圖樣的(de)(de)設(she)計(ji)要求，現(xian)已(yi)批量生產(chan)。
