一、膜盒儲箱的技術要求
膜盒儲箱的材料為304不銹鋼(gang)（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)造的難度
膜盒儲箱整(zheng)個(ge)制(zhi)造工藝(yi)很精細(xi)且復雜(za)，從(cong)鋼板表面(mian)(mian)平面(mian)(mian)度到零件加(jia)工直至(zhi)焊接(jie)，各(ge)個(ge)工序技術的(de)要求(qiu)精度都很高，難度都非常大，可以說(shuo)整(zheng)個(ge)產品在(zai)研制(zhi)過程(cheng)中，每道(dao)工序都是關鍵。
對不銹(xiu)鋼(gang)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)經(jing)過沖壓成型和(he)裁(cai)切(qie)(qie)而(er)成，同樣(yang)切(qie)(qie)邊要保持(chi)絕對垂直，端接頭焊(han)接處兩片(pian)環之間的尺(chi)寸不(bu)能有明顯的偏差(cha)，不(bu)然直接導(dao)致產生(sheng)焊(han)接疵病(bing)直至無法(fa)施焊(han)。為(wei)此(ci)專門(men)設計(ji)出膜(mo)盒膜(mo)片(pian)沖壓模具(ju)和(he)膜(mo)片(pian)裁(cai)切(qie)(qie)模具(ju)，確(que)保了膜(mo)片(pian)質量，為(wei)順利焊(han)接打(da)下基礎。
由(you)于(yu)(yu)產品結(jie)構(gou)的(de)(de)特殊性，膜(mo)片之間(jian)是(shi)由(you)兩個(ge)(ge)(ge)相(xiang)同的(de)(de)環(huan)(huan)1和環(huan)(huan)2組(zu)成(cheng)(cheng)，用(yong)(yong)內(nei)焊(han)(han)工(gong)裝(zhuang)固定，內(nei)圓焊(han)(han)接(jie)(jie)采用(yong)(yong)自(zi)熔的(de)(de)端(duan)(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)型式，形(xing)成(cheng)(cheng)的(de)(de)內(nei)圓端(duan)(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)組(zu)成(cheng)(cheng)一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)單(dan)組(zu)件(jian)示意(yi)圖(tu)如(ru)圖(tu)3-88所示。兩個(ge)(ge)(ge)單(dan)組(zu)件(jian)連(lian)(lian)(lian)接(jie)(jie)在(zai)一(yi)(yi)起用(yong)(yong)外(wai)(wai)焊(han)(han)工(gong)裝(zhuang)固定進行(xing)外(wai)(wai)圓焊(han)(han)接(jie)(jie)，仍采用(yong)(yong)自(zi)熔的(de)(de)端(duan)(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)型式，形(xing)成(cheng)(cheng)的(de)(de)外(wai)(wai)圓端(duan)(duan)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)組(zu)成(cheng)(cheng)一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)波接(jie)(jie)，若干(gan)個(ge)(ge)(ge)波接(jie)(jie)連(lian)(lian)(lian)接(jie)(jie)形(xing)成(cheng)(cheng)一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)組(zu)件(jian)。將組(zu)件(jian)和連(lian)(lian)(lian)接(jie)(jie)環(huan)(huan)外(wai)(wai)端(duan)(duan)焊(han)(han)接(jie)(jie)成(cheng)(cheng)一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)部件(jian)，即(ji)焊(han)(han)接(jie)(jie)完(wan)成(cheng)(cheng)膜(mo)盒儲箱其中一(yi)(yi)段，膜(mo)盒儲箱是(shi)由(you)若干(gan)段組(zu)成(cheng)(cheng)。從圖(tu)中可(ke)以(yi)看出焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)為(wei)端(duan)(duan)接(jie)(jie)焊(han)(han)縫(feng)(feng)，無法實(shi)施對接(jie)(jie)焊(han)(han)縫(feng)(feng)。這種(zhong)端(duan)(duan)接(jie)(jie)焊(han)(han)縫(feng)(feng)按理為(wei)聯系焊(han)(han)縫(feng)(feng)，不(bu)能承受較大(da)的(de)(de)載荷，但圖(tu)樣技術還(huan)要求(qiu)端(duan)(duan)接(jie)(jie)焊(han)(han)縫(feng)(feng)抗拉強度不(bu)低于(yu)(yu)母(mu)材的(de)(de)85％，給(gei)焊(han)(han)接(jie)(jie)工(gong)作帶來極大(da)的(de)(de)困難(nan)，它成(cheng)(cheng)為(wei)制(zhi)造該產品中關(guan)鍵(jian)中的(de)(de)關(guan)鍵(jian)。
三、焊接(jie)方(fang)法的選擇(ze)
膜(mo)盒(he)儲箱(xiang)的(de)(de)(de)(de)焊接(jie)(jie)量特(te)別(bie)大，一段一個膜(mo)盒(he)儲箱(xiang)的(de)(de)(de)(de)焊縫(feng)(feng)長度(du)累計(ji)(ji)有(you)(you)150m之(zhi)多(duo)。要求(qiu)焊縫(feng)(feng)確保(bao)密封(feng)無泄(xie)漏，又要保(bao)證(zheng)焊縫(feng)(feng)成形均勻無缺陷，還要求(qiu)焊縫(feng)(feng)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)的(de)(de)(de)(de)尺(chi)寸滿足設(she)計(ji)(ji)圖樣的(de)(de)(de)(de)要求(qiu)。膜(mo)盒(he)膜(mo)片的(de)(de)(de)(de)帶寬(kuan)窄，與實際(ji)拉伸(shen)(shen)距離不成比例(li)，在實際(ji)使用(yong)中工(gong)作行程(cheng)(cheng)長，波節伸(shen)(shen)縮試驗范圍是設(she)計(ji)(ji)尺(chi)寸的(de)(de)(de)(de)25％～77％，每一次拉伸(shen)(shen)壓縮都會(hui)保(bao)留較(jiao)大的(de)(de)(de)(de)殘(can)余(yu)變(bian)(bian)形，結構(gou)實際(ji)工(gong)作是在比較(jiao)嚴重的(de)(de)(de)(de)塑性(xing)變(bian)(bian)形區內，連接(jie)(jie)焊縫(feng)(feng)還會(hui)受到雙向(xiang)的(de)(de)(de)(de)應力作用(yong)。膜(mo)盒(he)的(de)(de)(de)(de)膜(mo)片的(de)(de)(de)(de)材料很薄，根(gen)據結構(gou)型式(shi)焊接(jie)(jie)只能采用(yong)自(zi)熔的(de)(de)(de)(de)端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)型式(shi)，通常這種端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)承載能力差，不可抵御拉伸(shen)(shen)過程(cheng)(cheng)中膜(mo)片之(zhi)間過大的(de)(de)(de)(de)角變(bian)(bian)形。因此對端接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)的(de)(de)(de)(de)焊縫(feng)(feng)提(ti)出嚴格(ge)的(de)(de)(de)(de)要求(qiu)，必須具有(you)(you)足夠的(de)(de)(de)(de)焊縫(feng)(feng)寬(kuan)度(du)和熔化厚度(du)，才能保(bao)證(zheng)有(you)(you)足夠的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)和抵御拉伸(shen)(shen)壓縮過程(cheng)(cheng)中的(de)(de)(de)(de)交變(bian)(bian)、雙向(xiang)應力。
為了保證端接(jie)焊的質量(liang)，專(zhuan)門設計和(he)制造了膜片(pian)焊接(jie)工裝夾具、膜片(pian)焊接(jie)專(zhuan)用精密焊接(jie)機床等相關(guan)工裝夾具及焊接(jie)輔機。
由于膜盒儲(chu)箱壁薄(bo)、焊縫很長且焊縫很有規律（為圓周焊縫），應選用不加填充焊絲的自(zi)(zi)動鎢極氬弧焊或自(zi)(zi)動微(wei)束等離子弧焊進行焊接(jie)。曾經將(jiang)選用的這(zhe)兩種焊接(jie)方法(fa)所得(de)的焊接(jie)接(jie)頭(tou)經外觀檢測(ce)(ce)、端接(jie)接(jie)頭(tou)焊縫試樣的力(li)學性能(neng)測(ce)(ce)試、金相檢測(ce)(ce)和接(jie)頭(tou)尺寸測(ce)(ce)量均能(neng)達到設計要求。
自(zi)(zi)動微束等離子弧(hu)焊(han)與自(zi)(zi)動鎢(wu)極(ji)氬弧(hu)焊(han)相比，它具有下列優點：
1. 微(wei)束等(deng)離子弧熱(re)(re)量集中(zhong)、熱(re)(re)功率(lv)高、熔池小、焊接熱(re)(re)影(ying)響(xiang)區小和焊接變(bian)形小。
2. 微(wei)束(shu)(shu)等離(li)子弧(hu)(hu)(hu)焊(han)(han)使用的電(dian)弧(hu)(hu)(hu)形態是聯合弧(hu)(hu)(hu)，即維弧(hu)(hu)(hu)和工(gong)作弧(hu)(hu)(hu)同時(shi)(shi)存在(zai)。在(zai)焊(han)(han)接電(dian)流很小(xiao)時(shi)(shi)（小(xiao)于(yu)3A），微(wei)束(shu)(shu)等離(li)子弧(hu)(hu)(hu)穩(wen)定性(xing)好，而氬弧(hu)(hu)(hu)焊(han)(han)電(dian)弧(hu)(hu)(hu)有時(shi)(shi)會漂移，穩(wen)定性(xing)較差。
3. 小電流電弧(hu)挺(ting)度好(hao)，連續自動(dong)焊接時，等(deng)離子(zi)弧(hu)長的(de)變(bian)化(hua)對焊接質量影(ying)響(xiang)不大；這(zhe)一(yi)點與氬(ya)弧(hu)焊不同，氬(ya)弧(hu)焊弧(hu)長對焊縫成形有著直(zhi)接的(de)影(ying)響(xiang)。
4. 微(wei)束等離子(zi)弧(hu)(hu)具有良(liang)好的可(ke)控(kong)性(xing)和調節性(xing)，弧(hu)(hu)長的變(bian)化對焊(han)(han)縫(feng)成(cheng)形(xing)影響(xiang)較小。焊(han)(han)縫(feng)形(xing)狀能保持一致(zhi)性(xing)，重復再現(xian)性(xing)好。這一點與氬(ya)(ya)弧(hu)(hu)焊(han)(han)不(bu)同，氬(ya)(ya)弧(hu)(hu)焊(han)(han)弧(hu)(hu)長對焊(han)(han)縫(feng)成(cheng)形(xing)影響(xiang)很大。
5. 微束等(deng)離子弧焊焊接(jie)(jie)參數比氬弧焊多，除了(le)焊接(jie)(jie)電流(liu)、焊接(jie)(jie)速度、保(bao)(bao)護氣體(ti)流(liu)量(liang)等(deng)，還有壓縮氣體(ti)的流(liu)量(liang)、保(bao)(bao)護氣體(ti)的成分、保(bao)(bao)護氣體(ti)流(liu)量(liang)與壓縮氣體(ti)流(liu)量(liang)之比等(deng)，這些參數也直接(jie)(jie)影(ying)響(xiang)焊縫成形及(ji)焊接(jie)(jie)質量(liang)。
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(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。
利用脈沖(chong)微束等離(li)子弧焊(han)(han)(han)電(dian)弧能(neng)量的(de)周期(qi)性脈沖(chong)變(bian)化來控制(zhi)焊(han)(han)(han)接熔池(chi)，改(gai)善焊(han)(han)(han)縫成形，減少缺(que)陷。其優點有：
1. 它可(ke)以精確地控制(zhi)膜片焊縫(feng)的熱輸入，克服因熔敷(fu)金屬表面張(zhang)力(li)不足(zu)難以支持熔池，而(er)造成(cheng)的焊縫(feng)下凹。
2. 可以調節熱輸入及(ji)膜片焊縫(feng)在高(gao)(gao)溫(wen)停留(liu)時(shi)間，減(jian)小熱裂(lie)紋的(de)傾(qing)向(xiang)，同時(shi)也能提高(gao)(gao)膜盒貯箱端接頭焊縫(feng)的(de)耐蝕性。
3. 它對(dui)膜片裝(zhuang)(zhuang)配的波動(dong)不(bu)敏感。能(neng)克(ke)服膜片裝(zhuang)(zhuang)配帶來(lai)的問題，適應能(neng)力強。
4. 焊縫表面成(cheng)形美(mei)觀，克服以往焊縫存(cun)在鋸(ju)齒波、谷處的點(dian)孔、焊穿、波浪(lang)紋等(deng)缺陷。
5. 焊縫(feng)(feng)有很好(hao)的一致性(xing)(xing)，重(zhong)復再現性(xing)(xing)好(hao)，降(jiang)低了操作難度，獲得了穩定的端(duan)接(jie)接(jie)頭焊縫(feng)(feng)質量(liang)，端(duan)接(jie)接(jie)頭焊縫(feng)(feng)的力學(xue)性(xing)(xing)能也得到了提高。
脈(mo)沖微束等離(li)子弧焊(han)(han)(han)的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)參數主要(yao)有焊(han)(han)(han)接(jie)電(dian)流(liu)、峰值(zhi)電(dian)流(liu)、基(ji)值(zhi)電(dian)流(liu)、脈(mo)沖頻率、空占比、壓縮氣(qi)流(liu)量(liang)(liang)(liang)、保護氣(qi)流(liu)量(liang)(liang)(liang)、電(dian)弧長度、噴(pen)(pen)嘴直徑、噴(pen)(pen)嘴通道比和(he)(he)鎢(wu)極的(de)內(nei)縮量(liang)(liang)(liang)等，它們對(dui)焊(han)(han)(han)縫的(de)形狀和(he)(he)焊(han)(han)(han)接(jie)質量(liang)(liang)(liang)都有影響。焊(han)(han)(han)接(jie)參數的(de)選(xuan)擇是通過正交優選(xuan)試驗得(de)到的(de)，優選(xuan)焊(han)(han)(han)的(de)參數經過小批量(liang)(liang)(liang)工藝試驗再(zai)次確認(ren)，在這個批量(liang)(liang)(liang)中又隨(sui)機抽取樣件(jian)做焊(han)(han)(han)接(jie)工藝評定(ding)試驗來認(ren)定(ding)。
對焊(han)接(jie)工(gong)藝(yi)評定試件和(he)生產過程中旁(pang)證實例截面的(de)(de)端(duan)接(jie)接(jie)頭焊(han)縫(feng)(feng)的(de)(de)內部進行(xing)高、低(di)倍金相檢查，端(duan)接(jie)接(jie)頭的(de)(de)焊(han)縫(feng)(feng)區未發現焊(han)接(jie)缺陷；端(duan)接(jie)接(jie)頭的(de)(de)焊(han)縫(feng)(feng)尺寸、焊(han)縫(feng)(feng)寬度和(he)熔(rong)化厚度等均符合要求，見表3-82。最后對評定試件端(duan)接(jie)接(jie)頭焊(han)縫(feng)(feng)的(de)(de)性(xing)能進行(xing)檢測，見表3-83，完全滿足設計圖(tu)樣的(de)(de)技術(shu)要求。
采用脈沖微束等離子(zi)弧焊焊接(jie)工藝，有很(hen)高的焊接(jie)穩定性和參數的再現性，易操作。產品通過設計要求的氣密試驗(yan)(yan)、伸(shen)縮試驗(yan)(yan)和振動試驗(yan)(yan)，均滿足圖樣的設計要求，現已批量生產。
