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文档简介

1,二氧化碳气体保护电弧焊培训,2,Carbon-dioxide Shielded arc welding,3,1、CO2电弧焊的特点; 2、 CO2电弧焊的设备; 3、 CO2电弧焊的材料; 4、 CO2电弧焊的工艺; 5、 CO2电弧焊的操作。,4,第一节CO2焊的特点及应用,一、 CO2焊的实质 定义:二氧化碳气体保护焊是 利用CO2作为焊接保护气的一种 熔化极、气体保护的电弧焊方法。 按照GB/T5185-1985金属 焊接及钎接方法在图样上的表示 方法以及ISO的相关规定,二 氧化碳气体保护焊属于MAG(熔 化极活性气体保护焊 )的一种, 所以它的代号也是135。,为何要用CO2作为焊接保护气? 焊条药皮造气剂的造气结果就是 CO2工业生产中产生大量 廉价的CO2 。 与焊条电弧焊相比,熔化极气体保护焊效率高。,5,6,二、 CO2焊的特点 1、优点: 焊接生产率高:比MMA高24倍 焊接成本低:是MMA或SAW的4050% 焊接变形小:尤适于薄板焊接 焊接质量高:对铁锈不敏感,焊缝含氢量低 适用范围广:全位置焊接能力好,打底/填充/盖面、厚/薄板均宜 操作简便:比MMA容易操作、适于自动焊(robot) 绿色环保: CO2来自可再生资源,CO2焊的熔敷速度,7,2、“缺点”: 飞溅较大;(这一缺陷目前已经解决) 焊接设备较“复杂”;(用今天的眼光看,已不复杂) 抗风能力差;(所有气体保护焊的共同缺憾,但药芯焊丝CO2焊无此问题) 不能焊接有色金属。,8,三、 CO2焊的应用 材料:黑色金属低碳钢、合金结构钢 厚度:厚薄均可,尤薄板有优势 位置:全位置 结构:车辆、船舶、机械、容器等。,9,四、CO2气体保护电弧焊的分类,按焊丝粗细分类: 细丝CO2焊 ds1.6mm Vf=C 自身调节 粗丝CO2焊 ds 1.6mm VfC 自动调节 按焊丝类型分: 实芯焊丝CO2焊 药芯焊丝CO2焊 按自动化程度分: 半自动CO2焊 适用于焊缝不够规则的场合 自动CO2焊 适用于焊缝长而且规则的场合,10,第二节 CO2焊设备,以半自动CO2焊设备为例 一、 CO2焊设备的组成和作用 组成:焊接电源 送丝机构 焊枪 供气系统 控制系统 有的还有循环水冷系统。,11,焊接电源:,焊接设备,1、焊接电源:,平特性电源 下降特性电源 良好的动态品质 短路电流上升速度di/dt 短路电流峰值Imax 空载电压恢复速度要快,12,(1)推丝式:直径0.82.0mm (2)拉丝式:直径小于或等于0.8mm (3)推拉丝:送丝软管可长到10m,2、送丝机构,13,供气系统包括气瓶气路及相应的阀、计量装置、加热装置等。 半自动焊枪有鹅颈式和手枪式两种。 自动焊焊枪载流容量较大(可达1500A),采用内部循环水冷却。 焊枪冷却方式有气冷、水冷 CO2焊100负载气冷上限250A 氩弧焊气冷上限200A,鹅颈式 半自动 空冷焊枪,3、焊枪和供气、冷却水系统,14,由气瓶(铝白色)、预热器、减压流量计、气管和电磁气阀组成,必要时可加装干燥器。 通常将预热器、减压器、流量计做为一体,叫CO2减压流量计(通常属于焊机的标准随机配备)。名牌产品如美国捷锐()。 不同气体的减压流量计按规定不能互换使用。,CO2减压流量计,CO2气体 瓶装CO2为液态,焊接用CO2要求纯度高于99.8%,用前排水(倒置48小时,开阀放水)。由于液态的CO2气化过程吸热,可能导致其中的水分结冰,需在减压前加热,一般采取电阻加热的方式。,15,鹅颈式(气冷)焊枪、手枪式(水冷)焊枪,16,4、控制系统 包括焊接电源输出调节系统、送丝速度调节系统、小车或工作台行走速度调节系统、气体流量调节系统。 主要控制焊接过程中的各种动作,如电源启动停止、送气送水、熄弧引弧、小车行走等。,17,二、典型CO2焊设备( CO2焊专用焊机) 1、北京“时代” 逆变焊机,节能节材;可靠性尚可,价格相对便宜,售后服务较好。,2、唐山“松下” 晶闸管焊机,但精细表现出色且可靠性极高;售后服务较好,价格较贵但性价比高,,3、美国林肯 普通CO2焊机总体性能不错,但无价格优势。值得推介者为其STT(表面张力过渡) CO2焊机:飞溅极小、成形极佳,但价格极贵。,除以上之外, 通用CO2焊机国内的品牌多如牛毛,但普遍市场占有率低。除价格较低外,其它方面往往乏善可陈。,欧洲国家一般不做CO2焊专用焊机,而是MIG/MAG(CO2)一体,所以其送丝机通常为双主动送丝。 如果焊机标可MIG/MAG/CO2焊,但却是单主动送丝,其效果有限(目前国产焊机这种情况比较多见)。,18,第三节 CO2焊的冶金特性和焊接材料,一、合金元素的氧化与脱氧 高温的焊接电弧中:CO2CO + O2 电弧气氛 包括: CO2、O2 、 CO 可能参加反应的金属元素:Fe、C、Si、Mn,19,1.合金元素的氧化,氧化反应: Fe + CO2 FeO + CO 不溶于液态金属,不与金属反应 Si + 2CO2 SiO2 + 2CO 与CO2的反应不占主导地位, Mn + CO2 MnO + CO 与O的反应是主要的 Si + 2O SiO2 Mn + O MnO 以复合化合物形式MnO.SiO2,浮出 C + O CO C烧损,熔滴中造成爆炸,熔池中 造成气孔 Fe + O FeO 氧化,进入熔池会破坏焊缝的性能,20,必须通过给焊接材料中添加合适量的脱氧元素脱氧,一般采用Si-Mn联合脱氧。,2、氧化反应的结果,焊接铝及其合金氧化问题会很严重,焊接不锈钢可能导致焊缝增碳,对不锈钢的耐腐蚀性能造成影响。,21,2FeO + Si 2Fe + SiO2 FeO + Mn MnO FeO + C Fe + CO,但是发生在熔滴中,生成的CO可能会引起熔滴的急剧膨胀,产生飞溅 发生在熔池中可能形成气孔,3、脱氧反应,22,CO气孔、H2气孔、N 2气孔,二、CO2焊的气孔及防止,(1)CO气孔 FeO + C Fe + CO 在反应中生成CO气体来不及逸出。 解决措施:只要焊丝中含碳量比较低,含有适量的脱氧剂Mn、Si ,可减少焊缝中 FeO,避免发生上述反应,形成气孔,同时防止焊缝氧化。,23,采用短弧焊,防止大气侵入电弧中 焊丝中添加固氮元素,如Ti 增加CO2保护气体流量,保证气路畅通和气层的稳定、可靠。 野外焊接增加挡风板,防止措施:,2、N2气孔 一般认为N2来源于大气或者CO2不纯,24,三、 熔滴过渡与飞溅,、CO2气体保护焊熔滴过渡类型:,25,福尼斯焊机,熔滴长大 短路、熄弧 颈缩 过渡、燃弧,1.短路过渡:,26,形成条件:短弧、细丝、小电流。 机理:一般要经历电弧燃烧形成熔滴、熔滴长大并与熔池短路熄弧、液桥颈缩断开熔滴过渡、电弧复燃四个过程。,27,28,应用: 短路过渡平稳,适合于薄板、全位置焊接。 对电源的要求高:短路过渡时负载变化较大,对电源动特性要求高,以获得飞溅小和成形焊接过程。,短路过渡特点: -细丝,短弧,小电流 -燃弧熄弧交替进行,1.6-50Hz, 0.8-130Hz -平均电流小,峰值电流大,适合薄板及全位置焊接 -小直径焊丝,电流密度大,产热集中,焊接速度快 -弧长短,焊件加热区小,质量高 -过程稳定 -飞溅大,29,应用:粗丝,大电流,效率高,适用于厚板焊接,2、细颗粒过渡:,形成条件 :粗丝1.6-5.0,长弧,大电流 形成机理:电流大,斑点面积大,电磁力增加,熔滴过渡频率加快,形成细颗粒过渡,30,应用:中、大厚板的水平位置焊接 特点:潜弧射过渡的熔深大,焊缝深而窄,余高大,成形不够理想,热裂倾向也很大。 注意:使用时注意调整到合适的焊接速度。,3、潜弧射滴过渡:,形成条件:大电流、低电压、反极性、CO2气氛和粗焊丝 形成机理:大电流,电弧静压力大且集中,挖掘成弧坑; 低电压弧长短,呈潜弧状态 弧坑中场强低,电弧上爬 形成射滴过渡形式,31,焊丝跟进,挖掘成弧坑,电弧上爬,形成射滴,32,、飞溅,飞溅:在焊接过程中,熔化的金属颗粒和熔渣向周围飞散的现象。 原因:电流过大、有大量气体析出 飞溅形式:,33,短路过程的飞溅,析出气体引起飞溅,电弧排斥引起飞溅,细颈过电流引起飞溅,34,控制措施: 焊丝:降低焊丝含C量,并有合适的Mn、Si,也可以采用药芯焊丝,或者活化处理焊丝。活化处理是指在焊丝表面涂一层极薄的碳酸铯和碳酸钾。 保护气体:加入Ar,改善电弧形态及熔滴过渡形式。,35,电源系统: 极性:直流反极性,不能用交流 电源:,短路电流控制器:过桥始末电流小,中期电流大 短路前期,抑制短路电流的上升速度 减小正常短路的峰值电流,降低短路电流上升速度 短路后期迅速降低短路电流,靠金属表面张力拉断小桥,实现无飞溅过渡。,36,马跃周,甘肃工业大学学报,2000,Vol.26(3),采用波形控制的方法控制熔滴过渡,减小飞溅。,37,焊接电流:避开飞溅大的电流区间;采用合适的峰值电流,一般Imax=2-3倍Ia,太大颈缩小桥爆断,太小引弧困难。 焊枪角度前倾后倾的角度小于20:垂直时飞溅最少 缩短伸出长度,一般取焊丝直径的10倍,5-15mm 防护涂料,防止喷嘴被堵,正确选择工艺参数:,38,第四节 CO2焊工艺, CO2气体保护焊一般多用于碳钢、普低钢的焊接,用药芯焊丝也可以焊一些高合金钢。 CO2气体保护焊工艺的一般原则 坡口的选择:可参照GB/T985-1988气焊、焊条电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸选择。 CO2电弧的穿透能力较强,与MMA相比,可坡口角度稍小、钝边稍大。 CO2焊的焊丝较细,所以间隙应小些(尤自动焊)。 焊前清理: CO2的氧化性强,所以抗锈能力强。除非要求特别严格,否则坡口上的少量黄锈如不作清理,一般不会引起气孔,也不会导致焊缝严重增氢。但为保险起见,仍然要求焊前对焊件进行严格清理。 平焊一般多采用左焊法、立焊可采用下向焊:成形较好,但熔深较浅。,39,(细丝)短路过渡CO2焊工艺 实际生产中应用最多的是细丝(1.6 mm )/短路过渡CO2焊,其工艺要点 工艺参数:焊接电流I、焊接电压U、焊丝直径、(焊接速度v )、气体流量L/min、(焊丝伸出长度)l 一般考虑板厚、层数、位置等因素确定焊丝直径(打底推荐使用 0.8 mm),再确定合适的焊接电流,然后匹配以最佳的焊接电压。 焊接电压与焊接电流的最佳匹配范围较窄,通常只有约1V。对于0.8、1.0mm的焊丝,有一个简捷的寻找I/U最佳匹配的办法:以100A/20V为基准进行参数调节(可以通过观察电弧的行为、焊丝的熔化、铁水的铺展、收弧时熔滴球的大小等现象,听电弧的声音等来辅助判断参数是否合适)。,40,半自动和自动二氧化碳气体保护焊的坡口形式与接头方式、焊接位置、板厚等因素有关,各种板厚钢板的坡口形式与焊条电弧焊的坡口形式相同。坡口加工也采用机械切削加工、气割加工、空气等离子切割等方法完成。但由于CO2焊焊丝直径较细,电流密度大,电弧穿透力强,电弧热量集中,一般对于12mm以下的焊件不开坡口也可以焊透,对于必须开坡口的焊件,一般坡口角度可以由焊条电弧焊的60减为3040,钝边可相应增大23mm,根部间隙可相应减少12mm。,1装配间隙与坡口形式的选择,41,焊丝直径一般按焊接位置、板厚、加工效率、焊接设备等条件确定,普遍采用细丝焊 (直径小于16mm),因为细丝短路过渡焊接适宜全位置焊接,且焊接变形小,薄板也不易烧穿。中厚板的焊接,焊丝可采用12mm以上的直径。实际焊接时可参考表选用焊丝直径。,2焊丝直径的选择,42,焊接电流是决定熔深的主要因素,它与送丝速度、电源极性、焊丝的伸出长度、气体成分、焊丝直径等有关,主要取决于送丝速度,送丝速度越大,则焊接电流就要求越大,当焊接电流达到60250A时,即以短路过渡形式焊接时,焊缝熔深在12mm左右;在电流达到300A以上时,熔深就会明显增大;不同焊丝直径的焊接电流推荐值见表4-3。焊接电流的选择还与电弧电压相关。,3焊接电流的选择,43,不同焊丝直径时焊接电流的推荐范围,44,细丝CO2焊的电弧电压的最佳取值仅有12V变动范围。短路过渡时电弧电压与电流成正比关系,一般电弧电压取1724V。也可凭经验听声音来判断电弧电压的值,当发出连续均匀较弱的“噗噗”声时,表明电压值合适。电弧电压和焊接电流的最佳配合值 。,4电弧电压的选择,45,焊短路过渡时焊接电流和电弧电压的最佳配合值,46,5焊接速度的选择 细丝CO2焊的焊接速度一般在1530 mh的范围内选取,熟练焊工的焊接速度可为1836mh;自动焊时,焊接速度可高达150m/h。 6焊丝伸出长度的确定 对于不同直径、不同材料的焊丝,允许的焊丝伸出长度是不同的,其长度约为焊丝直径的10倍,且不超过15mm。焊丝伸出长度过大,焊丝会成段熔断,飞溅严重,气体保护效果差;伸出长度过小,不但容易造成飞溅物堵塞喷嘴,影响保护效果,也影响焊工操作视线。,47,7气体流量的选择 CO2气体流量应按焊接电流、焊丝伸出长度、喷嘴直径等来选择。细丝焊时,CO2气体流量一般为815Lmin;焊接电流在200A以下的薄板焊接,CO2气体流量为1015Lmin;焊接电流在200A以上的厚板焊接,CO2气体流量为1525Lmin;粗丝大规范自动焊时,CO2气体流量则为2550LL/min。CO2气体纯度要求不低于99.5。 8电源极性的选择 CO2焊主要采用直流反接,即焊件接负极,焊枪接正极。这种接法电弧稳定,飞溅小。而在堆焊、铸铁补焊和大电流高速CO2焊时,才采用直流正极性的接法 。,48,电源接法选择,49,CO2焊时,焊接回路的电感值应根据焊丝直径和电弧电压来选择,不同直径的焊丝的合适电感值。 不同直径焊丝合适的电感值,总之,最佳的焊接工艺参数应满足以下原则:焊接过程稳定、飞溅小、焊缝的成形美观、无气孔、无裂纹、保证焊透、节能并有较高的生产率。,9焊接回路的电感值确定,50,焊接电流与送丝速度的关系,焊接速度与焊缝成形的关系 1焊缝厚度 2熔深 3焊缝宽度 (焊丝直径1.6mm,焊接电流450A,电 弧电压38V,CO2流量20L/min),细丝短路过渡CO2焊工艺参数的确定也可参考下列的图表。,51,焊接电压与焊缝成形的关系 1焊缝厚度 2熔深 3焊缝宽度 ( 焊丝直径1.6mm,焊接电流450A,焊接速度70cm/min,CO2流量20L/min),焊接电流与焊缝成形的关系 1焊缝厚度 2熔深 3焊缝宽度,52,不同直径焊丝焊接12mm钢板时的焊接电流和电弧电压范围 短路过渡 粗滴过渡 焊丝直径,53, 粗丝(1.6 mm )/滴状过渡CO2焊工艺要点 工艺参数:I、U、v、L/min、(l)、送丝速度 大规范:大电流、高电压、大气体流量 更适合于平位置的填充、盖面焊,飞溅较大,建议在CO2中加入少量Ar。,(粗丝)细滴过渡CO2焊工艺,54,第五节 二氧化碳焊操作技术,CO2半自动焊的基本操作技术,55,(1)持焊枪姿势和焊接姿势 右手持枪,肘部靠在身体右侧腰部,左手拿面罩。焊接姿势有站立式、坐式和蹲式。,1.基本操作技术,56,二氧化碳气体保护半自动焊通常采用短路接触法引弧,一般只需一次引弧即可,引弧前先点动焊枪开关送出一段焊丝,焊丝伸出长度应小于喷嘴与焊件间应保持的距离,且端部不应有球滴,否则应剪去端部球滴。将焊枪保持1015的倾角,焊丝端部与焊件的距离为23mm,喷嘴与焊件相距1018mm,启动焊枪开关,随后自动送气、送电、送丝,直至焊丝与焊件相碰短路后自动引燃电弧。短路后焊枪有自动顶起的倾向,故要稍用力下压焊枪。然后缓慢引向待焊处,当焊缝金属熔合后,再以正常的焊接速度施焊。,(2)引弧,57,1)左向焊及右向焊 焊接过程中,可以采用左向焊,也可以采用右向焊。焊枪自右向左移动称为左向焊法,自左向右移动称为右向焊法。采用左向焊法时,喷嘴不会挡住视线,焊工能清楚地观察接缝和坡口,不易焊偏。熔池受电弧的冲刷作用小,能得到较大的熔宽,焊缝子整美观,使用较为普遍。用右向焊法时,熔池可见度及气体保护效果好,但因焊丝直指熔池,电弧对熔池有冲刷作用,会使焊波增高,另外,由于焊丝、焊枪遮挡了未焊的焊缝,所以,容易焊偏。 焊接过程中,要保持焊枪有合适的倾角和喷嘴高度,沿焊接方向均匀移动,必要时,焊枪还要做横向摆动。,(3)焊接,58,59,60,2)摆动技术 细丝焊时适当地摆动焊枪可以改善熔透性和焊缝成形,摆动不仅要有一定的速度、一定的停留点及停留时间,而且还要有一定的形状,摆动方式与焊条电弧焊相同。常用的摆动方式有锯齿形、月牙形、正三角形、斜圆圈形等。,61,62,63,64,65,66,67,(5)收尾 细丝焊接时,收尾过快易在弧坑处产生裂纹及气孔。如焊接电流与送丝同时停止,会造成黏丝,故在收尾时应在弧坑处稍作停留,然后慢慢地抬起焊枪,使熔敷金属填满弧坑后再熄弧;焊机有弧坑控制电路时,则焊枪在收弧处停止前进,同时接通此电路,焊接电路与电弧电压自动变小,待熔池填满时断电。 (6)接头的处理 将待焊接头处打磨成斜面,在斜面顶部引弧,引燃电弧后,将电弧移至斜面底部,转一圈返回引弧处后再继续左向或右向焊接。,68,第六节 CO2焊的其它方法,一、药芯焊丝CO2焊 药芯焊丝CO2焊,就是用药芯焊丝为电极、用CO2作为外加保护气的熔 化极电弧焊。 药芯焊丝把焊药(或金属粉)包在钢带中做成的焊丝(焊条是 把焊药包覆在焊芯的外面),药芯焊丝分自保护用(烟尘大、机械性能较低)、埋弧焊用(多用于高合金钢及堆焊)和气保护用(使用广泛);按保护气成分,又可分为CO2焊用(用量最大,用于焊结构钢)以及MIG、MAG、TIG焊用(即使被焊金属相同,不同的保护气体其药芯焊丝原则上也不能相互代用)。,69,按药粉类型分: 有渣型焊后有较多的熔渣,但易于调整焊缝化学成分: 酸性( 焊接工艺性能较好、焊缝含氢量达碱性焊条水准)(如金红石型和药芯焊丝CO2焊用的钛型) 碱性(焊缝含氢量超低,但工艺性能稍差)(如药芯焊丝自保护焊多用的高氟弱碱渣系) 无渣型金属粉芯型:焊后熔渣较少(多层焊层间可不清渣),焊接效率更高,但有些性能不如熔渣型。多用于埋弧焊、自动焊或机器人焊接以及高速CO2焊)。,70,焊药或金属粉,药芯焊丝的各种截面形状,按截面形状分:O形(2.0mm/有缝或无缝)(无缝者可镀铜) 复杂截面形 直径:从0.8mm到6.0mm,用的最多的是1.0mm。3.0mm以上的粗丝多用于堆焊。,71,药芯焊丝的型号 我国已进入国家标准的药芯焊丝计有: 碳钢药芯焊丝:GB/T10045-2001碳钢药芯焊丝,如E501T-1ML等。 低合金钢药芯焊丝: GB/T17493-1998低合金钢药芯焊丝,如E601T1-B3等。 不锈钢药芯焊丝: GB/T17853-1999不锈钢药芯焊丝,如E308MoT1-3等。 注:以上焊丝并非都用于CO2焊,有的型号是自保护焊丝,有的可用于埋弧焊。,有关药芯焊丝焊接的概况 几个概念:flux-cored electrode(管状焊条) flux-cored wire(药芯焊丝) core wire(焊芯) flux-cored solder wire(药芯钎料丝) flux cored arc welding (FCAW)(药芯焊丝电弧焊) GB/T5185-1985金属焊接与钎接方法在图样上的表示代号规定: 114药芯焊丝电弧焊(药芯焊丝自保护电弧焊 Self-shielded tubular-cored arc welding) 136非惰性气体药芯焊丝电弧焊(活性气体保护电弧焊 Tubular cored metal arc welding with active gas shield; flux cored arc welding /USA) FCAW主要用于焊接碳钢、不锈钢、低合金钢和高合金钢。,72,其优点: 1、高熔敷率;2、可全位置焊;3、焊缝平滑;4、药芯成分可以调整以适应不同的需要;5、用便宜气体(如100%CO2)仍获好的焊接效果;6、能耗低、综合成本低。,低碳钢焊丝在不同电流下的熔敷速度(kg/h) 注:rutile CE-金红石焊条 SW-实芯焊丝,73,其缺点: 1、焊丝制造复杂/价贵;2、焊丝易受潮,保管复杂。,同样直径的焊丝,由于药芯焊丝的导电截面比实芯焊丝的小,所以它的熔敷效率比实芯焊丝的还要高。另外,由于有焊药,可通过调整焊药的成分,使药芯焊丝焊接的适应性、灵活性更好。,由于药芯焊丝有其无法替代的独特优 点,近年发展迅速,在各种大型工程特别 是合金钢焊接结构野外施工,如西气东输 中得到广泛应用。 近年来,我国药芯焊丝的消耗量增长 很快,国产药芯焊丝的品牌也很多,但以 “大路货”较多,较有名的有:锦泰(广泰、 天泰、瑞泰)、三英、大西洋、瑞达、金 太阳、金桥、大桥、铁锚等,但每年还要 进口大量药芯焊丝,主要是一些高档次、专用的焊丝,主要有神钢(日本)、现代(韩国)、林肯(美国)等。,几种焊接方法的成本比较,74,药芯焊丝焊接对焊接设备的要求 对电源的要求 使用实芯焊丝的设备完全可以使用药芯焊丝,但最好同时具备以下功能: 1、极性转换:不同渣系要用不同的极性,而自保护焊多用直流正接,需要转换极性; 2、电源外特性微调:以适应不同的焊药成分的要求; 3、电弧挺度调节:以调节熔滴过渡形态(CO2焊也可得到喷射过渡),减少飞溅、改善全位置焊性能。 对送丝的要求 加粉系数较小的药芯焊丝可用实芯焊丝送丝机; 加粉系数较大的药芯焊丝,应用药芯焊丝专用送丝机(双主动送丝送丝轮开形槽;送1.4mm以上焊丝槽内压花)。,75,药芯焊丝CO2焊特点 优点:生产效率更高;气渣联合保护,效果更好;成形好、飞溅小 扩展了CO2焊的应用范围(可焊高合金钢、可野外现场作业)。 缺点: 焊丝易受潮且价高焊接烟雾大对送丝机构要求高打底/全位置焊的能力不如实芯焊丝。,药芯焊丝的选用 药芯焊丝的种类、

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