一、膜盒(he)儲箱(xiang)的技術要求
膜盒儲箱的材料為304不(bu)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)造的(de)難度
膜(mo)盒儲箱整個制造工(gong)藝很精(jing)細(xi)且復雜，從鋼板表面平面度到零(ling)件加(jia)工(gong)直(zhi)至(zhi)焊接，各個工(gong)序技術的要求(qiu)精(jing)度都很高，難(nan)度都非常大，可以說整個產(chan)品在研制過程中，每道工(gong)序都是關鍵(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)(mo)(mo)片(pian)經過沖壓成型和(he)裁切而(er)成，同樣切邊要保(bao)持絕對垂直，端(duan)接(jie)頭(tou)焊接(jie)處兩片(pian)環之(zhi)間的尺寸不能有(you)明顯的偏差，不然(ran)直接(jie)導致產生(sheng)焊接(jie)疵病直至無法施焊。為此專門設(she)計出膜(mo)(mo)(mo)盒膜(mo)(mo)(mo)片(pian)沖壓模(mo)具和(he)膜(mo)(mo)(mo)片(pian)裁切模(mo)具，確保(bao)了膜(mo)(mo)(mo)片(pian)質(zhi)量，為順利焊接(jie)打下基礎。
由(you)于產品結構的(de)(de)特殊性，膜(mo)片之間是(shi)由(you)兩(liang)個(ge)(ge)相同的(de)(de)環(huan)(huan)1和環(huan)(huan)2組(zu)(zu)(zu)(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)，用(yong)內焊(han)(han)(han)(han)工(gong)裝(zhuang)固定，內圓(yuan)(yuan)(yuan)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)采用(yong)自(zi)熔(rong)的(de)(de)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭型(xing)式(shi)，形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)內圓(yuan)(yuan)(yuan)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭組(zu)(zu)(zu)(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)(ge)單組(zu)(zu)(zu)(zu)件示意圖(tu)如圖(tu)3-88所示。兩(liang)個(ge)(ge)單組(zu)(zu)(zu)(zu)件連接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)在(zai)一(yi)起用(yong)外(wai)焊(han)(han)(han)(han)工(gong)裝(zhuang)固定進(jin)行外(wai)圓(yuan)(yuan)(yuan)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，仍采用(yong)自(zi)熔(rong)的(de)(de)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭型(xing)式(shi)，形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)外(wai)圓(yuan)(yuan)(yuan)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭組(zu)(zu)(zu)(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)(ge)波(bo)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，若干個(ge)(ge)波(bo)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)連接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)(ge)組(zu)(zu)(zu)(zu)件。將(jiang)組(zu)(zu)(zu)(zu)件和連接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)環(huan)(huan)外(wai)端(duan)(duan)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)(ge)部(bu)件，即焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)完成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)膜(mo)盒儲箱其中(zhong)一(yi)段，膜(mo)盒儲箱是(shi)由(you)若干段組(zu)(zu)(zu)(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)。從圖(tu)中(zhong)可以看出焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭為端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)縫，無法實施對接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)縫。這種端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)縫按(an)理為聯系(xi)焊(han)(han)(han)(han)縫，不(bu)能承受較大(da)的(de)(de)載荷，但圖(tu)樣技(ji)術還要(yao)求(qiu)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)縫抗(kang)拉(la)強度不(bu)低于母材(cai)的(de)(de)85％，給(gei)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)工(gong)作帶(dai)來(lai)極大(da)的(de)(de)困難，它成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)為制造該產品中(zhong)關鍵中(zhong)的(de)(de)關鍵。
三、焊接方法(fa)的選擇
膜(mo)(mo)(mo)(mo)盒(he)(he)儲箱(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)量特別(bie)大(da)，一段一個膜(mo)(mo)(mo)(mo)盒(he)(he)儲箱(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)縫長度(du)累計(ji)有(you)150m之(zhi)多。要求(qiu)(qiu)焊(han)縫確保(bao)密(mi)封無泄漏，又要保(bao)證焊(han)縫成形(xing)均勻無缺陷，還(huan)要求(qiu)(qiu)焊(han)縫接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)尺(chi)寸(cun)滿足(zu)設(she)計(ji)圖樣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)要求(qiu)(qiu)。膜(mo)(mo)(mo)(mo)盒(he)(he)膜(mo)(mo)(mo)(mo)片(pian)(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)帶寬窄，與實(shi)際(ji)(ji)拉(la)伸(shen)距離不成比(bi)例，在(zai)(zai)實(shi)際(ji)(ji)使(shi)用(yong)中工作(zuo)行程長，波節伸(shen)縮試驗(yan)范(fan)圍是(shi)設(she)計(ji)尺(chi)寸(cun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)25％～77％，每一次拉(la)伸(shen)壓(ya)縮都會保(bao)留較大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)殘余變形(xing)，結構實(shi)際(ji)(ji)工作(zuo)是(shi)在(zai)(zai)比(bi)較嚴(yan)重的(de)(de)(de)(de)(de)(de)塑(su)性變形(xing)區內，連接(jie)(jie)(jie)焊(han)縫還(huan)會受到(dao)雙向(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)應力(li)作(zuo)用(yong)。膜(mo)(mo)(mo)(mo)盒(he)(he)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)膜(mo)(mo)(mo)(mo)片(pian)(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)材料(liao)很薄，根據(ju)結構型式焊(han)接(jie)(jie)(jie)只能采用(yong)自(zi)熔的(de)(de)(de)(de)(de)(de)端接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)型式，通常(chang)這(zhe)種(zhong)端接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)承載能力(li)差，不可抵御拉(la)伸(shen)過程中膜(mo)(mo)(mo)(mo)片(pian)(pian)之(zhi)間過大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)角變形(xing)。因此對(dui)端接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)縫提出嚴(yan)格(ge)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)要求(qiu)(qiu)，必須(xu)具有(you)足(zu)夠的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)縫寬度(du)和熔化厚(hou)度(du)，才能保(bao)證有(you)足(zu)夠的(de)(de)(de)(de)(de)(de)強度(du)和抵御拉(la)伸(shen)壓(ya)縮過程中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)交變、雙向(xiang)(xiang)應力(li)。
為了保(bao)證端接(jie)(jie)焊的質(zhi)量(liang)，專門(men)設計和制造(zao)了膜(mo)片(pian)焊接(jie)(jie)工裝夾具(ju)、膜(mo)片(pian)焊接(jie)(jie)專用精密焊接(jie)(jie)機(ji)床等相關(guan)工裝夾具(ju)及焊接(jie)(jie)輔機(ji)。
由(you)于膜(mo)盒儲箱壁薄、焊(han)縫(feng)很長且(qie)焊(han)縫(feng)很有規律（為圓周焊(han)縫(feng)），應選用不加填(tian)充焊(han)絲的(de)(de)自動鎢極氬弧焊(han)或自動微束等(deng)離子弧焊(han)進行焊(han)接(jie)(jie)。曾經將選用的(de)(de)這兩種焊(han)接(jie)(jie)方法所得的(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭經外觀檢測(ce)、端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭焊(han)縫(feng)試樣的(de)(de)力學(xue)性能測(ce)試、金相(xiang)檢測(ce)和接(jie)(jie)頭尺(chi)寸測(ce)量均能達(da)到設計要(yao)求。
自動微(wei)束等(deng)離子(zi)弧(hu)焊與自動鎢極(ji)氬弧(hu)焊相比(bi)，它(ta)具有下列優點(dian)：
1. 微束等(deng)離子弧熱量(liang)集中(zhong)、熱功率高、熔池(chi)小(xiao)、焊接熱影響區(qu)小(xiao)和焊接變(bian)形小(xiao)。
2. 微束等(deng)離子弧(hu)焊使用的(de)電弧(hu)形態是聯合弧(hu)，即維弧(hu)和(he)工作弧(hu)同時存在。在焊接電流很小時（小于3A），微束等(deng)離子弧(hu)穩(wen)定性好(hao)，而氬弧(hu)焊電弧(hu)有時會漂(piao)移，穩(wen)定性較差。
3. 小電(dian)流電(dian)弧(hu)挺度好(hao)，連(lian)續自(zi)動焊接(jie)時，等(deng)離子(zi)弧(hu)長的變化對(dui)焊接(jie)質量影響不(bu)大(da)；這一點與氬(ya)(ya)弧(hu)焊不(bu)同，氬(ya)(ya)弧(hu)焊弧(hu)長對(dui)焊縫成(cheng)形(xing)有著直接(jie)的影響。
4. 微束等離子弧(hu)(hu)(hu)具有(you)良(liang)好(hao)的可控(kong)性(xing)(xing)和調(diao)節性(xing)(xing)，弧(hu)(hu)(hu)長的變化對焊縫(feng)(feng)成形影響較小。焊縫(feng)(feng)形狀能保持一致性(xing)(xing)，重復再現性(xing)(xing)好(hao)。這一點(dian)與(yu)氬(ya)弧(hu)(hu)(hu)焊不同(tong)，氬(ya)弧(hu)(hu)(hu)焊弧(hu)(hu)(hu)長對焊縫(feng)(feng)成形影響很大。
5. 微束等(deng)離子弧焊(han)焊(han)接(jie)參(can)數比氬弧焊(han)多(duo)，除了焊(han)接(jie)電流(liu)(liu)、焊(han)接(jie)速度(du)、保護氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)流(liu)(liu)量等(deng)，還(huan)有壓縮氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)的流(liu)(liu)量、保護氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)的成分、保護氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)流(liu)(liu)量與壓縮氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)流(liu)(liu)量之比等(deng)，這些參(can)數也直接(jie)影響焊(han)縫成形及焊(han)接(jie)質量。
試驗過程中發現，采用自動鎢極氬(ya)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(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。
利用脈沖微束等離子弧焊電弧能量(liang)的(de)周期性脈沖變化來控制焊接熔(rong)池，改(gai)善焊縫成形，減少(shao)缺陷。其優點有：
1. 它(ta)可以(yi)(yi)精確地(di)控制膜片焊(han)縫的(de)(de)熱輸入，克服因熔敷(fu)金屬(shu)表(biao)面張力不足難以(yi)(yi)支持熔池，而造(zao)成的(de)(de)焊(han)縫下凹。
2. 可(ke)以調節熱輸(shu)入(ru)及(ji)膜(mo)片焊縫(feng)在高(gao)溫停留時(shi)間，減小熱裂(lie)紋(wen)的傾向，同時(shi)也能提(ti)高(gao)膜(mo)盒(he)貯箱端接頭焊縫(feng)的耐(nai)蝕性。
3. 它(ta)對膜片裝配(pei)的(de)波動不敏感。能(neng)克(ke)服膜片裝配(pei)帶來的(de)問(wen)題，適應能(neng)力強(qiang)。
4. 焊縫(feng)(feng)表面成形(xing)美觀(guan)，克服以往(wang)焊縫(feng)(feng)存在鋸齒波、谷處的(de)點孔、焊穿(chuan)、波浪紋等缺(que)陷。
5. 焊(han)縫有很好的一致性，重復再現性好，降低了(le)操作難(nan)度，獲得了(le)穩(wen)定(ding)的端(duan)接接頭焊(han)縫質量，端(duan)接接頭焊(han)縫的力學(xue)性能也得到了(le)提高。
脈沖微束等離子弧焊(han)(han)的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)參(can)數主(zhu)要(yao)有(you)焊(han)(han)接(jie)電(dian)流(liu)(liu)、峰值電(dian)流(liu)(liu)、基值電(dian)流(liu)(liu)、脈沖頻(pin)率、空占(zhan)比、壓縮氣(qi)流(liu)(liu)量、保護氣(qi)流(liu)(liu)量、電(dian)弧長度、噴(pen)嘴(zui)直徑、噴(pen)嘴(zui)通道比和鎢(wu)極的(de)(de)內縮量等，它們對焊(han)(han)縫的(de)(de)形狀和焊(han)(han)接(jie)質量都有(you)影響。焊(han)(han)接(jie)參(can)數的(de)(de)選擇是通過正交優(you)選試驗(yan)(yan)得(de)到的(de)(de)，優(you)選焊(han)(han)的(de)(de)參(can)數經過小批(pi)量工藝試驗(yan)(yan)再(zai)次(ci)確認(ren)，在這個批(pi)量中又隨機抽取(qu)樣件做焊(han)(han)接(jie)工藝評(ping)定試驗(yan)(yan)來認(ren)定。
對焊接(jie)(jie)工藝評(ping)定試件(jian)和(he)生產過程中旁證實例截面的(de)(de)端(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)焊縫(feng)的(de)(de)內部進行(xing)高、低倍(bei)金(jin)相檢(jian)查(cha)，端(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)焊縫(feng)區未發現焊接(jie)(jie)缺陷(xian)；端(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)焊縫(feng)尺寸、焊縫(feng)寬度和(he)熔化厚度等均符合要(yao)求，見表3-82。最后對評(ping)定試件(jian)端(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)焊縫(feng)的(de)(de)性能(neng)進行(xing)檢(jian)測，見表3-83，完全滿(man)足設計圖(tu)樣的(de)(de)技術要(yao)求。
采用脈沖微束等離子弧焊(han)(han)焊(han)(han)接工(gong)藝，有(you)很高的(de)(de)焊(han)(han)接穩定性(xing)和參(can)數的(de)(de)再現(xian)性(xing)，易操作(zuo)。產(chan)品通(tong)過設(she)(she)計要求的(de)(de)氣密試驗(yan)、伸縮試驗(yan)和振(zhen)動試驗(yan)，均(jun)滿足圖樣的(de)(de)設(she)(she)計要求，現(xian)已批量生(sheng)產(chan)。
