一、膜(mo)盒(he)儲箱的技(ji)術(shu)要求(qiu)
膜盒儲箱的材料為304不(bu)銹(xiu)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、膜盒儲箱制造(zao)的難度
膜盒儲(chu)箱整個(ge)制造工(gong)藝很精(jing)(jing)細(xi)且(qie)復雜，從鋼板表面(mian)平面(mian)度(du)到(dao)零件加工(gong)直至焊接，各(ge)個(ge)工(gong)序技(ji)術的要求精(jing)(jing)度(du)都(dou)很高，難度(du)都(dou)非(fei)常大(da)，可以說整個(ge)產品在研(yan)制過(guo)程(cheng)中(zhong)，每道工(gong)序都(dou)是關(guan)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(mo)(mo)(mo)片(pian)經過沖壓成(cheng)型和(he)裁切(qie)而成(cheng)，同樣切(qie)邊要保持(chi)絕(jue)對垂直(zhi)，端(duan)接(jie)頭焊接(jie)處(chu)兩片(pian)環之間的尺(chi)寸(cun)不能有明顯的偏(pian)差，不然直(zhi)接(jie)導致產生焊接(jie)疵(ci)病直(zhi)至無(wu)法施焊。為(wei)此專門(men)設(she)計(ji)出膜(mo)(mo)(mo)盒膜(mo)(mo)(mo)片(pian)沖壓模具(ju)和(he)膜(mo)(mo)(mo)片(pian)裁切(qie)模具(ju)，確保了膜(mo)(mo)(mo)片(pian)質量，為(wei)順利(li)焊接(jie)打下基(ji)礎。
由于(yu)(yu)產品(pin)結構的(de)(de)特(te)殊性(xing)，膜片之間是由兩(liang)個(ge)(ge)(ge)相同的(de)(de)環(huan)1和環(huan)2組(zu)成(cheng)，用內焊(han)(han)(han)(han)工(gong)裝固定(ding)(ding)，內圓焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)采用自熔的(de)(de)端(duan)(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)型式，形成(cheng)的(de)(de)內圓端(duan)(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)組(zu)成(cheng)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)單組(zu)件(jian)示意圖(tu)如(ru)圖(tu)3-88所示。兩(liang)個(ge)(ge)(ge)單組(zu)件(jian)連接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)在一(yi)(yi)(yi)(yi)起用外焊(han)(han)(han)(han)工(gong)裝固定(ding)(ding)進行外圓焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，仍采用自熔的(de)(de)端(duan)(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)型式，形成(cheng)的(de)(de)外圓端(duan)(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)組(zu)成(cheng)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)波接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，若(ruo)干個(ge)(ge)(ge)波接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)連接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)形成(cheng)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)組(zu)件(jian)。將組(zu)件(jian)和連接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)環(huan)外端(duan)(duan)(duan)(duan)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)成(cheng)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)部件(jian)，即焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)完成(cheng)膜盒儲箱(xiang)其中(zhong)一(yi)(yi)(yi)(yi)段，膜盒儲箱(xiang)是由若(ruo)干段組(zu)成(cheng)。從圖(tu)中(zhong)可以(yi)看(kan)出焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)為(wei)(wei)端(duan)(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)，無法實(shi)施對(dui)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)。這種端(duan)(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)按理為(wei)(wei)聯系焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)，不(bu)能承受(shou)較大的(de)(de)載(zai)荷，但圖(tu)樣技術還要求端(duan)(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)抗(kang)拉強度不(bu)低于(yu)(yu)母材的(de)(de)85％，給焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)工(gong)作(zuo)帶來極大的(de)(de)困難，它成(cheng)為(wei)(wei)制造該產品(pin)中(zhong)關(guan)鍵中(zhong)的(de)(de)關(guan)鍵。
三、焊接方(fang)法的選擇
膜(mo)盒(he)儲箱的(de)(de)(de)焊(han)(han)接(jie)量特別大，一(yi)段一(yi)個膜(mo)盒(he)儲箱的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)長度累計(ji)有150m之多。要求(qiu)焊(han)(han)縫(feng)確保(bao)(bao)密封無(wu)泄漏，又(you)要保(bao)(bao)證(zheng)焊(han)(han)縫(feng)成形(xing)(xing)均勻無(wu)缺陷，還(huan)要求(qiu)焊(han)(han)縫(feng)接(jie)頭的(de)(de)(de)尺寸滿足(zu)設計(ji)圖樣(yang)的(de)(de)(de)要求(qiu)。膜(mo)盒(he)膜(mo)片(pian)(pian)的(de)(de)(de)帶(dai)寬窄，與實際(ji)拉(la)伸(shen)(shen)距離(li)不成比(bi)例，在實際(ji)使用中(zhong)工作行程長，波(bo)節伸(shen)(shen)縮試驗(yan)范(fan)圍是(shi)設計(ji)尺寸的(de)(de)(de)25％～77％，每一(yi)次拉(la)伸(shen)(shen)壓縮都會(hui)保(bao)(bao)留(liu)較大的(de)(de)(de)殘(can)余變形(xing)(xing)，結(jie)構(gou)實際(ji)工作是(shi)在比(bi)較嚴重的(de)(de)(de)塑性變形(xing)(xing)區內，連接(jie)焊(han)(han)縫(feng)還(huan)會(hui)受(shou)到雙向的(de)(de)(de)應(ying)力(li)作用。膜(mo)盒(he)的(de)(de)(de)膜(mo)片(pian)(pian)的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)很(hen)薄，根(gen)據結(jie)構(gou)型式焊(han)(han)接(jie)只能采用自(zi)熔的(de)(de)(de)端接(jie)接(jie)頭型式，通常這種端接(jie)接(jie)頭承載(zai)能力(li)差，不可抵御(yu)拉(la)伸(shen)(shen)過程中(zhong)膜(mo)片(pian)(pian)之間(jian)過大的(de)(de)(de)角變形(xing)(xing)。因此對端接(jie)接(jie)頭的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)提出(chu)嚴格的(de)(de)(de)要求(qiu)，必須(xu)具有足(zu)夠的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)寬度和熔化厚度，才(cai)能保(bao)(bao)證(zheng)有足(zu)夠的(de)(de)(de)強(qiang)度和抵御(yu)拉(la)伸(shen)(shen)壓縮過程中(zhong)的(de)(de)(de)交(jiao)變、雙向應(ying)力(li)。
為了保證端接(jie)(jie)焊(han)的質量，專(zhuan)門設計和制造了膜(mo)片焊(han)接(jie)(jie)工裝(zhuang)夾(jia)(jia)具、膜(mo)片焊(han)接(jie)(jie)專(zhuan)用精密焊(han)接(jie)(jie)機床等相關工裝(zhuang)夾(jia)(jia)具及焊(han)接(jie)(jie)輔機。
由(you)于膜盒儲(chu)箱壁薄、焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)很長(chang)且焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)很有規律（為圓周焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)），應選用不加(jia)填(tian)充焊(han)(han)(han)絲的自動鎢(wu)極(ji)氬弧(hu)焊(han)(han)(han)或自動微束等離子弧(hu)焊(han)(han)(han)進行焊(han)(han)(han)接(jie)。曾經(jing)將(jiang)選用的這兩種焊(han)(han)(han)接(jie)方法所得的焊(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭經(jing)外觀檢測(ce)、端接(jie)接(jie)頭焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)試(shi)樣的力(li)學性(xing)能測(ce)試(shi)、金相(xiang)檢測(ce)和接(jie)頭尺寸測(ce)量均能達到設(she)計要求。
自動微(wei)束等離子(zi)弧焊與自動鎢極(ji)氬弧焊相比，它具有下列(lie)優點：
1. 微束等離子(zi)弧熱量集中、熱功率高、熔池小、焊接熱影(ying)響區小和焊接變形小。
2. 微束(shu)等離子(zi)弧焊使用的電弧形態(tai)是(shi)聯合弧，即維(wei)弧和工作弧同時(shi)存在。在焊接電流很小(xiao)時(shi)（小(xiao)于3A），微束(shu)等離子(zi)弧穩(wen)定(ding)性好，而氬弧焊電弧有(you)時(shi)會(hui)漂(piao)移，穩(wen)定(ding)性較(jiao)差。
3. 小電(dian)流電(dian)弧(hu)(hu)挺度好，連續(xu)自動焊(han)接(jie)時，等離子弧(hu)(hu)長(chang)的(de)變化對(dui)(dui)焊(han)接(jie)質量(liang)影(ying)響不大；這一點(dian)與氬弧(hu)(hu)焊(han)不同，氬弧(hu)(hu)焊(han)弧(hu)(hu)長(chang)對(dui)(dui)焊(han)縫成形(xing)有(you)著直(zhi)接(jie)的(de)影(ying)響。
4. 微束(shu)等離子弧(hu)具有(you)良好(hao)的(de)可控性和調(diao)節性，弧(hu)長(chang)的(de)變化對(dui)焊(han)(han)縫(feng)成形影響較小(xiao)。焊(han)(han)縫(feng)形狀能保持一致性，重復再現性好(hao)。這一點與氬(ya)弧(hu)焊(han)(han)不同，氬(ya)弧(hu)焊(han)(han)弧(hu)長(chang)對(dui)焊(han)(han)縫(feng)成形影響很大。
5. 微(wei)束等離子(zi)弧焊(han)焊(han)接(jie)(jie)(jie)參(can)數(shu)比氬弧焊(han)多，除了焊(han)接(jie)(jie)(jie)電流、焊(han)接(jie)(jie)(jie)速度、保護氣(qi)(qi)體(ti)流量等，還有壓縮氣(qi)(qi)體(ti)的流量、保護氣(qi)(qi)體(ti)的成分、保護氣(qi)(qi)體(ti)流量與壓縮氣(qi)(qi)體(ti)流量之(zhi)比等，這些(xie)參(can)數(shu)也直接(jie)(jie)(jie)影響焊(han)縫成形及焊(han)接(jie)(jie)(jie)質量。
試驗過程中發現，采用自動鎢極氬弧焊(han)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)(hu)焊電弧(hu)(hu)能量的周期性脈沖變化來控制焊接熔池，改善焊縫成形，減少(shao)缺陷。其優點(dian)有：
1. 它可以精確(que)地控制膜(mo)片焊縫(feng)的熱(re)輸(shu)入，克服因熔敷金屬表面張(zhang)力不足難以支持熔池，而造成的焊縫(feng)下(xia)凹。
2. 可以(yi)調節(jie)熱輸(shu)入及膜(mo)片焊縫(feng)在高溫停(ting)留(liu)時(shi)間，減(jian)小熱裂(lie)紋的傾向，同(tong)時(shi)也(ye)能提高膜(mo)盒貯箱端(duan)接頭(tou)焊縫(feng)的耐蝕性。
3. 它對膜片裝(zhuang)配的波(bo)動不敏感。能克(ke)服膜片裝(zhuang)配帶來的問題，適應能力強。
4. 焊(han)縫(feng)表面成(cheng)形(xing)美觀(guan)，克服以往焊(han)縫(feng)存在鋸(ju)齒波(bo)、谷(gu)處的點(dian)孔、焊(han)穿、波(bo)浪紋(wen)等缺陷(xian)。
5. 焊(han)縫(feng)有很(hen)好的(de)一(yi)致(zhi)性(xing)，重復再現性(xing)好，降(jiang)低(di)了(le)操作(zuo)難度，獲得了(le)穩定的(de)端接(jie)接(jie)頭焊(han)縫(feng)質量(liang)，端接(jie)接(jie)頭焊(han)縫(feng)的(de)力學性(xing)能(neng)也(ye)得到了(le)提(ti)高(gao)。
脈沖微束等離子弧焊(han)的(de)焊(han)接參數(shu)主要有(you)焊(han)接電流(liu)(liu)、峰值(zhi)電流(liu)(liu)、基值(zhi)電流(liu)(liu)、脈沖頻率、空占(zhan)比、壓(ya)縮氣(qi)流(liu)(liu)量、保護氣(qi)流(liu)(liu)量、電弧長度、噴嘴(zui)直(zhi)徑、噴嘴(zui)通道比和鎢極的(de)內縮量等，它們(men)對焊(han)縫的(de)形狀(zhuang)和焊(han)接質量都(dou)有(you)影(ying)響。焊(han)接參數(shu)的(de)選(xuan)擇是通過正交優選(xuan)試驗(yan)得(de)到(dao)的(de)，優選(xuan)焊(han)的(de)參數(shu)經過小(xiao)批量工藝(yi)試驗(yan)再次確認(ren)，在(zai)這個批量中(zhong)又隨機抽取樣件做焊(han)接工藝(yi)評定(ding)試驗(yan)來認(ren)定(ding)。
對焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)工(gong)藝評(ping)定試(shi)件(jian)和生(sheng)產(chan)過程中旁證(zheng)實例截面的端接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)焊(han)縫(feng)(feng)的內部進行(xing)高、低倍金相(xiang)檢(jian)查，端接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)的焊(han)縫(feng)(feng)區未發(fa)現焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)缺陷；端接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)的焊(han)縫(feng)(feng)尺寸、焊(han)縫(feng)(feng)寬(kuan)度和熔化厚度等均符(fu)合(he)要(yao)求，見表(biao)3-82。最后對評(ping)定試(shi)件(jian)端接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)焊(han)縫(feng)(feng)的性(xing)能進行(xing)檢(jian)測，見表(biao)3-83，完全滿足設(she)計圖樣的技術要(yao)求。
采(cai)用脈(mo)沖微束等(deng)離子弧焊焊接工藝，有很(hen)高(gao)的(de)(de)焊接穩(wen)定性和參數的(de)(de)再現性，易操作。產(chan)品通過設計要求(qiu)的(de)(de)氣(qi)密(mi)試驗、伸縮試驗和振動試驗，均滿足(zu)圖樣的(de)(de)設計要求(qiu)，現已(yi)批量生產(chan)。
