一、膜盒儲箱的技術(shu)要求(qiu)
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(he)儲(chu)箱制(zhi)造(zao)的難度
膜盒儲(chu)箱(xiang)整個(ge)制造工(gong)(gong)(gong)藝(yi)很精細(xi)且復雜，從鋼板表面(mian)平面(mian)度(du)到(dao)零件(jian)加工(gong)(gong)(gong)直至(zhi)焊接，各個(ge)工(gong)(gong)(gong)序技術的要求精度(du)都很高，難度(du)都非常大，可以說整個(ge)產(chan)品在(zai)研制過程(cheng)中，每道工(gong)(gong)(gong)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(xing)膜(mo)片經過沖(chong)壓成型和(he)裁(cai)切(qie)而成，同樣切(qie)邊要保持(chi)絕對(dui)垂(chui)直(zhi)(zhi)，端接(jie)頭焊接(jie)處兩片環之間(jian)的(de)尺(chi)寸(cun)不(bu)能有明顯(xian)的(de)偏差(cha)，不(bu)然直(zhi)(zhi)接(jie)導致(zhi)產生(sheng)焊接(jie)疵病直(zhi)(zhi)至(zhi)無法施焊。為(wei)此專門設計出膜(mo)盒膜(mo)片沖(chong)壓模具和(he)膜(mo)片裁(cai)切(qie)模具，確保了(le)膜(mo)片質量(liang)，為(wei)順利焊接(jie)打(da)下基礎。
由(you)于產品結構的(de)(de)特殊性，膜片之間是(shi)由(you)兩(liang)個(ge)相同的(de)(de)環1和環2組(zu)(zu)(zu)成(cheng)，用(yong)(yong)內(nei)焊(han)工裝固定，內(nei)圓(yuan)焊(han)接(jie)(jie)采用(yong)(yong)自(zi)熔(rong)的(de)(de)端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)型式，形(xing)(xing)成(cheng)的(de)(de)內(nei)圓(yuan)端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)組(zu)(zu)(zu)成(cheng)一(yi)個(ge)單組(zu)(zu)(zu)件(jian)(jian)示(shi)(shi)意圖(tu)如圖(tu)3-88所示(shi)(shi)。兩(liang)個(ge)單組(zu)(zu)(zu)件(jian)(jian)連(lian)(lian)接(jie)(jie)在一(yi)起用(yong)(yong)外(wai)焊(han)工裝固定進(jin)行外(wai)圓(yuan)焊(han)接(jie)(jie)，仍采用(yong)(yong)自(zi)熔(rong)的(de)(de)端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)型式，形(xing)(xing)成(cheng)的(de)(de)外(wai)圓(yuan)端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)組(zu)(zu)(zu)成(cheng)一(yi)個(ge)波接(jie)(jie)，若干個(ge)波接(jie)(jie)連(lian)(lian)接(jie)(jie)形(xing)(xing)成(cheng)一(yi)個(ge)組(zu)(zu)(zu)件(jian)(jian)。將(jiang)組(zu)(zu)(zu)件(jian)(jian)和連(lian)(lian)接(jie)(jie)環外(wai)端(duan)(duan)(duan)焊(han)接(jie)(jie)成(cheng)一(yi)個(ge)部件(jian)(jian)，即焊(han)接(jie)(jie)完(wan)成(cheng)膜盒儲箱(xiang)其中一(yi)段(duan)，膜盒儲箱(xiang)是(shi)由(you)若干段(duan)組(zu)(zu)(zu)成(cheng)。從圖(tu)中可以看出焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)為端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)焊(han)縫(feng)(feng)，無(wu)法(fa)實施對接(jie)(jie)焊(han)縫(feng)(feng)。這種端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)焊(han)縫(feng)(feng)按理為聯系焊(han)縫(feng)(feng)，不(bu)能承受較大(da)的(de)(de)載(zai)荷，但圖(tu)樣技術還要求端(duan)(duan)(duan)接(jie)(jie)焊(han)縫(feng)(feng)抗拉(la)強度不(bu)低于母材的(de)(de)85％，給焊(han)接(jie)(jie)工作帶來極大(da)的(de)(de)困難，它成(cheng)為制造該(gai)產品中關(guan)鍵(jian)中的(de)(de)關(guan)鍵(jian)。
三、焊接方(fang)法(fa)的選擇
膜(mo)(mo)盒(he)(he)儲(chu)箱的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)接(jie)量(liang)特別大，一(yi)段一(yi)個膜(mo)(mo)盒(he)(he)儲(chu)箱的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)長度(du)(du)累計有(you)150m之多。要求焊(han)(han)縫(feng)(feng)確保(bao)密(mi)封無泄(xie)漏，又要保(bao)證(zheng)(zheng)焊(han)(han)縫(feng)(feng)成形均勻無缺陷，還要求焊(han)(han)縫(feng)(feng)接(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)尺(chi)寸滿足設(she)計圖樣的(de)(de)(de)(de)要求。膜(mo)(mo)盒(he)(he)膜(mo)(mo)片的(de)(de)(de)(de)帶(dai)寬(kuan)窄，與(yu)實(shi)(shi)際(ji)拉伸距(ju)離不成比例(li)，在實(shi)(shi)際(ji)使用中工作(zuo)行程(cheng)長，波節伸縮試(shi)驗范圍是(shi)設(she)計尺(chi)寸的(de)(de)(de)(de)25％～77％，每一(yi)次拉伸壓縮都會保(bao)留較(jiao)大的(de)(de)(de)(de)殘(can)余變形，結構(gou)實(shi)(shi)際(ji)工作(zuo)是(shi)在比較(jiao)嚴重(zhong)的(de)(de)(de)(de)塑性變形區內，連接(jie)焊(han)(han)縫(feng)(feng)還會受到雙(shuang)向(xiang)的(de)(de)(de)(de)應力(li)作(zuo)用。膜(mo)(mo)盒(he)(he)的(de)(de)(de)(de)膜(mo)(mo)片的(de)(de)(de)(de)材料很薄，根據結構(gou)型式(shi)焊(han)(han)接(jie)只能(neng)采(cai)用自熔的(de)(de)(de)(de)端接(jie)接(jie)頭(tou)型式(shi)，通常(chang)這種端接(jie)接(jie)頭(tou)承載(zai)能(neng)力(li)差，不可抵(di)御拉伸過(guo)(guo)程(cheng)中膜(mo)(mo)片之間過(guo)(guo)大的(de)(de)(de)(de)角變形。因此對端接(jie)接(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)提出(chu)嚴格的(de)(de)(de)(de)要求，必須具有(you)足夠(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)寬(kuan)度(du)(du)和熔化厚度(du)(du)，才能(neng)保(bao)證(zheng)(zheng)有(you)足夠(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)強度(du)(du)和抵(di)御拉伸壓縮過(guo)(guo)程(cheng)中的(de)(de)(de)(de)交變、雙(shuang)向(xiang)應力(li)。
為了保證端(duan)接(jie)(jie)焊(han)(han)的(de)質量，專門設計和制造了膜(mo)(mo)片焊(han)(han)接(jie)(jie)工(gong)裝夾(jia)具、膜(mo)(mo)片焊(han)(han)接(jie)(jie)專用(yong)精密焊(han)(han)接(jie)(jie)機(ji)床等相(xiang)關工(gong)裝夾(jia)具及焊(han)(han)接(jie)(jie)輔機(ji)。
由于膜盒儲箱壁薄、焊(han)(han)(han)縫(feng)很長且焊(han)(han)(han)縫(feng)很有規律(lv)（為(wei)圓周焊(han)(han)(han)縫(feng)），應選用(yong)不加填充焊(han)(han)(han)絲的自動鎢(wu)極氬弧(hu)(hu)焊(han)(han)(han)或自動微束等離(li)子(zi)弧(hu)(hu)焊(han)(han)(han)進行焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)。曾(ceng)經(jing)將選用(yong)的這兩種焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)方法(fa)所得(de)的焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭經(jing)外觀(guan)檢測、端接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭焊(han)(han)(han)縫(feng)試樣(yang)的力學性能測試、金相檢測和接(jie)(jie)(jie)頭尺寸(cun)測量均能達到設(she)計(ji)要求。
自動微束等離(li)子弧(hu)焊與自動鎢(wu)極氬弧(hu)焊相比，它具有下列優點：
1. 微(wei)束等離子弧熱量(liang)集中、熱功率高(gao)、熔池(chi)小(xiao)、焊(han)接熱影響區小(xiao)和焊(han)接變形小(xiao)。
2. 微束等(deng)(deng)離(li)子(zi)弧(hu)(hu)(hu)焊(han)使用的電(dian)(dian)弧(hu)(hu)(hu)形(xing)態是聯合(he)弧(hu)(hu)(hu)，即維弧(hu)(hu)(hu)和工(gong)作弧(hu)(hu)(hu)同時存(cun)在。在焊(han)接電(dian)(dian)流很小時（小于(yu)3A），微束等(deng)(deng)離(li)子(zi)弧(hu)(hu)(hu)穩定(ding)性好，而氬弧(hu)(hu)(hu)焊(han)電(dian)(dian)弧(hu)(hu)(hu)有時會漂移，穩定(ding)性較差。
3. 小電(dian)流(liu)電(dian)弧(hu)(hu)挺(ting)度好，連續自動焊(han)接(jie)(jie)時，等離子(zi)弧(hu)(hu)長的變(bian)化(hua)對(dui)焊(han)接(jie)(jie)質量影響(xiang)不大；這一點與氬(ya)(ya)弧(hu)(hu)焊(han)不同，氬(ya)(ya)弧(hu)(hu)焊(han)弧(hu)(hu)長對(dui)焊(han)縫(feng)成(cheng)形有(you)著(zhu)直接(jie)(jie)的影響(xiang)。
4. 微束等離子弧(hu)具有(you)良好(hao)的可控(kong)性(xing)和調節性(xing)，弧(hu)長的變(bian)化對焊(han)縫(feng)成形(xing)影(ying)響較(jiao)小。焊(han)縫(feng)形(xing)狀(zhuang)能保持一(yi)致性(xing)，重復再(zai)現性(xing)好(hao)。這一(yi)點(dian)與氬弧(hu)焊(han)不同，氬弧(hu)焊(han)弧(hu)長對焊(han)縫(feng)成形(xing)影(ying)響很(hen)大。
5. 微束等離(li)子(zi)弧(hu)焊(han)焊(han)接參數(shu)比氬(ya)弧(hu)焊(han)多，除了焊(han)接電流、焊(han)接速(su)度(du)、保(bao)護氣(qi)體(ti)(ti)流量(liang)等，還有壓縮氣(qi)體(ti)(ti)的流量(liang)、保(bao)護氣(qi)體(ti)(ti)的成分、保(bao)護氣(qi)體(ti)(ti)流量(liang)與壓縮氣(qi)體(ti)(ti)流量(liang)之比等，這些參數(shu)也直(zhi)接影響(xiang)焊(han)縫成形(xing)及焊(han)接質量(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(li)用脈沖微(wei)束(shu)等離子(zi)弧焊(han)電弧能(neng)量的周期性脈沖變化(hua)來控制(zhi)焊(han)接熔(rong)池，改善焊(han)縫成形，減少缺陷(xian)。其優(you)點有：
1. 它可以精確地控制膜片焊縫的熱輸(shu)入，克服因熔敷金屬(shu)表面張力不足(zu)難以支持熔池，而造成的焊縫下(xia)凹。
2. 可以調(diao)節熱輸入及膜(mo)片焊(han)(han)縫(feng)在(zai)高溫停留時間，減小熱裂(lie)紋的傾向，同時也(ye)能(neng)提高膜(mo)盒貯箱端接頭焊(han)(han)縫(feng)的耐蝕(shi)性。
3. 它對(dui)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(han)(han)縫(feng)表面成形美觀(guan)，克服以(yi)往焊(han)(han)縫(feng)存在鋸齒(chi)波、谷處的(de)點孔、焊(han)(han)穿、波浪紋等缺(que)陷(xian)。
5. 焊縫有很好(hao)(hao)的一(yi)致(zhi)性(xing)，重復(fu)再現性(xing)好(hao)(hao)，降低了(le)操作難度，獲得(de)了(le)穩(wen)定(ding)的端接接頭(tou)焊縫質(zhi)量，端接接頭(tou)焊縫的力學(xue)性(xing)能也得(de)到了(le)提高(gao)。
脈沖微(wei)束等(deng)離子弧焊(han)的(de)焊(han)接(jie)參(can)數(shu)主要有焊(han)接(jie)電(dian)(dian)流(liu)(liu)、峰值電(dian)(dian)流(liu)(liu)、基(ji)值電(dian)(dian)流(liu)(liu)、脈沖頻率、空占比、壓縮氣流(liu)(liu)量、保護(hu)氣流(liu)(liu)量、電(dian)(dian)弧長度(du)、噴(pen)嘴(zui)直(zhi)徑、噴(pen)嘴(zui)通道比和(he)鎢極的(de)內(nei)縮量等(deng)，它(ta)們對焊(han)縫的(de)形(xing)狀和(he)焊(han)接(jie)質量都有影響。焊(han)接(jie)參(can)數(shu)的(de)選(xuan)擇是通過正交(jiao)優選(xuan)試(shi)驗得到(dao)的(de)，優選(xuan)焊(han)的(de)參(can)數(shu)經過小批(pi)量工藝試(shi)驗再次確認，在這個批(pi)量中又隨機抽(chou)取樣件(jian)做焊(han)接(jie)工藝評定試(shi)驗來認定。
對焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)工藝評定試件和(he)生產過程中旁證實例截面的(de)(de)端接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭焊(han)(han)縫(feng)(feng)的(de)(de)內(nei)部進行(xing)高、低倍金(jin)相檢(jian)查，端接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)區未(wei)發現(xian)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)缺陷；端接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)尺寸、焊(han)(han)縫(feng)(feng)寬度(du)(du)和(he)熔化厚度(du)(du)等(deng)均符合要(yao)求，見表3-82。最后(hou)對評定試件端接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭焊(han)(han)縫(feng)(feng)的(de)(de)性能(neng)進行(xing)檢(jian)測(ce)，見表3-83，完(wan)全(quan)滿足設(she)計圖樣的(de)(de)技術要(yao)求。
采用脈沖(chong)微束等(deng)離子弧焊焊接(jie)(jie)工藝，有很高的焊接(jie)(jie)穩定性(xing)和參數(shu)的再現(xian)性(xing)，易操作。產(chan)品通過設計(ji)要求的氣密試(shi)驗、伸(shen)縮試(shi)驗和振動試(shi)驗，均滿足圖樣的設計(ji)要求，現(xian)已批量生產(chan)。
