JPS6018292A - 溶接継手部の残留応力処理法 - Google Patents
溶接継手部の残留応力処理法Info
- Publication number
- JPS6018292A JPS6018292A JP12052584A JP12052584A JPS6018292A JP S6018292 A JPS6018292 A JP S6018292A JP 12052584 A JP12052584 A JP 12052584A JP 12052584 A JP12052584 A JP 12052584A JP S6018292 A JPS6018292 A JP S6018292A
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- JP
- Japan
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- welded joint
- residual stress
- heating
- joint part
- stress
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は金属材料を溶接によっC接続するに際して、溶
接継手部に溶接後に発生する残留応ツノを低減もしくは
制御する処理方払に関りるものである。
接継手部に溶接後に発生する残留応ツノを低減もしくは
制御する処理方払に関りるものである。
一般に金属材料を、溶接する場合たとえば容器や構造物
を製作するに際しての溶接作業や配管を連結するため等
の溶接作業におい−Cは、金属材料の溶接継手部には、
溶接後の冷却に伴って生ずる収縮と拘束とによって、残
留応力が発生することは避けられない。
を製作するに際しての溶接作業や配管を連結するため等
の溶接作業におい−Cは、金属材料の溶接継手部には、
溶接後の冷却に伴って生ずる収縮と拘束とによって、残
留応力が発生することは避けられない。
即ちM1図は、外的拘束のない二枚の金属材料をその端
面で突合u−C溶接しで接続した場合に金属材料に発生
する残留応力の分布状態を模式的に示したものである。
面で突合u−C溶接しで接続した場合に金属材料に発生
する残留応力の分布状態を模式的に示したものである。
ここにσ×、σYは夫々溶接線Mに直角yj向並びに溶
接線に治った方面に光ど[gる残留応力を示(ものであ
り、いずれも溶接中央部では引張り残留応力が発生し、
周囲に行くにしたがって圧縮残留応力となる。これらの
特性は一般によく知られているものぐあり、特に溶接方
向の応力σYの値は材料の降伏点又はそれ以上の値を示
すこともまた知られている。
接線に治った方面に光ど[gる残留応力を示(ものであ
り、いずれも溶接中央部では引張り残留応力が発生し、
周囲に行くにしたがって圧縮残留応力となる。これらの
特性は一般によく知られているものぐあり、特に溶接方
向の応力σYの値は材料の降伏点又はそれ以上の値を示
すこともまた知られている。
そし”C上記した如き発生した引張り残留応力は製作物
及び構築物を損傷せしめる等障害を惹起する大きな原因
となる場合がある。
及び構築物を損傷せしめる等障害を惹起する大きな原因
となる場合がある。
たとえばオーステナイト系ステンレス鋼を使用した容器
、 4FJ造物、配管等においでは、材質、使用環境、
応力発生状況などの条件により、その程度の差はあるが
応力腐食割れが発生(]、オオースブナイトステンレス
鋼を使用する場合の最も大きな問題となっている。又高
張力鋼2合金鋼においても同様に残留応ツノの存在に起
因づる応力腐食割れ、その他の発生は数多く児られる。
、 4FJ造物、配管等においでは、材質、使用環境、
応力発生状況などの条件により、その程度の差はあるが
応力腐食割れが発生(]、オオースブナイトステンレス
鋼を使用する場合の最も大きな問題となっている。又高
張力鋼2合金鋼においても同様に残留応ツノの存在に起
因づる応力腐食割れ、その他の発生は数多く児られる。
このようなことより溶接後の金属材料の残留応力を緩和
させるため、炉内応力除去焼鈍(T hcr−n+al
S tress Relief 丁reatme++
t in Furnace)が広く採用されている。
させるため、炉内応力除去焼鈍(T hcr−n+al
S tress Relief 丁reatme++
t in Furnace)が広く採用されている。
しかしながらこのような方法では、たとえば5US30
=1ステンレス鋼の如き金属材料の応ツノ除去に対しで
適用した場合、溶接後約850℃に加熱し、熱分布を均
等化ジ゛る為徐冷することにょっC残留応力の緩和は可
能であるが、このような^温度に加熱することは、上記
の金属材料ではクロムカーバイドが発生し、これににつ
て粒界11ル食を惹起し、機械的性質を低下せしめるよ
うな別の問題が生じる。更には850℃又はそれ以上の
温度に加熱りることは構造物の人さい変形を伴うことや
、加熱により表面に酸化物が発生ずるなどの欠点があり
技術的にも経湾的にも問題があった。
=1ステンレス鋼の如き金属材料の応ツノ除去に対しで
適用した場合、溶接後約850℃に加熱し、熱分布を均
等化ジ゛る為徐冷することにょっC残留応力の緩和は可
能であるが、このような^温度に加熱することは、上記
の金属材料ではクロムカーバイドが発生し、これににつ
て粒界11ル食を惹起し、機械的性質を低下せしめるよ
うな別の問題が生じる。更には850℃又はそれ以上の
温度に加熱りることは構造物の人さい変形を伴うことや
、加熱により表面に酸化物が発生ずるなどの欠点があり
技術的にも経湾的にも問題があった。
又−り高張力鋼1合金鋼の残留応力を緩和ざUるため従
来の上記の加熱により行なう場合、調質鋼では加熱温度
を焼戻し温度以下にリ−ることが祠r1の強度を保持す
ることより必須ぐある。このIζめ加熱保持時間を長時
間とりることとなり作業性を低下じしめるばかり(゛な
く、残留応力の緩和を充分達成し得ないのが実情ぐある
1゜ このようなことより溶接後、継手部の両側を上記した加
熱温度より低い温度で加熱して、より効果的な残留応力
を緩和する方法が、1964年ティー、ダブリュ、グリ
ーン(T、 W、 Greene )と1−6エー、ハ
ルツバー (A、Δ、 f−1alzbaur )によ
り提案されたことがあった(つ1ルデイングジヤーナル
(Welding Journal) VOI、25
、 N。
来の上記の加熱により行なう場合、調質鋼では加熱温度
を焼戻し温度以下にリ−ることが祠r1の強度を保持す
ることより必須ぐある。このIζめ加熱保持時間を長時
間とりることとなり作業性を低下じしめるばかり(゛な
く、残留応力の緩和を充分達成し得ないのが実情ぐある
1゜ このようなことより溶接後、継手部の両側を上記した加
熱温度より低い温度で加熱して、より効果的な残留応力
を緩和する方法が、1964年ティー、ダブリュ、グリ
ーン(T、 W、 Greene )と1−6エー、ハ
ルツバー (A、Δ、 f−1alzbaur )によ
り提案されたことがあった(つ1ルデイングジヤーナル
(Welding Journal) VOI、25
、 N。
3 、 Maroll、 1946. p 、171s
−1,85s) 。この方法は溶接後、溶接継平部両
側を一定幅範囲を200℃前後に加熱した後、溶接部を
常温に保つ為に直らに水冷して両側からの熱膨張力によ
り溶接部を引張り塑性変形を起さぜることにJ:って残
留応力を緩和しJ、うどするいわゆるControll
ed L owTemperature 5tpess
Re1ief法(低温応力緩和法)と称するものであ
って、EJ41の物理的、冶金的変化を与えないで応力
を緩和する方法として誠に興味深い方法といえよう。し
かしこの方法では、水を使用するため、被溶接金属に酸
化腐食を惹起する恐れがあるばかりでなく、製作過程中
の事であれば水処理に対する処置しとれるが、完成品や
貯槽タンク等の開放検査時にお()る補修溶接部にこの
方法を適用しようと1′れば、作業環境を悪化づ゛るこ
とは否めない。又補修溶接時の形状。
−1,85s) 。この方法は溶接後、溶接継平部両
側を一定幅範囲を200℃前後に加熱した後、溶接部を
常温に保つ為に直らに水冷して両側からの熱膨張力によ
り溶接部を引張り塑性変形を起さぜることにJ:って残
留応力を緩和しJ、うどするいわゆるControll
ed L owTemperature 5tpess
Re1ief法(低温応力緩和法)と称するものであ
って、EJ41の物理的、冶金的変化を与えないで応力
を緩和する方法として誠に興味深い方法といえよう。し
かしこの方法では、水を使用するため、被溶接金属に酸
化腐食を惹起する恐れがあるばかりでなく、製作過程中
の事であれば水処理に対する処置しとれるが、完成品や
貯槽タンク等の開放検査時にお()る補修溶接部にこの
方法を適用しようと1′れば、作業環境を悪化づ゛るこ
とは否めない。又補修溶接時の形状。
長さは勿論その存在作業場所により所定の加熱位置や加
熱幅などの所定の条件がとれなくて所定の温度では充分
・ぞのL1的を達し得ない場合も生じることがある。所
詮、残留応力処理法としては炉内焼鈍が主流をしめ、法
規などに定められてd3す、かかるjノ法は主流にはな
り得ない宿命にあったと思われる。
熱幅などの所定の条件がとれなくて所定の温度では充分
・ぞのL1的を達し得ない場合も生じることがある。所
詮、残留応力処理法としては炉内焼鈍が主流をしめ、法
規などに定められてd3す、かかるjノ法は主流にはな
り得ない宿命にあったと思われる。
本発明は上述の如き現状に鑑みなされたもので、金属材
料の溶接に当って溶接継手部に発生づ“る残留応力を、
金属材料に可及的低い加熱温度好ましくは200°C以
下で加熱するとともに、溶接継手部をO’C以下の冷却
剤の噴流により強制冷却することによる継手部の残留応
力処理り法に関するものである。
料の溶接に当って溶接継手部に発生づ“る残留応力を、
金属材料に可及的低い加熱温度好ましくは200°C以
下で加熱するとともに、溶接継手部をO’C以下の冷却
剤の噴流により強制冷却することによる継手部の残留応
力処理り法に関するものである。
以下第2図により本発明方法を説明す゛る。
接続ずべき所望の金属材料A+ 、A2を溶接線Mに沿
って突合せ溶接した後、両金属材料A+。
って突合せ溶接した後、両金属材料A+。
A2の溶接継手部1の圧縮残留応力が存在する両側2,
2′を火口3,3′から放射される加熱用火炎にて可及
的低い温度好ましくは200℃以下で加熱ツるどともに
直ちに溶接継手部′1の溶接線Mに沿って貯槽4に蓄え
られている液体窒素(沸点的−196℃)、液化炭素ガ
ス(三重点−79℃)。
2′を火口3,3′から放射される加熱用火炎にて可及
的低い温度好ましくは200℃以下で加熱ツるどともに
直ちに溶接継手部′1の溶接線Mに沿って貯槽4に蓄え
られている液体窒素(沸点的−196℃)、液化炭素ガ
ス(三重点−79℃)。
液体アルゴン〈沸点的−186℃)ある(+)Gま液体
空気(沸点的−194℃)等の冷却剤5を弁6゜可撓管
7を介して噴霧管8より噴霧せしめて該溶接継手部1の
周辺な0℃以下に強制冷却J−る。この場合、冷却剤を
単に注ぐのみでは、この冷却片1が蒸発し、これによつ
−C膜が生じ−C冷却剤が金属表面に達Jるのを妨げ、
効果的な冷却をし41i)ので、好ましくは冷却剤を高
速でかつ連続的【こ噴射づることか有効である。尚溶接
部だtノを冷Ml シて応力緩和をしたいようなときは
、冷却剤の噴流9が被冷却品以外の場所に出来るだ()
当らな(Xようたどえば゛被覆カバー10を段重)ると
よい。
空気(沸点的−194℃)等の冷却剤5を弁6゜可撓管
7を介して噴霧管8より噴霧せしめて該溶接継手部1の
周辺な0℃以下に強制冷却J−る。この場合、冷却剤を
単に注ぐのみでは、この冷却片1が蒸発し、これによつ
−C膜が生じ−C冷却剤が金属表面に達Jるのを妨げ、
効果的な冷却をし41i)ので、好ましくは冷却剤を高
速でかつ連続的【こ噴射づることか有効である。尚溶接
部だtノを冷Ml シて応力緩和をしたいようなときは
、冷却剤の噴流9が被冷却品以外の場所に出来るだ()
当らな(Xようたどえば゛被覆カバー10を段重)ると
よい。
前記の火口3.3′は夫々管11,1丁を介してアセチ
レン、jロパン、液化天然ガス、メタン等の燃料ガス及
び支燃用酸素ガス源(図示Uず)に連通されているとと
もに溶接継手部1の両側2゜2′に加熱用火炎を放射で
きるように金属材料At。
レン、jロパン、液化天然ガス、メタン等の燃料ガス及
び支燃用酸素ガス源(図示Uず)に連通されているとと
もに溶接継手部1の両側2゜2′に加熱用火炎を放射で
きるように金属材料At。
A2の溶接線に沿って冷却剤を噴霧する噴霧管1の両側
に適宜間隔を隔てて配置され、支持部材12に噴霧管8
と共に一体的に保持されている。
に適宜間隔を隔てて配置され、支持部材12に噴霧管8
と共に一体的に保持されている。
この方法によると溶接継手部1のビートの冷却と、その
両側部2,2′の加熱とにJ:って、温度差をより一層
大きくすることが可能であり、これにより補修溶接部な
どで正規の加熱位置や加熱幅が充分とれないような場合
でも残留応力の緩和効果をより一層顕著にすることが可
能である。又溶接継手部1に発生する残留引張応力を積
極的に圧縮残留応力に変換させる事もできる。さらに、
各種欠陥が伴い易い溶接継手部1に生じる最高の残留引
張応力の発生位置を健全な母材鋼に移動ピしめ得る。又
噴霧管8より噴霧される冷却剤を一層低い温度のものを
使用して溶接継手部1の冷却をにり低温にすれば上記溶
接継手部1の両側部2,2′の加熱温度を高く゛するこ
となく、大きな温度差が得られ、充分なる残留応力の緩
和が可能となり、耐応力腐食割れ等の発生が防止し得る
。
両側部2,2′の加熱とにJ:って、温度差をより一層
大きくすることが可能であり、これにより補修溶接部な
どで正規の加熱位置や加熱幅が充分とれないような場合
でも残留応力の緩和効果をより一層顕著にすることが可
能である。又溶接継手部1に発生する残留引張応力を積
極的に圧縮残留応力に変換させる事もできる。さらに、
各種欠陥が伴い易い溶接継手部1に生じる最高の残留引
張応力の発生位置を健全な母材鋼に移動ピしめ得る。又
噴霧管8より噴霧される冷却剤を一層低い温度のものを
使用して溶接継手部1の冷却をにり低温にすれば上記溶
接継手部1の両側部2,2′の加熱温度を高く゛するこ
となく、大きな温度差が得られ、充分なる残留応力の緩
和が可能となり、耐応力腐食割れ等の発生が防止し得る
。
又前記第2図の如く溶接継手部1を冷却するのみの処理
で、たとえば0℃〜−100℃に遷移温度を有する軟鋼
や高張力鋼などのフエライ1−系の材料を処理するにあ
たっては、残留応力緩和のため極端な低温度処理過程中
で若し継手部に脆性割れの恐れがある場合には、冷却温
度は必然的に制限されて幾分高めにすることが必要とな
るので、残留応力を充分に満足し得るように緩和し冑な
い。
で、たとえば0℃〜−100℃に遷移温度を有する軟鋼
や高張力鋼などのフエライ1−系の材料を処理するにあ
たっては、残留応力緩和のため極端な低温度処理過程中
で若し継手部に脆性割れの恐れがある場合には、冷却温
度は必然的に制限されて幾分高めにすることが必要とな
るので、残留応力を充分に満足し得るように緩和し冑な
い。
このような時には本発明の第2図の如き方法で冷却部の
両側を加熱することによって、残留応力緩和を補充し、
満足し得る緩和効果が得られる。勿1この方法の如く、
加熱による膨張力や冷却による収縮力を利用する場合所
定の加熱温度や冷却温度は、材料の膨張係数、降伏点の
大きさに左右させられることは勿論である。、 本発明の方法は上述した如く残留応力処理に種々の効果
を発揮するが、特に引張り残留応力の存在が応力腐食割
れ発生の原因となりやずいオースブナイト系ステンレス
鋼、アルミニウム合金、銅合金、高張力鋼1合金鋼等の
金属材料、更にはこれら金属材料のクラツド鋼の溶接継
手部に本発明方法を適用すると極めて効果的である。
両側を加熱することによって、残留応力緩和を補充し、
満足し得る緩和効果が得られる。勿1この方法の如く、
加熱による膨張力や冷却による収縮力を利用する場合所
定の加熱温度や冷却温度は、材料の膨張係数、降伏点の
大きさに左右させられることは勿論である。、 本発明の方法は上述した如く残留応力処理に種々の効果
を発揮するが、特に引張り残留応力の存在が応力腐食割
れ発生の原因となりやずいオースブナイト系ステンレス
鋼、アルミニウム合金、銅合金、高張力鋼1合金鋼等の
金属材料、更にはこれら金属材料のクラツド鋼の溶接継
手部に本発明方法を適用すると極めて効果的である。
次に本発明方法の実施例を例示し、その溶接線に沿った
残留応力(σY)を、溶接線よりの距離と関連して、従
来方法によるものと比較して第3図に図示する。
残留応力(σY)を、溶接線よりの距離と関連して、従
来方法によるものと比較して第3図に図示する。
実施例
M3図は板厚6mm、240X480w角の軟鋼板の中
心(240mm)にビードを盛り、次の如き処理を行な
ったものの応力分布特性を示したものである。
心(240mm)にビードを盛り、次の如き処理を行な
ったものの応力分布特性を示したものである。
A)ビード盛り後、未処理のまま人気中に放置した場合
の残留応力の状態(線101) B)ビード盛り後、ビードに沿って液体窒素を噴射し法
部を約−100℃に冷却した場合の残留応力の状態(線
102) C)ビード盛り後、本発明の方法で第2図の如くビード
両側をビード中心より20mm外側より各々約50mm
幅を約200’Cに加熱した後、直ちにビードの中心よ
り両側各々20+nm幅に液体窒素を噴射し、法部を約
−50℃に冷却した場合の残留応力の状態(線103)
。
の残留応力の状態(線101) B)ビード盛り後、ビードに沿って液体窒素を噴射し法
部を約−100℃に冷却した場合の残留応力の状態(線
102) C)ビード盛り後、本発明の方法で第2図の如くビード
両側をビード中心より20mm外側より各々約50mm
幅を約200’Cに加熱した後、直ちにビードの中心よ
り両側各々20+nm幅に液体窒素を噴射し、法部を約
−50℃に冷却した場合の残留応力の状態(線103)
。
この実験は、加熱位置が引張り残留応力の発生位置にか
かっている為、加熱帯に塑性変形を起し、その部分にか
なり高い引張り、応力を発生している。
かっている為、加熱帯に塑性変形を起し、その部分にか
なり高い引張り、応力を発生している。
なお、本実験は実際の工事の状態を想定して行なったも
のである。
のである。
これらの残留応力分イIJ特性を比較して明らかなよう
に、本発明により溶接継手部のビードの冷却のみによっ
ても応力値は相当緩和されるが、更にその両側部の加熱
とによって、温度差をより一層人きく°す°ることが可
能であり、これによって加熱位置の選定を誤ったとして
も引張り残留応力を逆に圧縮残留応力に確実に転換リ−
ることも出来る。
に、本発明により溶接継手部のビードの冷却のみによっ
ても応力値は相当緩和されるが、更にその両側部の加熱
とによって、温度差をより一層人きく°す°ることが可
能であり、これによって加熱位置の選定を誤ったとして
も引張り残留応力を逆に圧縮残留応力に確実に転換リ−
ることも出来る。
又種々の欠陥を伴い易い溶接継手部に生じる最^の残留
引張り応力の位置を健全な母材部に移動しでいる。
引張り応力の位置を健全な母材部に移動しでいる。
第1図は金属材お1の溶接ににって発生する残留応力分
布模式図、第2図は本発明方法の一実施例をに2明する
説明図、第3図は本発明方法による効果を比較しIC図
である。 A+ 、A2は金属tIA料、Mは溶接線、1は溶接継
手部、2,2′はその両側、3,3′は火口、4は冷却
剤、5は低温液化ガス貯槽、7は可撓管、8は噴霧管、
10は被覆カバー〇ある。
布模式図、第2図は本発明方法の一実施例をに2明する
説明図、第3図は本発明方法による効果を比較しIC図
である。 A+ 、A2は金属tIA料、Mは溶接線、1は溶接継
手部、2,2′はその両側、3,3′は火口、4は冷却
剤、5は低温液化ガス貯槽、7は可撓管、8は噴霧管、
10は被覆カバー〇ある。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、金属材料を溶接した後、溶接継手部の両側を加熱昇
温tiしめるとともに、溶接継手部に低温液化ガスを噴
射せしめて該溶接継手部をO℃以上に強制冷却すること
を特徴とする溶接継手部の残留応力処理法。 2、金属材料がオーステティ1〜系ステンレス鋼。 アルミニウム合金、銅合金、高張力鋼1合金鋼あるいは
これら金iu料のブラッド鋼であることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の溶接継手部の残留応力処理法
。 3、低温液化ガスが液体窒素、液化炭酸ガス。 液体アルゴンおよび液体空気より選ばれた冷媒であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の溶接継手部
の残留応力処理法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12052584A JPS6018292A (ja) | 1984-06-12 | 1984-06-12 | 溶接継手部の残留応力処理法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12052584A JPS6018292A (ja) | 1984-06-12 | 1984-06-12 | 溶接継手部の残留応力処理法 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58059667 Division |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6018292A true JPS6018292A (ja) | 1985-01-30 |
JPH0254196B2 JPH0254196B2 (ja) | 1990-11-20 |
Family
ID=14788414
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12052584A Granted JPS6018292A (ja) | 1984-06-12 | 1984-06-12 | 溶接継手部の残留応力処理法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6018292A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US20100140230A1 (en) * | 2008-12-04 | 2010-06-10 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Method for the manufacture of a welded rotor for a gas-turbine engine |
US7785082B2 (en) | 2004-09-15 | 2010-08-31 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd | Sealless pump |
WO2012129845A1 (zh) * | 2011-03-29 | 2012-10-04 | 武汉科技大学 | 一种快速冷却焊接接头的风冷装置及其使用方法 |
CN114378489A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-22 | 西安理工大学 | 一种在焊接时快速冷却的装置及其冷却方法 |
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-
1984
- 1984-06-12 JP JP12052584A patent/JPS6018292A/ja active Granted
Patent Citations (2)
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