一、膜盒儲箱的技術(shu)要(yao)求
膜盒儲箱的材(cai)料為304不鏽鋼（相當於我國不鏽鋼牌(pai)號06Cr19Ni10），其化(hua)學成分及(ji)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(ge)以上完全(quan)相同(tong)的環形(xing)膜片焊接而成。按設計圖樣(yang)要(yao)求產品要(yao)求抗(kang)拉強度不低於母(mu)材(cai)85％還要(yao)進行氣密性檢測、伸縮性試驗和振動性考核。
二、膜盒儲箱製造的難度
膜盒儲箱整個(ge)製造工藝很(hen)精細且複雜(za)，從鋼板表麵平麵度到零件加工直至(zhi)焊接，各(ge)個(ge)工序技術(shu)的要(yao)求精度都很(hen)高，難度都非常(chang)大，可(ke)以說(shuo)整個(ge)產品在研(yan)製過程(cheng)中，每道工序都是關鍵。
對不鏽鋼板表麵質量要(yao)求極高，不允許有任(ren)何汙點，要(yao)求平直如(ru)鏡(jing)，不允許存在一點凹凸度。在下(xia)料後切(qie)邊(bian)要(yao)垂直，不允許有毛刺、倒角、鈍角和銳角。
環形(xing)膜片經過衝壓成型和裁(cai)切(qie)而成，同(tong)樣(yang)切(qie)邊(bian)要(yao)保持絕對垂直，端接頭焊接處兩片環之間的尺寸不能有明顯的偏(pian)差，不然直接導致產生焊接疵病(bing)直至(zhi)無(wu)法施焊。為此專(zhuan)門設計出(chu)膜盒膜片衝壓模具和膜片裁(cai)切(qie)模具，確保了膜片質量，為順利(li)焊接打下(xia)基礎。
由於產品結構(gou)的特(te)殊性，膜片之間是由兩個(ge)相同(tong)的環1和環2組成，用內焊工裝固定，內圓焊接采用自熔的端接接頭型式，形(xing)成的內圓端接接頭組成一個(ge)單組件示意圖如(ru)圖3-88所示。兩個(ge)單組件連接在一起用外焊工裝固定進行外圓焊接，仍采用自熔的端接接頭型式，形(xing)成的外圓端接接頭組成一個(ge)波接，若(ruo)幹個(ge)波接連接形(xing)成一個(ge)組件。將(jiang)組件和連接環外端焊接成一個(ge)部件，即焊接完成膜盒儲箱其中一段，膜盒儲箱是由若(ruo)幹段組成。從圖中可(ke)以看出(chu)焊接接頭為端接焊縫，無(wu)法實施對接焊縫。這種(zhong)端接焊縫按理為聯係焊縫，不能承受較大的載荷，但圖樣(yang)技術(shu)還要(yao)求端接焊縫抗(kang)拉強度不低於母(mu)材(cai)的85％，給焊接工作帶來(lai)極大的困難，它成為製造該產品中關鍵中的關鍵。
三、焊接方法的選擇
膜盒儲箱的焊接量特(te)別大，一段一個(ge)膜盒儲箱的焊縫長度累計有150m之多。要(yao)求焊縫確保密封無(wu)泄漏，又(you)要(yao)保證焊縫成形(xing)均勻(yun)無(wu)缺陷，還要(yao)求焊縫接頭的尺寸滿足設計圖樣(yang)的要(yao)求。膜盒膜片的帶寬窄，與(yu)實際拉伸距離不成比例(li)，在實際使(shi)用中工作行程(cheng)長，波節(jie)伸縮試驗範(fan)圍(wei)是設計尺寸的25％～77％，每一次(ci)拉伸壓縮都會(hui)保留(liu)較大的殘(can)餘變(bian)形(xing)，結構(gou)實際工作是在比較嚴重的塑(su)性變(bian)形(xing)區內，連接焊縫還會(hui)受到雙向的應力作用。膜盒的膜片的材(cai)料很(hen)薄(bo)，根據結構(gou)型式焊接隻能采用自熔的端接接頭型式，通常(chang)這種(zhong)端接接頭承載能力差，不可(ke)抵(di)禦拉伸過程(cheng)中膜片之間過大的角變(bian)形(xing)。因(yin)此對端接接頭的焊縫提出(chu)嚴格的要(yao)求，必須(xu)具有足夠(gou)的焊縫寬度和熔化(hua)厚度，才(cai)能保證有足夠(gou)的強度和抵(di)禦拉伸壓縮過程(cheng)中的交變(bian)、雙向應力。
為了保證端接焊的質量，專(zhuan)門設計和製造了膜片焊接工裝夾(jia)具、膜片焊接專(zhuan)用精密焊接機床等相關工裝夾(jia)具及(ji)焊接輔機。
由於膜盒儲箱壁(bi)薄(bo)、焊縫很(hen)長且焊縫很(hen)有規律（為圓周焊縫），應選用不加填(tian)充焊絲的自動鎢極氬弧焊或自動微束等離子弧焊進行焊接。曾經將(jiang)選用的這兩種(zhong)焊接方法所得(de)的焊接接頭經外觀檢測、端接接頭焊縫試樣(yang)的力學性能測試、金相檢測和接頭尺寸測量均能達(da)到設計要(yao)求。
自動微束等離子弧焊與(yu)自動鎢極氬弧焊相比，它具有下(xia)列(lie)優點：
1. 微束等離子弧熱量集中、熱功率高、熔池小、焊接熱影響區小和焊接變(bian)形(xing)小。
2. 微束等離子弧焊使(shi)用的電弧形(xing)態是聯合弧，即維弧和工作弧同(tong)時存在。在焊接電流很(hen)小時（小於3A），微束等離子弧穩定性好，而氬弧焊電弧有時會(hui)漂(piao)移，穩定性較差。
3. 小電流電弧挺度好，連續自動焊接時，等離子弧長的變(bian)化(hua)對焊接質量影響不大；這一點與(yu)氬弧焊不同(tong)，氬弧焊弧長對焊縫成形(xing)有著(zhou)直接的影響。
4. 微束等離子弧具有良好的可(ke)控性和調節(jie)性，弧長的變(bian)化(hua)對焊縫成形(xing)影響較小。焊縫形(xing)狀能保持一致性，重複再(zai)現(xian)性好。這一點與(yu)氬弧焊不同(tong)，氬弧焊弧長對焊縫成形(xing)影響很(hen)大。
5. 微束等離子弧焊焊接參(can)數比氬弧焊多，除了焊接電流、焊接速度、保護氣體流量等，還有壓縮氣體的流量、保護氣體的成分、保護氣體流量與(yu)壓縮氣體流量之比等，這些參(can)數也直接影響焊縫成形(xing)及(ji)焊接質量。
試驗過程(cheng)中發現(xian)，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(zui)為突出(chu)的缺陷是鋸齒(chi)形(xing)焊縫（即焊縫不平整，呈凹凸狀），它導致焊縫寬度和熔化(hua)厚度的不穩定，不僅(jin)焊縫強度不能在整個(ge)焊縫上保持一致，在工作狀態時所承受的應力不相同(tong)，有可(ke)能導致焊趾處形(xing)成裂紋(wen)。
通過對比試驗，選用微束等離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，由於對研(yan)製的膜盒儲箱結構(gou)特(te)性和微束等離子弧焊的特(te)性認知不夠(gou)，片麵強調焊縫成形(xing)均勻(yun)、光潔、平整，采用小電流快(kuai)速度焊接。結果導致焊接參(can)數的選擇範(fan)圍(wei)窄，操作難度大。焊縫沒有足夠(gou)熔寬和熔化(hua)厚度，端接接頭的焊縫強度低。最(zui)初評(ping)定試驗的端接頭的焊縫強度測定為：350MPa、375MPa、445MPa，均為撕(si)扯性斷裂，斷裂部位在焊縫區，不符(fu)合設計圖樣(yang)提出(chu)的要(yao)求。經過充分討論認為，要(yao)保證膜盒儲箱在伸縮動態且在負載條(tiao)件下(xia)工作的接頭強度和膜盒儲箱在工作狀態能承受較大交變(bian)角變(bian)形(xing)及(ji)伸縮行程(cheng)後焊縫仍保持可(ke)靠(kao)的密封性，端接接頭焊縫必須(xu)有足夠(gou)的焊縫寬度和熔化(hua)厚度。以往片麵強調焊縫成形(xing)均勻(yun)、光潔、平整不能滿足膜盒儲箱結構(gou)的特(te)殊性要(yao)求。為此，改(gai)變(bian)了原焊接試驗規範(fan)，在適當減小離子弧電流的基礎上，大幅度增(zeng)加了焊接單位長度的熱輸入。經過大量重複性試驗，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(yang)提出(chu)的要(yao)求。破(po)斷位置均在母(mu)材(cai)上（焊趾處），不再(zai)有焊縫區斷開的情況。但是單純(chun)地降低焊接速度、提高單位長度熱輸入，又(you)會(hui)造成焊縫成形(xing)不良，產生鋸齒(chi)波焊縫，嚴重時其底穀處發生點孔，甚(shen)至(zhi)會(hui)造成焊穿，操作過程(cheng)中極難控製。後經過分析，提高膜片焊接工裝夾(jia)具的裝配精度，消(xiao)除裝配間隙，對膜片焊接專(zhuan)用精密焊接機床及(ji)相關工裝夾(jia)具及(ji)焊接輔機的壓緊裝置的型麵進行改(gai)進、結合界麵進行修整，使(shi)焊接過程(cheng)中的焊接熱量輸入和夾(jia)具的散熱循環均勻(yun)一致，從而焊縫減少了產生鋸齒(chi)波等缺陷。但焊接規範(fan)偏(pian)強，焊縫有時會(hui)呈現(xian)出(chu)不太明顯的波浪紋(wen)。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(yang)的要(yao)求；對焊接工藝評(ping)定試件截麵進行高、低倍金相檢查(cha)和焊接接頭區未發現(xian)焊接缺陷；焊接接頭尺寸、焊縫寬度和熔化(hua)厚度也符(fu)合要(yao)求。但是為了進一步提高焊縫質量，滿足產品性能需要(yao)，完善工藝穩定性和參(can)數的再(zai)現(xian)性，減少操作難度。既要(yao)焊縫既成形(xing)均勻(yun)、光潔、平整、杜絕焊縫出(chu)現(xian)波浪紋(wen)等疵病(bing)，同(tong)時又(you)要(yao)有足夠(gou)的焊縫寬度和熔化(hua)厚度。在生產研(yan)製過程(cheng)中又(you)不斷改(gai)進焊接參(can)數，工藝上力求精益求精，將(jiang)原來(lai)微束等離子弧焊工藝改(gai)變(bian)為脈衝微束等離子弧焊，通過峰值電流、基值電流和脈衝頻率的調整，取得(de)了穩定的焊縫寬度和熔化(hua)厚度，消(xiao)除了焊縫的波浪紋(wen)的疵病(bing)，其焊接參(can)數見表3-81。
利(li)用脈衝微束等離子弧焊電弧能量的周期性脈衝變(bian)化(hua)來(lai)控製焊接熔池，改(gai)善焊縫成形(xing)，減少缺陷。其優點有：
1. 它可(ke)以精確地控製膜片焊縫的熱輸入，克(ke)服因(yin)熔敷金屬表麵張力不足難以支持熔池，而造成的焊縫下(xia)凹。
2. 可(ke)以調節(jie)熱輸入及(ji)膜片焊縫在高溫停留(liu)時間，減小熱裂紋(wen)的傾向，同(tong)時也能提高膜盒貯箱端接頭焊縫的耐蝕性。
3. 它對膜片裝配的波動不敏感(gan)。能克(ke)服膜片裝配帶來(lai)的問題，適應能力強。
4. 焊縫表麵成形(xing)美觀，克(ke)服以往焊縫存在鋸齒(chi)波、穀處的點孔、焊穿、波浪紋(wen)等缺陷。
5. 焊縫有很(hen)好的一致性，重複再(zai)現(xian)性好，降低了操作難度，獲得(de)了穩定的端接接頭焊縫質量，端接接頭焊縫的力學性能也得(de)到了提高。
脈衝微束等離子弧焊的焊接參(can)數主(zhu)要(yao)有焊接電流、峰值電流、基值電流、脈衝頻率、空占比、壓縮氣流量、保護氣流量、電弧長度、噴嘴直徑、噴嘴通道比和鎢極的內縮量等，它們對焊縫的形(xing)狀和焊接質量都有影響。焊接參(can)數的選擇是通過正交優選試驗得(de)到的，優選焊的參(can)數經過小批量工藝試驗再(zai)次(ci)確認，在這個(ge)批量中又(you)隨機抽取樣(yang)件做(zuo)焊接工藝評(ping)定試驗來(lai)認定。
對焊接工藝評(ping)定試件和生產過程(cheng)中旁證實例(li)截麵的端接接頭焊縫的內部進行高、低倍金相檢查(cha)，端接接頭的焊縫區未發現(xian)焊接缺陷；端接接頭的焊縫尺寸、焊縫寬度和熔化(hua)厚度等均符(fu)合要(yao)求，見表3-82。最(zui)後對評(ping)定試件端接接頭焊縫的性能進行檢測，見表3-83，完全(quan)滿足設計圖樣(yang)的技術(shu)要(yao)求。
采用脈衝微束等離子弧焊焊接工藝，有很(hen)高的焊接穩定性和參(can)數的再(zai)現(xian)性，易操作。產品通過設計要(yao)求的氣密試驗、伸縮試驗和振動試驗，均滿足圖樣(yang)的設計要(yao)求，現(xian)已批量生產。
