一、膜盒儲(chu)箱的技(ji)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(mo)盒(he)儲箱制造的(de)難(nan)度
膜盒儲箱整(zheng)個制造工藝很精細且復(fu)雜，從(cong)鋼板表面平面度到零件加工直至焊接，各(ge)個工序技術的要求精度都很高，難度都非常大，可以說整(zheng)個產品在研制過(guo)程(cheng)中，每道工序都是關(guan)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)片(pian)(pian)經過沖壓成(cheng)型和(he)裁切而成(cheng)，同樣(yang)切邊要保持絕(jue)對垂直，端接(jie)(jie)頭焊接(jie)(jie)處兩片(pian)(pian)環之間的(de)尺(chi)寸不能有(you)明顯(xian)的(de)偏(pian)差，不然(ran)直接(jie)(jie)導致產(chan)生焊接(jie)(jie)疵病直至無法施焊。為(wei)此專門設計出膜(mo)盒膜(mo)片(pian)(pian)沖壓模具和(he)膜(mo)片(pian)(pian)裁切模具，確(que)保了膜(mo)片(pian)(pian)質量，為(wei)順利焊接(jie)(jie)打下基礎。
由于產(chan)品(pin)結(jie)構(gou)的(de)特(te)殊性(xing)，膜片之間是(shi)由兩(liang)個(ge)相(xiang)同的(de)環1和環2組(zu)成(cheng)(cheng)，用內焊(han)(han)(han)(han)(han)工(gong)裝(zhuang)固定(ding)，內圓焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)采用自(zi)熔的(de)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭型式，形成(cheng)(cheng)的(de)內圓端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭組(zu)成(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)單組(zu)件(jian)示(shi)意圖如圖3-88所示(shi)。兩(liang)個(ge)單組(zu)件(jian)連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)在一(yi)起(qi)用外(wai)焊(han)(han)(han)(han)(han)工(gong)裝(zhuang)固定(ding)進行外(wai)圓焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，仍(reng)采用自(zi)熔的(de)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭型式，形成(cheng)(cheng)的(de)外(wai)圓端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭組(zu)成(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)波(bo)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，若干個(ge)波(bo)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)形成(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)組(zu)件(jian)。將組(zu)件(jian)和連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)環外(wai)端(duan)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)成(cheng)(cheng)一(yi)個(ge)部件(jian)，即焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)完成(cheng)(cheng)膜盒儲箱其中一(yi)段，膜盒儲箱是(shi)由若干段組(zu)成(cheng)(cheng)。從圖中可以(yi)看(kan)出焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭為(wei)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)，無法實施(shi)對接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)。這種(zhong)端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)按理為(wei)聯(lian)系(xi)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)，不能承受較大(da)的(de)載荷，但圖樣技術還要(yao)求端(duan)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)抗拉(la)強度不低于母(mu)材的(de)85％，給焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)工(gong)作(zuo)帶來極大(da)的(de)困(kun)難(nan)，它(ta)成(cheng)(cheng)為(wei)制造該產(chan)品(pin)中關鍵中的(de)關鍵。
三、焊(han)接方法(fa)的(de)選擇
膜(mo)盒(he)(he)儲(chu)箱的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)量特(te)別大(da)，一段一個膜(mo)盒(he)(he)儲(chu)箱的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)長度累計(ji)有150m之多。要(yao)(yao)(yao)求(qiu)焊(han)(han)(han)縫(feng)確保(bao)密(mi)封無泄漏，又要(yao)(yao)(yao)保(bao)證焊(han)(han)(han)縫(feng)成(cheng)形(xing)(xing)均勻無缺陷，還要(yao)(yao)(yao)求(qiu)焊(han)(han)(han)縫(feng)接(jie)頭(tou)(tou)(tou)的(de)(de)(de)尺寸滿(man)足設計(ji)圖樣的(de)(de)(de)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)。膜(mo)盒(he)(he)膜(mo)片的(de)(de)(de)帶(dai)寬窄(zhai)，與實(shi)際(ji)拉伸(shen)(shen)距離不成(cheng)比例(li)，在實(shi)際(ji)使用(yong)中工作(zuo)行程長，波節伸(shen)(shen)縮(suo)試驗范圍(wei)是設計(ji)尺寸的(de)(de)(de)25％～77％，每一次拉伸(shen)(shen)壓縮(suo)都會保(bao)留較(jiao)大(da)的(de)(de)(de)殘余變(bian)形(xing)(xing)，結(jie)構(gou)實(shi)際(ji)工作(zuo)是在比較(jiao)嚴重(zhong)的(de)(de)(de)塑性變(bian)形(xing)(xing)區(qu)內，連接(jie)焊(han)(han)(han)縫(feng)還會受到雙(shuang)向(xiang)的(de)(de)(de)應(ying)力(li)作(zuo)用(yong)。膜(mo)盒(he)(he)的(de)(de)(de)膜(mo)片的(de)(de)(de)材料很(hen)薄(bo)，根據結(jie)構(gou)型式焊(han)(han)(han)接(jie)只能采用(yong)自熔(rong)的(de)(de)(de)端接(jie)接(jie)頭(tou)(tou)(tou)型式，通常這種端接(jie)接(jie)頭(tou)(tou)(tou)承載能力(li)差(cha)，不可(ke)抵(di)御拉伸(shen)(shen)過程中膜(mo)片之間過大(da)的(de)(de)(de)角變(bian)形(xing)(xing)。因此(ci)對(dui)端接(jie)接(jie)頭(tou)(tou)(tou)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)提(ti)出嚴格的(de)(de)(de)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)，必(bi)須(xu)具有足夠(gou)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)寬度和(he)熔(rong)化厚度，才能保(bao)證有足夠(gou)的(de)(de)(de)強(qiang)度和(he)抵(di)御拉伸(shen)(shen)壓縮(suo)過程中的(de)(de)(de)交變(bian)、雙(shuang)向(xiang)應(ying)力(li)。
為了保(bao)證端接(jie)(jie)焊的質量(liang)，專門設計(ji)和制造了膜片焊接(jie)(jie)工裝夾具、膜片焊接(jie)(jie)專用精密焊接(jie)(jie)機(ji)床等(deng)相(xiang)關工裝夾具及焊接(jie)(jie)輔機(ji)。
由于(yu)膜盒儲箱壁薄、焊(han)(han)(han)縫很(hen)長(chang)且焊(han)(han)(han)縫很(hen)有規律（為圓周(zhou)焊(han)(han)(han)縫），應選用不加填(tian)充焊(han)(han)(han)絲的自動鎢極氬弧(hu)焊(han)(han)(han)或自動微束等離子(zi)弧(hu)焊(han)(han)(han)進行(xing)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)。曾經將選用的這兩種(zhong)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)方法所得的焊(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)縫試(shi)(shi)樣的力學性(xing)能測試(shi)(shi)、金(jin)相檢測和接(jie)(jie)(jie)頭尺(chi)寸測量均能達到設計(ji)要求。
自動微束等離(li)子弧焊(han)(han)與自動鎢極氬弧焊(han)(han)相比(bi)，它具(ju)有(you)下列優(you)點：
1. 微束等離子弧熱量(liang)集中、熱功率高、熔池小(xiao)(xiao)、焊接熱影(ying)響區小(xiao)(xiao)和焊接變(bian)形小(xiao)(xiao)。
2. 微束等離子(zi)弧(hu)焊(han)使用的電(dian)弧(hu)形態(tai)是聯合弧(hu)，即維弧(hu)和工作弧(hu)同(tong)時存(cun)在。在焊(han)接電(dian)流很小時（小于3A），微束等離子(zi)弧(hu)穩定(ding)性(xing)好，而氬弧(hu)焊(han)電(dian)弧(hu)有時會漂移，穩定(ding)性(xing)較差。
3. 小電流(liu)電弧挺度好，連續自(zi)動焊(han)接時，等離子弧長的變化對焊(han)接質(zhi)量影響不(bu)大；這一點(dian)與氬弧焊(han)不(bu)同，氬弧焊(han)弧長對焊(han)縫成形有著直接的影響。
4. 微束(shu)等離子弧(hu)具有良好的可控性和調節性，弧(hu)長的變(bian)化對焊縫成(cheng)形(xing)影(ying)響(xiang)(xiang)較小(xiao)。焊縫形(xing)狀能保持一(yi)致性，重復再現性好。這(zhe)一(yi)點(dian)與氬弧(hu)焊不同，氬弧(hu)焊弧(hu)長對焊縫成(cheng)形(xing)影(ying)響(xiang)(xiang)很大。
5. 微(wei)束(shu)等離子弧焊(han)焊(han)接參數比氬弧焊(han)多，除了焊(han)接電(dian)流(liu)、焊(han)接速度、保護(hu)(hu)氣體(ti)流(liu)量等，還有(you)壓(ya)(ya)縮氣體(ti)的流(liu)量、保護(hu)(hu)氣體(ti)的成(cheng)分、保護(hu)(hu)氣體(ti)流(liu)量與(yu)壓(ya)(ya)縮氣體(ti)流(liu)量之比等，這(zhe)些參數也(ye)直接影(ying)響焊(han)縫成(cheng)形及(ji)焊(han)接質量。
試驗過程中發現，采用自動鎢(wu)極氬弧(hu)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(li)子(zi)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。
利用脈沖微束等離子弧焊電弧能量的周期性脈沖變化(hua)來控制焊接熔池，改善(shan)焊縫(feng)成形(xing)，減少缺陷。其優點有：
1. 它(ta)可以精確地控制(zhi)膜片焊縫的熱輸入(ru)，克服因(yin)熔(rong)敷金屬表面張力不足(zu)難以支持熔(rong)池(chi)，而造成的焊縫下凹。
2. 可以調(diao)節(jie)熱輸(shu)入及(ji)膜片焊縫在高(gao)溫(wen)停留時間，減(jian)小(xiao)熱裂紋的(de)(de)傾向，同時也能提高(gao)膜盒貯(zhu)箱端接頭焊縫的(de)(de)耐蝕性。
3. 它對膜片裝(zhuang)配的(de)波動不(bu)敏感。能(neng)(neng)克(ke)服膜片裝(zhuang)配帶來的(de)問題(ti)，適應(ying)能(neng)(neng)力強。
4. 焊(han)縫(feng)表面(mian)成形美(mei)觀，克服以往焊(han)縫(feng)存在鋸齒(chi)波(bo)、谷處的點孔、焊(han)穿(chuan)、波(bo)浪紋等缺(que)陷。
5. 焊縫有很好(hao)的一致性，重(zhong)復(fu)再(zai)現性好(hao)，降(jiang)低了(le)操作難度(du)，獲得了(le)穩定(ding)的端(duan)接(jie)接(jie)頭焊縫質量，端(duan)接(jie)接(jie)頭焊縫的力學性能也得到(dao)了(le)提高。
脈(mo)沖(chong)微(wei)束(shu)等(deng)離子弧焊(han)(han)(han)的(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)參數主要(yao)有(you)(you)焊(han)(han)(han)接(jie)電流、峰值電流、基(ji)值電流、脈(mo)沖(chong)頻率(lv)、空占比、壓縮氣流量、保護氣流量、電弧長(chang)度、噴(pen)嘴直徑(jing)、噴(pen)嘴通道比和鎢極的(de)(de)內縮量等(deng)，它們對焊(han)(han)(han)縫的(de)(de)形狀和焊(han)(han)(han)接(jie)質量都有(you)(you)影響。焊(han)(han)(han)接(jie)參數的(de)(de)選擇(ze)是通過正交(jiao)優選試(shi)驗得到的(de)(de)，優選焊(han)(han)(han)的(de)(de)參數經過小批量工藝試(shi)驗再次(ci)確認(ren)，在這(zhe)個(ge)批量中(zhong)又隨機抽取樣件做焊(han)(han)(han)接(jie)工藝評定試(shi)驗來認(ren)定。
對焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)工藝評(ping)定(ding)(ding)試(shi)件和生產過(guo)程中旁證實(shi)例截(jie)面的端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)的內部進行高、低(di)倍金相檢查，端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)區未發現焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)缺陷；端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)尺寸、焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)寬度(du)和熔化厚度(du)等均符合要求，見表(biao)3-82。最后對評(ping)定(ding)(ding)試(shi)件端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)的性能進行檢測，見表(biao)3-83，完(wan)全滿足(zu)設計圖(tu)樣的技術要求。
采用脈沖微束等離子弧焊焊接工(gong)藝，有很高的焊接穩定性(xing)和(he)參(can)數(shu)的再現性(xing)，易操作(zuo)。產(chan)品通(tong)過設計(ji)要求的氣密(mi)試驗(yan)、伸縮試驗(yan)和(he)振動試驗(yan)，均滿(man)足圖樣的設計(ji)要求，現已批量(liang)生產(chan)。
