电子束焊接技术研究及进展

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航空发动机制造的电子束焊接技术分析

航空发动机制造的电子束焊接技术分析

航空发动机制造的电子束焊接技术分析
电子束焊接技术是利用电子束和工件产生的热量将工件加热至熔化状态,并通过热流实现工件的焊接。

其工作原理可分为两个关键步骤:电子束的发射和工件的加热。

通过电子枪将高速电子束聚焦成为一束高能电子束,形成电子束束流;然后,该束流瞄准工件焊接点,电子束在工件表面形成一个热源区,使工件局部区域加热至熔化,从而实现焊接。

与传统焊接技术相比,电子束焊接技术具有以下几个优势:
1. 焊缝质量高:电子束焊接过程中,电子束的能量调节精确,能够实现精密焊接。

焊缝深度可以通过调节电子束的能量来控制,同时也可以控制焊缝的宽度和形状,保证焊接质量。

2. 焊接速度快:由于电子束焊接过程是在真空环境中进行的,没有传热和传质的问题,焊接速度较快。

在航空发动机制造中,焊接速度的提高可以提高生产效率和降低生产成本。

3. 热影响区小:电子束焊接过程中,焊接区域的热输入非常短暂,并且只发生在局部区域,因此热影响区较小。

这使得电子束焊接适用于焊接高温合金等对热敏性要求较高的材料。

电子束焊接技术也存在一些挑战和限制:
1. 设备成本高:电子束焊接设备的制造和维护成本较高,对于中小型企业来说,投资电子束焊接设备可能会造成较大的经济压力。

2. 针对不同材料需要调整参数:不同材料的焊接特性不同,需要调整焊接参数以达到最佳焊接效果。

这需要对材料性质的了解和实验室测试,增加了工艺开发的难度和复杂性。

3. 操作技术要求高:电子束焊接技术需要专业的操作人员进行控制和调试,操作技术要求较高。

对于一些小型企业来说,招聘并培训符合要求的操作人员可能会面临困难。

电子束焊接的工作原理与焊缝性能研究

电子束焊接的工作原理与焊缝性能研究

电子束焊接的工作原理与焊缝性能研究电子束焊接是一种高能束焊接技术,通过将电子束聚焦到焊缝上,利用电子束的高能量将工件加热至熔化温度,从而实现焊接的目的。

与传统的焊接方法相比,电子束焊接具有焊接速度快、热影响区小、焊缝质量高等优点,在航空航天、核工业等领域被广泛应用。

电子束焊接的工作原理非常讲究。

首先,电子束是由加速电子所组成的高能束流,可以通过电子枪产生。

电子枪中的阴极会释放出大量的自由电子,这些自由电子会经过加速电场的作用加快速度。

接着,电子束通过一系列的聚焦装置,使其能量更加集中并聚焦到一个小点上。

最后,电子束束流进入焊接区域,在焊接区域内产生高热,并将工件加热至熔化温度,形成焊缝。

在焊接过程中,电子束的高能量对焊接区域的影响是非常显著的。

首先,电子束的高能密度可以使焊接区域的温度迅速升高,达到熔点以上的温度,从而实现焊接。

其次,电子束的高能量可以提供足够的热量,使得金属在短时间内熔化并形成稳定的焊接池。

同时,电子束焊接还能够有效地抑制热影响区的扩散,减少对材料性能的影响。

电子束焊接的焊缝性能研究也是非常重要的。

焊缝性能的好坏直接影响到焊接件的质量和可靠性。

在焊接过程中,电子束焊接产生的焊缝通常具有较小的宽度和较少的缺陷,如气孔、夹杂物等。

焊缝的熔深度和熔宽度可以通过控制电子束的能量和焦距来调节。

此外,焊接区域的温度分布、凝固过程和晶粒尺寸等也会对焊缝性能产生影响。

因此,研究焊接参数对焊缝性能的影响,可以进一步改进电子束焊接工艺,提高焊接质量。

此外,电子束焊接还可以实现材料的高速熔化和快速凝固,从而改变材料的组织结构和性能。

通过电子束焊接,可以实现材料的晶粒细化、晶界清晰化、共晶相平衡等效果,从而提高材料的力学性能、疲劳性能和耐腐蚀性能。

总之,电子束焊接是一种高能束焊接技术,具有焊接速度快、热影响区小、焊缝质量高等优点。

电子束焊接的工作原理是通过将电子束聚焦到焊缝上,利用电子束的高能量将工件加热至熔化温度,实现焊接。

电子束焊接技术研究与应用

电子束焊接技术研究与应用

电子束焊接技术研究与应用随着工业的发展,焊接技术已经成为各行各业中不可或缺的一项技术。

而电子束焊接技术作为现代高新技术的代表之一,因其高效、高质、高稳定性等优点,已被广泛应用于飞航航空、船舶、化工、医疗器械、精密仪器等高科技行业。

本文将探讨电子束焊接技术的研究和应用。

一、电子束焊接技术的基本原理电子束焊接技术是一种将电子束在低压和真空的情况下进行的高速能量材料处理。

在电子束的作用下,焊材在极短时间内被快速加热并熔化,形成一道焊缝。

基本原理是通过高能电子束的能量转化为焊接材料内部的热能,使其熔化,并通过流动的铁水消除焊接材料中的气孔,从而实现焊接。

二、电子束焊接技术的优点与其他传统的焊接方式相比,电子束焊接技术具有以下几个优点:1. 焊接区域不受热影响区的影响,能够焊接极薄的材料。

2. 焊缝的孔洞率较低,焊接质量高。

3. 电子束焊接过程中,不需要添加任何助焊剂,无需后续清洗和处理焊渣等。

4. 可以实现对不同材料不同厚度的焊接并达到很高的焊接效率。

5. 由于焊接时使用的是真空环境,所以焊接零件表面的污染和氧化问题得到很好的解决,从而减少了热裂问题的产生。

三、电子束焊接技术的应用电子束焊接技术在精密结构的制造、高精度零件的加工等领域有了广泛的应用。

下面将从飞航航空、船舶、医疗器械等方面来介绍其应用:1. 飞航航空电子束焊接技术在飞航航空领域具有重要的应用价值。

早在上世纪60年代初,美国就已成功实现了航空发动机涡轮叶片的电子束焊接,并将其广泛应用。

目前,国内外的航空航天领域中,电子束焊接技术已经为创新提供了新的技术保障。

2. 船舶电子束焊接技术在造船领域有着广泛的应用。

船体结构件是船用焊接加工中最困难的焊接部位之一,特别是在船体的局部加强部位,常常需要进行多角度的焊接。

电子束焊接通过其高度的控制能力,可以有效保证焊接质量,并且减轻了焊接环境和操作者的安全风险。

3. 医疗器械电子束焊接技术在医疗器械领域中的应用,主要用于制造一些耐高压、耐高温、各种特殊环境下使用的设备。

电子束焊接技术的应用与发展趋势

电子束焊接技术的应用与发展趋势

电子束焊接技术的应用与发展趋势近年来,随着科技的不断进步和工业的快速发展,电子束焊接技术逐渐成为焊接领域的热门话题。

电子束焊接技术以其高效、高质、低能耗的特点,被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域,并且在未来的发展中有着巨大的潜力。

首先,电子束焊接技术在航空航天领域的应用前景广阔。

航空航天领域对焊接技术的要求非常高,需要确保焊接接头的强度和密封性。

而电子束焊接技术可以通过高能电子束的瞬间热量作用于焊接接头,实现高质量的焊接效果。

此外,电子束焊接技术还具有焊接速度快、热影响区小等优点,能够满足航空航天领域对焊接工艺的严格要求。

其次,电子束焊接技术在汽车制造领域的应用也非常广泛。

汽车制造领域对焊接接头的质量和可靠性要求较高,而传统的焊接方法往往难以满足这些要求。

电子束焊接技术通过高能电子束的集中加热作用,可以实现焊接接头的高强度和高密封性。

此外,电子束焊接技术还可以在焊接过程中实时监测焊接质量,提高焊接工艺的可控性和稳定性。

此外,电子束焊接技术在电子设备领域的应用也越来越广泛。

电子设备通常需要焊接小尺寸、高密度的焊接接头,而传统的焊接方法难以满足这些要求。

而电子束焊接技术可以通过高能电子束的精确控制,实现对小尺寸焊接接头的高精度焊接。

此外,电子束焊接技术还可以避免传统焊接方法中可能产生的电磁干扰和热应力,保证焊接接头的稳定性和可靠性。

随着科技的不断进步和工业的快速发展,电子束焊接技术也在不断发展和创新。

未来,电子束焊接技术的发展趋势主要体现在以下几个方面:首先,电子束焊接技术将更加智能化。

随着人工智能技术的快速发展,电子束焊接技术也将更加智能化。

通过引入人工智能算法和机器学习技术,可以实现焊接过程的自动化和智能化控制,提高焊接工艺的稳定性和可控性。

其次,电子束焊接技术将更加高效节能。

随着能源资源的日益紧张,高效节能已经成为焊接技术发展的重要方向。

电子束焊接技术以其高能量密度和高效热源的特点,可以实现焊接过程的快速加热和冷却,从而大大提高焊接效率和能源利用率。

真空电子束焊接技术应用研究及现状分析

真空电子束焊接技术应用研究及现状分析

真空电子束焊接技术应用研究及现状分析摘要:焊接技术应用广泛,焊接作业效果直接影响材料的使用,近年来对技术的要求越来越高,本次研究工作主要以真空电子束焊接技术为研究对象,其作为一种较为新颖的焊接技术,在多种材料的焊接作业中有着普遍应用,文章在分析真空电子束焊接技术在不同材料的应用现状的基础上,对其发展动态进行进一步分析,力求为技术的进一步拓展应用提供一定的理论数据参考。

关键词:真空电子束焊接技术、应用现状、发展动态前言从工作原理的角度进行分析,所谓电子束焊接,在实际应用的过程中,主要是利用到了热发射或场发射阴极来产生电子,以此为基础,在电场的加速作用下,将电子速度提升到一个很高的量级,之后再利用磁透镜的聚焦作用,控制电子流动方向,将其聚集成具有高速运动状态的电子流,在作业时,该高速运动的电子流会与工件表面的原子或分子产生相互作用,继而实现电子动能与工件内能的能源转换,使是工件在短时间内发生升温、融化、气化的物理变化,达到工件焊接目的。

真空电子束焊接是在电子束基础上进行的进一步技术升级,相对于传统技术而言,其能够借助独特的生产机制及纯净的焊接环境,使得焊接效果得到大幅度提升,相对于其他熔化焊接方法而言,其具有很多独特优势,如热输入量低、能量密度大、焊接变形小等。

1、铝合金电子束焊接1.1应用现状分析经过较长时间的理论探究及实践探索,于铝合金焊接而言,真空电子束焊接技术已然达到了较高的适用性,不仅能够普遍应对较为常见的行业环境,更是对中厚板铝合金的焊接能够提到较好效果,解决了传统焊接方法在应用时所面临的一些突出问题。

且经过长时间的应用探索相应焊接方法,针对不同的焊接环境,电子束焊接方法也进行了进一步的细化分类,发展出了具有针对性的焊接方法,如扫描焊、偏束焊及多池焊等。

针对厚板铝合金材料进行焊接时,相关研究学者在电子束焊接方法应用的基础上,进行了进一步的参数调整,实现了较为理想的焊接效果提升,主要的研究方面包括以下几个方面,即加速电压、工作距离、焊接速度等,在焊接过程中研究人员通过相应参数的变化探究不同。

电子束焊接技术的发展和研究现状

电子束焊接技术的发展和研究现状

电子束焊接技术的发展和研究现状任新凯研究生学院5班20090507摘要:本文简要介绍了电子束焊接这种先进的连接技术,包括电子束焊接的概念、技术特点和分类等,概述了电子束焊接技术的发展历程。

简要介绍了这种新技术的国内外发展现状、研究现状和应用情况,重点介绍了我国大飞机生产的可行性和研究现状,指出它在异种材料连接的优势和发展方向。

关键词:电子束焊接技术;研究发展现状;应用;大飞机;异种材料连接一,前言焊接是将同种或不同材质、通过加热或加压或同时加压又加热,达到原子间结合而形成永久连接的工艺。

下面简单介绍几种重要的现代焊接方法。

1957年美国的盖奇发明等离子弧焊;40年代德国和法国发明的电子束焊,也在50年代得到实用和进一步发展;60年代又出现激光焊等离子、电子束和激光焊接方法的出现,标志着高能量密度熔焊的新发展,大大改善了材料的焊接性,使许多难以用其他方法焊接的材料和结构得以焊接[1]。

在工业生产中得到实际应用的高能束焊接方法有等离子弧焊、电子束焊和激光束焊。

这些焊接方法的共同特点是热源的能量密度高,可以一次行程穿透较厚的接头而无需预制坡口,简化了制造工艺,而且束流的中心温度相当高,足以熔化任何金属材料,因此具有较高的经济价值,工业应用的前景广阔[1]。

下面仅对电子束焊做一下介绍。

二,电子束焊接技术简介电子束焊接(EBW)是利用电子枪中阴极所产生的电子在阴阳极间的高压(25~300kV) 加速电场作用下被拉出,并加速到很高的速度(0.3~0.7倍光速),经一级或二级磁透镜聚焦后,形成密集的高速电子流,当其撞击在工件接缝处时,其动能转换为热能,使材料迅速熔化而达到焊接的目的[2]。

2.1 电子束焊接技术特点[2]第一,电子束焊接能量密度很高,对于任何材料,包括高熔点钨、钼等材料,其焊缝都能快速熔化。

一般靠零件自身材料熔接而成。

第二,电子束焊接在真空中进行,可防止材料氧化及其它有害气体侵入。

第三,电子束焊接不仅能量密度高,可以获得很大的焊缝深宽比,焊缝又深又窄,因而焊接零件变形小。

关于电子束焊接技术国内外研究探析

关于电子束焊接技术国内外研究探析

关于电子束焊接技术国内外研究探析摘要:电子焊接技术经过多年来的不断完善和发展,已经成为现代工业生产和生活中重要的组成部分。

本文简要说明了电子焊接术的基本工作原理,重点分析了国内外对电子焊接技术的研究现状,并展望了电子焊接技术未来的研究方向。

关键词:电子束焊接技术;国内研究;国外研究0 引言随着航空航天、核能、微电子等行业的快速发展,加强了对高韧性、高硬度的铝合金及其他耐高温金属材料和复合材料的需求,这对焊接工艺提出了更高的要求。

电子束焊接技术是一种新型的焊接工艺,与传统的焊接技术相比,具有稳定性高、焊缝窄等特点,各国对电子束焊接技术的研究也取得了一定进展。

1 电子束焊接的基本原理电子束焊接是指在焊接过程中,经过电子枪产生,在电子光学系统和高压加速共同融合后产生了功率密度较高的电子束,电子束撞击到工件面上后,就能将电子的部分动能转换为热能,促使金融的熔化。

熔化后的金属在高压金属蒸汽的作用下被排开,电子束趁机继续撞击固态金属,并在被焊接的工件上钻出一个锁性小孔,液体金属包围小孔周围。

见下图。

然后,在工件和电子束的相对移动作用下,液体金属会沿着小孔周围向熔池后部流动,经过冷却和凝固后形成焊缝。

2 国内外电子束焊接技术的研究现状1948年西德物理学家K.H.Steigerwald首次提出了电子束焊接的设想,这是电子束焊接的起源[1]。

随后法国J.A.Stohr 博士于1954年成功的对核反应堆燃料包壳进行焊接,象征着电子束焊接金属的成功,三年后在法国巴黎召开的“国际原子能燃料元件技术大会”上第一次公布了电子束焊接技术,标准者电子束焊接作为一种新型焊接技术的诞生。

之后世界各国,如美国、前苏联、日本、英国等国都开始对电子束焊接技术进行研究,我国直至上世纪60年代,才开始着手研究电子束焊接技术。

2.1国外对电子束焊接技术的研究国外乃至全球电子焊接技术较为发展的国家是德国、美国、日本等。

在工业中应用较为广泛的电子束焊接设备功率要<150kW,加速电压<200kV,一次可焊接最大厚度的铝合金为50mm,钢板为300mm[2]。

电子束焊接技术研究及进展

电子束焊接技术研究及进展
锁红波等人 通 [14-15] 过对 1Cr18Ni9Ti 不锈钢板 材和 Q235 钢的填丝焊接实验得出:当参数选择合 适、装配间隙不大于 0.4 mm 时,均可获得外观成形 良好、内部无缺陷的焊缝。电子束填丝焊接时,焊 缝截面几何特征在聚焦电流变化时,以表面焦点 处的聚集电流为中心,均存在一定程度的对称性。 利用这一结果可较为方便地估计工艺裕度区间,优化 参数。
参考文献:
[1] 李林贺,陈芙蓉,郭桂芳.电子束焊接数值模拟技术的研究 进展[J].内蒙古石油化工,2005,31(7):9-10.
Electric Welding Machine
Vol.42 No.4 Apr.2012
电子束焊接技术研究及进展
马正斌 1,刘金合 1,卢施宇 2,王世清 1
(1.西北工业大学 材料学院,陕西 西安 710072;2.新兴铸管股份有限公司,河北 邯郸 056003)
摘要:简要介绍了电子束焊接技术的发展、基本原理以及应用范围。着重介绍了电子束钎焊、活性剂电
子束焊接、电子束复合焊接、电子束填丝焊、局部真空电子束焊接、电子束扫描焊接等电子束焊接新
技术在国内的研究现状,并对电子束焊接未来的发展做研究进展
中图分类号:TG48
文献标识码:C
文章编号:10 01-2303(2012)04-0093-04
Research and development of electron beam welding
焊接能量密度高10容易实现金属材料的深熔透焊接焊缝窄深宽比大焊缝热影响区小焊接工艺参数容易精确控制重复性和稳定性好随着该技术的日趋成熟和广泛应用电子束焊接在技术和工艺电子束钎焊电子束填丝焊电子束扫描焊接活性剂电子束焊接局部电子束真空焊接电子束焊钎焊复合焊电子束等离子弧复合焊接方面都取得了重要进展
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以及 换热 器管板 结构171的连接 。在 国 内 ,电子束 复合 10mm 厚 不锈 钢 进 行 实 验 ,结 果表 明 ,用 电 子束 焊
加工 技术 应用 尚未 普及 ,仅 某航 空研 究所 对 飞机换 接 铝合金 ,表 面张力 梯度 改变 理论 对 铝合 金熔 深增
热器管 板结 构进 行过 初步研 究 。
三 孔皇由 液妻态窦金 属包围 ,小 d电 …子束 一后 …方…形…成…焊缝 一
图 1 电子 束 焊 接焊 缝 成 形 原 理嘲
束 焊 的新 技术 。 与传统 电子束焊相 比 ,活性 电子束焊 的特 点为凹: (1)使用 活性 剂可 明显减 小熔 池上 部 宽度 ,改 变
2 电子束 焊 接 新 技 术
钎 焊 研究 【A】.第 九 次 全 国 焊 接会 议 论 文 集 (第 1册)【C].黑 龙 江 :黑 龙 江人 民 出版 社 ,1999:561—564. [8】 李 少 青 ,张 毓 新 ,芦 凤 桂 ,等 .不 锈 钢 管 板 接 头 电 子 柬 钎 焊【J].焊接学报 ,2005,26(4):73—76. f9】 OdawarO,Ikeuchi J.Ceramic composite pipes produced by a cenlrifugal-thennit proce ̄J]J Am ceram soc.,1986,69(4):82. [10】樊 丁 ,樊 清 华 ,黄 勇 .活 性 剂 对铝 合 金 电子 束 焊 的 影 响[J】.兰 州理 工 大 学 学 报 ,2005,31(6):5-8. [11】张 瑞 华 ,樊 丁.活性 电子束 焊接 法研 究叨.机 械工 程 学报 , 20( 。2(30):132—135.
加 的作 用不 明显 。电子束 焊接不 锈钢 使用 活性 剂可
李 少 青等人 罔分别采 用 电子束 钎 焊对 不锈 钢管 增 加 电子束 焊 的熔 深 ,使用 活 性 剂后 ,聚 焦 电 流 和
板进行 连接 。结果 表 明 ,接头部 位 的钎缝 均匀 圆滑 , 束流 对 电子束焊 熔深增 加有 较大 影 响 。
熔 池 形 状 。 (2)SiO2、TiO2、Cr20。单组 元活性 剂对 电子束 焊 接
熔深增加 有 影响 。 (3)由 SiO 、TiO 、CrzO 等组 成 的多 组 元 不 锈 钢
电子束 焊 活性剂 ,可使 聚焦 电子束 焊接 熔深 增加 两 倍 多 。
(4)使 用 活性剂 后 ,聚焦 电流和 束流 对 电子束 焊 熔 深增 加有 影响 。
和蒸 发 。在 高压 金 属蒸 汽 的作 用 下 ,熔 化 的金 属被 排 开 ,电子 束 就能 工件 上钻 出一 个锁性 小孔(见 图 1),小孔
r \ \ 钎料

的周 围被液态 金属 包 围。随着 电子束 与工件 的相对
图 2 钎 焊接 头示 意 嘲
焊接工艺
重珲梭
第42卷
金 属熔 化 ,冷却 凝 固后形 成焊缝 。 这 种经 过 电子枪产 生 ,并 由高压 加速 和 电子 光
毛细管\ 一 屯l
学 系 统 汇 聚成 的功 率 密 度很 高 的电子 束 撞 击 到 工
件 表 面 ,电子 的动 能 转换 为 热 能 ,使金 属 迅 速 熔 化
a 局 部 出 现熔 化 、蒸 发
b 金 属 蒸汽 排 开 液 体 金属 , 电子 束 深 入 “母材 ”
电子束 钎 焊 的热 作 用控 制 研究 逐 渐 引 起 了人 们 的 重视 ,成 为 电子束 钎 焊技术 研究 中的 热点之 一 。
2.2 活 性 剂 电子 束 焊 接

将 活 性剂 应 用 于 电子 束 焊也 是 目前 活性 焊 接 研 究 的重 要领 域之 一 。在一 定条 件 下 ,活性 剂 对 电 子 束焊 的熔深 影响 很大 ,现 已逐 步形 成 了活性 电子
钎 焊透 率 100%,满足 技术 规范要 求 ,如 图 2所示 。
随着 对活性 焊 接机 理 的进一 步研 究 ,新 的高 效
近 年来 更 多 的研 究 者认 识 到 电子 束钎 焊在 焊 活性 焊接 法将得 到应 用 。
‘ 94 ·

焊接工艺
雹珲梭
第42卷
cutting tools[J].Vacuum,2001(62):171—180. [7】 刘 方 军 ,毛 智 勇 ,陈 刚 ,等 不 锈 钢 管 板 接 头 的 电 子束
2.1 电 子 束钎 焊 真 空 电子束 钎 焊 作 为一 种 高 质量 、高 效率 、精
确控 制 的 制造 技 术 ,对 各种 精 密 、复 杂 部件 的连 接 制 造具 有非 常重 要 的意义 。用 电子束 作 为加热 源进 行 真空 钎 焊 ,就 是用 电子束 高 速 扫描 ,使 电 子束 由 点 热 源 转 化 为 面热 源 ,实 现 零 件 的局 部 高 速 均 匀 加热。该 工艺具有普通 真空钎焊无法 比拟的优越性 , 如高温停 留时 间短 、大大减少 钎料对母 材的溶蚀 、输 入能 量精 密可控 、能 量输 入路径 可任 意编辑 等[3]。近 年来 国 内外 已通 过 电 子束 钎 焊 技术 实 现 了 陶 瓷零 件 、碳 一碳 复合 材 料[51、立 方 氮化 硼 与 碳化 钨 基体 [61
移 动 ,液 态 金 属沿 小 孔周 围流 向熔 池 后部 ,逐 渐 冷 却 、凝 固形成 焊缝网。
接 领域 的优 越性 ,上 海 交 通大 学 、北 京 航 空 制 造工 程 研究 所 和 哈尔 滨 工业 大 学 等都 在 这 方 面做 了大


量 的研究 工作 。围绕 电子束钎 焊所 开展 的研究 主要 为 钎 接机 理 和针 对具 体 材 料 与结 构 的实 用工 艺 两 方 面 ,焊 接机理 方 面 的研 究 为实 用工 艺技 术 的形成 奠 定 了基 础 。目前 ,随着 计算 机技术 的不 断进 步 ,对
柴 国 明等 人 对 用 电子 束 活 性 剂 焊 接 TA15板 材 进 行 堆 焊 实验 。结果 表 明 ,活 性 剂 对 熔 池 形 状 有 很 大 影 响 ,通 过 添 加活 性 剂 改变 表 面 张力 梯 度 ,改 善 了 焊 缝 咬 边 。
樊 丁等 人 [10-11 分 别 对 6 mm 厚 LF21铝 合 金 和
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