最新刊期
      2023 年 第 6 期

        重点关注

      • 刘瑶,王磊,汤莹莹,陈悦,杨成刚,夏春
        2023, 53(6): 1-7. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.06.01
        摘要：针对航空发动机常用非穿透焊锁底接头电子束深熔焊易出现气孔缺陷的现象，建立了一个可描述电子束焊接过程瞬态匙孔和熔池动力学的三维数学模型，对焊接过程进行了模拟。对比实验和模拟结果发现，电子束非穿透深熔焊接气孔产生的根本原因是匙孔不稳定塌陷形成空穴，空穴被凝固前沿捕获所致。对脉冲电子束焊接过程进行模拟发现，随着电子束脉冲频率增加，匙孔稳定状态增强，当频率达到1 000 Hz时，匙孔始终处于动态稳定的平衡状态，此时能有效控制焊缝气孔缺陷。该研究为指导电子束深熔焊接气孔缺陷抑制提供了理论依据。  
        关键词：电子束焊接;匙孔行为;气孔缺陷;脉冲束流;数值模拟   
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        发布时间：2023-06-25
      • 杨波,王壮,许海鹰,桑兴华
        2023, 53(6): 8-14. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.06.02
        摘要：针对电子束熔丝增材制造工艺对设备长期稳定性与可靠性的需求，以电压双闭环的方式设计加速电源控制电路，实现加速电压在电网电压及负载特性发生变动时保持长期稳定的输出；以异步开关及均流控制的方式实现加速电源3路并联工作，降低30 kW输出功率状态下电路产生的EMI（Electromagnetic Interference），实现加速电源在长时间大功率状态下可靠工作，并在此基础上完成了对灯丝电源、偏压电源以及轰击电源的设计，实现了对电子束熔丝增材高压电源的研制。对所研制的高压电源进行特性验证，其可在60 kV输出电压及30 kW输出功率状态下实现20 h连续稳定工作，满足电子束熔丝增材制造工艺的要求。  
        关键词：电子束;熔丝增材;电压双闭环;异步开关;均流控制   
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        发布时间：2023-06-25
      • 左寒松,徐向辉,金文中,柳翊,曹永青,伊浩
        2023, 53(6): 15-22. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.06.03
        摘要：选区激光熔化技术（SLM）被认为是最具潜力的金属增材制造技术之一。对SLM成形316L不锈钢薄壁件侧壁表面形成机理与优化策略进行了研究。实验结果发现：随着体能量密度的逐渐提升，SLM成形金属薄壁件侧壁粘粉、凹陷（孔隙）等表面缺陷及壁厚精度均呈现分段性变化，即熔池烧结存在固相烧结、稳态传导和非稳定匙孔三种模式。不同体能量密度条件下的熔池热、动力学行为耦合作用改变，使得各种表面缺陷的分布、形貌乃至形成过程均不同。重点分析了叠层褶皱、道内震荡褶皱及飞溅沉积褶皱三类表面褶皱形貌的形成机理。上述研究为提高SLM成形复杂薄壁结构表面质量提供了实验与理论借鉴。  
        关键词：选择性激光熔化技术;表面缺陷;熔池行为;金属薄壁件   
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        发布时间：2023-06-25
      • 张新戈,王文权,郑欣,陈健,申发明,李洪梅,孙大千
        2023, 53(6): 23-28. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.06.04
        摘要：大尺寸、复杂结构的ZM6镁合金铸件极易出现裂纹、疏松、气孔和夹杂等铸造缺陷，开发高质量补焊修复技术将有助于推动其更广泛的应用。利用钨极氩弧焊（TIG）补焊技术，针对不同尺寸的圆形坡口，采用优化的焊前预热措施、焊接工艺参数和焊后热处理工艺，对ZM6铸造镁合金TIG补焊焊缝成形、接头组织特征和力学性能进行分析。研究结果表明，针对直径10~40 mm的坡口，采用焊前200 ℃预热1 h和160 A焊接电流，可以获得无裂纹、无气孔、无未熔合缺陷的补焊接头。补焊接头焊缝区晶粒细化，晶粒尺寸为30~40 μm；热影响区宽度较窄，但晶粒发生长大，团簇状析出相明显减少，因此热影响区硬度最低。随着坡口尺寸增大，焊缝区和热影响区的硬度均发生下降，试样拉伸强度降低。拉伸试样主要断裂于热影响区，平均抗拉强度和延伸率达母材的93.7%和95.1%。  
        关键词：ZM6镁合金;钨极氩弧焊;补焊特性;组织特征;力学性能   
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        发布时间：2023-06-25
      • 杨尚玉,郭鹰
        2023, 53(6): 29-35. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.06.05
        摘要：为研究TIP-TIG（TT）焊接技术在液化天然气（LNG）储罐用9Ni钢焊接中的应用价值，根据国标对9Ni钢埋弧焊（SAW）和TT焊接接头进行了低温夏比冲击韧性试验和裂纹尖端张开位移（CTOD）试验，并对接头进行了微观组织及CTOD试样断口分析。结果表明，TT焊缝和热影响区平均低温冲击吸收能量远高于SAW，低温冲击韧性更好。TT焊缝和热影响区CTOD特征值分别为0.455 mm和0.744 mm，SAW焊缝区和热影响区为0.621 mm和0.391 mm，CTOD特征值远高于常用工程标准要求，CTOD试样断口均为韧窝，断裂形式为韧性断裂。TT焊接时，送丝机的推拉振动送丝功能实现了对熔池的搅拌，使得焊缝金属成分更加均匀，细化了晶粒，也减少了焊接过程中气孔的产生；另一方面，TT焊接时采用钟摆型摆动方式，焊枪摆动也有助于晶粒的细化，从而提高焊接接头的低温韧性。将TT焊接技术运用到9Ni钢的焊接中，相比传统的弧焊方法，不仅能够获得高品质的焊接接头，还可以解决清根、大量打磨的问题，节省材料和人工成本，从而实现高效高质量焊接。  
        关键词：9Ni钢;TIP-TIG焊接;埋弧焊;低温韧性;CTOD试验   
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        发布时间：2023-06-25
      • 陈冬雪,徐博翰,张建飞,黄星光,孙宝福
        2023, 53(6): 36-41. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.06.06
        摘要：由于选区熔化成形的TC4钛合金致密程度不高，因此针对电子束选区熔化技术（SEBM）成形的TC4钛合金，随炉进行热等静压试验，研究分析热等静压处理后合金的微观组织和力学性能。结果表明，经过热等静压处理后的TC4钛合金试件通过排水法测试出的相对密度达到了99%以上，几乎完全致密。对拉伸试样并进行室温拉伸试验，热等静压处理后的试件呈现出抗拉强度下降，塑性提高的趋势，抗拉强度为640.49 MPa，低于SEBM成形件的760 MPa，断裂伸长率达到19.95%。试样断口呈现被拉长的杯锥状及数量少、形状大且深的韧窝。热等静压过处理后的试件呈现出网篮组织，整体均匀细致，在β晶界内密集的片状α相互交错分布，且伴随着等轴α相。  
        关键词：热等静压;电子束选区熔化;Ti-6Al-4V;力学性能   
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        发布时间：2023-06-25

        焊接设备

      • 钱璐楠,李春生
        2023, 53(6): 42-47. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.06.07
        摘要：轨道列车车体生产采用搅拌摩擦焊接技术进行铝合金型材的拼接，传统焊接控制需要人工对焊接深度和焊接位置进行实时调整，当焊接行程变长后，不仅增加了工人劳动强度，且焊接效率低下，质量不高。为解决该问题，采用辅助焊接技术对焊接控制进行升级，通过恒压力控制技术自动检测焊接深度并进行自适应调节，实现焊接Z向深度的自动控制；通过激光跟踪扫描技术实时检测焊缝位置，实时自动调整焊接Y向位置；最终结合数控编程，完成无人干预一键焊接，实现轨道列车车体产品的自动化焊接。实践应用表明，单块产品的焊接时间由1 h缩短至40 min，焊接质量合格率由原来的约87%上升至约95%。  
        关键词：搅拌摩擦焊;自动化;激光跟踪;恒压力控制;轨道车辆   
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        发布时间：2023-06-25

        焊接工艺

      • 乔丽学,余刚,曹睿,董浩,王彩芹,车洪艳,王铁军,闫英杰
        2023, 53(6): 48-54. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.06.08
        摘要：针对M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢的连接问题，使用TIG焊接方法，并对M390/304焊接接头进行拉伸、维氏显微硬度测试、SEM及EDS表征焊接接头力学性能及微观组织，X射线衍射分析各区域中相组成，统计焊缝及M390一侧不同区域的晶粒尺寸，揭示焊接接头的断裂机理。研究结果表明，采用TIG焊可以实现M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢异种金属连接，得到焊缝形貌美观、无孔洞、无夹杂等缺陷的焊接接头。最佳焊接工艺参数为：焊接电流120 A，电弧电压16 V，焊接速度3.3 mm/s；对应的抗拉强度为266 MPa。焊缝由马氏体、M23C6及M7C3组成，焊缝中晶粒尺寸最大，平均晶粒尺寸为17.96 μm。由于焊缝基体组织为马氏体且晶粒尺寸最大，焊接接头断裂在焊缝，断裂类型为解理断裂。M390侧和焊缝中碳化物主要为（Cr、V）碳化物，从M390母材到粗晶区，碳化物形貌逐渐由颗粒状向长条状演变，热的作用导致碳化物长大聚集。  
        关键词：M390高碳马氏体不锈钢;TIG焊;微观组织;力学性能   
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        发布时间：2023-06-25
      • 吴超梅,刘飞,陈韬
        2023, 53(6): 55-61. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.06.09
        摘要：随着对金属材料强度的要求越来越高，单一金属材料的性能具有巨大的局限性，已难以满足人们日益增长的使用需要。近年来，Cu/W异种金属的连接在焊接领域发挥着日益重要的作用。本文采用冷焊技术制备出了钨/铜异种金属焊接搭接头，研究表明冷焊焊接电流对接头的成形有显著的影响，160 A时，界面处存在许多孔洞、未焊合缺陷，断裂发生在界面结合处；170 A时发生咬边，且焊缝中靠近熔合线处出现气孔聚集，断裂发生在此处；180 A时焊缝成形较均匀，界面结合较致密，Cu、W的扩散程度最大，接头强度最高，断口在钨上；190 A时，焊点之间交叠、间隔，连接面积变化大，界面及焊缝处均存在很大气孔，焊件质量不稳定。接头剪切强度随电流升高呈先增大后减小的变化趋势，180 A时达到峰值77.78 MPa，焊接接头质量最好。焊后钨侧硬度与焊前相差不大，焊缝处硬度极低，热影响区的硬度介于铜母材与焊缝之间，界面处的硬度随电流的增大而减小。除170 A外，其他电流参数下接头都无明显的软化区。  
        关键词：铜/钨;异种金属;冷焊;接头微观组织;力学性能   
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        发布时间：2023-06-25
      • 戴玲,姜永正,杨国平,郑玲,文弋
        2023, 53(6): 62-69. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.06.10
        摘要：以Q345厚板L形接头焊接过程为研究对象，提取厚板的V形焊道结构进行分析，基于双椭球功率密度分布体热源模型为输入热源，利用Visual Environment有限元软件建立其网格模型，并建立焊接热过程的计算文件。通过数值模拟焊接一段直板结构的V形焊道焊接热过程，模拟并分析不同焊接工艺参数下的厚板温度场，研究了不同有效热功率和焊接速度对焊接温度场的影响；并结合V形板焊接试验的红外激光测试数据，对比仿真结果温度云图截面，证明了温度场数据的仿真效果与实际吻合，数值模拟的数据准确；同时分析了不同热效率和焊接速度下，焊接温度场的不同温度区间的尺寸变化。计算结果表明，低温区的尺寸变小，证明厚板的散热效果比薄板好；由仿真的几组数据表明，加大焊道的热输入量，高温区下移，证实V形焊道对热输入的要求比双V形焊道高；焊接速度越大，高温区和低温区的体积越小，对比不同焊接速度的焊道温度场截面，高温区宽度的减小比率大于深度减小比率，即焊接速度对低温区的影响效果比高温区明显。  
        关键词：V形焊道;焊接速度;温度场;热源模型;数值模拟   
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        发布时间：2023-06-25
      • 马涛,杨柳青,桑尚
        2023, 53(6): 70-75. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.06.11
        摘要：某型内燃机车主发电机转子焊接风扇焊后变形量分散性大，为了研究焊接变形对风扇疲劳寿命的影响，对焊接风扇所属底板引起的不同变形量导致安装产生的装配应力进行测试，进而采用真实载荷谱对风扇进行疲劳试验，同时对比了三种通过改变焊接工艺来减小焊接变形的改进方案。研究结果表明：由焊接导致的风扇变形在安装过程中会产生装配应力，变形越大，装配应力越大，变形量与装配应力近似呈非线性关系；疲劳起裂源发生在风扇叶片焊趾处，底板焊接变形越大，叶片疲劳寿命越小；可通过防变形工装来控制风扇底板焊接变形量，底板焊接变形量小于0.35 mm时，可以满足其风扇设计寿命要求。  
        关键词：焊接变形;应力测试;受力分析;疲劳试验   
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        发布时间：2023-06-25
      • 赵琦,程家豪,焦传佳,王强,程时榜,钟志成
        2023, 53(6): 76-82. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.06.12
        摘要：为了获取薄板焊接中瞬态变形过程规律，以及试件尺寸对焊后变形的影响规律，基于三维光学面扫描测量系统，分析了Q235薄板焊接中的焊缝区域及关键点的瞬态变形过程。根据试验测试对建立的有限元模型进行修正，采用开发的有限元模型详细讨论了试件尺寸对Q235薄板焊接面外变形的影响规律及产生机理。对比修正后的有限元模型分析与实验测试结果一致，通过仿真模拟得到：在薄板长度一定时，随着板宽度的增加，纵向弯曲程度降低，角变形变化不明显；在薄板宽度一定时，随着板长度的增加，纵向弯曲程度和角变形均增加。试板长宽比对焊缝纵向塑性应变的大小和分布的作用范围影响不大，对焊缝横向应变分布范围和大小有较大影响。该研究为工业生产中判断及降低焊后变形提供有效指导。  
        关键词：三维光学面扫描测量系统;薄板;焊接变形;有限元仿真;机理   
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        发布时间：2023-06-25
      • 孟不凡,赵建平
        2023, 53(6): 83-91. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.06.13
        摘要：通过有限元软件ABAQUS建立了X80钢三维补焊模型，综合考虑焊接残余应力和组织不均匀性的影响，采用顺序间接耦合方法，对平板补焊的温度场、应力场和氢扩散进行耦合计算。研究了在不同补焊热输入条件下的补焊残余应力变化规律。结果表明：补焊后最大残余应力出现在补焊焊缝区域，横向残余应力S11应力峰值增加55%，纵向残余应力S22超过材料屈服强度。不同补焊热输入对S11影响较大。无残余应力影响时氢扩散呈现梯度分布，有应力影响时，氢在残余应力集中区域浓度较大，残余应力促进了氢的扩散和聚集。  
        关键词：X80钢;补焊;残余应力;氢扩散   
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        发布时间：2023-06-25
      • 林方强,芦丽莉,潘学荣,伍建文,叶义海
        2023, 53(6): 92-97. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.06.14
        摘要：基于实测的应力和强度数据，对Inconel 690/321不锈钢异种金属焊接接头开展静强度可靠性评估，应用应力强度干涉模型研究了焊接接头的静强度可靠度，以及焊接接头的可靠性安全系数。结果表明，在应力和强度服从正态分布的情况下，水压试验工况中焊接接头的静强度可靠度为0.999 93；另一方面，在焊接接头可靠度指标R=0.999 9条件下得可靠性安全系数为1.1。基于实测数据建立的焊接接头静强度可靠性评估方法，可以推广应用于类似焊接接头的强度设计与评估，达到安全系数精细化设计、结构减重的目的。  
        关键词：可靠性评估;异种金属焊缝;应力强度干涉模型;XRD   
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        发布时间：2023-06-25
      • 陈坤,宋怡漾,芦丽莉,李潮伟
        2023, 53(6): 98-110. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.06.15
        摘要：为验证不同体系焊材（美标和俄标）对典型核电站复合钢管道维修焊缝的断裂性能的影响，采用成熟的焊接工艺、不同体系焊材制备复合钢管道维修试样，并分别对其熔敷区和热影响区进行断裂性能测试。结果表明，美标焊材修复焊缝的熔敷区的抗断裂性能明显高于俄标焊材；两种体系焊材修复焊缝的热影响区的抗断裂性能相近；俄标焊材修复焊缝的热影响区的抗断裂性能明显高于熔敷区；从趋势上判别，随着裂纹扩展量的增大，美标焊材修复焊缝的热影响区的J阻力曲线明显高于熔敷区，美标焊材修复焊缝的熔敷区和热影响区的条件起裂韧度相差不大。  
        关键词：复合钢管道;载荷分离;阻力曲线;抗断裂性能   
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      • 纪昂,张立平,彭根琛
        2023, 53(6): 111-116. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.06.16
        摘要：针对焊接防飞溅剂在实际应用中可能出现的使用过量或局部累积现象进行了表面堆焊试验研究，分析不同类型、累积量的防飞溅剂在焊接过程中的状态变化及其对焊接过程中熔池流动性、电弧稳定性以及焊缝成形的影响。结果表明，油基防飞溅剂累积量一旦大于0.045 mL/cm2，便会有部分防飞溅剂进入熔池，从而降低熔池的流动性，导致焊丝液态熔敷金属堆积在电弧的后方，同时防飞溅剂会与电弧直接接触。水基防飞溅剂在电弧高温和压力的作用下会向前推进并迅速挥发，即使累积量为0.227 mL/cm2仍不会进入熔池，因此并不会影响熔池的流动性。水基防飞溅剂对应的电弧稳定性明显优于油基防飞溅剂，特别是当累积量小于等于0.09 mL/cm2时，这种差距最为明显。两类防飞溅剂作用下，焊缝整体成形基本一致，仅焊缝熔深较无防飞溅剂的降低约0.5 mm，而焊缝余高和熔宽并无明显变化。  
        关键词：防飞溅剂;熔池流动性;电弧稳定性;焊缝成形   
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        发布时间：2023-06-25
      • 仇一卿,姚徐伟,卜星,赵舵,张自立,陆伟,倪林斌
        2023, 53(6): 117-121. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.06.17
        摘要：对6 mm厚2219铝合金进行了搅拌摩擦焊接，并利用X射线对焊缝进行检测，同时截取了焊缝横向及纵向金相试样进行对照分析，观察焊缝发现：位于焊缝前进侧区域存在一条明显亮线，焊缝纵向存在呈周期性断续分布的白色月牙状夹杂。分析认为，受搅拌摩擦焊热-力作用以及材料塑性流动的综合影响，在前进侧形成强化相的异常聚集与长大，同时受原材料强化相尺寸及分布特征影响，形成不均匀的月牙形夹杂，但夹杂厚度较小，且与基体形成冶金结合，聚集相对焊缝力学性能无显著影响。  
        关键词：2219铝合金;搅拌摩擦焊;X射线;强化相   
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        发布时间：2023-06-25
      • 张进,徐进,裴彦鹤
        2023, 53(6): 122-128. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.06.18
        摘要：为推动相控阵超声检测技术在核电厂铁素体钢薄板对接焊缝上的工程应用，对国、内外适用于铁素体钢薄板对接焊缝相控阵超声检测技术标准的主要内容进行了分析，ISO 13588—2019、DL/T 1718—2017和NB/T 47013.15—2021比较适合作为核电厂薄板对接焊缝相控阵超声检测的参考标准，核电厂铁素体钢薄板对接焊缝相控阵超声检测应用可参考NB/T 47013.3—2015检测灵敏度和验收标准要求。该结论可为核电厂铁素体钢薄板对接焊缝相控阵超声检测技术的工程应用提供参考。  
        关键词：铁素体钢薄板;对接焊缝;相控阵超声检测;核电厂;标准   
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        发布时间：2023-06-25
      • 李连波,孙有辉,马丽,舒欣欣,赵翠华,张德文,隋喜斌
        2023, 53(6): 129-134. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.06.19
        摘要：在机器人全自动焊接工艺开发过程中，存在其焊接接头低温冲击功不满足焊接标准要求或者离散度较大的现象。为解决此问题，针对多个可能影响机器人自动焊焊接接头低温冲击韧性的因素，制定不同的焊接方案，进行焊接试验及焊后焊接接头低温冲击功测试，并对得到的数据进行离散度分析。经对比发现，不同影响因素对于焊接接头低温冲击韧性影响大小不一，热输入及焊材牌号的影响最大。施工效率最高的焊接方案为：采用M60焊材，以1.0~1.25 kJ/mm的热输入焊接，采用气刨清根并配以打磨，背面填充采用药芯气保焊，配以L71焊材焊接，按照此方案开展实验，结果表明焊接接头的低温冲击功在-40 ℃时仍满足规范要求。  
        关键词：海洋工程钢结构;机器人自动焊;低温冲击;焊接工艺   
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        发布时间：2023-06-25
      • 李志强,马志宝,刘畅,郭德瑞,贾凯杰,高大伟,张彦军,张轶芳
        2023, 53(6): 135-141. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.06.20
        摘要：通过对火电机组主汽管道上直埋式温度套管角焊缝进行相控阵检测，发现焊缝中存在大量的内部超标缺陷。对角焊缝缺陷部位进行挖除过程中，发现焊缝内部存在大量夹渣、气孔以及未熔合缺陷，与相控阵检测缺陷位置匹配良好。通过制定合理的焊接工艺和焊后热处理工艺，成功修复焊缝缺陷。总结得出，应对运行时间超过10万小时的在役机组高温管道直埋式温度套管角焊缝开展相控阵检验；同时，对于直埋式温度套管结构，套管、焊缝和主管为同材质或同类材质，角焊缝内部质量经检测合格后，一般来说能够安全稳定运行。  
        关键词：相控阵检测;焊缝内部缺陷;温度套管;直埋式结构;焊接修复   
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        发布时间：2023-06-25
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