一、膜盒(he)儲箱(xiang)的技術要求
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(mo)盒儲箱制造的難度
膜(mo)盒儲箱整個(ge)(ge)制造工藝(yi)很(hen)精(jing)(jing)細且復(fu)雜，從(cong)鋼板表面(mian)(mian)平(ping)面(mian)(mian)度(du)到零件加(jia)工直至焊接，各個(ge)(ge)工序(xu)技術的要求精(jing)(jing)度(du)都很(hen)高，難度(du)都非常大，可以說整個(ge)(ge)產品在研(yan)制過程中，每道工序(xu)都是關鍵。
對不銹鋼(gang)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)形(xing)膜(mo)片(pian)經過沖(chong)(chong)壓成(cheng)型和裁切(qie)(qie)而成(cheng)，同樣切(qie)(qie)邊(bian)要保持(chi)絕對垂直，端(duan)接(jie)頭(tou)焊(han)接(jie)處兩片(pian)環(huan)之間的尺寸不(bu)能有明顯(xian)的偏(pian)差(cha)，不(bu)然直接(jie)導致產生焊(han)接(jie)疵病直至(zhi)無法(fa)施焊(han)。為此專門設計出膜(mo)盒膜(mo)片(pian)沖(chong)(chong)壓模具(ju)和膜(mo)片(pian)裁切(qie)(qie)模具(ju)，確保了(le)膜(mo)片(pian)質量，為順利焊(han)接(jie)打下基礎。
由(you)于(yu)產品(pin)結構的特(te)殊性，膜(mo)(mo)片之間是由(you)兩個(ge)(ge)相同的環1和(he)環2組(zu)(zu)成(cheng)，用內(nei)焊(han)工(gong)裝(zhuang)固定(ding)，內(nei)圓焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)采用自(zi)熔的端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)型式(shi)，形(xing)成(cheng)的內(nei)圓端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)組(zu)(zu)成(cheng)一(yi)個(ge)(ge)單組(zu)(zu)件(jian)示意圖如圖3-88所示。兩個(ge)(ge)單組(zu)(zu)件(jian)連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)在(zai)一(yi)起(qi)用外(wai)焊(han)工(gong)裝(zhuang)固定(ding)進行外(wai)圓焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)，仍采用自(zi)熔的端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)型式(shi)，形(xing)成(cheng)的外(wai)圓端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)組(zu)(zu)成(cheng)一(yi)個(ge)(ge)波接(jie)(jie)(jie)(jie)，若干個(ge)(ge)波接(jie)(jie)(jie)(jie)連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)形(xing)成(cheng)一(yi)個(ge)(ge)組(zu)(zu)件(jian)。將組(zu)(zu)件(jian)和(he)連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)環外(wai)端(duan)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)成(cheng)一(yi)個(ge)(ge)部件(jian)，即焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)完(wan)成(cheng)膜(mo)(mo)盒(he)儲箱(xiang)其中(zhong)一(yi)段(duan)，膜(mo)(mo)盒(he)儲箱(xiang)是由(you)若干段(duan)組(zu)(zu)成(cheng)。從圖中(zhong)可以(yi)看出(chu)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)為端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)縫(feng)(feng)，無(wu)法實(shi)施對接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)縫(feng)(feng)。這種端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)縫(feng)(feng)按理為聯系(xi)焊(han)縫(feng)(feng)，不(bu)能(neng)承受較大的載荷，但圖樣技術還(huan)要求端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)縫(feng)(feng)抗拉強度不(bu)低于(yu)母材的85％，給焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)工(gong)作帶來(lai)極(ji)大的困難，它(ta)成(cheng)為制造該產品(pin)中(zhong)關鍵(jian)(jian)中(zhong)的關鍵(jian)(jian)。
三、焊接方法的選擇
膜(mo)盒儲(chu)箱的(de)(de)(de)焊(han)(han)接量(liang)特(te)別大(da)，一(yi)段一(yi)個膜(mo)盒儲(chu)箱的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)長度(du)累計有(you)150m之多(duo)。要求(qiu)(qiu)焊(han)(han)縫(feng)確保(bao)(bao)密(mi)封無(wu)泄漏，又要保(bao)(bao)證(zheng)(zheng)焊(han)(han)縫(feng)成形(xing)均勻無(wu)缺陷，還(huan)(huan)要求(qiu)(qiu)焊(han)(han)縫(feng)接頭的(de)(de)(de)尺寸(cun)滿足(zu)設計圖樣的(de)(de)(de)要求(qiu)(qiu)。膜(mo)盒膜(mo)片的(de)(de)(de)帶寬窄(zhai)，與實(shi)(shi)際(ji)拉(la)伸(shen)(shen)(shen)距離不(bu)(bu)成比例(li)，在(zai)實(shi)(shi)際(ji)使(shi)用中(zhong)工(gong)作(zuo)行程(cheng)(cheng)長，波節伸(shen)(shen)(shen)縮試驗(yan)范圍是設計尺寸(cun)的(de)(de)(de)25％～77％，每(mei)一(yi)次(ci)拉(la)伸(shen)(shen)(shen)壓縮都(dou)會保(bao)(bao)留較大(da)的(de)(de)(de)殘余變(bian)(bian)形(xing)，結(jie)構實(shi)(shi)際(ji)工(gong)作(zuo)是在(zai)比較嚴重的(de)(de)(de)塑性變(bian)(bian)形(xing)區內，連(lian)接焊(han)(han)縫(feng)還(huan)(huan)會受到(dao)雙向的(de)(de)(de)應力(li)作(zuo)用。膜(mo)盒的(de)(de)(de)膜(mo)片的(de)(de)(de)材料很薄，根(gen)據結(jie)構型式焊(han)(han)接只能(neng)(neng)(neng)采用自熔(rong)的(de)(de)(de)端(duan)接接頭型式，通常這種端(duan)接接頭承載能(neng)(neng)(neng)力(li)差(cha)，不(bu)(bu)可抵御(yu)拉(la)伸(shen)(shen)(shen)過程(cheng)(cheng)中(zhong)膜(mo)片之間(jian)過大(da)的(de)(de)(de)角變(bian)(bian)形(xing)。因(yin)此對端(duan)接接頭的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)提出嚴格的(de)(de)(de)要求(qiu)(qiu)，必(bi)須(xu)具有(you)足(zu)夠的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)寬度(du)和(he)熔(rong)化厚(hou)度(du)，才能(neng)(neng)(neng)保(bao)(bao)證(zheng)(zheng)有(you)足(zu)夠的(de)(de)(de)強度(du)和(he)抵御(yu)拉(la)伸(shen)(shen)(shen)壓縮過程(cheng)(cheng)中(zhong)的(de)(de)(de)交變(bian)(bian)、雙向應力(li)。
為了保證(zheng)端接(jie)(jie)焊(han)的質量，專(zhuan)門(men)設計(ji)和制造了膜片焊(han)接(jie)(jie)工裝夾具(ju)、膜片焊(han)接(jie)(jie)專(zhuan)用精密焊(han)接(jie)(jie)機(ji)床等相關工裝夾具(ju)及焊(han)接(jie)(jie)輔機(ji)。
由于膜(mo)盒儲箱壁薄、焊(han)縫很長(chang)且(qie)焊(han)縫很有規律（為圓(yuan)周焊(han)縫），應選用不加填充焊(han)絲(si)的自動(dong)鎢極(ji)氬弧焊(han)或自動(dong)微(wei)束等離子弧焊(han)進行焊(han)接(jie)。曾經將選用的這(zhe)兩種焊(han)接(jie)方(fang)法所得的焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)經外(wai)觀檢測、端接(jie)接(jie)頭(tou)焊(han)縫試(shi)(shi)樣的力學性能(neng)測試(shi)(shi)、金相檢測和接(jie)頭(tou)尺寸(cun)測量(liang)均能(neng)達到設計(ji)要求。
自動(dong)微束等離子弧(hu)焊(han)與(yu)自動(dong)鎢極氬弧(hu)焊(han)相比，它具有下列優點：
1. 微束等(deng)離子(zi)弧熱(re)量集中、熱(re)功率高、熔池小(xiao)、焊接熱(re)影響區小(xiao)和焊接變形小(xiao)。
2. 微束等離子弧(hu)(hu)焊使用(yong)的電(dian)(dian)弧(hu)(hu)形態是聯(lian)合弧(hu)(hu)，即維弧(hu)(hu)和工作弧(hu)(hu)同時存在。在焊接電(dian)(dian)流(liu)很小(xiao)時（小(xiao)于3A），微束等離子弧(hu)(hu)穩(wen)定性好(hao)，而(er)氬弧(hu)(hu)焊電(dian)(dian)弧(hu)(hu)有時會漂移，穩(wen)定性較差(cha)。
3. 小電(dian)流電(dian)弧(hu)(hu)挺度好，連(lian)續自動焊(han)接時，等離子弧(hu)(hu)長的變化對焊(han)接質量影(ying)響不大(da)；這一點與氬弧(hu)(hu)焊(han)不同，氬弧(hu)(hu)焊(han)弧(hu)(hu)長對焊(han)縫(feng)成(cheng)形有著直接的影(ying)響。
4. 微(wei)束等離子(zi)弧(hu)具有良(liang)好的可(ke)控性和調節(jie)性，弧(hu)長(chang)的變化對焊(han)縫(feng)成形(xing)影響(xiang)較小。焊(han)縫(feng)形(xing)狀能保持一(yi)致(zhi)性，重復(fu)再現(xian)性好。這一(yi)點與氬(ya)弧(hu)焊(han)不同，氬(ya)弧(hu)焊(han)弧(hu)長(chang)對焊(han)縫(feng)成形(xing)影響(xiang)很大(da)。
5. 微束等(deng)(deng)離子弧焊焊接(jie)(jie)參(can)數(shu)比(bi)氬弧焊多，除了焊接(jie)(jie)電流(liu)、焊接(jie)(jie)速度、保護(hu)氣(qi)(qi)體(ti)流(liu)量等(deng)(deng)，還有壓縮氣(qi)(qi)體(ti)的(de)流(liu)量、保護(hu)氣(qi)(qi)體(ti)的(de)成分、保護(hu)氣(qi)(qi)體(ti)流(liu)量與壓縮氣(qi)(qi)體(ti)流(liu)量之比(bi)等(deng)(deng)，這些參(can)數(shu)也(ye)直接(jie)(jie)影(ying)響(xiang)焊縫成形及焊接(jie)(jie)質量。
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(zi)弧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(li)用脈沖微束等離(li)子弧焊(han)電弧能量(liang)的周(zhou)期性(xing)脈沖變化來控制(zhi)焊(han)接(jie)熔池，改善(shan)焊(han)縫(feng)成形，減(jian)少缺陷(xian)。其優(you)點有：
1. 它可以精確地(di)控制(zhi)膜片焊縫(feng)的熱輸入，克服因熔(rong)敷金(jin)屬表面張力不足難(nan)以支(zhi)持(chi)熔(rong)池(chi)，而造成的焊縫(feng)下凹(ao)。
2. 可以調節熱輸入及膜(mo)片焊(han)縫在高(gao)溫停(ting)留時間，減小熱裂(lie)紋的(de)傾向，同時也能提(ti)高(gao)膜(mo)盒貯箱端接(jie)頭(tou)焊(han)縫的(de)耐蝕性。
3. 它對膜片裝配的波動不敏感。能克服膜片裝配帶(dai)來的問題，適應能力強。
4. 焊縫(feng)表面成形美(mei)觀，克服(fu)以往焊縫(feng)存在鋸齒波(bo)、谷處的點孔、焊穿、波(bo)浪紋等缺陷。
5. 焊縫有很好的(de)一致性，重復(fu)再現性好，降低了操作難(nan)度，獲得了穩(wen)定的(de)端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭焊縫質量(liang)，端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭焊縫的(de)力學性能也得到了提(ti)高(gao)。
脈(mo)(mo)沖微束等(deng)離子(zi)弧焊(han)的(de)焊(han)接參(can)數主(zhu)要(yao)有焊(han)接電流(liu)、峰值電流(liu)、基(ji)值電流(liu)、脈(mo)(mo)沖頻率、空占比、壓縮氣(qi)流(liu)量(liang)(liang)、保護氣(qi)流(liu)量(liang)(liang)、電弧長度、噴嘴直徑(jing)、噴嘴通道比和(he)鎢(wu)極的(de)內縮量(liang)(liang)等(deng)，它們對焊(han)縫的(de)形狀和(he)焊(han)接質量(liang)(liang)都(dou)有影響。焊(han)接參(can)數的(de)選(xuan)擇是通過正交優選(xuan)試(shi)(shi)驗(yan)(yan)得到(dao)的(de)，優選(xuan)焊(han)的(de)參(can)數經過小批量(liang)(liang)工(gong)藝試(shi)(shi)驗(yan)(yan)再(zai)次確認，在(zai)這個批量(liang)(liang)中又隨機抽(chou)取(qu)樣件(jian)做(zuo)焊(han)接工(gong)藝評定試(shi)(shi)驗(yan)(yan)來認定。
對焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)工藝評定試(shi)件和(he)生產過程中旁證實(shi)例截面的(de)(de)(de)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)焊(han)縫(feng)(feng)的(de)(de)(de)內部進(jin)行高、低(di)倍(bei)金相檢查(cha)，端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)焊(han)縫(feng)(feng)區未發現(xian)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)缺陷；端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)焊(han)縫(feng)(feng)尺寸、焊(han)縫(feng)(feng)寬度(du)和(he)熔化厚(hou)度(du)等均符合要(yao)求，見表(biao)3-82。最后對評定試(shi)件端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)焊(han)縫(feng)(feng)的(de)(de)(de)性能進(jin)行檢測，見表(biao)3-83，完全滿足(zu)設計圖樣的(de)(de)(de)技術要(yao)求。
采用脈沖微束(shu)等離子弧焊(han)焊(han)接工(gong)藝，有很(hen)高的焊(han)接穩定性和參數的再現性，易操(cao)作(zuo)。產品通(tong)過(guo)設(she)計要(yao)求(qiu)的氣密(mi)試驗(yan)(yan)、伸縮試驗(yan)(yan)和振動試驗(yan)(yan)，均(jun)滿足圖樣的設(she)計要(yao)求(qiu)，現已批量生產。
