一、膜(mo)盒(he)儲(chu)箱的技術要求(qiu)
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、膜盒儲箱(xiang)制造的難度
膜盒儲箱整(zheng)個制造工(gong)藝(yi)很(hen)精細且復雜，從鋼板表面(mian)平(ping)面(mian)度(du)到零件(jian)加工(gong)直(zhi)至焊接，各(ge)個工(gong)序技術的(de)要求精度(du)都(dou)很(hen)高，難度(du)都(dou)非常大，可(ke)以說整(zheng)個產品在研制過程中，每(mei)道(dao)工(gong)序都(dou)是關鍵。
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(huan)形膜片(pian)經過沖壓(ya)成型和(he)裁(cai)切(qie)(qie)而(er)成，同樣切(qie)(qie)邊要保持絕對垂直(zhi)，端接頭(tou)焊(han)接處(chu)兩片(pian)環(huan)之間(jian)的(de)尺寸不能有(you)明顯的(de)偏差，不然直(zhi)接導致產生焊(han)接疵病直(zhi)至無法施焊(han)。為(wei)此(ci)專門設計出膜盒膜片(pian)沖壓(ya)模具和(he)膜片(pian)裁(cai)切(qie)(qie)模具，確保了(le)膜片(pian)質(zhi)量，為(wei)順利(li)焊(han)接打下基(ji)礎。
由(you)于產品結構的(de)特殊性，膜(mo)片(pian)之間是由(you)兩個相同(tong)的(de)環(huan)1和(he)(he)環(huan)2組(zu)成，用(yong)(yong)(yong)內(nei)(nei)焊工(gong)裝固定(ding)(ding)，內(nei)(nei)圓焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)采用(yong)(yong)(yong)自熔的(de)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)型式(shi)，形成的(de)內(nei)(nei)圓端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)組(zu)成一(yi)(yi)(yi)個單(dan)組(zu)件(jian)示意圖(tu)(tu)如圖(tu)(tu)3-88所示。兩個單(dan)組(zu)件(jian)連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)在一(yi)(yi)(yi)起用(yong)(yong)(yong)外(wai)焊工(gong)裝固定(ding)(ding)進行外(wai)圓焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，仍采用(yong)(yong)(yong)自熔的(de)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)型式(shi)，形成的(de)外(wai)圓端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)組(zu)成一(yi)(yi)(yi)個波接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，若(ruo)干個波接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)形成一(yi)(yi)(yi)個組(zu)件(jian)。將組(zu)件(jian)和(he)(he)連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)環(huan)外(wai)端(duan)(duan)焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)成一(yi)(yi)(yi)個部件(jian)，即焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)完成膜(mo)盒(he)儲箱(xiang)其(qi)中一(yi)(yi)(yi)段，膜(mo)盒(he)儲箱(xiang)是由(you)若(ruo)干段組(zu)成。從圖(tu)(tu)中可以看出焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)為(wei)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊縫(feng)，無法(fa)實施對接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊縫(feng)。這(zhe)種端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊縫(feng)按理為(wei)聯系焊縫(feng)，不(bu)能承受較(jiao)大(da)(da)的(de)載荷，但圖(tu)(tu)樣(yang)技術(shu)還(huan)要求端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊縫(feng)抗拉強度不(bu)低于母材的(de)85％，給焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)工(gong)作帶來極大(da)(da)的(de)困(kun)難，它成為(wei)制造該產品中關鍵(jian)(jian)中的(de)關鍵(jian)(jian)。
三、焊接方法的選擇
膜(mo)盒儲(chu)(chu)箱的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)量特別(bie)大(da)，一(yi)段一(yi)個膜(mo)盒儲(chu)(chu)箱的(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)長度(du)(du)累計(ji)有(you)150m之多。要求(qiu)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)確(que)保(bao)密封無泄漏，又要保(bao)證(zheng)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)成(cheng)形(xing)均(jun)勻無缺陷，還要求(qiu)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)接(jie)頭的(de)尺寸(cun)滿足設計(ji)圖樣的(de)要求(qiu)。膜(mo)盒膜(mo)片的(de)帶寬窄，與實(shi)際拉伸(shen)(shen)距離不成(cheng)比例，在實(shi)際使用(yong)中(zhong)工作(zuo)行程長，波(bo)節伸(shen)(shen)縮(suo)(suo)試驗范圍是(shi)設計(ji)尺寸(cun)的(de)25％～77％，每一(yi)次拉伸(shen)(shen)壓(ya)縮(suo)(suo)都會保(bao)留較大(da)的(de)殘(can)余(yu)變形(xing)，結構實(shi)際工作(zuo)是(shi)在比較嚴重的(de)塑性變形(xing)區內，連(lian)接(jie)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)還會受到雙向(xiang)的(de)應(ying)力(li)作(zuo)用(yong)。膜(mo)盒的(de)膜(mo)片的(de)材料很薄，根據(ju)結構型(xing)(xing)式焊(han)(han)(han)接(jie)只能(neng)采用(yong)自熔的(de)端(duan)接(jie)接(jie)頭型(xing)(xing)式，通常這(zhe)種(zhong)端(duan)接(jie)接(jie)頭承(cheng)載能(neng)力(li)差，不可抵(di)御(yu)拉伸(shen)(shen)過(guo)程中(zhong)膜(mo)片之間過(guo)大(da)的(de)角變形(xing)。因此對端(duan)接(jie)接(jie)頭的(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)提出嚴格的(de)要求(qiu)，必須(xu)具(ju)有(you)足夠的(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)寬度(du)(du)和熔化厚度(du)(du)，才能(neng)保(bao)證(zheng)有(you)足夠的(de)強度(du)(du)和抵(di)御(yu)拉伸(shen)(shen)壓(ya)縮(suo)(suo)過(guo)程中(zhong)的(de)交變、雙向(xiang)應(ying)力(li)。
為了保(bao)證端接(jie)(jie)焊(han)的質量，專門設(she)計和制造了膜片(pian)(pian)焊(han)接(jie)(jie)工(gong)裝夾(jia)具、膜片(pian)(pian)焊(han)接(jie)(jie)專用(yong)精密焊(han)接(jie)(jie)機床等相關工(gong)裝夾(jia)具及焊(han)接(jie)(jie)輔機。
由于膜盒儲箱壁薄(bo)、焊(han)縫(feng)(feng)很(hen)長且焊(han)縫(feng)(feng)很(hen)有規律（為(wei)圓周焊(han)縫(feng)(feng)），應選用(yong)不加填充焊(han)絲的(de)自動(dong)鎢極氬弧(hu)焊(han)或(huo)自動(dong)微(wei)束等離子(zi)弧(hu)焊(han)進行焊(han)接(jie)(jie)(jie)。曾(ceng)經將選用(yong)的(de)這兩種焊(han)接(jie)(jie)(jie)方法所得(de)的(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭經外觀檢測、端(duan)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭焊(han)縫(feng)(feng)試樣的(de)力學性(xing)能測試、金相檢測和接(jie)(jie)(jie)頭尺(chi)寸(cun)測量均(jun)能達到設計要求。
自(zi)(zi)動微(wei)束(shu)等離(li)子(zi)弧(hu)焊與自(zi)(zi)動鎢極氬弧(hu)焊相比，它具有下列優(you)點(dian)：
1. 微束(shu)等離子弧熱量(liang)集中、熱功率(lv)高、熔池小、焊(han)接熱影(ying)響區(qu)小和焊(han)接變(bian)形小。
2. 微束(shu)等(deng)離子(zi)弧(hu)(hu)焊(han)使用的電弧(hu)(hu)形(xing)態是聯合弧(hu)(hu)，即維弧(hu)(hu)和工作弧(hu)(hu)同(tong)時(shi)存在。在焊(han)接電流很小時(shi)（小于3A），微束(shu)等(deng)離子(zi)弧(hu)(hu)穩定性好，而氬弧(hu)(hu)焊(han)電弧(hu)(hu)有時(shi)會漂移，穩定性較差。
3. 小電流電弧挺度好，連續自動焊(han)接時(shi)，等離子弧長的變化對(dui)焊(han)接質量(liang)影響(xiang)不大(da)；這一點與氬弧焊(han)不同，氬弧焊(han)弧長對(dui)焊(han)縫成形有著直接的影響(xiang)。
4. 微(wei)束等(deng)離子弧(hu)(hu)具有(you)良(liang)好(hao)的可(ke)控性(xing)和(he)調(diao)節(jie)性(xing)，弧(hu)(hu)長(chang)的變(bian)化對焊縫成形(xing)影響較小。焊縫形(xing)狀(zhuang)能(neng)保(bao)持一致性(xing)，重復再現(xian)性(xing)好(hao)。這一點與氬弧(hu)(hu)焊不(bu)同(tong)，氬弧(hu)(hu)焊弧(hu)(hu)長(chang)對焊縫成形(xing)影響很大(da)。
5. 微束等離子弧焊焊接參數比氬弧焊多，除(chu)了焊接電流、焊接速度、保(bao)護氣體(ti)流量等，還(huan)有壓(ya)縮氣體(ti)的流量、保(bao)護氣體(ti)的成分、保(bao)護氣體(ti)流量與壓(ya)縮氣體(ti)流量之比等，這些參數也直(zhi)接影響焊縫(feng)成形及焊接質量。
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(hu)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(chong)微束等(deng)離子弧(hu)焊電弧(hu)能量的周期性脈沖(chong)變(bian)化來控制焊接(jie)熔池，改善焊縫成形，減少(shao)缺陷。其優點有(you)：
1. 它可以精確地(di)控制膜片焊縫的(de)熱(re)輸入，克服因熔敷金屬表(biao)面張力不足難以支持(chi)熔池，而造成的(de)焊縫下凹。
2. 可以(yi)調(diao)節熱輸入及膜片(pian)焊(han)縫(feng)在高溫停留時(shi)間(jian)，減(jian)小熱裂紋(wen)的(de)傾向，同時(shi)也能提高膜盒(he)貯箱(xiang)端接頭焊(han)縫(feng)的(de)耐蝕性。
3. 它(ta)對膜片裝配(pei)的(de)波動不(bu)敏感。能克服膜片裝配(pei)帶來的(de)問(wen)題，適應能力強。
4. 焊(han)縫表面(mian)成形美觀，克服以往焊(han)縫存(cun)在鋸(ju)齒波、谷(gu)處的點孔、焊(han)穿、波浪紋等缺(que)陷。
5. 焊(han)縫有很好的一致(zhi)性，重復再現性好，降(jiang)低了(le)操作難度，獲得(de)了(le)穩(wen)定的端接接頭焊(han)縫質(zhi)量，端接接頭焊(han)縫的力學性能(neng)也得(de)到了(le)提高(gao)。
脈(mo)沖微(wei)束等離子弧(hu)焊(han)的(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)參數主要有焊(han)接(jie)(jie)電流(liu)、峰值(zhi)電流(liu)、基值(zhi)電流(liu)、脈(mo)沖頻率(lv)、空(kong)占比、壓縮氣(qi)流(liu)量(liang)、保(bao)護氣(qi)流(liu)量(liang)、電弧(hu)長度、噴(pen)嘴(zui)直(zhi)徑、噴(pen)嘴(zui)通(tong)道比和鎢極的(de)(de)(de)內(nei)縮量(liang)等，它們對(dui)焊(han)縫的(de)(de)(de)形狀(zhuang)和焊(han)接(jie)(jie)質量(liang)都有影(ying)響。焊(han)接(jie)(jie)參數的(de)(de)(de)選(xuan)擇(ze)是通(tong)過正交優(you)選(xuan)試驗得到的(de)(de)(de)，優(you)選(xuan)焊(han)的(de)(de)(de)參數經過小(xiao)批量(liang)工藝試驗再次(ci)確(que)認，在這個批量(liang)中(zhong)又隨機抽(chou)取樣件做焊(han)接(jie)(jie)工藝評定試驗來認定。
對(dui)焊(han)(han)接(jie)工(gong)藝評定(ding)試(shi)件和生產過程中旁證實例截面(mian)的(de)(de)端接(jie)接(jie)頭(tou)焊(han)(han)縫(feng)(feng)的(de)(de)內(nei)部進行高、低(di)倍金(jin)相檢(jian)查，端接(jie)接(jie)頭(tou)的(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)區(qu)未(wei)發現焊(han)(han)接(jie)缺陷；端接(jie)接(jie)頭(tou)的(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)尺(chi)寸、焊(han)(han)縫(feng)(feng)寬度(du)和熔化厚(hou)度(du)等均符合(he)要(yao)求，見表3-82。最后(hou)對(dui)評定(ding)試(shi)件端接(jie)接(jie)頭(tou)焊(han)(han)縫(feng)(feng)的(de)(de)性能進行檢(jian)測，見表3-83，完全(quan)滿足設計圖樣的(de)(de)技術要(yao)求。
采用(yong)脈沖微束等離子弧焊焊接(jie)工(gong)藝，有很高的焊接(jie)穩定性和參數的再現性，易操作。產品通(tong)過設(she)計(ji)要求的氣密試(shi)驗、伸縮試(shi)驗和振(zhen)動試(shi)驗，均(jun)滿足(zu)圖(tu)樣(yang)的設(she)計(ji)要求，現已批量生(sheng)產。
