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(zao)的難(nan)度(du)
膜盒儲箱(xiang)整(zheng)個制造(zao)工藝很精細(xi)且復雜，從鋼板表面平面度到零件(jian)加工直(zhi)至焊接(jie)，各個工序技術的要求精度都很高，難度都非(fei)常(chang)大(da)，可以說(shuo)整(zheng)個產品在研制過(guo)程中，每道工序都是關(guan)鍵。
對不銹鋼(gang)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(pian)經過沖壓成(cheng)型和裁切(qie)而(er)成(cheng)，同樣切(qie)邊要(yao)保持絕對垂直(zhi)，端接(jie)頭焊(han)接(jie)處兩片(pian)環之間的尺(chi)寸不能有明(ming)顯(xian)的偏差，不然直(zhi)接(jie)導(dao)致(zhi)產生焊(han)接(jie)疵病(bing)直(zhi)至無法施焊(han)。為此專門(men)設計出膜(mo)盒膜(mo)片(pian)沖壓模具和膜(mo)片(pian)裁切(qie)模具，確保了膜(mo)片(pian)質(zhi)量(liang)，為順利焊(han)接(jie)打下基礎。
由于產(chan)品結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)特殊性，膜片之間是(shi)由兩(liang)個(ge)相同的(de)(de)(de)環(huan)1和環(huan)2組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)，用內(nei)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)工(gong)裝(zhuang)固定(ding)，內(nei)圓(yuan)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)采用自熔(rong)的(de)(de)(de)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)型式，形成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)內(nei)圓(yuan)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)單組(zu)(zu)件示意(yi)圖如圖3-88所示。兩(liang)個(ge)單組(zu)(zu)件連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)在一(yi)起用外焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)工(gong)裝(zhuang)固定(ding)進行(xing)外圓(yuan)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，仍采用自熔(rong)的(de)(de)(de)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)型式，形成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)外圓(yuan)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)波接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，若干(gan)個(ge)波接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)形成(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)組(zu)(zu)件。將組(zu)(zu)件和連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)環(huan)外端(duan)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)成(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)部件，即焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)完成(cheng)(cheng)膜盒儲箱其中(zhong)一(yi)段，膜盒儲箱是(shi)由若干(gan)段組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)。從圖中(zhong)可(ke)以看(kan)出(chu)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)為端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)，無法實施對接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)。這種端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)按理為聯系焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)，不能承受較(jiao)大的(de)(de)(de)載(zai)荷，但圖樣技術還要求端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)抗拉(la)強度不低于母材的(de)(de)(de)85％，給焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)工(gong)作帶(dai)來極大的(de)(de)(de)困難，它成(cheng)(cheng)為制造該產(chan)品中(zhong)關(guan)鍵(jian)(jian)中(zhong)的(de)(de)(de)關(guan)鍵(jian)(jian)。
三、焊接方(fang)法的選擇(ze)
膜(mo)盒(he)儲箱的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)接(jie)量特別大，一段(duan)一個膜(mo)盒(he)儲箱的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)長度(du)(du)累(lei)計有150m之(zhi)多。要求焊(han)(han)縫(feng)確保(bao)(bao)密封(feng)無(wu)泄(xie)漏(lou)，又要保(bao)(bao)證(zheng)焊(han)(han)縫(feng)成(cheng)形均勻無(wu)缺陷(xian)，還要求焊(han)(han)縫(feng)接(jie)頭的(de)(de)(de)(de)(de)尺寸(cun)滿足(zu)設計圖樣的(de)(de)(de)(de)(de)要求。膜(mo)盒(he)膜(mo)片的(de)(de)(de)(de)(de)帶寬窄(zhai)，與實際拉(la)(la)伸(shen)距離不(bu)成(cheng)比例，在實際使用中(zhong)(zhong)工(gong)(gong)作行程(cheng)長，波節伸(shen)縮試驗(yan)范圍是設計尺寸(cun)的(de)(de)(de)(de)(de)25％～77％，每(mei)一次(ci)拉(la)(la)伸(shen)壓(ya)縮都會保(bao)(bao)留(liu)較(jiao)大的(de)(de)(de)(de)(de)殘余變(bian)形，結構實際工(gong)(gong)作是在比較(jiao)嚴(yan)重的(de)(de)(de)(de)(de)塑性(xing)變(bian)形區內，連接(jie)焊(han)(han)縫(feng)還會受到雙向的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)力作用。膜(mo)盒(he)的(de)(de)(de)(de)(de)膜(mo)片的(de)(de)(de)(de)(de)材料很(hen)薄(bo)，根據結構型式焊(han)(han)接(jie)只能采用自熔(rong)的(de)(de)(de)(de)(de)端(duan)接(jie)接(jie)頭型式，通常(chang)這種端(duan)接(jie)接(jie)頭承(cheng)載能力差(cha)，不(bu)可抵御拉(la)(la)伸(shen)過程(cheng)中(zhong)(zhong)膜(mo)片之(zhi)間過大的(de)(de)(de)(de)(de)角(jiao)變(bian)形。因此(ci)對端(duan)接(jie)接(jie)頭的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)提出嚴(yan)格的(de)(de)(de)(de)(de)要求，必須(xu)具有足(zu)夠的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)寬度(du)(du)和熔(rong)化厚度(du)(du)，才能保(bao)(bao)證(zheng)有足(zu)夠的(de)(de)(de)(de)(de)強度(du)(du)和抵御拉(la)(la)伸(shen)壓(ya)縮過程(cheng)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)交變(bian)、雙向應(ying)力。
為了(le)保證端接焊的質(zhi)量，專門設計和制造了(le)膜片(pian)焊接工裝夾具(ju)(ju)、膜片(pian)焊接專用精密焊接機床等相關工裝夾具(ju)(ju)及焊接輔機。
由于膜(mo)盒儲箱壁薄(bo)、焊(han)縫(feng)很(hen)長且焊(han)縫(feng)很(hen)有規律（為圓周焊(han)縫(feng)），應選用不加填充焊(han)絲的(de)自動鎢極氬弧焊(han)或自動微束等離(li)子弧焊(han)進行焊(han)接。曾經將選用的(de)這兩種焊(han)接方法所得的(de)焊(han)接接頭(tou)經外觀檢(jian)測(ce)(ce)、端接接頭(tou)焊(han)縫(feng)試樣的(de)力(li)學性能(neng)測(ce)(ce)試、金相檢(jian)測(ce)(ce)和(he)接頭(tou)尺(chi)寸測(ce)(ce)量均能(neng)達到設計要(yao)求(qiu)。
自動微(wei)束(shu)等離子弧(hu)焊與自動鎢(wu)極(ji)氬弧(hu)焊相比，它(ta)具有下(xia)列(lie)優點：
1. 微束等(deng)離(li)子弧熱(re)(re)量集中、熱(re)(re)功(gong)率高、熔池小、焊接熱(re)(re)影響區小和焊接變(bian)形小。
2. 微束等離子(zi)弧(hu)焊(han)(han)使用(yong)的電弧(hu)形態是聯合(he)弧(hu)，即維弧(hu)和工作(zuo)弧(hu)同時存在(zai)。在(zai)焊(han)(han)接(jie)電流(liu)很(hen)小時（小于3A），微束等離子(zi)弧(hu)穩定性(xing)好，而氬弧(hu)焊(han)(han)電弧(hu)有(you)時會漂移，穩定性(xing)較差。
3. 小電流電弧(hu)(hu)挺度好，連續自(zi)動焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)時，等離(li)子弧(hu)(hu)長的變化對焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)質量影響不(bu)大(da)；這一點與氬(ya)弧(hu)(hu)焊(han)(han)(han)(han)(han)不(bu)同(tong)，氬(ya)弧(hu)(hu)焊(han)(han)(han)(han)(han)弧(hu)(hu)長對焊(han)(han)(han)(han)(han)縫成形有著直接(jie)的影響。
4. 微束等(deng)離子(zi)弧具有良好(hao)的可(ke)控性(xing)和調(diao)節性(xing)，弧長(chang)的變化對焊(han)縫(feng)成形影響較小。焊(han)縫(feng)形狀能保持一(yi)致性(xing)，重復再現性(xing)好(hao)。這一(yi)點與氬弧焊(han)不同，氬弧焊(han)弧長(chang)對焊(han)縫(feng)成形影響很大。
5. 微(wei)束等(deng)離子弧焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接參(can)數比(bi)氬弧焊(han)(han)(han)多(duo)，除了焊(han)(han)(han)接電流、焊(han)(han)(han)接速度、保(bao)護氣體流量(liang)等(deng)，還有壓縮(suo)氣體的流量(liang)、保(bao)護氣體的成(cheng)(cheng)分、保(bao)護氣體流量(liang)與壓縮(suo)氣體流量(liang)之(zhi)比(bi)等(deng)，這些參(can)數也直接影(ying)響焊(han)(han)(han)縫(feng)成(cheng)(cheng)形(xing)及焊(han)(han)(han)接質量(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(li)用脈沖微束等離子弧(hu)焊(han)電弧(hu)能量的周期性脈沖變化來控制焊(han)接熔池(chi)，改善(shan)焊(han)縫(feng)成(cheng)形，減少缺陷。其(qi)優點有：
1. 它可以精確地(di)控制(zhi)膜片(pian)焊(han)(han)縫的熱輸(shu)入(ru)，克服因熔敷金屬表(biao)面張力不(bu)足難以支持熔池，而造成的焊(han)(han)縫下凹。
2. 可以調節熱輸(shu)入(ru)及(ji)膜片焊(han)縫在高溫停留(liu)時間，減(jian)小熱裂紋的傾向，同時也能(neng)提高膜盒貯(zhu)箱(xiang)端接(jie)頭(tou)焊(han)縫的耐蝕性(xing)。
3. 它(ta)對膜片裝配的波(bo)動不敏感。能克(ke)服膜片裝配帶來(lai)的問(wen)題(ti)，適應能力強。
4. 焊縫(feng)表面成形(xing)美(mei)觀，克服以往(wang)焊縫(feng)存(cun)在鋸齒(chi)波(bo)、谷處的點孔、焊穿(chuan)、波(bo)浪(lang)紋(wen)等(deng)缺(que)陷。
5. 焊縫有很好的一致性，重(zhong)復(fu)再(zai)現性好，降低了(le)操作(zuo)難度，獲(huo)得了(le)穩定的端接接頭(tou)焊縫質量，端接接頭(tou)焊縫的力學性能也得到了(le)提高。
脈沖微束等離(li)子弧(hu)焊(han)的(de)(de)焊(han)接(jie)參數主要(yao)有(you)焊(han)接(jie)電(dian)流(liu)(liu)、峰值電(dian)流(liu)(liu)、基值電(dian)流(liu)(liu)、脈沖頻率、空占比(bi)、壓(ya)縮(suo)(suo)氣(qi)流(liu)(liu)量(liang)、保護氣(qi)流(liu)(liu)量(liang)、電(dian)弧(hu)長(chang)度(du)、噴嘴直徑(jing)、噴嘴通(tong)道比(bi)和鎢極的(de)(de)內縮(suo)(suo)量(liang)等，它們對焊(han)縫的(de)(de)形(xing)狀和焊(han)接(jie)質量(liang)都有(you)影響。焊(han)接(jie)參數的(de)(de)選(xuan)(xuan)擇是通(tong)過(guo)正交優選(xuan)(xuan)試驗得(de)到的(de)(de)，優選(xuan)(xuan)焊(han)的(de)(de)參數經過(guo)小批量(liang)工(gong)藝試驗再次確認，在(zai)這個批量(liang)中(zhong)又(you)隨機抽取樣件做焊(han)接(jie)工(gong)藝評(ping)定(ding)(ding)試驗來(lai)認定(ding)(ding)。
對焊(han)接(jie)(jie)工藝(yi)評定(ding)試(shi)件(jian)(jian)和生產過程(cheng)中旁(pang)證實例截面的端(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)焊(han)縫的內部進行(xing)高、低倍(bei)金(jin)相檢查(cha)，端(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的焊(han)縫區未發(fa)現(xian)焊(han)接(jie)(jie)缺陷；端(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的焊(han)縫尺寸、焊(han)縫寬度(du)和熔化厚度(du)等均符合要求，見表(biao)(biao)3-82。最后對評定(ding)試(shi)件(jian)(jian)端(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)焊(han)縫的性(xing)能進行(xing)檢測，見表(biao)(biao)3-83，完全(quan)滿足設計(ji)圖樣(yang)的技術(shu)要求。
采用(yong)脈沖微束等離子弧(hu)焊(han)焊(han)接工藝，有很高的焊(han)接穩定性(xing)和參數的再現性(xing)，易操(cao)作。產品(pin)通過設計(ji)要(yao)求的氣(qi)密試(shi)(shi)驗(yan)、伸縮(suo)試(shi)(shi)驗(yan)和振動(dong)試(shi)(shi)驗(yan)，均滿足圖樣的設計(ji)要(yao)求，現已(yi)批量生(sheng)產。
