一(yi)、膜盒(he)儲箱(xiang)的(de)技術要求(qiu)
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、膜盒儲箱制造的難度
膜盒儲箱整(zheng)個(ge)制造工(gong)藝很(hen)精(jing)(jing)細且復(fu)雜，從鋼板表面平面度(du)到零件加工(gong)直至(zhi)焊接，各(ge)個(ge)工(gong)序(xu)技術的要求精(jing)(jing)度(du)都很(hen)高，難度(du)都非(fei)常大，可以說整(zheng)個(ge)產品在研制過程中，每道工(gong)序(xu)都是關鍵。
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。
環形膜(mo)(mo)片(pian)(pian)經過沖壓成型和裁切而成，同(tong)樣切邊要(yao)保持絕對垂直，端接(jie)(jie)頭焊(han)接(jie)(jie)處兩(liang)片(pian)(pian)環之(zhi)間的尺寸不(bu)能(neng)有明顯的偏差，不(bu)然直接(jie)(jie)導致產生焊(han)接(jie)(jie)疵病直至無(wu)法施焊(han)。為(wei)此專(zhuan)門設計(ji)出膜(mo)(mo)盒膜(mo)(mo)片(pian)(pian)沖壓模具和膜(mo)(mo)片(pian)(pian)裁切模具，確保了膜(mo)(mo)片(pian)(pian)質量(liang)，為(wei)順(shun)利焊(han)接(jie)(jie)打下(xia)基礎。
由于產(chan)品結構(gou)的(de)(de)(de)特殊性(xing)，膜(mo)(mo)片(pian)之間是由兩(liang)個(ge)相同的(de)(de)(de)環1和(he)環2組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)，用內焊(han)(han)(han)(han)工裝固定(ding)(ding)，內圓焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)采用自熔(rong)的(de)(de)(de)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)型(xing)式(shi)，形成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)內圓端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)單組(zu)(zu)件(jian)示意圖(tu)(tu)如圖(tu)(tu)3-88所示。兩(liang)個(ge)單組(zu)(zu)件(jian)連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)在一(yi)起用外焊(han)(han)(han)(han)工裝固定(ding)(ding)進行外圓焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，仍采用自熔(rong)的(de)(de)(de)端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)型(xing)式(shi)，形成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)外圓端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)波(bo)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，若干(gan)個(ge)波(bo)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)形成(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)組(zu)(zu)件(jian)。將組(zu)(zu)件(jian)和(he)連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)環外端(duan)(duan)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)成(cheng)(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)部件(jian)，即(ji)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)完成(cheng)(cheng)(cheng)膜(mo)(mo)盒(he)儲箱其中(zhong)(zhong)一(yi)段，膜(mo)(mo)盒(he)儲箱是由若干(gan)段組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)。從圖(tu)(tu)中(zhong)(zhong)可以看(kan)出焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)為端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)縫，無法實施對(dui)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)縫。這種端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)縫按理為聯系焊(han)(han)(han)(han)縫，不(bu)能承受較大的(de)(de)(de)載荷，但圖(tu)(tu)樣技術還(huan)要求端(duan)(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)縫抗拉強度不(bu)低于母(mu)材的(de)(de)(de)85％，給焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)工作帶(dai)來極(ji)大的(de)(de)(de)困難(nan)，它成(cheng)(cheng)(cheng)為制造該產(chan)品中(zhong)(zhong)關鍵(jian)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)關鍵(jian)。
三(san)、焊接方法的(de)選擇
膜(mo)盒(he)(he)儲箱的(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)量(liang)特別大(da)，一段一個膜(mo)盒(he)(he)儲箱的(de)(de)(de)(de)焊(han)縫長度(du)累計有150m之多(duo)。要(yao)求焊(han)縫確(que)保密封(feng)無泄漏，又要(yao)保證(zheng)焊(han)縫成形(xing)均(jun)勻無缺(que)陷，還(huan)要(yao)求焊(han)縫接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)尺寸(cun)(cun)滿足(zu)設計圖樣(yang)的(de)(de)(de)(de)要(yao)求。膜(mo)盒(he)(he)膜(mo)片(pian)的(de)(de)(de)(de)帶寬窄，與(yu)實(shi)際(ji)拉(la)伸距離不成比(bi)例(li)，在(zai)(zai)實(shi)際(ji)使用中工作(zuo)行程長，波(bo)節伸縮(suo)試驗范(fan)圍(wei)是設計尺寸(cun)(cun)的(de)(de)(de)(de)25％～77％，每一次拉(la)伸壓(ya)縮(suo)都(dou)會保留較大(da)的(de)(de)(de)(de)殘(can)余變形(xing)，結(jie)構(gou)(gou)實(shi)際(ji)工作(zuo)是在(zai)(zai)比(bi)較嚴重(zhong)的(de)(de)(de)(de)塑性變形(xing)區內，連接(jie)(jie)(jie)焊(han)縫還(huan)會受到雙(shuang)向(xiang)的(de)(de)(de)(de)應(ying)力作(zuo)用。膜(mo)盒(he)(he)的(de)(de)(de)(de)膜(mo)片(pian)的(de)(de)(de)(de)材料很薄，根據結(jie)構(gou)(gou)型式焊(han)接(jie)(jie)(jie)只能采用自熔(rong)的(de)(de)(de)(de)端接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)型式，通常這種端接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)承載能力差，不可抵御拉(la)伸過(guo)程中膜(mo)片(pian)之間過(guo)大(da)的(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)焊(han)縫提出嚴格(ge)的(de)(de)(de)(de)要(yao)求，必須具有足(zu)夠的(de)(de)(de)(de)焊(han)縫寬度(du)和熔(rong)化厚度(du)，才(cai)能保證(zheng)有足(zu)夠的(de)(de)(de)(de)強度(du)和抵御拉(la)伸壓(ya)縮(suo)過(guo)程中的(de)(de)(de)(de)交(jiao)變、雙(shuang)向(xiang)應(ying)力。
為(wei)了保證端接焊(han)的質量，專門設計和制造了膜片焊(han)接工裝夾(jia)具、膜片焊(han)接專用精(jing)密焊(han)接機床等相(xiang)關工裝夾(jia)具及焊(han)接輔機。
由于膜盒儲箱壁薄、焊(han)(han)(han)縫很長且焊(han)(han)(han)縫很有規(gui)律(lv)（為圓周焊(han)(han)(han)縫），應選(xuan)用(yong)不加填充焊(han)(han)(han)絲的自動(dong)鎢極氬弧(hu)焊(han)(han)(han)或自動(dong)微(wei)束(shu)等(deng)離子弧(hu)焊(han)(han)(han)進行焊(han)(han)(han)接(jie)。曾(ceng)經(jing)將選(xuan)用(yong)的這(zhe)兩(liang)種焊(han)(han)(han)接(jie)方法所得的焊(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭經(jing)外觀檢(jian)測、端接(jie)接(jie)頭焊(han)(han)(han)縫試(shi)樣的力(li)學性能(neng)(neng)測試(shi)、金相檢(jian)測和接(jie)頭尺寸(cun)測量(liang)均能(neng)(neng)達到設計要求。
自動(dong)微束等離(li)子弧(hu)焊與自動(dong)鎢極氬弧(hu)焊相比，它具有下(xia)列優點(dian)：
1. 微(wei)束等離(li)子弧熱量(liang)集中、熱功(gong)率(lv)高、熔(rong)池小、焊接熱影(ying)響(xiang)區小和焊接變形小。
2. 微(wei)束(shu)等離(li)(li)子弧(hu)(hu)焊使用的電弧(hu)(hu)形態(tai)是聯(lian)合弧(hu)(hu)，即維弧(hu)(hu)和工作弧(hu)(hu)同(tong)時存在。在焊接電流很(hen)小時（小于3A），微(wei)束(shu)等離(li)(li)子弧(hu)(hu)穩定性好，而(er)氬(ya)弧(hu)(hu)焊電弧(hu)(hu)有(you)時會(hui)漂(piao)移，穩定性較差。
3. 小電(dian)流電(dian)弧挺度好，連續(xu)自動(dong)焊(han)(han)接時，等(deng)離(li)子弧長(chang)的變(bian)化對(dui)焊(han)(han)接質量影響不大(da)；這一點(dian)與氬弧焊(han)(han)不同，氬弧焊(han)(han)弧長(chang)對(dui)焊(han)(han)縫成形有著(zhu)直(zhi)接的影響。
4. 微束等離子弧(hu)(hu)具有良好的可控性(xing)(xing)(xing)和調(diao)節性(xing)(xing)(xing)，弧(hu)(hu)長的變化對焊(han)縫成形(xing)影響較小。焊(han)縫形(xing)狀能(neng)保持一(yi)致性(xing)(xing)(xing)，重復(fu)再現(xian)性(xing)(xing)(xing)好。這一(yi)點與氬(ya)弧(hu)(hu)焊(han)不同(tong)，氬(ya)弧(hu)(hu)焊(han)弧(hu)(hu)長對焊(han)縫成形(xing)影響很大。
5. 微束等離子弧(hu)焊(han)焊(han)接(jie)參數(shu)比氬弧(hu)焊(han)多，除了焊(han)接(jie)電流(liu)、焊(han)接(jie)速度(du)、保(bao)護(hu)氣(qi)體(ti)(ti)(ti)流(liu)量等，還(huan)有壓縮氣(qi)體(ti)(ti)(ti)的流(liu)量、保(bao)護(hu)氣(qi)體(ti)(ti)(ti)的成(cheng)分、保(bao)護(hu)氣(qi)體(ti)(ti)(ti)流(liu)量與壓縮氣(qi)體(ti)(ti)(ti)流(liu)量之比等，這些參數(shu)也直接(jie)影響焊(han)縫成(cheng)形及(ji)焊(han)接(jie)質量。
試驗過程中發現，采用自動鎢極氬弧焊(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，選用微束等離(li)子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(mo)沖微束等離子(zi)弧(hu)焊(han)電弧(hu)能量的周期性(xing)脈(mo)沖變化來控制焊(han)接熔池，改善焊(han)縫成形，減少缺(que)陷。其(qi)優點(dian)有：
1. 它可以(yi)精確地控制膜片焊縫(feng)的熱輸(shu)入(ru)，克(ke)服因熔敷(fu)金屬表面張力不足難以(yi)支(zhi)持熔池，而(er)造(zao)成的焊縫(feng)下凹。
2. 可以調節熱輸入及膜片焊(han)縫(feng)在高溫停留時間，減小熱裂紋的(de)(de)傾(qing)向，同(tong)時也能提高膜盒(he)貯箱(xiang)端接頭焊(han)縫(feng)的(de)(de)耐蝕性(xing)。
3. 它(ta)對膜片(pian)裝(zhuang)(zhuang)配的波(bo)動不(bu)敏感(gan)。能克服膜片(pian)裝(zhuang)(zhuang)配帶來的問題，適應(ying)能力強。
4. 焊縫表面成(cheng)形(xing)美觀，克(ke)服(fu)以往焊縫存在鋸(ju)齒波、谷處的點孔(kong)、焊穿、波浪紋等缺(que)陷。
5. 焊縫有很好(hao)的一(yi)致(zhi)性，重復(fu)再(zai)現性好(hao)，降低了操(cao)作(zuo)難度，獲得了穩(wen)定的端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)焊縫質(zhi)量，端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)焊縫的力學性能也得到了提高。
脈(mo)(mo)沖微束等離子弧焊的焊接(jie)(jie)參數(shu)(shu)主要有焊接(jie)(jie)電流(liu)、峰值電流(liu)、基值電流(liu)、脈(mo)(mo)沖頻率、空占比、壓縮氣流(liu)量(liang)(liang)、保護氣流(liu)量(liang)(liang)、電弧長度、噴嘴直徑、噴嘴通道比和(he)鎢極的內縮量(liang)(liang)等，它們對焊縫的形(xing)狀和(he)焊接(jie)(jie)質(zhi)量(liang)(liang)都(dou)有影響。焊接(jie)(jie)參數(shu)(shu)的選擇是通過正交優選試(shi)驗得到(dao)的，優選焊的參數(shu)(shu)經過小(xiao)批量(liang)(liang)工藝試(shi)驗再(zai)次確認，在這個批量(liang)(liang)中(zhong)又(you)隨(sui)機抽取(qu)樣件做(zuo)焊接(jie)(jie)工藝評定(ding)試(shi)驗來(lai)認定(ding)。
對焊接(jie)(jie)(jie)工藝(yi)評定(ding)試(shi)(shi)件(jian)和生產過程(cheng)中旁證(zheng)實例截(jie)面的端(duan)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭焊縫(feng)的內部進行高、低倍金相檢查(cha)，端(duan)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的焊縫(feng)區未發現(xian)焊接(jie)(jie)(jie)缺陷；端(duan)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的焊縫(feng)尺寸(cun)、焊縫(feng)寬度和熔化厚度等均(jun)符合要(yao)求，見(jian)表3-82。最后對評定(ding)試(shi)(shi)件(jian)端(duan)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭焊縫(feng)的性能進行檢測，見(jian)表3-83，完全(quan)滿足設計(ji)圖樣的技術要(yao)求。
采用脈沖微束(shu)等離子弧焊(han)(han)焊(han)(han)接(jie)工藝，有很高(gao)的焊(han)(han)接(jie)穩定性(xing)和(he)參數(shu)的再(zai)現(xian)性(xing)，易操作。產品通過設(she)(she)計要求的氣密試(shi)驗、伸縮試(shi)驗和(he)振動試(shi)驗，均滿足圖(tu)樣(yang)的設(she)(she)計要求，現(xian)已批量生(sheng)產。
