CN1868654A - 高镍金属合金的等离子弧焊修补 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于焊接修补由镍基超合金材料制成的翼片的方法。所述方法包括通过加工翼片去除翼片损坏的部分而得到相对平滑的表面。然后粉末合金材料，比如IN－100被输送到等离子弧焊设备。通过所述焊接设备沿着翼片损坏的部分以连续的双向模式堆焊多道焊带，以消除焊带端点处的急剧的热瞬变现象，于是降低了引起在敏感合金比如IN－100内开裂的热应力。
Description
本发明的政府权利
本发明是基于合同号F33615-01-C-5232根据与美国政府空军的合同作出的，并且美国政府享有此发明的权利。
技术领域
本发明一般涉及高镍金属合金的等离子弧焊修补，并且更具体地涉及由IN-100材料制成的薄截面部件的焊接修补。
背景技术
焊接修补含有低铝低钛含量的镍基超合金是相对简单的。然而，当铝和钛含量百分比增加时，焊接变得更加困难。当铝和钛含量增加时，所述材料的延展性成比例地降低。低的延展性导致当使用标准焊接工艺时出现材料开裂。
整体装有叶片的转子在高性能燃气轮发动机中日益得到应用。它们的使用是由对改进性能和效率的需求驱动的。传统的转子具有通过机械连接比如在轮盘的边缘形成的燕尾槽保持的翼片。对于整体装有叶片的转子，所述翼片和轮盘通常由一块连续金属制成，并且该块金属被加工成最终尺寸。通过整体装有叶片的转子实现的性能改进来源于它们用与传统转子相比更少的轮盘质量保持翼片的能力，以及来源于压缩空气穿过叶片和轮盘之间的间隙泄漏的降低。
整体装有叶片的转子的使用，尽管性能改进，但是一个主要缺点是，一直以来缺少修补于运转过程中超出可参合极限而损坏的翼片的可靠方法。当翼片超出可参合极限被损坏时，整个转子不得不停止服役并且由新的整体装有叶片的转子替换。就原材料和劳动的花费而言，这是成本非常高的。
由IN-100材料或者其它具有高铝和/或高钛含量的镍基超合金制成的整体装有叶片的转子一直难以焊接修补，如果可能修补的话，因为它们固有的低延展性会导致所述材料在焊接操作过程中或者焊后热处理过程中的开裂。
在下述公开内容中描述了一种方法，该方法克服了焊接修补由镍基超合金制成的整体装有叶片的翼片的困难。
发明内容
按照本公开的一方面，提供一种用于焊接修补由IN-100材料制成的翼片的方法。所述方法包括通过机加工翼片去除翼片被损坏的部分，而得到相当平滑的表面。呈粉末状的IN-100材料被输送到等离子弧焊设备。通过焊接设备以双向模式沿着翼片被损坏的部分堆积多道IN-100焊带，以消除在焊带两端处随着停止和引发等离子弧引起的热瞬变。
本公开的另一方面，提供一种用于焊接修补由镍基超合金材料制成的翼片的方法。所述方法包括去除翼片被损坏的部分。粉末状镍基合金材料被输送到等离子弧焊设备。采用焊接设备以双向模式沿着翼片被损坏的部分堆焊多道焊带，以消除在焊带两端处随着停止和引发等离子弧引起的热瞬变。
按照本公开的另一方面，提供一种用于焊接修补燃气轮发动机中由IN-100材料制成的整体装有叶片的转子的方法。所述方法包括去除转子被损坏的部分。粉末状IN-100材料被输送到等离子弧焊设备。当沿着转子被损坏的部分堆焊第一道焊带时，焊接设备在第一方向移动。然后当靠近第一道焊带堆焊第二道焊带时，焊接设备在第二方向移动。所述第一和第二方向是双向地相互反向的。
当联系相应附图阅读了下述被认为是实现本发明的最佳模式的说明后，本发明的其它应用对于那些本领域中的技术人员将变得明显。
附图说明
图1是等离子弧焊设备的示意图；
图2是整体装有叶片的转子的部分透视图，其具有从中伸出的被损坏翼片；
图3是图2中所示的翼片在损坏部分已经被加工后的透视图；
图4是具有多道被应用到损坏部分的焊带的图2中翼片的透视图；
图5是图2中翼片在焊带上进行加工操作的透视图；
图6是成品翼片的透视图；和
图7是表示用于修补由高硬化成分含量的镍基材料制成的部件的方法流程图。
虽然下述公开内容易于做出各种改进和替换结构，其具体的示意性实施例已经表示在了附图中并且在下面进行详细说明。然而，应当理解，不能将本公开内容限定为公开的具体形式，相反，本发明的意图应覆盖所有那些落入由权利要求限定的本公开内容的精神和范围内的改进、替换结构和等同物。
具体实施方式
本公开提供一种用于焊接修补由低延展性、高硬化成分的镍基超合金比如IN-100或者类似材料制成的部件的方法。IN-100是真空冶炼熔模铸造的镍基合金，被推荐应用大约1850-1900的高温场合。IN-100是由国际镍业公司开发的。所述材料成分包括：铬8.0-11.0％，钴13.0-17.0％，钼2.0-4.0％，钒0.70-1.20％，钛4.50-5.00％，铝5.0-6.0％，碳0.15-0.20％，硼0.01-0.02％，锆0.03-0.09％，铁至多1.0％，锰至多0.20％，硅至多0.20％，硫至多0.015％，其余为镍。在本公开内容的一个实施例中，所示的部件是在整体装有叶片的转子上形成的翼片，然而，具有类似尺寸的、由IN-100或者类似用在比如压缩机定子叶片、扩压器导向叶片等相对高温场合的材料制成的部件也是在考虑之内的。
此处所述的方法有利地克服了具有最低百分比的硬化成分比如铝和钛的高镍超合金所固有的焊接修补问题。这些硬化成分引起镍基材料具有低的延展性并且因此导致其在典型的焊接修补操作过程中或者在后续的焊后热处理中易于开裂。本发明所采用的焊接设备可以是在工业中通常应用的任何一种，然而，对于比如IN-100的材料，因为该材料在标准外界条件下易碎的特性，是很难将其拉制成丝、条或者棒的。因此，修补方法将典型地包括如后面所述的使用粉末原料的等离子弧焊设备或者微等离子弧焊设备的使用。
整体装有叶片的转子能由IN-100材料制成以符合在高性能燃气轮发动机内的温度要求。由于那些相对高温成分，比如那些在燃气轮发动机的压缩机部分使用的成分，IN-100具有优良的特性，然而，翼片具有在焊接修补操作过程中或者在焊后热处理过程中开裂的倾向。从一类具有相当高百分比硬化材料比如铝和钛的高镍超合金中开发出IN-100。在IN-100中的铝含量超过重量百分比的5％，钛含量大约为重量百分比的5.5％。这些硬化成分的百分比含量使IN-100大大超过焊接修补可接受的成分极限。典型地，铝含量大于3％或者钛含量大于6％的具有更高硬化成分含量的镍基合金是非常难以焊接的，原因是由这样的材料成分导致的低延展性材料的脆性特性。
现在参照图1，一般表示的是等离子弧焊设备10。焊接电源供应12因操作被连接到等离子弧焊设备10以向其提供电力。粉末供应装置14通过载气管道16向喷嘴焊炬18输送粉末状金属比如IN-100。所述喷嘴焊炬18包括保护气体盖20和围绕喷嘴焊炬18外围的保护气体喷嘴22。焊接电源供应12经过电缆24被电连接到电极26。载气管道16运输粉末装材料到穿过喷嘴焊炬18伸向喷嘴顶端30的粉末通道28。当粉末装材料在喷嘴顶端30喷出粉末通道28时，电极26形成穿过粉末材料的等离子弧32。等离子弧32加热粉末材料并且熔化在撞击点处的工件36的一部分。等离子弧32引起粉末材料液化并形成在工件36上的堆焊或者焊带34。
保护气体38通过保护气体喷嘴22被输送以提供围绕等离子弧32的惰性气氛。正如那些本领域内技术人员熟知的，保护气体防止堆焊金属34的氧化和杂质。可替换地，能在惰性气体净化箱(没有画出)内执行焊接作业，此时焊接设备10和工件36被惰性保护气体例如氩气完全包围。
散热片40可被放置在待焊接的工件36边缘的下面，以提供可控的环境，促进工件36的一致传热。散热片40可以由各种材料例如铜、钢或者石墨制成。在焊接过程中，当被放置在远离待焊接工件36边缘一段距离比如大约0.200英寸时，散热片40已经表现出令人满意地传热。虽然在一些情况下发现散热片40对于焊接工艺是有利的，但在没有使用散热片40而执行焊接修补也是可能的，或者说使散热片40与工件36紧密接触是最有利的应用。
图2-6表示焊接修补薄截面部件的一个实施例。在此处所使用的，“薄”被限定为至多为大约0.25英寸，虽然其它的尺寸一定是可能的。图2表示整体装有叶片的转子50的一部分，其中翼片52与轮盘54一体形成。为了容易说明，轮盘54被部分剖开。整体装有叶片的转子50典型地由单独的一块金属制成。在传统的压缩机转子布置中，当翼片被损坏时，翼片能从轮盘去除并由新的翼片替换。然而，当整体装有叶片的转子50上的翼片超出预定损坏极限时，翼片必须被修补，或者必须更换整个整体装有叶片的转子50，这将花费昂贵的材料和人工成本。
如图2所示，翼片中损坏的部分56能用合适的设备进行加工，例如磨床，以形成如图3所示的基本上直线加工的边缘58。图4表示正在施加焊接线或者焊带60以堆焊翼片52的等离子弧焊设备10，此处翼片52是以前损坏的。为了利于说明，焊接设备10是比实际使用中可能应用的位置更远离翼片52进行描述的。实际上，应当理解，焊接设备10上的焊炬将非常靠近翼片52，例如大约0.2英寸，虽然其它距离是可行的。每一个焊带60是通过等离子弧焊设备10的一个行程形成的。当焊接设备10在对应箭头70的第一方向运行时，第一道焊带62堆焊在翼片52上。通过立即反转到达翼片端点处的焊接设备，使该设备在对应箭头72的方向，即在和施加第一焊带62的方向相对的方向运行，将第二焊带64堆焊在第一焊带62之上。已经发现这种等离子弧焊设备的连续双向运动在由IN-100制成的翼片52中得到无裂纹的焊带。焊带施加的连续双向模式消除了焊带两端处的热瞬变现象。此外，连续的焊带应当以两个行程之间没有停留的连续模式施加。通常如本领域中技术人员熟知的，等离子弧焊设备10能用多轴定位系统进行电的控制。可选择地，等离子弧焊设备可以手工操作，当特定的应用使设备本身要这样处理时。
现在参照图5，在翼片52已经用焊接材料60被完全堆焊到大约原始高度74并且适当的焊后热处理操作结束后，焊接材料60能用适当的设备进行加工，比如磨具76(grinding bit)或者类似工具。翼片52被加工到如图6所示的最终尺寸，并且在针对具体应用的任何其它适当处理比如加工后的应力释放、施加镀层和喷丸处理完成后，准备操作使用。
现在参照图7，本公开内容采用的方法能用来焊接修补任何高硬化成分含量的镍基超合金，而没有在所述材料中产生裂纹。所述方法对于修补复杂形状比如整体装有叶片的转子上的翼片是特别有利的。在操作中，损坏的部件被加工以去除该部件中损坏的部分，提供用于施加焊带金属的相对平滑的表面(块图80)。当向部件施加焊带金属时，焊接设备以连续双向的模式运行(块图82)。焊接材料被冷却(块图84)并且被适当地热处理(块图86)。然后所述部件被最终加工(块图88)，并且在其它要应用的操作之后准备被放置回正常服务。
虽然前面的内容提供了本发明具体实施例的详细说明，应当理解，本发明的法律范围是由本专利最后提出的权利要求限定的。详细的说明应当只被看作示例性的，并且因为描述每一个可能的实施例是不切实际的，如果可能的话，所以没有描述本发明的每一个可能的实施例。无论利用现在的技术还是利用在本专利申请日之后发展的技术，无数个可选择的实施例都能被实施，这些实施例依旧会落入限定本发明的权利要求的范围内。
Claims (32)
1、一种用于焊接修补由镍基合金材料制成的翼片的方法，包括下列步骤：
去除翼片中损坏的部分；
向等离子弧焊设备输送粉末镍基合金材料；和
用所述焊接设备以连续双向模式沿着翼片损坏的部分堆焊多道镍基合金焊带。
2、如权利要求1所述的方法，其中在接连发生的双向焊道之间没有停留。
3、如权利要求1所述的方法，其中所述翼片位于旋转的部件上。
4、如权利要求3所述的方法，其中旋转的部件是压缩机转子。
5、如权利要求1所述的方法，其中翼片位于静止部件上。
6、如权利要求5所述的方法，其中静止部件是压缩机定子。
7、如权利要求1所述的方法，还包括用多轴定位系统电控制所述焊接设备。
8、如权利要求1所述的方法，还包括手动控制焊接设备。
9、如权利要求1所述的方法，还包括提供一个用作散热片的冷却块。
10、如权利要求9所述的方法，还包括将冷却块放置在距离焊接表面大约0.200英寸的位置。
11、如权利要求1所述的方法，还包括冷却焊带材料。
12、如权利要求1所述的方法，还包括热处理焊带材料。
13、如权利要求1所述的方法，还包括根据需要的规格加工焊带材料。
14、如权利要求1所述的方法，其中镍基合金是IN-100。
15、一种用于焊接修补由镍基超合金材料制成的翼片的方法，包括下列步骤：
去除翼片中损坏的部分；
向等离子弧焊设备输送粉末镍基合金材料；和
用所述焊接设备以双向模式沿着翼片损坏的部分堆焊多道焊带。
16、如权利要求15所述的方法，其中在接连发生的双向焊道之间没有停留。
17、如权利要求15所述的方法，其中镍基材料包括至少占重量6％的钛。
18、如权利要求15所述的方法，其中镍基材料包括至少占重量3％的铝。
19、如权利要求15所述的方法，其中镍基材料包括大约占重量50％的镍。
20、如权利要求15所述的方法，其中所述翼片位于旋转部件上。
21、如权利要求20所述的方法，其中旋转部件是压缩机转子。
22、如权利要求15所述的方法，其中翼片位于静止部件上。
23、如权利要求22所述的方法，其中静止部件是压缩机定子。
24、如权利要求15所述的方法，还包括用多轴定位系统电控制所述焊接设备。
25、如权利要求15所述的方法，还包括手动控制焊接设备。
26、如权利要求15所述的方法，还包括提供一个用作散热片的冷却块。
27、如权利要求26所述的方法，还包括将冷却块放置在距离焊接表面大约0.200英寸的位置。
28、如权利要求15所述的方法，还包括冷却焊带材料。
29、如权利要求15所述的方法，还包括热处理焊带材料。
30、如权利要求15所述的方法，还包括根据需要的规格加工焊带材料。
31、一种用于焊接修补燃气轮发动机中由IN-100材料制成的整体装有叶片的转子的方法，包括下列步骤：
去除转子损坏的部分；
向等离子弧焊设备输送粉末IN-100材料；
在第一方向移动所述焊接设备，同时在转子损坏的部分上堆焊第一焊带；和
在第二方向移动所述设备，同时靠近第一焊带堆焊第二焊带，其中第一和第二方向是彼此双向相对的。
32、如权利要求31所述的方法，其中在接连发生的双向焊道之间没有停留。
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|---|---|---|---|
| US11/049,788 US20060168808A1 (en) | 2005-02-03 | 2005-02-03 | Plasma ARC weld repair of IN100 material |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103372713A (zh) * | 2013-02-20 | 2013-10-30 | 天津工业大学 | 一种航空发动机叶片损伤的修复方法 |
| CN104245221A (zh) * | 2012-03-12 | 2014-12-24 | 西门子能量股份有限公司 | 先进的堆焊焊道累进方法 |
| CN104419805A (zh) * | 2013-09-09 | 2015-03-18 | 成都真火科技有限公司 | 一种层流等离子表面点状热处理系统 |
| CN105377494A (zh) * | 2013-01-31 | 2016-03-02 | 西门子能源公司 | 使用焊剂和金属粉末状芯供给材料的合金的包覆 |
| CN107150208A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-09-12 | 哈尔滨电机厂有限责任公司 | 一种机械加工与增材制造相结合的水轮机模型转轮制造方法 |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8089028B2 (en) * | 2007-07-24 | 2012-01-03 | United Technologies Corp. | Methods for repairing gas turbine engine knife edge seals |
| US7836594B2 (en) * | 2007-10-16 | 2010-11-23 | United Technologies Corporation | Method for restoring airfoil tip contour |
| US20090094831A1 (en) * | 2007-10-16 | 2009-04-16 | Schwartz Brian J | Method for restoring airfoil contour on integrally bladed rotors |
| JP4898720B2 (ja) * | 2008-02-14 | 2012-03-21 | 三菱重工業株式会社 | タービン動翼の補修方法 |
| US8206121B2 (en) * | 2008-03-26 | 2012-06-26 | United Technologies Corporation | Method of restoring an airfoil blade |
| US8539659B2 (en) * | 2008-04-23 | 2013-09-24 | United Technologies Corporation | Method of repairing an article |
| AT506217B1 (de) * | 2008-05-28 | 2009-07-15 | Fronius Int Gmbh | Verfahren zur herstellung einer struktur an einer oberfläche eines metallischen werkstücks |
| EP2586561A1 (de) * | 2011-10-26 | 2013-05-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Strategie der Verfahrbewegung zur Erhaltung des einkristallinen Aufbaus beim Auftragsschweißen |
| US20130277416A1 (en) * | 2012-04-23 | 2013-10-24 | Arthur Lindemanis | Remote melt joining methods and remote melt joining systems |
| US20130323066A1 (en) * | 2012-05-31 | 2013-12-05 | Monika D. Kinstler | Maskant for fluoride ion cleaning |
| CN103801799B (zh) | 2012-11-12 | 2017-11-21 | 通用电气公司 | 制造回转件的方法及用该方法制造的回转件 |
| US10907609B2 (en) * | 2014-07-15 | 2021-02-02 | Ge Renewable Technologies | Apparatus and method for modifying a geometry of a turbine part |
| CA2857297C (en) * | 2014-07-21 | 2021-08-17 | Alstom Renewable Technologies | Apparatus and method for modifying a geometry of a turbine part |
| US20160146024A1 (en) * | 2014-11-24 | 2016-05-26 | Honeywell International Inc. | Hybrid bonded turbine rotors and methods for manufacturing the same |
| US20160221122A1 (en) * | 2015-02-03 | 2016-08-04 | Hamilton Sundstrand Corporation | Hybrid additive manufacturing method for rotor |
| DE102015111746A1 (de) * | 2015-07-20 | 2017-01-26 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Gekühltes Turbinenlaufrad, insbesondere für ein Flugtriebwerk |
| US9951632B2 (en) | 2015-07-23 | 2018-04-24 | Honeywell International Inc. | Hybrid bonded turbine rotors and methods for manufacturing the same |
| CN105290589B (zh) * | 2015-11-10 | 2017-12-01 | 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 | 一种钛合金进气机匣支板裂纹微束等离子焊修复方法 |
| US10814445B2 (en) * | 2016-05-09 | 2020-10-27 | Raytheon Technologies Corporation | Airfoil machining |
| JP7082867B2 (ja) * | 2017-11-06 | 2022-06-09 | 三菱重工コンプレッサ株式会社 | 金属積層造形方法 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4190760A (en) * | 1976-05-14 | 1980-02-26 | Kobe Steel, Ltd. | Welding apparatus with shifting magnetic field |
| US4121083A (en) * | 1977-04-27 | 1978-10-17 | Metco, Inc. | Method and apparatus for plasma flame-spraying coating material onto a substrate |
| DE3438439A1 (de) * | 1983-10-26 | 1985-05-09 | Daido Tokushuko K.K., Nagoya, Aichi | Pulveroberflaechenschweissverfahren |
| US4778953A (en) * | 1986-08-04 | 1988-10-18 | Ohi Seisakusho Co., Ltd. | Sealed rotary switch |
| US4705203A (en) * | 1986-08-04 | 1987-11-10 | United Technologies Corporation | Repair of surface defects in superalloy articles |
| US5271971A (en) * | 1987-03-30 | 1993-12-21 | Crystallume | Microwave plasma CVD method for coating a substrate with high thermal-conductivity diamond material |
| US4878953A (en) * | 1988-01-13 | 1989-11-07 | Metallurgical Industries, Inc. | Method of refurbishing cast gas turbine engine components and refurbished component |
| US5129969A (en) * | 1988-09-28 | 1992-07-14 | General Electric Company | Method of forming in100 fatigue crack resistant nickel base superalloys and product formed |
| DE3841730C2 (de) * | 1988-12-10 | 1997-06-19 | Widia Gmbh | Verfahren zum Beschichten eines metallischen Grundkörpers mit einem nichtleitenden Beschichtungsmaterial |
| US5311103A (en) * | 1992-06-01 | 1994-05-10 | Board Of Trustees Operating Michigan State University | Apparatus for the coating of material on a substrate using a microwave or UHF plasma |
| IL111063A0 (en) * | 1994-09-26 | 1994-12-29 | Plas Plasma Ltd | A method for depositing a coating onto a substrate by means of thermal spraying and an apparatus for carrying out said method |
| RU2124588C1 (ru) * | 1997-12-30 | 1999-01-10 | Закрытое акционерное общество "Техно-ТМ" | Способ микроплазменного оксидирования вентильных металлов и их сплавов и устройство для его осуществления |
| RU2149929C1 (ru) * | 1999-04-02 | 2000-05-27 | Закрытое акционерное общество "Техно-ТМ" | Способ микроплазменной электролитической обработки поверхности электропроводящих материалов |
| JP3686319B2 (ja) * | 2000-08-30 | 2005-08-24 | 株式会社日立製作所 | ガスタービン動翼の溶接方法 |
| US6532656B1 (en) * | 2001-10-10 | 2003-03-18 | General Electric Company | Gas turbine engine compressor blade restoration method |
| DE10316966A1 (de) * | 2003-04-12 | 2004-10-28 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Verfahren zum Wiederaufbauen flächig ausgebildeter beschädigter Bauteile |
-
2005
- 2005-02-03 US US11/049,788 patent/US20060168808A1/en not_active Abandoned
-
2006
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- 2006-02-03 JP JP2006026437A patent/JP2006239775A/ja active Pending
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- 2006-02-03 CN CNA2006100673416A patent/CN1868654A/zh active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104245221A (zh) * | 2012-03-12 | 2014-12-24 | 西门子能量股份有限公司 | 先进的堆焊焊道累进方法 |
| CN104245221B (zh) * | 2012-03-12 | 2017-04-12 | 西门子能量股份有限公司 | 先进的堆焊焊道累进方法 |
| CN105377494A (zh) * | 2013-01-31 | 2016-03-02 | 西门子能源公司 | 使用焊剂和金属粉末状芯供给材料的合金的包覆 |
| CN103372713A (zh) * | 2013-02-20 | 2013-10-30 | 天津工业大学 | 一种航空发动机叶片损伤的修复方法 |
| CN103372713B (zh) * | 2013-02-20 | 2015-10-14 | 天津工业大学 | 一种航空发动机叶片损伤的修复方法 |
| CN104419805A (zh) * | 2013-09-09 | 2015-03-18 | 成都真火科技有限公司 | 一种层流等离子表面点状热处理系统 |
| CN107150208A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-09-12 | 哈尔滨电机厂有限责任公司 | 一种机械加工与增材制造相结合的水轮机模型转轮制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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