一、膜盒儲箱的(de)技(ji)術要求
膜盒儲箱的材料為304不銹(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(mo)盒儲(chu)箱制造的難度
膜盒儲箱整(zheng)個(ge)制造工藝很精(jing)細(xi)且復雜，從鋼板表面平面度(du)到零件(jian)加(jia)工直至焊接，各個(ge)工序技(ji)術的要求(qiu)精(jing)度(du)都(dou)很高(gao)，難度(du)都(dou)非常大(da)，可以說整(zheng)個(ge)產品在研制過程中，每道工序都(dou)是關鍵(jian)。
對不(bu)銹鋼板(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(huan)(huan)形膜片經過(guo)沖壓(ya)成型(xing)和(he)裁(cai)切而成，同樣切邊要保持絕(jue)對垂直(zhi)，端(duan)接(jie)頭焊(han)接(jie)處兩片環(huan)(huan)之間的尺寸不能有(you)明顯的偏差，不然(ran)直(zhi)接(jie)導致產生焊(han)接(jie)疵病直(zhi)至(zhi)無法(fa)施焊(han)。為此專門設計出膜盒膜片沖壓(ya)模具(ju)和(he)膜片裁(cai)切模具(ju)，確(que)保了膜片質量，為順利焊(han)接(jie)打下基礎。
由于(yu)產品結構的(de)(de)特殊性，膜片之(zhi)間是由兩個(ge)(ge)(ge)相同的(de)(de)環(huan)1和環(huan)2組(zu)(zu)成，用(yong)內(nei)焊(han)(han)(han)工裝固定(ding)，內(nei)圓(yuan)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)采用(yong)自(zi)熔的(de)(de)端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)型式，形(xing)成的(de)(de)內(nei)圓(yuan)端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)組(zu)(zu)成一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)單組(zu)(zu)件示意圖如(ru)圖3-88所(suo)示。兩個(ge)(ge)(ge)單組(zu)(zu)件連接(jie)(jie)(jie)在(zai)一(yi)(yi)起用(yong)外(wai)(wai)焊(han)(han)(han)工裝固定(ding)進(jin)行外(wai)(wai)圓(yuan)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)，仍采用(yong)自(zi)熔的(de)(de)端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)型式，形(xing)成的(de)(de)外(wai)(wai)圓(yuan)端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)組(zu)(zu)成一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)波(bo)接(jie)(jie)(jie)，若干(gan)個(ge)(ge)(ge)波(bo)接(jie)(jie)(jie)連接(jie)(jie)(jie)形(xing)成一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)組(zu)(zu)件。將(jiang)組(zu)(zu)件和連接(jie)(jie)(jie)環(huan)外(wai)(wai)端(duan)(duan)(duan)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)成一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)部件，即焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)完成膜盒儲箱其中(zhong)一(yi)(yi)段(duan)，膜盒儲箱是由若干(gan)段(duan)組(zu)(zu)成。從圖中(zhong)可以看出焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)為端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)縫，無法實施對接(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)縫。這種端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)縫按(an)理為聯系焊(han)(han)(han)縫，不(bu)(bu)能承受(shou)較大(da)的(de)(de)載(zai)荷，但圖樣技術(shu)還要求(qiu)端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)縫抗拉強度不(bu)(bu)低(di)于(yu)母(mu)材的(de)(de)85％，給焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)工作(zuo)帶來極大(da)的(de)(de)困難，它成為制造(zao)該產品中(zhong)關鍵中(zhong)的(de)(de)關鍵。
三、焊接(jie)方法(fa)的選擇(ze)
膜(mo)盒(he)儲箱的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)量特別大(da)(da)，一段一個膜(mo)盒(he)儲箱的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)長度(du)累(lei)計(ji)有(you)(you)(you)150m之(zhi)多。要(yao)(yao)(yao)求(qiu)焊(han)(han)(han)縫(feng)確(que)保(bao)(bao)密封無(wu)泄漏，又要(yao)(yao)(yao)保(bao)(bao)證焊(han)(han)(han)縫(feng)成形(xing)(xing)均勻(yun)無(wu)缺陷，還要(yao)(yao)(yao)求(qiu)焊(han)(han)(han)縫(feng)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)尺(chi)寸滿足(zu)設(she)計(ji)圖樣的(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)。膜(mo)盒(he)膜(mo)片的(de)(de)(de)(de)(de)帶寬(kuan)窄(zhai)，與實(shi)(shi)際拉伸(shen)(shen)距離(li)不(bu)成比例，在實(shi)(shi)際使(shi)用中工(gong)作行程長，波節伸(shen)(shen)縮(suo)試驗范圍(wei)是(shi)設(she)計(ji)尺(chi)寸的(de)(de)(de)(de)(de)25％～77％，每一次拉伸(shen)(shen)壓(ya)縮(suo)都會(hui)保(bao)(bao)留較(jiao)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)殘余變(bian)(bian)形(xing)(xing)，結(jie)構實(shi)(shi)際工(gong)作是(shi)在比較(jiao)嚴重的(de)(de)(de)(de)(de)塑(su)性變(bian)(bian)形(xing)(xing)區內，連接(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)縫(feng)還會(hui)受到雙(shuang)向的(de)(de)(de)(de)(de)應力作用。膜(mo)盒(he)的(de)(de)(de)(de)(de)膜(mo)片的(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)料很薄，根據結(jie)構型(xing)式(shi)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)只能(neng)采用自熔的(de)(de)(de)(de)(de)端接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)型(xing)式(shi)，通常這種端接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)承載能(neng)力差，不(bu)可抵(di)御拉伸(shen)(shen)過程中膜(mo)片之(zhi)間過大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)角變(bian)(bian)形(xing)(xing)。因此對端接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)提出嚴格的(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)，必須具有(you)(you)(you)足(zu)夠的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)寬(kuan)度(du)和熔化厚度(du)，才能(neng)保(bao)(bao)證有(you)(you)(you)足(zu)夠的(de)(de)(de)(de)(de)強度(du)和抵(di)御拉伸(shen)(shen)壓(ya)縮(suo)過程中的(de)(de)(de)(de)(de)交變(bian)(bian)、雙(shuang)向應力。
為了保證端(duan)接(jie)焊的質量，專(zhuan)門設計和(he)制造(zao)了膜片焊接(jie)工裝夾具、膜片焊接(jie)專(zhuan)用精密焊接(jie)機床(chuang)等(deng)相關工裝夾具及(ji)焊接(jie)輔機。
由于膜盒儲箱壁(bi)薄、焊(han)(han)(han)縫(feng)很長且焊(han)(han)(han)縫(feng)很有(you)規律（為圓(yuan)周(zhou)焊(han)(han)(han)縫(feng)），應選(xuan)用(yong)不加(jia)填(tian)充焊(han)(han)(han)絲的自(zi)動鎢極氬(ya)弧焊(han)(han)(han)或自(zi)動微束(shu)等離子弧焊(han)(han)(han)進行焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)。曾經將選(xuan)用(yong)的這兩種焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)方(fang)法所得(de)的焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭經外觀檢測、端接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭焊(han)(han)(han)縫(feng)試樣的力學性能測試、金相(xiang)檢測和(he)接(jie)(jie)(jie)頭尺(chi)寸測量均能達到設計要求。
自(zi)動微(wei)束(shu)等離子弧焊與自(zi)動鎢(wu)極(ji)氬弧焊相比，它(ta)具有下列優點：
1. 微(wei)束等(deng)離(li)子弧熱量集中、熱功(gong)率高、熔池小(xiao)(xiao)、焊(han)接(jie)熱影響區(qu)小(xiao)(xiao)和焊(han)接(jie)變形小(xiao)(xiao)。
2. 微(wei)束等離子弧(hu)(hu)(hu)(hu)焊(han)(han)(han)使用的電(dian)弧(hu)(hu)(hu)(hu)形態是聯合弧(hu)(hu)(hu)(hu)，即維弧(hu)(hu)(hu)(hu)和工作(zuo)弧(hu)(hu)(hu)(hu)同時(shi)存在(zai)。在(zai)焊(han)(han)(han)接電(dian)流很小時(shi)（小于(yu)3A），微(wei)束等離子弧(hu)(hu)(hu)(hu)穩(wen)定性(xing)(xing)好，而氬(ya)弧(hu)(hu)(hu)(hu)焊(han)(han)(han)電(dian)弧(hu)(hu)(hu)(hu)有時(shi)會漂移，穩(wen)定性(xing)(xing)較差。
3. 小(xiao)電流(liu)電弧(hu)(hu)挺度好，連續(xu)自動焊(han)(han)(han)接(jie)時，等(deng)離子弧(hu)(hu)長(chang)的(de)變化對焊(han)(han)(han)接(jie)質量影響不大；這一(yi)點與氬(ya)弧(hu)(hu)焊(han)(han)(han)不同，氬(ya)弧(hu)(hu)焊(han)(han)(han)弧(hu)(hu)長(chang)對焊(han)(han)(han)縫成形(xing)有著(zhu)直接(jie)的(de)影響。
4. 微束(shu)等離子弧(hu)具有(you)良(liang)好的可控性和調節性，弧(hu)長的變化對(dui)焊(han)(han)縫(feng)成形(xing)影響(xiang)較小(xiao)。焊(han)(han)縫(feng)形(xing)狀(zhuang)能保持一致(zhi)性，重復再現性好。這一點與氬弧(hu)焊(han)(han)不同，氬弧(hu)焊(han)(han)弧(hu)長對(dui)焊(han)(han)縫(feng)成形(xing)影響(xiang)很大(da)。
5. 微束等(deng)離子弧(hu)焊(han)(han)焊(han)(han)接參(can)數(shu)比(bi)(bi)氬弧(hu)焊(han)(han)多，除了焊(han)(han)接電流、焊(han)(han)接速度、保(bao)護氣(qi)(qi)體(ti)流量(liang)(liang)(liang)等(deng)，還有(you)壓(ya)縮(suo)氣(qi)(qi)體(ti)的(de)流量(liang)(liang)(liang)、保(bao)護氣(qi)(qi)體(ti)的(de)成分、保(bao)護氣(qi)(qi)體(ti)流量(liang)(liang)(liang)與壓(ya)縮(suo)氣(qi)(qi)體(ti)流量(liang)(liang)(liang)之比(bi)(bi)等(deng)，這些參(can)數(shu)也直接影響焊(han)(han)縫成形及焊(han)(han)接質(zhi)量(liang)(liang)(liang)。
試驗過程中發現，采用自動鎢極(ji)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(li)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)脈沖微束(shu)等離(li)子(zi)弧焊(han)電弧能量的周期(qi)性脈沖變(bian)化來控制(zhi)焊(han)接(jie)熔(rong)池，改善焊(han)縫成形，減(jian)少(shao)缺陷。其優點有：
1. 它可以精(jing)確地控制膜片焊縫的熱輸(shu)入，克服因熔敷金屬表(biao)面(mian)張(zhang)力不(bu)足難(nan)以支(zhi)持熔池，而造成的焊縫下凹(ao)。
2. 可以調節熱(re)輸(shu)入及(ji)膜片焊(han)縫(feng)在高(gao)溫(wen)停留時(shi)(shi)間，減小熱(re)裂紋的傾向，同(tong)時(shi)(shi)也能(neng)提高(gao)膜盒貯箱端接(jie)頭(tou)焊(han)縫(feng)的耐蝕性。
3. 它(ta)對膜片裝配的(de)波動不敏(min)感。能(neng)克服膜片裝配帶來的(de)問題，適(shi)應能(neng)力強(qiang)。
4. 焊(han)縫表面成形美(mei)觀，克服以往焊(han)縫存在鋸齒(chi)波、谷處的點孔、焊(han)穿(chuan)、波浪紋等缺陷。
5. 焊縫有很(hen)好的(de)一致性(xing)，重復再現(xian)性(xing)好，降低了(le)操作難(nan)度，獲得了(le)穩定的(de)端(duan)接接頭(tou)焊縫質量，端(duan)接接頭(tou)焊縫的(de)力學性(xing)能也得到了(le)提高。
脈沖微(wei)束等離子弧焊(han)(han)(han)的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)參(can)數(shu)主要有(you)焊(han)(han)(han)接(jie)電流(liu)(liu)、峰值電流(liu)(liu)、基值電流(liu)(liu)、脈沖頻率(lv)、空占比(bi)、壓縮氣流(liu)(liu)量(liang)、保(bao)護(hu)氣流(liu)(liu)量(liang)、電弧長(chang)度、噴嘴(zui)直(zhi)徑、噴嘴(zui)通道比(bi)和鎢極(ji)的(de)內縮量(liang)等，它們對焊(han)(han)(han)縫的(de)形(xing)狀和焊(han)(han)(han)接(jie)質量(liang)都有(you)影(ying)響。焊(han)(han)(han)接(jie)參(can)數(shu)的(de)選(xuan)擇是(shi)通過正(zheng)交優選(xuan)試(shi)驗(yan)得到的(de)，優選(xuan)焊(han)(han)(han)的(de)參(can)數(shu)經(jing)過小批(pi)量(liang)工藝試(shi)驗(yan)再次(ci)確認，在這個(ge)批(pi)量(liang)中又隨機(ji)抽取樣件做焊(han)(han)(han)接(jie)工藝評定(ding)試(shi)驗(yan)來認定(ding)。
對焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)工藝評(ping)定試件(jian)(jian)和生產過(guo)程中旁(pang)證實(shi)例截面的(de)端(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)焊(han)(han)(han)縫的(de)內(nei)部(bu)進(jin)行高、低倍金(jin)相檢查(cha)，端(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的(de)焊(han)(han)(han)縫區(qu)未發(fa)現焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)缺陷(xian)；端(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的(de)焊(han)(han)(han)縫尺寸(cun)、焊(han)(han)(han)縫寬度和熔化厚度等均符(fu)合要求(qiu)，見表3-82。最后(hou)對評(ping)定試件(jian)(jian)端(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)焊(han)(han)(han)縫的(de)性能(neng)進(jin)行檢測(ce)，見表3-83，完全(quan)滿足設計圖樣的(de)技術要求(qiu)。
采用脈沖微束等離(li)子弧焊(han)焊(han)接工(gong)藝(yi)，有很高的(de)(de)焊(han)接穩定性(xing)和參數(shu)的(de)(de)再現性(xing)，易操作。產(chan)品通(tong)過(guo)設(she)計要求的(de)(de)氣(qi)密試驗、伸縮試驗和振動試驗，均(jun)滿足圖樣(yang)的(de)(de)設(she)計要求，現已批量生產(chan)。
