一、膜盒儲箱的技(ji)術要(yao)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、膜盒儲箱制(zhi)造(zao)的難度(du)
膜盒儲箱整(zheng)個(ge)制(zhi)造工藝(yi)很精細且復雜，從(cong)鋼(gang)板(ban)表面平面度(du)到零件(jian)加工直至(zhi)焊接，各個(ge)工序技術(shu)的要求精度(du)都很高，難度(du)都非(fei)常大，可以說整(zheng)個(ge)產品在研制(zhi)過(guo)程中(zhong)，每道工序都是關(guan)鍵。
對不銹(xiu)鋼(gang)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。
環形膜(mo)(mo)片(pian)(pian)經過沖壓(ya)成型和(he)裁切(qie)(qie)而成，同樣切(qie)(qie)邊要保(bao)持絕(jue)對垂直，端(duan)接(jie)頭焊接(jie)處兩(liang)片(pian)(pian)環之(zhi)間的(de)尺寸不(bu)能有明顯的(de)偏(pian)差，不(bu)然直接(jie)導致產(chan)生焊接(jie)疵(ci)病直至無法(fa)施焊。為此專(zhuan)門設計(ji)出膜(mo)(mo)盒膜(mo)(mo)片(pian)(pian)沖壓(ya)模具(ju)和(he)膜(mo)(mo)片(pian)(pian)裁切(qie)(qie)模具(ju)，確保(bao)了膜(mo)(mo)片(pian)(pian)質量，為順利焊接(jie)打下基(ji)礎。
由于產品(pin)結構(gou)的(de)(de)特殊性，膜(mo)(mo)片之間是(shi)由兩(liang)個(ge)相同(tong)的(de)(de)環(huan)(huan)1和環(huan)(huan)2組(zu)(zu)(zu)(zu)成(cheng)，用內(nei)焊(han)工(gong)(gong)裝(zhuang)固定，內(nei)圓(yuan)焊(han)接(jie)(jie)采用自熔(rong)的(de)(de)端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)型式，形(xing)成(cheng)的(de)(de)內(nei)圓(yuan)端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)組(zu)(zu)(zu)(zu)成(cheng)一(yi)個(ge)單組(zu)(zu)(zu)(zu)件(jian)示意圖(tu)(tu)如圖(tu)(tu)3-88所示。兩(liang)個(ge)單組(zu)(zu)(zu)(zu)件(jian)連(lian)接(jie)(jie)在一(yi)起(qi)用外(wai)(wai)焊(han)工(gong)(gong)裝(zhuang)固定進行外(wai)(wai)圓(yuan)焊(han)接(jie)(jie)，仍采用自熔(rong)的(de)(de)端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)型式，形(xing)成(cheng)的(de)(de)外(wai)(wai)圓(yuan)端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)組(zu)(zu)(zu)(zu)成(cheng)一(yi)個(ge)波接(jie)(jie)，若干(gan)(gan)個(ge)波接(jie)(jie)連(lian)接(jie)(jie)形(xing)成(cheng)一(yi)個(ge)組(zu)(zu)(zu)(zu)件(jian)。將組(zu)(zu)(zu)(zu)件(jian)和連(lian)接(jie)(jie)環(huan)(huan)外(wai)(wai)端(duan)(duan)(duan)焊(han)接(jie)(jie)成(cheng)一(yi)個(ge)部件(jian)，即焊(han)接(jie)(jie)完成(cheng)膜(mo)(mo)盒儲箱其(qi)中(zhong)一(yi)段(duan)(duan)，膜(mo)(mo)盒儲箱是(shi)由若干(gan)(gan)段(duan)(duan)組(zu)(zu)(zu)(zu)成(cheng)。從圖(tu)(tu)中(zhong)可以(yi)看出(chu)焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)為(wei)端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)焊(han)縫(feng)，無法實(shi)施對接(jie)(jie)焊(han)縫(feng)。這種(zhong)端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)焊(han)縫(feng)按理為(wei)聯(lian)系焊(han)縫(feng)，不(bu)能承受(shou)較大的(de)(de)載荷(he)，但(dan)圖(tu)(tu)樣技術(shu)還要(yao)求端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)焊(han)縫(feng)抗(kang)拉強度不(bu)低于母材(cai)的(de)(de)85％，給焊(han)接(jie)(jie)工(gong)(gong)作(zuo)帶(dai)來極大的(de)(de)困難，它成(cheng)為(wei)制造該產品(pin)中(zhong)關(guan)鍵(jian)中(zhong)的(de)(de)關(guan)鍵(jian)。
三、焊接方法的選擇
膜(mo)盒(he)儲箱的(de)(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)量(liang)特(te)別大，一段(duan)一個(ge)膜(mo)盒(he)儲箱的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)長度(du)累計(ji)有150m之多。要(yao)求焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)確保(bao)(bao)(bao)密(mi)封無泄漏，又要(yao)保(bao)(bao)(bao)證(zheng)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)成(cheng)形(xing)均勻無缺陷，還要(yao)求焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)接(jie)(jie)頭的(de)(de)(de)尺寸滿足設計(ji)圖樣的(de)(de)(de)要(yao)求。膜(mo)盒(he)膜(mo)片的(de)(de)(de)帶(dai)寬窄，與(yu)實際(ji)拉(la)伸距(ju)離不(bu)成(cheng)比例，在實際(ji)使用(yong)(yong)中(zhong)(zhong)工作行程長，波節伸縮(suo)(suo)試驗范圍是設計(ji)尺寸的(de)(de)(de)25％～77％，每一次拉(la)伸壓(ya)縮(suo)(suo)都(dou)會保(bao)(bao)(bao)留較大的(de)(de)(de)殘余變形(xing)，結構實際(ji)工作是在比較嚴重的(de)(de)(de)塑性變形(xing)區(qu)內，連接(jie)(jie)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)還會受到雙(shuang)向(xiang)的(de)(de)(de)應(ying)力作用(yong)(yong)。膜(mo)盒(he)的(de)(de)(de)膜(mo)片的(de)(de)(de)材(cai)料很(hen)薄(bo)，根據結構型(xing)式(shi)焊(han)(han)接(jie)(jie)只(zhi)能(neng)采用(yong)(yong)自熔的(de)(de)(de)端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭型(xing)式(shi)，通常這種端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭承載能(neng)力差(cha)，不(bu)可抵御(yu)拉(la)伸過程中(zhong)(zhong)膜(mo)片之間過大的(de)(de)(de)角變形(xing)。因(yin)此(ci)對(dui)端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)提出(chu)嚴格的(de)(de)(de)要(yao)求，必須具(ju)有足夠的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)寬度(du)和熔化厚度(du)，才(cai)能(neng)保(bao)(bao)(bao)證(zheng)有足夠的(de)(de)(de)強度(du)和抵御(yu)拉(la)伸壓(ya)縮(suo)(suo)過程中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)交變、雙(shuang)向(xiang)應(ying)力。
為了保證端接(jie)(jie)焊(han)的質量，專門(men)設計和制造了膜片(pian)焊(han)接(jie)(jie)工(gong)裝夾(jia)具、膜片(pian)焊(han)接(jie)(jie)專用精密(mi)焊(han)接(jie)(jie)機床等相關(guan)工(gong)裝夾(jia)具及焊(han)接(jie)(jie)輔(fu)機。
由于膜盒儲箱壁薄(bo)、焊(han)(han)(han)(han)縫很(hen)長且焊(han)(han)(han)(han)縫很(hen)有規律（為(wei)圓周(zhou)焊(han)(han)(han)(han)縫），應(ying)選用(yong)(yong)不(bu)加填充焊(han)(han)(han)(han)絲的自動(dong)鎢極氬弧焊(han)(han)(han)(han)或(huo)自動(dong)微束等離子弧焊(han)(han)(han)(han)進行焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)。曾(ceng)經(jing)將選用(yong)(yong)的這兩種焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)方法所得的焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)經(jing)外觀檢(jian)測(ce)(ce)、端(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)焊(han)(han)(han)(han)縫試樣的力(li)學性能測(ce)(ce)試、金相檢(jian)測(ce)(ce)和接(jie)(jie)頭(tou)尺寸測(ce)(ce)量均能達到(dao)設計要求。
自(zi)(zi)動(dong)微束等離子弧焊與自(zi)(zi)動(dong)鎢極氬弧焊相比，它(ta)具有下(xia)列優點：
1. 微束等離子弧熱(re)量(liang)集(ji)中、熱(re)功率高(gao)、熔池小(xiao)、焊(han)接熱(re)影響(xiang)區小(xiao)和焊(han)接變形(xing)小(xiao)。
2. 微束等離子弧(hu)焊(han)(han)使用的電(dian)弧(hu)形(xing)態是聯合(he)弧(hu)，即維弧(hu)和(he)工作弧(hu)同時存在(zai)。在(zai)焊(han)(han)接電(dian)流很小(xiao)時（小(xiao)于3A），微束等離子弧(hu)穩定性(xing)好，而氬弧(hu)焊(han)(han)電(dian)弧(hu)有時會(hui)漂移，穩定性(xing)較差(cha)。
3. 小電流電弧(hu)挺度(du)好(hao)，連續(xu)自動焊接時，等離子(zi)弧(hu)長的變化對焊接質量影響不(bu)大；這一(yi)點與(yu)氬弧(hu)焊不(bu)同，氬弧(hu)焊弧(hu)長對焊縫成形(xing)有著直接的影響。
4. 微束等離(li)子弧具有良好的可控(kong)性和調節性，弧長的變(bian)化對焊(han)(han)縫成(cheng)形(xing)影響(xiang)較小。焊(han)(han)縫形(xing)狀能保持(chi)一致性，重復再(zai)現性好。這一點與氬弧焊(han)(han)不同，氬弧焊(han)(han)弧長對焊(han)(han)縫成(cheng)形(xing)影響(xiang)很大。
5. 微束等離子弧(hu)焊(han)焊(han)接參數(shu)比氬弧(hu)焊(han)多，除(chu)了焊(han)接電流(liu)、焊(han)接速度、保護氣(qi)體(ti)流(liu)量等，還有(you)壓(ya)縮氣(qi)體(ti)的(de)(de)流(liu)量、保護氣(qi)體(ti)的(de)(de)成(cheng)(cheng)分、保護氣(qi)體(ti)流(liu)量與(yu)壓(ya)縮氣(qi)體(ti)流(liu)量之比等，這些參數(shu)也直(zhi)接影(ying)響焊(han)縫成(cheng)(cheng)形及焊(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(li)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)焊電弧(hu)能量(liang)的周期(qi)性(xing)脈沖變化來控制焊接熔(rong)池，改(gai)善焊縫成形，減(jian)少(shao)缺陷。其優(you)點有：
1. 它可以精(jing)確(que)地控制膜片焊(han)縫的熱輸(shu)入(ru)，克服因熔(rong)敷金屬表面張力不足難以支持(chi)熔(rong)池，而(er)造成的焊(han)縫下(xia)凹。
2. 可以調節熱輸入及膜片焊縫在高溫停(ting)留時間，減小熱裂紋(wen)的傾向，同時也能提高膜盒貯箱端接頭焊縫的耐(nai)蝕性。
3. 它對膜(mo)片裝配的(de)波動不敏(min)感。能克(ke)服(fu)膜(mo)片裝配帶(dai)來的(de)問題，適應(ying)能力強。
4. 焊(han)縫(feng)(feng)表面成形(xing)美觀，克服以往焊(han)縫(feng)(feng)存在鋸(ju)齒波、谷處的點(dian)孔、焊(han)穿(chuan)、波浪紋等缺陷。
5. 焊(han)(han)縫(feng)有很好的一致性(xing)，重復(fu)再(zai)現性(xing)好，降(jiang)低了(le)操作難(nan)度，獲得了(le)穩(wen)定(ding)的端接接頭焊(han)(han)縫(feng)質(zhi)量，端接接頭焊(han)(han)縫(feng)的力學性(xing)能也(ye)得到了(le)提高(gao)。
脈沖微(wei)束(shu)等(deng)(deng)離子弧(hu)焊(han)(han)(han)的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)參數主要有焊(han)(han)(han)接(jie)電流(liu)、峰值(zhi)電流(liu)、基值(zhi)電流(liu)、脈沖頻率、空占比、壓縮氣流(liu)量(liang)、保護氣流(liu)量(liang)、電弧(hu)長度、噴(pen)嘴(zui)直(zhi)徑、噴(pen)嘴(zui)通(tong)道比和鎢極(ji)的(de)內縮量(liang)等(deng)(deng)，它們對焊(han)(han)(han)縫(feng)的(de)形(xing)狀和焊(han)(han)(han)接(jie)質量(liang)都(dou)有影(ying)響。焊(han)(han)(han)接(jie)參數的(de)選(xuan)擇是(shi)通(tong)過正交優選(xuan)試驗得(de)到的(de)，優選(xuan)焊(han)(han)(han)的(de)參數經過小批(pi)量(liang)工藝(yi)試驗再次確認，在(zai)這個批(pi)量(liang)中(zhong)又隨機抽(chou)取樣件做焊(han)(han)(han)接(jie)工藝(yi)評定試驗來認定。
對焊(han)(han)接(jie)(jie)工藝評定試件和生(sheng)產過程中旁證實例截(jie)面的(de)端(duan)(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭焊(han)(han)縫的(de)內部進行高、低倍金(jin)相(xiang)檢查，端(duan)(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)焊(han)(han)縫區未發現焊(han)(han)接(jie)(jie)缺陷(xian)；端(duan)(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)焊(han)(han)縫尺寸、焊(han)(han)縫寬度(du)和熔化厚度(du)等均符(fu)合(he)要(yao)求(qiu)，見表(biao)3-82。最后對評定試件端(duan)(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭焊(han)(han)縫的(de)性(xing)能進行檢測，見表(biao)3-83，完全(quan)滿(man)足設計圖(tu)樣的(de)技術要(yao)求(qiu)。
采用脈沖微(wei)束等離子(zi)弧焊焊接工藝，有很高的焊接穩(wen)定性和(he)參數(shu)的再現(xian)性，易(yi)操作。產(chan)品(pin)通過設計(ji)要求的氣密試驗、伸(shen)縮試驗和(he)振動試驗，均滿足圖樣的設計(ji)要求，現(xian)已批量生產(chan)。
