KR19980048222A - How to calibrate the deformation of aluminum welded structures - Google Patents
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Abstract
본 발명은 알루미늄 용접 구조물의 왜곡 변형부위를 교정하는 방법에 관한 것으로, 용접에 의해 변형된 부위의 이면 측으로 선긋기를 행하고 그어진 선에 따라 티그 토오치를 이동시키면서 가열하여 상기 용접에 의한 변형 응력을 해소시키되, 가열 과정을 초기와 중기로 나누고 상기 초기에는 알루미늄판이 급격히 가열되지 않도록 비교적 약하게 가열하고, 중기에는 강하게 가열한 다음 자연 냉각시켜 상기 용접 부위의 응력을 해소하여 교정하는 방법이다.The present invention relates to a method for correcting the distortion deformation portion of the aluminum welded structure, the line is drawn to the back side of the deformed portion by welding and heated while moving the Tig torch according to the drawn line to solve the strain stress caused by the welding However, the heating process is divided into the initial and the middle, and the initial heating is relatively weak so that the aluminum plate is not heated rapidly, the medium is strongly heated and then naturally cooled to relieve the stress of the welding site to correct.
Description
본 발명은 비철 구조물, 특히 고속 선박의 데크 하우스와 같이 경량화를 위하여 알루미늄 판 등으로 형성되는 구조물을 제작함에 있어서 발생되는 용접부위 변형을 바로 잡는데 에 효과적인 알루미늄 용접 구조물의 변형부 교정 방법을 제공하는 것이다.The present invention is to provide a method for straightening deformation of an aluminum welded structure, which is effective for correcting the deformation of the welded portion generated in manufacturing a non-ferrous structure, in particular, a structure formed of an aluminum plate, such as a deck house of a high-speed ship. .
고속 선박에서 선체 중량은 속도의 고속화에 큰 장애 요인으로 작용하기 때문에 경량화를 꾀해야 할 필요가 있다. 종래에 선체의 경량화는 알루미늄을 소재로 하는 구조물의 채용으로 해결하고 있다. 이 경우에 알루미늄 구조물은 용접에 의존하여 연결 접속되는 부분이 다수 발생하게 되는데 주지된 바와 같이 알루미늄은 용가제인 금속봉과 모재 사이로 아크를 발생시키면서 전극 와이어를 연속 공급하여 용접되게 하는 미그 용접법(Metal Insert Gas welding)으로 용접하고 있고, 이 때 피용접물로 되는 알루미늄은 가열 중심과 그 주변의 극심한 온도 차이로 인하여 변형되는 문제점을 일으킨다.In high speed ships, the weight of the hull acts as a major obstacle to the increase in speed, so it is necessary to reduce the weight. The weight reduction of the hull is conventionally solved by employing a structure made of aluminum. In this case, the aluminum structure has a large number of parts connected and connected depending on the welding. As is well known, aluminum is welded by continuously supplying electrode wires while generating an arc between a metal rod, which is a solvent, and a base metal. In this case, the aluminum to be welded is deformed due to the extreme temperature difference between the heating center and its surroundings.
변형은 도 1a와 같이 T형부재(1)를 포함하는 알루미늄 판(2)의 경우에, 용접 전의 바른 형태가 도 2b의 도시와 같이 용접 부위로 가해지는 고열의 영향으로 곡면을 이루는 변형을 일으킨 형태로 된다. 이것은 필렛 용접이 요구되는 웨브 등에서 볼 수 있다.In the case of the aluminum plate 2 including the T-shaped member 1 as shown in FIG. 1A, the deformation caused the deformation to form a curved surface under the influence of high heat applied to the welding site as shown in FIG. 2B. Form. This can be seen in webs and the like where fillet welding is required.
이러한 변형은 도 1 로 묘사된 형태로 국한되지 않는다. 다른 각도에서 보면 도 2a와 같이 용접 전의 바른 형태가 용접 후에는 도 2b와 같이 변형되어 상기 도 1의 변형 형태와 함께 하는 복합적 변형으로 나타난다.Such modifications are not limited to the form depicted in FIG. 1. When viewed from another angle, the correct shape before welding as shown in FIG. 2A is deformed as shown in FIG. 2B after welding, and appears as a complex deformation with the modified form of FIG. 1.
따라서 도 3의 예와 같이 상기 T형부재(1)를 다수 포함하는 알루미늄 판(2)의 경우에는 도 3a의 도시와 같이 바른 형태에서 용접 후에는 도 3b의 도시와 같이 파형상의 단면을 이루는 형태로 변형되고, 이것은 측벽부재, 갑판 등에서 흔히 나타난다.Therefore, in the case of the aluminum plate 2 including a plurality of the T-shaped member (1) as shown in the example of Figure 3 in the correct form as shown in Figure 3a after the form of a cross-sectional shape as shown in Figure 3b after welding It is often found in sidewall members, decks and the like.
또, 2개의 측벽부재를 이어 나가고자 도 4에 묘사하고 있듯이 2 이상의 알루미늄 구조물을 맞대기 용접하는 경우에도 나타나 도 4a의 바른 형태에서 맞대기 용접하면 도 4b의 도시와 같이 맞대기 용접부위(4)에서 곡면 변형되는 결과를 낳는다.In addition, as shown in FIG. 4 to connect two side wall members, butt welding of two or more aluminum structures also appears in the butt welding part 4 as shown in FIG. Resulting in a transformation.
이러한 변형 문제로 인해 고속 선박과 같이 알루미늄 구조물을 포함하는 선박의 건조에서는 알루미늄 구조물의 용접성형 후에 반드시 변형 부위의 교정 작업을 행하고 있다.Due to this deformation problem, in the construction of a ship including an aluminum structure, such as a high-speed vessel, correction work of the deformed portion is always performed after welding of the aluminum structure.
교정 방법은 용접 시의 가열 방향에 반대로 되는 위치에서 미그 용접법으로 가열하여 변형 부위에 있는 응력을 풀어 버리는 방법이 주로 이용되고 있다.As a calibration method, the method of releasing the stress in a deformation | transformation site | part by heating by the MIG welding method in the position opposite to the heating direction at the time of welding is mainly used.
이 때 행하는 상기 미그 용접법은 모재로 되는 알루미늄판에 전극 와이어를 근접시켜야 아크가 발생되어 가열되고, 이 때 상기 전극 와이어는 알루미늄판에 용접되어 불필요하게 비이드를 형성함으로써 교정 작업후에는 필히 용접 비이드를 떼어 내어야 하고, 게다가 전극 와이어의 불필요한 낭비, 그리고 비이드 제거 부위의 외관이 좋지 않게 되는 문제가 있다.In this MIG welding method, an arc is generated when the electrode wire is brought close to an aluminum plate serving as a base material, and the electrode wire is welded to the aluminum plate to form beads unnecessarily. There is a problem that the id must be removed, and furthermore, unnecessary waste of the electrode wire and poor appearance of the bead removal site are caused.
이 때문에 최근에는 텅스텐 전극을 모재에 근접시켜 아크가 생기게 하는 티그 용접법(Tungsten Insert Gas arc welding)을 교정 작업에 적용시키고자 하는 시도가 행해지고 있다.For this reason, in recent years, attempts have been made to apply Tungsten Insert Gas arc welding, in which arcs are generated by bringing a tungsten electrode close to a base material, to a calibration operation.
그 예로서, 본 출원인은 국내 특허 출원 제89-6746호로 알루미늄 판 용접 변형의 티그 교정 방법을 제안한 바 있으며, 상기 교정 방법은 용접 변형 부위를 반대 방향에서 티그 토오치로 가열하여 변형 부위가 교정되게 하는 것이다. 그러나 선박 건조에서 알루미늄판의 용접에 의해 나타나는 변형 부위는 실제에 있어서 상기 도 1 내지 도 4로 설명한 바와 같이 복합적으로 나타나기 때문에 단순한 가열로는 교정되지 않는다.As an example, the present applicant has proposed a method for correcting a TIG of an aluminum plate welding deformation in Korean Patent Application No. 89-6746, which corrects the deformation area by heating the welding deformation part with a TIG torch in the opposite direction. It is. However, since the deformation part which appears by welding of an aluminum plate in ship building is represented in a complex as actually described with reference to FIGS. 1-4, it is not corrected by a simple heating furnace.
한편, 용접 부위의 변형을 교정하는 방법의 다른 예로서, 티그 토오치를 냉각시키면서 아크를 발생시키고, 이때 발생된 아크를 그 중심을 향하여 집속시켜 외판에 대하여 단시간의 국부 가열을 행한 후, 가열부를 냉각시켜서 강제로 교정되게 하는 티그 토오치 가열 방법도 알려져 있지만, 이 방법도 복합적 변형의 교정은 불가하다.On the other hand, as another example of a method for correcting the deformation of the welded portion, an arc is generated while cooling the TIG torch, and the arc generated at this time is focused toward the center to perform local heating for a short time on the outer plate, and then the heating portion is Tig torch heating methods are also known which are forced to cool by force, but this method also cannot correct complex deformation.
본 발명은 용접에 의한 변형 부위의 이면으로 가로 세로의 직선상 또는 지그재그상의 안내선을 긋고, 상기 안내선에 따라 티그 토오치로 용접 변형 부위를 가열하되, 가열 초기에는 알루미늄판이 급격한 가열로 변형되지 않도록 비교적 약하게 가열하고, 중기에는 강하게 가열한 다음 자연 냉각시켜서 상기 용접에 의한 변형 부위의 응력이 소실되게 하여 교정함을 특징으로 한다.According to the present invention, a guide line of a vertical or horizontal straight line or a zigzag line is drawn to the back surface of the deformation part by welding, and the welding deformation part is heated with a TIG torch according to the guide line, but the aluminum plate is relatively deformed by rapid heating at the initial stage of heating. It is characterized in that it is heated by weak heating, strong heating in the middle stage, and then naturally cooled to correct the stress at the deformation site due to the welding.
상기의 방법에서, 가열의 온도 조절은 티그 토오치와 알루미늄 판 사이의 대치 간격 또는 전류치를 높고 낮게 설정하여 행할 수 있다.In the above method, the temperature control of the heating can be performed by setting a high and low replacement interval or current value between the TIG torch and the aluminum plate.
상기와 같이 행하는 본 발명은 교정 과정에서 가열의 초기에는 약하게 가열되어 급격한 열팽창이 발생되지 않게 되고, 중기에는 보다 강하게 가열됨으로써 변형 부위로 집중되어 있는 응력이 풀어지게 하는 것이므로 복합 변형인 경우에도 대단히 간편하고 용이하게 교정할 수 있고, 이에 따라 초심자라도 능률적으로 작업 할 수 있는 이점이 있으며, 또 교정 후에는 비이드 제거 작업이 생략되어 불필요한 재료의 낭비와 번거로움도 해소할 수 있다.The present invention as described above is very simple even in the case of complex deformation because it is weakly heated at the beginning of heating in the calibration process so that rapid thermal expansion does not occur, and in the middle, it is more strongly heated to release the stress concentrated at the deformation site. It can be easily and easily calibrated, and thus there is an advantage that even a beginner can work efficiently, and after the calibration, the bead removal work is omitted, thereby eliminating unnecessary waste and hassle.
도 1a는 일반적인 T형부재를 포함하는 알루미늄 용접 구조물의 일 예로서 용접 전의 형태를 나타내는 도면.1A is a view showing a form before welding as an example of an aluminum welding structure including a general T-shaped member.
도 1b는 용접 후의 변형을 나타내는 도면.1B is a diagram showing a deformation after welding.
도 2a는 상기 도 1의 용접 전 형태를 다른 각도로 나타내는 도면.FIG. 2A is a view showing the form before welding of FIG. 1 at another angle; FIG.
도 2b는 도 1의 용접 후의 변형을 다른 각도로 보여주는 도면.FIG. 2b shows the deformation after welding of FIG. 1 at different angles. FIG.
도 3a는 T형부재를 다수 포함하는 알루미늄 구조물의 예로서, 용접 전의 형태를 나타내는 도면3A is an example of an aluminum structure including a large number of T-shaped members, illustrating a form before welding;
도 3b는 용접 후 T형부재를 다수 포함하는 알루미늄 구조물의 변형을 보여주는 도면.Figure 3b is a view showing a deformation of the aluminum structure including a plurality of T-shaped members after welding.
도 4a는 2 이상의 알루미늄 구조물을 맞대기 용접하는 예로서, 용접 전의 상태를 나타내는 도면.4A is an example of butt welding two or more aluminum structures, illustrating a state before welding;
도 4b는 용접 후의 2 이상의 알루미늄 구조물을 맞대기 용접하는변형을 나타내는 도면.Fig. 4B is a diagram showing the deformation of butt welding two or more aluminum structures after welding.
도 5는 본 발명의 교정 방법에 따른 알루미늄 구조물의 가열 부위를 설명하기 위한 도면.5 is a view for explaining a heating portion of the aluminum structure according to the calibration method of the present invention.
도 6a는 곡면 변형 부위의 세로 방향 선긋기 예를 나타내는 도면.Fig. 6A is a diagram showing an example of vertical alignment of curved deformation portions.
도 6b는 곡면 변형 부위의 가로 방향 선긋기 예를 나타내는 도면.6B is a diagram showing an example of horizontal lateral alignment of curved deformation portions.
도 6c는 곡면 변형 부위의 지그재그의 선긋기 예를 나타내는 도면.It is a figure which shows the example of the zigzag line drawing of a curved deformation | transformation site | part.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1:알루미늄 판 2:T형부재 3:용접부위1: Aluminum plate 2: T-shaped member 3: Welding part
4:맞대기 용접점 5:티그 토오치4: Butt welding spot 5: Tig torch
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도 5 및 도 6을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6.
도 5를 참조하면, T형부재(1)를 포함하는 알루미늄 판(2)에서 용접 부위(3)의 반대측으로 티그 토오치(5)가 위치하여 교정을 위한 가열이 시작된다.Referring to FIG. 5, in the aluminum plate 2 including the T-shaped member 1, the tag torch 5 is positioned on the opposite side of the welding portion 3 to start heating for calibration.
상기 티그 토오치(5)의 위치는 도면에 나타낸 바와 같이 용접 부위(3)로부터 벗어난 위치 A와 그 범위 내로 되는 위치 B의 2가지로 설정된다.As shown in the figure, the position of the tag torch 5 is set to two, a position A deviating from the welding portion 3 and a position B within the range.
상기 위치 A는 가열에 의한 곡면 변형부의 수축 작용이 비교적 약하게 일어나는 곳이므로 가열 초기에는 이 위치에서 출발하는 것이 좋다. 또 위치 B는 강한 수축 작용이 일어나는 곳이기 때문에 가열의 중기 과정에서의 출발점으로 하는 것이 좋다.The position A is a place where the contraction action of the curved deformation portion by heating occurs relatively weakly, so it is preferable to start from this position at the beginning of heating. In addition, since position B is a place where a strong contraction action takes place, it is good to set it as the starting point in the intermediate process of heating.
가열을 시작하기 전에 먼저 알루미늄 판(1)의 이면 측 가열 부위의 산화 피막을 벗겨낸 다음 선긋기를 행한다. 선긋기는 도 6을 참조하여 용접 부위의 전개 방향에 따라 (가)와 같은 세로 방향, (나)와 같은 가로 방향 혹은 (다)와 같은 지그재그 방향으로 한다.Before starting heating, the oxide film of the heating part of the back surface side of the aluminum plate 1 is first peeled off, and a line drawing is performed. Drawing is made with the longitudinal direction as (a), the horizontal direction like (b), or the zigzag direction like (c) according to the deployment direction of a welding site with reference to FIG.
선긋기의 피치는 변형 정도에 따라 선정하고, 선긋기가 끝나면, 상기 티그 토오치(5)를 그어진 선에 따라 일정 속도로 이동시키면서 가열한다. 이 때 티그 토오치(5)의 이동은 자동으로 진행되게 할 수 있고, 가열에 요구되는 전류치는 300A 급 또는 500A급 등으로 설정될 수 있다.The pitch of the line drawing is selected according to the degree of deformation, and when the line drawing is completed, the TIG torch 5 is heated while moving at a constant speed along the line drawn. At this time, the movement of the tag torch 5 can be automatically performed, and the current value required for heating can be set to 300 A class or 500 A class.
가열시에 텅스텐 전극은 물이나 기타 부동액 등으로 냉각될 수 있으나, 이러한 냉각이 가열의 온도 불균일을 초래해서는 안된다.During heating, the tungsten electrode may be cooled with water or other antifreeze, but such cooling should not result in temperature unevenness of the heating.
가열에 의한 알루미늄판의 교정은 그 내부에 있는 응력이 풀어지는 시간으로 결정된다. 응력의 해소는 대부분 30 - 40분이 소요되므로 가열의 초기에는 교정 효과가 나타나지 않으나, 대상물을 그어진 선에 따라 전체적으로 가열하는 교정 작업이 종료되고, 30 - 40분 자연 냉각시켜 두면 교정 효과가 나타난다.The calibration of the aluminum plate by heating is determined by the time at which the stresses in it are released. Since most of the stress relief takes 30-40 minutes, there is no calibration effect at the beginning of heating. However, the calibration is completed by heating the entire object according to the drawn line.
또, 티그 토오치의 이동은 변형이 심한 부위에서 약한 부위를 향해 이동시키되 결과적으로는 변형 부위 전체에 골고루 열이 가해지게 해야 한다.In addition, the movement of the TIG torch should be moved from the severely deformed portion to the weaker portion, and consequently, the heat should be evenly applied to the entire deformed portion.
그리고 가열의 초기에는 급격한 열 전달을 피하도록 대상물과 티그 토오치의 간격을 멀리하거나 낮은 전류로 가열하고, 이어서 가열의 중기에는 상기 티그 토오치를 대상물에 근접시키거나 전류치를 높여서 가열하여 변형 부위가 교정되게 한다.In the initial stage of heating, the gap between the object and the tag torch is heated to a low current or away from the target, and in the middle of the heating, the tag torch is heated to be close to the object or the current value is heated to deform the site. To be corrected.
2 이상의 T형부재(1)를 포함하는 알루미늄 판(2)의 경우에는, 가열이 오래 지속되므로 국부적으로 과다한 가열이 진행되어 2차적 변형이 초래되기도 한다. 상기 2차적 변형은 쳐진 형태로 나타나는데, 이렇게 쳐진 부위가 경미한 정도이면 그 이면에서 전체적으로 열을 가하여 교정할 수 있고, 또 정도가 심한 부분에서 약한 부분의 순서로 전체적 가열을 행하여 해소시킨다.In the case of the aluminum plate 2 including two or more T-shaped members 1, since the heating lasts for a long time, locally excessive heating proceeds, which may cause secondary deformation. The secondary deformation appears in the form of struck. If the struck part is a slight degree, the entire surface can be corrected by applying heat on the back side, and in the order of the weak parts in the severe part, the entire heating is solved.
실시 예 1Example 1
(측벽부재 및 갑판의 교정)(Correction of side wall members and decks)
갑판은 T형부재가 다수 포함된 알루미늄판으로 된 구조이다. 따라서 변형은 도 3b와 같은 형태로 나타난다.The deck is made of aluminum plate with many T-shaped members. Therefore, the deformation is shown in the form as shown in Figure 3b.
이것의 교정을 위하여 먼저 산화 막을 탈피하고, 변형량이 심한 곳과 적은 곳을 선정한 다음 상기 심한 곳은 지그재그상의 선긋기를, 또 적은 곳은 직선상의 선긋기를 행하였다.In order to correct this, first, the oxide film was stripped, and the places where the deformation amount was severe and small were selected, and then the lines where the severe areas were zigzag-lined and the places where the areas were low were straight-lined.
티그 토오치를 상기 변형량이 심한 곳에서 적은 곳을 향하되, 변형의 중심부로부터 측방으로 이동시켜 가면서 1차 가열을 행하였다.The TIG torch was directed from the center of the deformation to the place where the deformation amount was severe, but moved laterally from the center of deformation to perform the primary heating.
1차 가열에서 티그 토오치와 알루미늄 판 사이의 간격은 4 - 5mm를 유지하고, 전류는 100 - 120A로 하여 60 - 70cm/min의 속도로 이동시켰다.In the primary heating, the distance between the TIG torch and the aluminum plate was maintained at 4-5 mm, and the current was moved at a speed of 60-70 cm / min with 100-120 A.
티그 토오치의 출발점은 도 5에서 위치 A로 하였다.The starting point of the TIG torch was position A in FIG. 5.
1차 가열을 끝내고, 상기 전류치를 280 - 290A로 높이고 티그 토오치를 도 5의 출발점 B로 하여 가열을 행하고 자연 냉각 35분 경과되었을 때 변형 부위가 교정되었다.After completion of the primary heating, the current was raised to 280-290 A and the TIG torch was heated to the starting point B of FIG. 5, and the deformation site was corrected after 35 minutes of natural cooling.
또, 티그 토오치로 장시간 가열된 부위는 야간의 비이드 현상을 나타내었으나, 이것은 브러시로 손쉽게 제거되었다.In addition, the site heated for a long time by the TIG torch showed a night bead phenomenon, but it was easily removed with a brush.
실시 예 2Example 2
(웨브의 교정)(Correction of web)
필레트 용접에 의해 발생되는 변형으로 도 1 및 도 2에 예시한 형태로 나타난다.Deformation caused by fillet welding is shown in the form illustrated in FIGS. 1 and 2.
변형 부위의 이면 측 산화 막을 탈피하고 선긋기 작업을 행하였다.The back side oxide film of the deformation | transformation site | part was peeled off, and the drawing operation was performed.
선긋기는 변형 부위를 따라 직선상의 선으로 하였으며, 이어서 티그 토오치를 그어진 선에 따르도록 주행시키면서 가열하였다.The scribing was made into a straight line along the deformation site, and then heated while running the Tig torch along the drawn line.
가열의 초기에 텅스텐 전극과 알루미늄 판 사이의 간격은 4 - 5mm, 이동 속도는 30 - 40m/min으로 하였고, 전류치는 100 - 120A, 출발점은 도 5의 A로 하였고, 가열의 중기에는 전류치를 260 - 270A 범위로 높여서 행하였으며, 이 때의 출발점은 도 5의 위치 B로 하였다.At the beginning of the heating, the distance between the tungsten electrode and the aluminum plate was 4-5 mm, the moving speed was 30-40 m / min, the current was 100-120 A, the starting point was A of FIG. 5, and the middle value of the heating was 260. It was carried out in the range of 270A, the starting point at this time was set to position B of FIG.
가열이 종료되고 자연 냉각으로 들어가 40분이 경과하였을 때 변형 부위의 교정이 완료되었다.When the heating was finished and 40 minutes had elapsed into the natural cooling, the calibration of the deformation site was completed.
상기한 바와 같이 본 발명은 티그 토오치로 알루미늄판을 가열하는 과정을 초기와 중기로 나누어 행하되, 초기에는 약한 열로 중기에는 강한 열로 가열함으로써 피가열물이 급격한 열변형을 일으키지 않게 하면서 복합적 변형까지 일거에 교정할 수 있게 하는 것이므로, 변수가 다양하여 실시에 고도의 숙련이 요구되었던 알루미늄 용접 부위의 변형을 초심자라도 간편하고 용이하게 교정할 수 있는 이점이 있고, 교정 작업후에도 종래의 미그 용접법을 이용하는 방식과는 달리 비이드 용착이 발생하지 않아 부가적 작업이 생략되고, 게다가 티그 토오치는 전극 와이어의 소모를 일으키지 않는 것이므로 재료의 낭비도 발생하지 않는 장점이 있다.As described above, the present invention is performed by dividing the process of heating the aluminum plate with a TIG torch into the initial and the middle, but initially heated to a weak heat and a strong heat in the middle, so that the heated object does not cause a sudden thermal deformation, but also a complex deformation. Since it is possible to calibrate in a variety of variables, even if you are a beginner can be easily and easily correct the deformation of the aluminum welding site, which requires a high level of skill in practice, the method using the conventional MIG welding method after the calibration work Unlike the welding of the beads does not occur, the additional work is omitted, and since the TIG torch does not cause the consumption of the electrode wire, there is an advantage that no waste of material occurs.
또, 교정이 완료된 이면의 외관이 미려하게 되어 신뢰도와 제품 품질 향상도 기대할 수 있는 발명인 것이다.In addition, it is an invention that the appearance of the back of the calibration is completed beautifully and can also be expected to improve the reliability and product quality.
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Publication number | Publication date |
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KR100221732B1 (en) | 1999-09-15 |
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