一、膜盒(he)儲(chu)箱(xiang)的(de)技術要求
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、膜盒儲(chu)箱(xiang)制造的難度
膜盒儲(chu)箱整個制造工藝(yi)很精細且復雜(za)，從鋼板(ban)表(biao)面(mian)平面(mian)度到零件加工直至(zhi)焊接，各個工序(xu)技術的要求精度都(dou)(dou)很高，難(nan)度都(dou)(dou)非常(chang)大，可以說整個產品在研制過(guo)程(cheng)中，每道工序(xu)都(dou)(dou)是關鍵(jian)。
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(xing)膜(mo)片(pian)(pian)經過(guo)沖壓(ya)成型和裁(cai)切而成，同(tong)樣切邊要保持絕對(dui)垂直，端(duan)接(jie)頭焊(han)接(jie)處(chu)兩片(pian)(pian)環之(zhi)間的尺寸不能有明顯的偏差，不然(ran)直接(jie)導致產(chan)生焊(han)接(jie)疵病直至無法(fa)施焊(han)。為此(ci)專門設計出(chu)膜(mo)盒膜(mo)片(pian)(pian)沖壓(ya)模具和膜(mo)片(pian)(pian)裁(cai)切模具，確保了膜(mo)片(pian)(pian)質量，為順利焊(han)接(jie)打下基礎。
由于產(chan)品(pin)結構的(de)特殊(shu)性，膜片之(zhi)間是(shi)由兩個(ge)(ge)相(xiang)同的(de)環1和環2組(zu)(zu)成(cheng)，用內焊工裝(zhuang)固定(ding)，內圓(yuan)(yuan)焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)采用自(zi)熔(rong)的(de)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)型式(shi)(shi)，形成(cheng)的(de)內圓(yuan)(yuan)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)組(zu)(zu)成(cheng)一(yi)個(ge)(ge)單組(zu)(zu)件(jian)示(shi)意圖如(ru)圖3-88所示(shi)。兩個(ge)(ge)單組(zu)(zu)件(jian)連接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)在一(yi)起用外(wai)(wai)焊工裝(zhuang)固定(ding)進(jin)行外(wai)(wai)圓(yuan)(yuan)焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，仍采用自(zi)熔(rong)的(de)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)型式(shi)(shi)，形成(cheng)的(de)外(wai)(wai)圓(yuan)(yuan)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)組(zu)(zu)成(cheng)一(yi)個(ge)(ge)波接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，若(ruo)干(gan)(gan)個(ge)(ge)波接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)連接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)形成(cheng)一(yi)個(ge)(ge)組(zu)(zu)件(jian)。將(jiang)組(zu)(zu)件(jian)和連接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)環外(wai)(wai)端(duan)焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)成(cheng)一(yi)個(ge)(ge)部件(jian)，即焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)完成(cheng)膜盒(he)儲(chu)(chu)箱(xiang)其(qi)中(zhong)一(yi)段，膜盒(he)儲(chu)(chu)箱(xiang)是(shi)由若(ruo)干(gan)(gan)段組(zu)(zu)成(cheng)。從圖中(zhong)可以(yi)看出(chu)焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)為(wei)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊縫，無法實施對(dui)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊縫。這種端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊縫按(an)理為(wei)聯系焊縫，不(bu)(bu)能(neng)承(cheng)受(shou)較大(da)的(de)載荷，但圖樣技術還(huan)要求端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊縫抗拉強度不(bu)(bu)低于母(mu)材的(de)85％，給(gei)焊接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)工作帶來極(ji)大(da)的(de)困(kun)難，它成(cheng)為(wei)制造該(gai)產(chan)品(pin)中(zhong)關(guan)鍵(jian)中(zhong)的(de)關(guan)鍵(jian)。
三、焊接方法的(de)選擇
膜(mo)盒(he)(he)儲(chu)箱的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)量(liang)特別大(da)，一(yi)段一(yi)個膜(mo)盒(he)(he)儲(chu)箱的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)長度累計(ji)有(you)(you)150m之多。要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)確(que)保(bao)密封無泄漏，又要(yao)(yao)(yao)保(bao)證焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)成形(xing)均勻無缺陷，還要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)尺寸滿足(zu)設計(ji)圖(tu)樣的(de)(de)(de)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)。膜(mo)盒(he)(he)膜(mo)片(pian)的(de)(de)(de)帶寬窄，與實際拉(la)(la)伸距離不成比例，在實際使用(yong)(yong)中工作行程長，波節伸縮(suo)試驗范圍是設計(ji)尺寸的(de)(de)(de)25％～77％，每一(yi)次拉(la)(la)伸壓縮(suo)都會保(bao)留較大(da)的(de)(de)(de)殘余(yu)變形(xing)，結(jie)構實際工作是在比較嚴(yan)重的(de)(de)(de)塑性(xing)變形(xing)區內，連接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)還會受到雙向的(de)(de)(de)應(ying)力(li)作用(yong)(yong)。膜(mo)盒(he)(he)的(de)(de)(de)膜(mo)片(pian)的(de)(de)(de)材料(liao)很(hen)薄，根(gen)據結(jie)構型式焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)只能(neng)采(cai)用(yong)(yong)自熔的(de)(de)(de)端接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)型式，通(tong)常(chang)這種(zhong)端接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)承載(zai)能(neng)力(li)差，不可抵御拉(la)(la)伸過程中膜(mo)片(pian)之間(jian)過大(da)的(de)(de)(de)角變形(xing)。因此對端接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)提出嚴(yan)格(ge)的(de)(de)(de)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)，必(bi)須具(ju)有(you)(you)足(zu)夠(gou)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)寬度和熔化(hua)厚度，才能(neng)保(bao)證有(you)(you)足(zu)夠(gou)的(de)(de)(de)強度和抵御拉(la)(la)伸壓縮(suo)過程中的(de)(de)(de)交變、雙向應(ying)力(li)。
為了(le)保(bao)證端接焊(han)(han)的質量，專門設(she)計和制造了(le)膜(mo)(mo)片(pian)焊(han)(han)接工裝(zhuang)夾(jia)具(ju)、膜(mo)(mo)片(pian)焊(han)(han)接專用(yong)精密(mi)焊(han)(han)接機(ji)床(chuang)等相關工裝(zhuang)夾(jia)具(ju)及焊(han)(han)接輔機(ji)。
由于膜盒儲箱(xiang)壁薄、焊(han)縫(feng)很(hen)長(chang)且焊(han)縫(feng)很(hen)有規(gui)律（為圓周焊(han)縫(feng)），應選用(yong)不加填充(chong)焊(han)絲的(de)自(zi)動(dong)鎢極氬弧焊(han)或自(zi)動(dong)微束等(deng)離子弧焊(han)進行(xing)焊(han)接(jie)。曾經將選用(yong)的(de)這(zhe)兩種焊(han)接(jie)方法所得的(de)焊(han)接(jie)接(jie)頭經外觀檢測(ce)、端(duan)接(jie)接(jie)頭焊(han)縫(feng)試樣(yang)的(de)力學性能(neng)測(ce)試、金相檢測(ce)和(he)接(jie)頭尺寸測(ce)量均能(neng)達到(dao)設(she)計(ji)要(yao)求(qiu)。
自動微束(shu)等離(li)子弧(hu)焊(han)與自動鎢(wu)極(ji)氬弧(hu)焊(han)相(xiang)比，它具有下列優(you)點(dian)：
1. 微束(shu)等離子弧熱量集中(zhong)、熱功率高(gao)、熔池小、焊(han)接熱影響區(qu)小和(he)焊(han)接變形(xing)小。
2. 微束等離子弧(hu)焊使用(yong)的電(dian)弧(hu)形態是聯合弧(hu)，即維弧(hu)和工作弧(hu)同時存在。在焊接電(dian)流很小時（小于3A），微束等離子弧(hu)穩(wen)定性好(hao)，而氬弧(hu)焊電(dian)弧(hu)有(you)時會漂移，穩(wen)定性較差。
3. 小電(dian)流電(dian)弧(hu)(hu)挺度好，連(lian)續自動焊(han)(han)接時，等離子弧(hu)(hu)長(chang)的變(bian)化對焊(han)(han)接質量影響不(bu)大；這一(yi)點與氬弧(hu)(hu)焊(han)(han)不(bu)同，氬弧(hu)(hu)焊(han)(han)弧(hu)(hu)長(chang)對焊(han)(han)縫(feng)成形有著直(zhi)接的影響。
4. 微束(shu)等(deng)離子弧(hu)具有良好(hao)的可(ke)控性(xing)(xing)和調節性(xing)(xing)，弧(hu)長(chang)的變化對焊(han)(han)縫成形影響較小。焊(han)(han)縫形狀能保(bao)持(chi)一致性(xing)(xing)，重(zhong)復再現性(xing)(xing)好(hao)。這一點與氬弧(hu)焊(han)(han)不同，氬弧(hu)焊(han)(han)弧(hu)長(chang)對焊(han)(han)縫成形影響很大。
5. 微(wei)束等離(li)子弧焊(han)(han)焊(han)(han)接(jie)參數比氬弧焊(han)(han)多，除了焊(han)(han)接(jie)電流(liu)、焊(han)(han)接(jie)速度、保護氣體流(liu)量(liang)等，還有壓(ya)縮氣體的流(liu)量(liang)、保護氣體的成分(fen)、保護氣體流(liu)量(liang)與(yu)壓(ya)縮氣體流(liu)量(liang)之比等，這些(xie)參數也(ye)直接(jie)影響焊(han)(han)縫(feng)成形及焊(han)(han)接(jie)質量(liang)。
試驗過程中發現，采用自動鎢極氬弧焊時，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，選用微束等離子弧焊(han)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。
利用脈沖微束(shu)等離(li)子弧焊電弧能量(liang)的周期性脈沖變化來控制焊接熔池，改善焊縫(feng)成形，減少缺陷。其(qi)優(you)點有(you)：
1. 它可以精確地(di)控制(zhi)膜片焊縫(feng)(feng)的(de)(de)熱(re)輸(shu)入，克服因熔敷金屬表(biao)面(mian)張力不足難以支持熔池，而造成的(de)(de)焊縫(feng)(feng)下凹(ao)。
2. 可以調節熱(re)輸入及膜片焊縫(feng)在高溫停留(liu)時間，減小熱(re)裂紋的傾向(xiang)，同時也能提高膜盒貯箱端接頭(tou)焊縫(feng)的耐(nai)蝕性。
3. 它對膜片(pian)裝(zhuang)配(pei)的波動不敏感(gan)。能(neng)克服膜片(pian)裝(zhuang)配(pei)帶來的問題，適應能(neng)力強(qiang)。
4. 焊(han)(han)縫表(biao)面成形美觀，克服以往焊(han)(han)縫存在(zai)鋸齒波(bo)、谷處(chu)的點孔、焊(han)(han)穿、波(bo)浪紋等缺陷。
5. 焊縫有很好的一致性(xing)，重復(fu)再現性(xing)好，降低了操作難(nan)度，獲得(de)了穩定的端接(jie)接(jie)頭焊縫質量，端接(jie)接(jie)頭焊縫的力學性(xing)能也(ye)得(de)到了提高。
脈(mo)沖微束等離子弧(hu)焊(han)的焊(han)接(jie)參數(shu)主要有焊(han)接(jie)電流(liu)(liu)、峰(feng)值電流(liu)(liu)、基值電流(liu)(liu)、脈(mo)沖頻率、空占比、壓(ya)縮(suo)氣(qi)流(liu)(liu)量、保護氣(qi)流(liu)(liu)量、電弧(hu)長度、噴嘴(zui)直徑、噴嘴(zui)通(tong)道比和鎢極的內縮(suo)量等，它們對焊(han)縫的形狀和焊(han)接(jie)質量都有影響。焊(han)接(jie)參數(shu)的選擇是通(tong)過正交優(you)選試驗得(de)到的，優(you)選焊(han)的參數(shu)經(jing)過小批量工(gong)藝(yi)試驗再次確認，在這個批量中又隨機抽(chou)取樣件做焊(han)接(jie)工(gong)藝(yi)評定試驗來認定。
對(dui)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)工藝評定試(shi)件(jian)和(he)生產過程中旁證實例截(jie)面的端(duan)(duan)(duan)(duan)接(jie)接(jie)頭焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)的內部進(jin)行高、低倍金(jin)相(xiang)檢查，端(duan)(duan)(duan)(duan)接(jie)接(jie)頭的焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)區未發現焊(han)(han)(han)(han)接(jie)缺陷；端(duan)(duan)(duan)(duan)接(jie)接(jie)頭的焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)尺寸、焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)寬度和(he)熔化厚度等(deng)均(jun)符合要求，見(jian)表3-82。最后對(dui)評定試(shi)件(jian)端(duan)(duan)(duan)(duan)接(jie)接(jie)頭焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)的性能進(jin)行檢測，見(jian)表3-83，完全(quan)滿足設計圖樣的技術要求。
采用(yong)脈沖(chong)微束等離子弧焊焊接工藝，有很(hen)高的焊接穩定性和參(can)數的再現(xian)性，易操作。產(chan)品通過設計要求的氣密試(shi)驗、伸縮(suo)試(shi)驗和振動試(shi)驗，均滿足圖樣的設計要求，現(xian)已(yi)批量生產(chan)。
