一、膜(mo)盒儲(chu)箱的技(ji)術要求
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(zhi)造(zao)的(de)難度
膜盒(he)儲(chu)箱整個制造工(gong)(gong)藝很(hen)精(jing)細且復雜(za)，從鋼板(ban)表面(mian)平面(mian)度(du)到(dao)零(ling)件加(jia)工(gong)(gong)直至(zhi)焊(han)接(jie)，各(ge)個工(gong)(gong)序(xu)技術的要求精(jing)度(du)都很(hen)高，難度(du)都非常大，可以說整個產品在(zai)研制過程(cheng)中，每道工(gong)(gong)序(xu)都是關鍵。
對不(bu)銹(xiu)鋼板(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(xing)膜片(pian)(pian)經過(guo)沖壓(ya)成(cheng)型和裁(cai)切(qie)(qie)而成(cheng)，同樣切(qie)(qie)邊要保(bao)(bao)持絕對垂直(zhi)，端(duan)接(jie)頭焊接(jie)處兩片(pian)(pian)環之間的尺寸(cun)不(bu)能有(you)明顯的偏差(cha)，不(bu)然直(zhi)接(jie)導致(zhi)產(chan)生焊接(jie)疵病直(zhi)至無法施焊。為此專門設計出(chu)膜盒膜片(pian)(pian)沖壓(ya)模(mo)具(ju)(ju)和膜片(pian)(pian)裁(cai)切(qie)(qie)模(mo)具(ju)(ju)，確保(bao)(bao)了膜片(pian)(pian)質量，為順利焊接(jie)打(da)下基礎。
由(you)于產品結構的(de)特(te)殊性，膜(mo)片(pian)之間是由(you)兩個(ge)(ge)(ge)相同的(de)環1和環2組成，用內(nei)焊(han)(han)(han)(han)工裝(zhuang)固(gu)定，內(nei)圓(yuan)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)采(cai)用自(zi)熔(rong)的(de)端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)型(xing)式，形(xing)成的(de)內(nei)圓(yuan)端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)組成一(yi)個(ge)(ge)(ge)單組件(jian)示(shi)意圖如圖3-88所示(shi)。兩個(ge)(ge)(ge)單組件(jian)連接(jie)(jie)(jie)在(zai)一(yi)起用外(wai)焊(han)(han)(han)(han)工裝(zhuang)固(gu)定進行外(wai)圓(yuan)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)，仍采(cai)用自(zi)熔(rong)的(de)端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)型(xing)式，形(xing)成的(de)外(wai)圓(yuan)端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)組成一(yi)個(ge)(ge)(ge)波接(jie)(jie)(jie)，若(ruo)干(gan)(gan)個(ge)(ge)(ge)波接(jie)(jie)(jie)連接(jie)(jie)(jie)形(xing)成一(yi)個(ge)(ge)(ge)組件(jian)。將組件(jian)和連接(jie)(jie)(jie)環外(wai)端(duan)(duan)(duan)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)成一(yi)個(ge)(ge)(ge)部件(jian)，即焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)完成膜(mo)盒儲(chu)箱(xiang)其中一(yi)段，膜(mo)盒儲(chu)箱(xiang)是由(you)若(ruo)干(gan)(gan)段組成。從(cong)圖中可以看出焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)為(wei)(wei)端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)，無法實(shi)施對(dui)接(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)。這種端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)按理(li)為(wei)(wei)聯系焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)，不(bu)能承受較大(da)的(de)載荷，但圖樣技術還(huan)要(yao)求端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)抗拉強度不(bu)低于母材的(de)85％，給(gei)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)工作帶來極大(da)的(de)困難，它成為(wei)(wei)制造(zao)該產品中關(guan)鍵(jian)中的(de)關(guan)鍵(jian)。
三、焊(han)接方法(fa)的(de)選擇
膜(mo)(mo)盒儲箱的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)量特(te)別大，一段一個膜(mo)(mo)盒儲箱的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)長度(du)累(lei)計有(you)150m之(zhi)多。要求焊(han)(han)縫(feng)確保(bao)(bao)密封無(wu)泄漏(lou)，又要保(bao)(bao)證焊(han)(han)縫(feng)成(cheng)形(xing)均(jun)勻無(wu)缺陷，還要求焊(han)(han)縫(feng)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)尺(chi)寸滿足(zu)設計圖樣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)要求。膜(mo)(mo)盒膜(mo)(mo)片的(de)(de)(de)(de)(de)(de)帶(dai)寬窄，與(yu)實際(ji)拉伸(shen)距(ju)離不成(cheng)比例(li)，在實際(ji)使(shi)用(yong)中(zhong)(zhong)工作行(xing)程長，波節(jie)伸(shen)縮試驗范(fan)圍是設計尺(chi)寸的(de)(de)(de)(de)(de)(de)25％～77％，每一次拉伸(shen)壓縮都會(hui)(hui)保(bao)(bao)留較(jiao)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)殘余(yu)變形(xing)，結(jie)構(gou)實際(ji)工作是在比較(jiao)嚴(yan)重的(de)(de)(de)(de)(de)(de)塑性變形(xing)區(qu)內，連接(jie)(jie)焊(han)(han)縫(feng)還會(hui)(hui)受到雙向(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)應力(li)作用(yong)。膜(mo)(mo)盒的(de)(de)(de)(de)(de)(de)膜(mo)(mo)片的(de)(de)(de)(de)(de)(de)材料很(hen)薄，根據結(jie)構(gou)型式焊(han)(han)接(jie)(jie)只能(neng)采用(yong)自熔(rong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)型式，通常(chang)這種端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)承載能(neng)力(li)差，不可抵(di)御拉伸(shen)過程中(zhong)(zhong)膜(mo)(mo)片之(zhi)間過大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)角(jiao)變形(xing)。因(yin)此對端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)提出嚴(yan)格的(de)(de)(de)(de)(de)(de)要求，必須具有(you)足(zu)夠(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)寬度(du)和熔(rong)化厚度(du)，才能(neng)保(bao)(bao)證有(you)足(zu)夠(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)強度(du)和抵(di)御拉伸(shen)壓縮過程中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)交變、雙向(xiang)應力(li)。
為(wei)了(le)保證端接焊(han)的質量，專門設計和制造了(le)膜片焊(han)接工裝夾(jia)具(ju)、膜片焊(han)接專用(yong)精密焊(han)接機床等相關工裝夾(jia)具(ju)及焊(han)接輔機。
由于膜盒儲(chu)箱壁(bi)薄、焊(han)縫(feng)(feng)很(hen)長且(qie)焊(han)縫(feng)(feng)很(hen)有規律（為圓(yuan)周焊(han)縫(feng)(feng)），應選(xuan)用不加填充焊(han)絲(si)的(de)(de)自(zi)動(dong)鎢極氬弧焊(han)或自(zi)動(dong)微束等離(li)子弧焊(han)進行焊(han)接(jie)(jie)。曾(ceng)經(jing)將選(xuan)用的(de)(de)這兩種焊(han)接(jie)(jie)方(fang)法所得(de)的(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭經(jing)外觀檢測(ce)、端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭焊(han)縫(feng)(feng)試(shi)(shi)樣的(de)(de)力(li)學性(xing)能測(ce)試(shi)(shi)、金相檢測(ce)和(he)接(jie)(jie)頭尺寸測(ce)量均能達到(dao)設(she)計要求(qiu)。
自動微束等離子弧焊與自動鎢極氬(ya)弧焊相比，它(ta)具有下列優點：
1. 微束等(deng)離子(zi)弧(hu)熱量集中、熱功率高、熔池小、焊接(jie)(jie)熱影響(xiang)區(qu)小和焊接(jie)(jie)變形小。
2. 微(wei)(wei)束(shu)等離子弧(hu)(hu)(hu)焊使用的(de)電弧(hu)(hu)(hu)形態是(shi)聯(lian)合(he)弧(hu)(hu)(hu)，即維弧(hu)(hu)(hu)和工作(zuo)弧(hu)(hu)(hu)同時(shi)存(cun)在(zai)。在(zai)焊接電流很小時(shi)（小于3A），微(wei)(wei)束(shu)等離子弧(hu)(hu)(hu)穩定性好，而氬弧(hu)(hu)(hu)焊電弧(hu)(hu)(hu)有時(shi)會漂移，穩定性較(jiao)差。
3. 小電(dian)流電(dian)弧(hu)挺度好，連續自動焊(han)(han)接時，等(deng)離子弧(hu)長的變化對焊(han)(han)接質量影響不大；這一點與氬(ya)弧(hu)焊(han)(han)不同，氬(ya)弧(hu)焊(han)(han)弧(hu)長對焊(han)(han)縫成形有(you)著直(zhi)接的影響。
4. 微束(shu)等離子弧具有良好的(de)(de)可控(kong)性(xing)和調(diao)節性(xing)，弧長的(de)(de)變化對焊(han)縫成形影響較小。焊(han)縫形狀(zhuang)能保持一致性(xing)，重復再(zai)現性(xing)好。這一點與氬(ya)弧焊(han)不同(tong)，氬(ya)弧焊(han)弧長對焊(han)縫成形影響很大。
5. 微束等離子弧(hu)焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接(jie)參數比(bi)氬弧(hu)焊(han)(han)(han)多，除了焊(han)(han)(han)接(jie)電(dian)流(liu)、焊(han)(han)(han)接(jie)速度、保護氣體流(liu)量(liang)等，還有(you)壓(ya)縮(suo)氣體的(de)流(liu)量(liang)、保護氣體的(de)成分、保護氣體流(liu)量(liang)與壓(ya)縮(suo)氣體流(liu)量(liang)之比(bi)等，這些(xie)參數也(ye)直接(jie)影響(xiang)焊(han)(han)(han)縫成形(xing)及焊(han)(han)(han)接(jie)質量(liang)。
試驗過程中發現，采用自動鎢(wu)極氬(ya)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(deng)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。
利用脈沖微(wei)束等離(li)子弧焊(han)電弧能量的周期性脈沖變化來控制(zhi)焊(han)接熔池，改(gai)善焊(han)縫成形，減少缺陷。其優(you)點有：
1. 它可以精確地控制(zhi)膜片焊(han)(han)縫(feng)的熱(re)輸入，克(ke)服因(yin)熔敷金屬表面張力不足難以支持熔池，而造成(cheng)的焊(han)(han)縫(feng)下(xia)凹。
2. 可以調節熱輸入及(ji)膜(mo)片(pian)焊縫在高溫停留時(shi)間，減(jian)小熱裂紋的(de)(de)傾向(xiang)，同時(shi)也能提高膜(mo)盒貯箱端接頭焊縫的(de)(de)耐(nai)蝕性。
3. 它對膜片(pian)(pian)裝(zhuang)配(pei)的波動不(bu)敏感。能克(ke)服膜片(pian)(pian)裝(zhuang)配(pei)帶來的問題(ti)，適應能力強。
4. 焊縫表面(mian)成形美觀，克(ke)服以往(wang)焊縫存在鋸齒波、谷處的點孔(kong)、焊穿、波浪紋等缺陷。
5. 焊(han)縫(feng)有(you)很好(hao)(hao)的一致性，重(zhong)復再現性好(hao)(hao)，降低了(le)操作(zuo)難度，獲得(de)了(le)穩定的端接接頭(tou)(tou)焊(han)縫(feng)質量，端接接頭(tou)(tou)焊(han)縫(feng)的力學性能也得(de)到了(le)提高。
脈沖(chong)微束等離子弧焊(han)(han)(han)的(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)參數(shu)主(zhu)要(yao)有焊(han)(han)(han)接(jie)電(dian)流、峰值(zhi)電(dian)流、基值(zhi)電(dian)流、脈沖(chong)頻(pin)率(lv)、空占比、壓(ya)縮氣(qi)流量、保護氣(qi)流量、電(dian)弧長度、噴(pen)嘴(zui)直徑(jing)、噴(pen)嘴(zui)通道比和(he)鎢極的(de)(de)內縮量等，它們對焊(han)(han)(han)縫的(de)(de)形狀(zhuang)和(he)焊(han)(han)(han)接(jie)質量都(dou)有影(ying)響。焊(han)(han)(han)接(jie)參數(shu)的(de)(de)選擇是通過(guo)正(zheng)交優選試(shi)驗得(de)到(dao)的(de)(de)，優選焊(han)(han)(han)的(de)(de)參數(shu)經(jing)過(guo)小批(pi)量工藝(yi)(yi)試(shi)驗再(zai)次(ci)確認，在這個批(pi)量中又隨機抽取樣件做焊(han)(han)(han)接(jie)工藝(yi)(yi)評定(ding)試(shi)驗來認定(ding)。
對焊接(jie)(jie)工藝(yi)評定(ding)試件和(he)生產過(guo)程中旁(pang)證實例截(jie)面的端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭焊縫(feng)的內部進(jin)行(xing)高(gao)、低倍金相(xiang)檢(jian)查，端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的焊縫(feng)區未發(fa)現焊接(jie)(jie)缺陷；端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的焊縫(feng)尺寸、焊縫(feng)寬度(du)和(he)熔化厚(hou)度(du)等(deng)均符(fu)合(he)要(yao)求(qiu)，見表3-82。最后對評定(ding)試件端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭焊縫(feng)的性能進(jin)行(xing)檢(jian)測，見表3-83，完全滿足設計圖樣的技術要(yao)求(qiu)。
采用脈(mo)沖微(wei)束等離(li)子(zi)弧焊焊接(jie)工藝(yi)，有很高的(de)(de)焊接(jie)穩定(ding)性(xing)和(he)參數的(de)(de)再(zai)現性(xing)，易(yi)操作。產品通過設(she)計要(yao)求(qiu)(qiu)的(de)(de)氣密試驗、伸縮試驗和(he)振(zhen)動試驗，均(jun)滿足圖樣的(de)(de)設(she)計要(yao)求(qiu)(qiu)，現已批量生(sheng)產。
