TW506877B - Apparatus and method for welding duplex stainless steel - Google Patents

Description

五、發明說明（1) 太蜜…山 的對照 暫請案乃基於1 999年8月25日所提中由 f疋專利申請序號6 0/1 50, 738號，因而士^出申請之美國 此申請案的揭露亦藉由參照加以組：：該案擁有栺 發明领盛 、/、中。 嗲發si 1乃關於用雙重不銹鋼之熔接製矛呈，更A :月關係到一焊劑以及一選 ^ 2特別的是 用例如-軌道炼接器溶接雙重不銹鋼。接%、的使用以便使 l明背景 · 為二_不銹鋼變得更為廣泛地被使用在需要古％痒 應用中，-個典型的實施例係為在石油：與抗腐 配管伟指可互換:使用的厚壁或者沉重的雙重 ^ g細知超過2氅米壁 旧又更 而言，雙重配營係Λ ,ν ^ 對於大部份的應用 可由雙重不錄為雙重配管的額外部份或所有 义里小銹鋼所製成的配件，閥等。 雙重不銹鋼的特徵在於該鋼結晶構造中沃斯 銹鋼大致在体積上包合且古 + 的肥籾鈣 ®曲、丨 八有千衡的沃斯田鐵之約30至70% 的粒鐵，更典型地則為約35至60%的肥粒鐵，甚至更血 型地則是約40至45%的肥粒鐵，維持沃斯田鐵（㈣心^) 肥粒鐵（fern te)金相平衡係為非常重要因為沃斯田鐵 (austeni te)金相貝獻了不銹鋼的抗凹坑腐蝕能力而肥粒 鐵（ferrite)貢獻了較大的強度以及對氣化物應力抗腐蝕 五、發明說明（2) 分解的能力。 ^重鋼的溶接因為在炫接金屬以及周圍之熱影塑 的## 1内必須保持一適當之金相平衡與氮含量而出現特別 :匕：舉因為炫接會將形成炫珠的 特: 以接：Γ固化，與該溶接製程關聯的許二 度，冷卻速率以及二接：Γ素包括熔接溫 田鐵，則該溶:固化了過多的沃斯 ^ 度θ打折扣，若於最後的熔接固化τ福 夕接；ΗΑΖ會展現較低的抗腐钱能力。 完成：於該：；：=::=由機械的兩種方式來加以 不應太ί，：為 者方面皆會顯現不適當二：：？珠J化學與 透亦應加以避免。 σ金狀恶，該配管壁不完全的穿 鋼配官的機械熔接在慣例上、4 業製作…溶接所用之熱係自一 配管外侧之—電極所發：於：；，以形成之溶接點的 其整個周彡軌ϋ式地加r=由機械圍'繞配管沿著 方編完成(於某也例了移中動二道溶接最好以-單通道 平順地完成炫接）…：：：力外的3°或12。度以 溶解時會極小化所發生的在問題先則所形成的溶珠重新加以 旱壁的變重配管特別難以熔接，因為造成π _ r桩於产 與不適當的相位芈愈am主e 成不良熔接輪廓 ϋ而在德；η十π拉/的西素叱著管壁厚度的增加而放大， ^ ί ΐ ΐ接很厚的雙重精煉不銹鋼配管時，不能達 其者，=iΐ = Ζ需要一有高度技巧的溶接人員，更有 程的費^。 t亦有需求，其僅是加重複雜度以及熔接製 因此本發明之一目的在於提供熔接裝置與方法，1顯 地耩由產生可接受的熔接輪靡以及展示一適當的雙重金相 平衡與氮保留的熔珠來改善雙重精煉不銹鋼的可熔接性。 本發明的皂進一步的目的在於提供一種熔接製程盥裝 置，ί有利於以機械方式為基礎的熔接，特別是雙ϊ不銹 鋼配官（特別是厚壁雙重不銹鋼配管的單通道轨道熔接）。 發明槪要 與ϊ Ϊ)本/二已田發現假設-高耐火助焊劑已出現於ΗΑΖ(熱 汾響▼)中以及用於熔接所產生的電弧為非脈衝式時， 重不銹鋼配管與其他零件可以藉由愈械為基磔的電弧炼接 法簡易地加以連接，特別是已發現將雙重不銹鋼零接 在一起時所產生的熔珠若在一高耐火助焊劑已出現於μζ :而供應該-溶接熱之電弧係由一非脈衝時 靠而一致性地達到所想要的雙重金相 珠輪廓。 「呵乳不旱U及熔 因據本發明，於其較寬廣的面向方面乃提供 熔接雙重不銹鋼零件的新製程，其中對形成具有二重不 / /

Gn’t:高耐火助焊劑出現的 你為有利，此外本發明亦提供了 配管的一種新製程，其中具有一雔舌 J要的氮氣水準與-均句輪廓乃；由 態下以炼接熱係來自一非脈： 方式來執行熔接。 $ \ 五、發明說明（4) 銹鋼金相構造的一個 狀態下執行熔接作業 電狐熔接雙重不銹鋼 不銹鋼金相構造，— 在一高耐火助焊劑出 電流所產生之電弧的 該發明會取某些零 具体實例與其之一方 (其形成一零件於此） 明一用於熔接雙重精 本發明可被用於將 件溶接在一起，特別 配管以及管端，特別 的零件熔接在一起， 成，而更進一步地是 備雙重構造。

Sjj示說明 件中之物理形式以及零件配置，較 法在此規格中將加以詳述並以附 加以舉例說明，而且其中加以舉 煉不銹鋼厚壁配管〇 ^體實例的詳細銳日弓 廣泛的由:雙重精煉不銹鋼所製成之跫 是（但不一定得是）厚壁或是重度雙重 疋本發明係加以導向至將兩個或更多 至少其中之一為一雙重不銹鋼所形 其中由該熔接作業所形成的熔珠亦具 如以上所提及者般，雙重不銹鋼含有一約30%至70%俅絲 比的肥粒鐵，典型地為約35%至6〇%體積比的肥粒 致 典型的是約4G%至45%体積比的肥粒鐵，與係為沃斯田鐵者 平衡、，由發明的製程所產生的熔接亦具有一雙重不銹鋼金 相構造，意即其亦含有這些量的沃斯田鐵與肥粒鐵，因此 金相平衡係為達成雙重精煉鋼之高強度與腐蝕抵抗特性所

η!:具有以上所要的金相平衡與氮水準之 於η:ζ:Λ 摩在假設-高耐火性的焊劑係= 於ΗΑΖ中而用以供應熔接熱之】係出現 可，接雙重不錄鋼時加以形成。係、為非脈衝式者時， 產Τ劑所周知廣泛地加以使用於溶接工業 °°在基礎上其充當造成融熔池之表面、m業 緊密的質量，於促# J …、的表面混合或結合成為- 貝里 於促成一溶接池的έ士人由 ve ,2. 以該熔接的穿透姓M & 、接θ的，.Ό。中一焊劑的有效性係 » 深度對寬度的比率，d月其係為在其最寬點之熔接 ίΐ力不：：，最好為°·5或更大= = 氟化物像已被用為焊:劑’最典型的是氯化物以及 根據本發明五氣離鐵，氣化錫以及含硫之化合物， 的金相與輪廓；型的焊劑在達成具有想要 已決定如此的珠上係输，特別是我們 或硫原子污毕:卜邛的材料像是氯化物，氟化物及/ 珠的金相平衡二因而反過來地影響了 |終所產生的熔 係被使用，學，目而於本發明中-不同型態的焊劑 根據本發明參照為"高而f火”焊劑。 給熔接池，I、 g同耐火焊劑係為任何將表面活性性質分 一結果其亦^ =習知焊劑的方式接觸，但作為熔接作業之 的材料之垂於/以外部原子污染融熔池，針對此目的有用 焉&例係為耐火氧化物像是矽石，二氧化鈦，氧

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fb年f丨月日 修正 五、發明說明（6) 506877 化鎂，氧化鉻，氧化鈦以及同類物，一特佳的焊劑係為三 氧化二鉻（Cr203 ),二氧化矽（Si02)以及鈦的一個氧化物之 混合物所組成，特別是如美國專利皇號5, 8 0 4, 79 2中所敘 述的一個重量百分比約為30 %至70 %之一鈦氧化物（TiO及/ 或Ti〇2)，重量百分比20%至76%的Cr203以及重量百分比5到 2 7的S i 〇2之一混合物所組成，此揭露係加以組入於此作為 參照，包含約50%的鈦氧化物，約40%的Cr203以及約10%的 S i 〇2係為特佳，通常如此的焊劑係以一液體載子像是水或 者一有機材料像是丙酮或甲基醋酸酮的混合物中加以供 應，此型態的一種模範焊劑係為自加拿大安大略的當達斯 (Dundas)利柏帝（Li bur di )迪米催司（Di metrics)公司所_ 獲得的LFX-SS7焊劑。 此等焊劑係根據本發明用與習知的熔接焊劑相 加以使用，所以其以相同的量如習知的焊劑同時地加 的位置處，此處使用根據如下述的該發明之一‘ 佳2體實例κ固熔接環，在該熔 ^ 或者其可以應用身該ί”可加以施用至溶接環， 兩者》 身，或疋加以施加至熔接環與配管 一旦施加-了熔接接焊劑，欲加以 知的方式加以熔接，，泠从β拉# % <雙董零件係以一習 杰，媳女旅甘I 處的溶接係以電孤熔接法加以办 成，根據本發明其最好 非坎忒加以元 接，其中產生該電狐的係 $接，即電紙熔 於一典型的執道溶接作| 7'/脈1 f最好為連續式， 業中脱、衝式電極電流因其較易於

五、發明說明（7) 凋正以及用以控制溶接帶處的熱之故而加以使用，然而吾 人已發現以脈衝式電弧所產生的熔珠若在上述的一種高度 耐火之熔接焊劑於熔接期間出現下係為不能接受的多孔與 不均勻，雖然不希望被限制於任何理論，吾人衝 式電，與高度耐火的焊劑一起加以使用時會因為在 内所創造的過度擾動而產生的不能接受的溶接，使 平順之非脈衝式電孤係被應用而因此減少或消除了在電氣 循垓中咼峰期間的過度發熱以及伴隨的擾流。 電⑽接中’電流脈衝在慣例上發生在2謂 = 處而振幅大致上變化在峰質的1〇〇%與3〇 ， 戋最大I f f if r* Μ μ未者该脈衝的周期係被加長及/ 及其在熔接品質上所伴隨的 厚L、的擾-以 用直（連續）流電只1被消除，最好使 於太菸昍由难μ為此舉完全地消除了脈衝的反效果， 於本發明中使用非脈衝 π π汉双录， 電力總量。 亦已被赍現可減少熔接所需的 本發明一特別的優點在於 平衡，氮水準以及炫珠輪廓的斯田鐵/把粒鐵 中加以產生，即令欲加 =πσ 1熔接可在單電極通道 然，在實用上二:；的管壁， 雙重不銹鋼配管之軌道熔^ = t厘時使用習知技術的 此厚度的雙重配管係為二/很困難與不可能，熔接 事件中需要多通道，:動仃但是非常固難，且在任何 接器係以一單通道模式二月此種尽度的配管當熔 加彻乍時可以立即與習知的軌道 506^7- 又年1丨月斗 t 89117231 年"月曰 五、發明說明（8) 熔接器加以熔接在一起，於此種連接中應瞭解如此處所預 期的單通道作業包括延伸一額外的30，45 ,9〇 ,12〇甚至 超過1 8 0度的一整圈的電極通道以使熔接平順完成，然而 妤的結果仍舊可以一 360度的單通遒加以完成。 根據該發明之另一具體實例，該熔接池係使用一熔接填 充材料所供應的額外合金元素加以形成，使用炼接填充劑 以對一溶接供應額外的合金元素係為一尋常的溶接實用， 因為一熔接的冶金學通常與其下的基礎金屬所有者不同， 藉由一熔接填充劑所供應的額外合金元素可被用以改變該 熔接的化學以便達成一更為所想要的化學與冶金，此效應 可能加以使用於熔接根據本發明的雙重鋼以便將所產生·的 熔珠之沃斯田鐵/肥粒鐵平衡修整至更接近所想要的數 值。 於此連接中，自雙重鋼所產生的熔接傾向於較其所被熔 解的基礎金屬具備一較低比率的沃斯田鐵，因此此效應可 加以偏位而且藉由使用一種其合金元素傾向於促成沃斯田 鐵形成之一填充劑可至少維持大約所想要的金相平衡，麄 有助於穩定與強化固化期間的沃斯田鐵的形成，而鉻有助 於肥粒鐵的形成，因此使用較所熔接的基礎金屬具有較多 鎳合金之一-熔接填充劑係為根據本發明之一想要的解決方 式，例如可自山德維克（Sandvik)公司取得由25· 10· 4. L填 充材料所製成之一熔接填充劑可有利地加以使用於熔接亦 自Sandvik可取得之2 5 0 7雙重不銹鋼。 根據該發明之此面向的熔接填充器材料可以任何習知的

O:\65\659I3.ptc 第11頁 506877 五、發明說明（9) 方式加以供應，例如其可以線形方 及機械基礎的熔接，或者其可^ I =以供應用於手動以 =插入於被熔接的管端之間且附加=^的形式加以供應用 最好以一T-型輪廓熔接環形放、〜上，該熔接填充器 管端實質地在炼接前加！：:共應，因為此舉容許 的製程中欲加以使用之高耐火： = ”，於該發明 被炫接的配管之前或之後可加以施加^::糸被附加至欲 端分開之溶接環處，確實該高度以炫接的管 話甚至可以於1被制忐垆a ” 4 火~剤的成份若想要的 執道溶接可使Ϊ衣Ϊ'加以組入於溶接環中。 接電極與被溶接的η,:，其中該溶 依慣例以-屏障氣体沖洗間，用二：；;：，’其 的乳氣以及用於帶走任方滿除熔接周圍 多種不同的氣体已於習知的：：ί巧力生的二体。 障氣体，實施例係為貴 中=用作為屏 的應用中係為—：：：;：沃斯：鐵：形成而所以在許多 發明其已被發現ί;:'擇，虱亦已被使用，'然而根據本 出現時造成該熔= 的亂與氫在—高度耐火的焊劑 氨，氮或Li;” :爆炸"產生於發明製程令，因此 最好加以避免，所，似效應的其他氣体於實行本發明時 障氣体包括惰性氣=”:月之此具體實例中所使用的屏 孔体像疋貝重氣体（氦，氬，氖與氙）以及 第12頁 506877 丨年

is_89U7231 》年//月曰 五、發明說明（10) ί ΐ Ϊ = :ί Ϊ的ΐ件下不與熔接池或高度财火焊劑起 反應的任何其他的氣体。 本發明現將藉由一特別的具體實例加以兑 圖形中加以舉例說明： /、你於遠

用於將雙重鋼管33與39的管端28與30熔接在一起的梦f 1 0包括於一較佳具體實例中之一執道熔接器裝置12，二熔 接環1 4以及一燁劑材料1 6，該軌道熔接器可為例如一執道 溶接系統以及電源供應器像是可自俄亥俄州索隆（s〇丨⑽） 的史瓦其洛克（Swagelok)公司取得之型號為者，其 他為那些叙熟I於該技藝者所周知的溶接技術可加以使 用，然而包括但不被限制於手動熔接系統，於該例示盱具 體實例中，雙重鋼管3 3與3 9係自瑞典山德維肯 、 (Sandviken)的山德維克（Sandvik)公司可取得的SAF 25〇? 加以形成。 一熔接填充材料像是例如合金2 5 · i 〇 · 4 · L亦可自山德維 克（Sandvik)公司取得，係加以形成為一可消粍的插入或 熔接環1 4，熔接環1 4在熔接作業期間係完整地被消耗於熔 接坑中，2 5 · 1 0 · 4 · L合金的一個顯著的特性在於較被熔接 的基礎金屬具有較多的鑷合金成份，該額外的盤有助於固 化期間穩定-與強化形成於熔接中的沃斯田鐵β 線型的合金2 5 · 1 0 · 4 · L在商業上係可自山德維克 (Sand vi k)公司取得，根據該發明之一面向，該填充線係 加以形成具備一徑向内環2〇以及一在此整合在一起的周邊 徑向延伸環2 2之一熔接環，該熔接環丨4大約作成被熔接在

O:\65\65913.ptc 第13頁 506877 五、發明說明（π) 起的官鳊之各端上滑動的 助於連接對準，其以軌道溶接：置:亥：接環“的形狀亦有 可籍由任何便利的製程像 ^置為特別有用，熔接環！ 4 焊劑Η係為LFX-SS7烊劑可’打印等加以形成。 (Dimetries)公司取得，直他 jkO^burdi)狄米崔斯 14a處以及鄰近的管表 熔接％之一外表面 ；-.^ . , , ,n a ^ tf ,ti Λ ^ · 案例中其係與-液体載子加以混合以便，但於此 刷於熔接環14上之—糊，該 ：：：手動地加以 地被黏結至熔接環14 ’該焊劑最而¥劑保持鬆散 力;以消耗，然而焊劑殘留以=:::以：= :力處",清潔，該焊劑最…保留在接近溶接環二= 焊劑16改善了熔接中熱穿透，所以減少了 :少了通常發生於嘗試進行厚管元件之—單通 的下垂與其他的…廓問題，藉由更有效率地 向内以降低炫接池的散開，該溶接作業使用較低的 電&用於完全穿透，降低了的電流容許以較小的低功率熔 接頭與電源供應器而更進一步地有助於維持熔接中的沃 田鐵。 於作業中’配管剖面33與39的管端28與3〇係對接以溶接 環14處於其間’軌道熔接器12係使用氬氣作為屏障氣体以 執行一單通道熔接作業，對於具有〇.〇95英对之一壁厚與

號89117231_f〇年//月七P日 修正_ 五、發明說明（12) 0.5英对之一管徑的一個典型雙重管可使用50安培與9伏特 之一熔接電流/電壓在每分鐘2. 1英吋的一個電極移動速度 下加以達成，以此方式所產生的該熔珠具有一 5 8 / 4 2之沃 斯田鐵/肥粒鐵比率以及沿著其整個寬度具有一 0 · 5穿透特 性（熔接深度對最大熔接寬度比率）的均勻輪廓。 此發明已參照較佳具體實例加以敘述，很明顯的修改與 變化在研讀與瞭解此規格後將為人所想到，只要它們落於 隨附的申請專利範圍或其之相等者之範疇内，其意圖去包 括至此為止的所有如此的修改與變化。 元件符號說明 10 裝置- ^ 12 執道熔接器裝置 14 熔接環 1 4 a 外表面 16 焊劑 2 0 徑向内環 22 周邊徑向延伸環 2 8 管端 30 管端 33 鋼管一 39 鋼管

O:\65\659I3.ptc 第15頁 506877 89117231 fb年//月日 修正

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Claims (1)

1. 修正 89117231 六、申請專利範圍 1 . 一種用於熔接雙重不銹鋼零件之方法，包含在一高 度耐火的焊劑的出現之下熔接，因而形成具有一雙重不銹 鋼金相構造之一熔珠。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該耐火焊劑包含 至少石夕石（S i 1 i c a )，二氧化鈦，氧化鎭，氧化鉻以及氧化 鈦之一。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該耐火焊劑包括 氧化鉻（C r203 )與氧化石夕（S i 02)以及鈦的一個氧化物的一種 混合物。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該熔接係藉由電 弧熔接法使用一非脈衝式電弧加以完成❹ · 5. 一種包含以電弧式熔接雙重不銹鋼配管之方法，其 使用由一非脈衝電流在一耐火焊劑的出現之下所產生的熱 來形成具備一雙重不銹鋼金相構造與一均衡輪廓之一熔 珠。 6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該熔珠具有0.33 或更大的一個穿透特性。 7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該電弧熔接製程 係在一密閉系統内執行電孤熔接以便障蔽產生電弧的電極 間隙以及被-熔接的配管免於與大氣中的氧接觸。 8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中該間隙係充斥著 一障蔽氣体，其不與熔池以及高耐火焊劑起反應。 9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該障蔽氣体係為 惰性氣体氦，氬，氖，氙或其之混合物。

   O:\65\65913.ptc 第17頁 506877 _案號89117231_年f丨月日 修正_ 六、申請專利範圍 10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中額外的合金元 素係被供應至由一個熔接填充器（其具備較形成欲加以熔 接的雙重不銹鋼之金屬為高之一鎳成份）來熔接期間所形 成的熔接池。 11. 如申請專利範圍第8項之方法，其中額外的合金元 素係被供應至由一個熔接填充器（其具備較形成欲加以熔 接的雙重不銹鋼之金屬為高之一鎳成份）來熔接期間所形 成的熔接池。 12. 如申請專利範圍第1 1項之方法，其中該耐火焊劑包 含至少矽石（Si 1 ica)，二氧化鈦，氧化鎂，氧化鉻以及氧 化欽之一。· · 13. 如申請專利範圍第1 2項之方法，其中該耐火焊劑包 括氧化鉻（Cr203 )與氧化矽（Si 02)以及鈦的一個氧化物的一 種混合物^ 14. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該熔接步騍係 以一單通道執道熔接法加以完成。 15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中從一熔接填充 材料所形成之一熔接環係被置放於欲加以熔接的管端之 間。 16. 如申-請專利範圍第15項之方法，其中該熔接環係為 T型橫剖面以便使該環得以在一管端之上滑動。 17. 如申請專利範圍第1 6項之方法，其申該焊劑係被施 加至該熔接環之一外表面。 18. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該耐火焊劑包

   O:\6S\65913.ptc 第18頁 506877 _案號 89117231_年 // 月 >J> 曰__ 六、申請專利範圍 含至少矽石（Si 1 ica)，二氧化钬，氧化鎂，氧化鉻以及氧 化欽之一。 19. 如申請專利範圍第1 4項之方法，其中該耐火焊劑包 括氧化鉻（Cr203 )與氧化矽（Si 02)以及鈦的一個氧化物的一 種混合物。 20. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該熔接步驟係 於一單通道執道熔接加以完成。 2 1. 如申請專利範圍第2 0項之方法，其中從一熔接填充 材料所形成之一熔接環係被置放於欲加以熔接的管端之 間。 22. 如申請專利範圍第2 1項之方法，其中該熔接環条為 T型橫剖面以便使該環得以在一管端之上滑動。 2 3. 如申請專利範圍第2 2項之方法，其中該焊劑係被施 加至該熔接環之一外表面。 24. —種用於熔接雙重不銹鋼配管之一插入物，包含： a) —熔接環，包含較被熔接的雙重不銹鋼配管為高 的鎳重量I ;以及 b) 於該熔接環之一外表面上之一穿透改善焊劑。 25. 如申請專利範圍第24項之插入物，其中該焊劑係於 該熔接環係-被形成之後施加至該熔接環之一外表面。 26. 如申請專利範圍第24項之插入物，其中該焊劑係為 部份的熔接環金屬矩陣。 2 7. 如申請專利範圍第24項之插入物，其中該填充材料 包含25. 10. 4. L材料。

   O:\65\659l3.ptc 第19頁 506877 修正 案號 89117231 六、申請專利範圍 2 8. 如申請專利範圍第2 4項之插入物，其中該焊劑包含 一鈦氧化物。 29. 一種軌道熔接方法，用於連接二厚壁雙重不銹鋼管 的鄰近端，包含： a ) 將一熔接填充劑置於欲加以熔接的鄰近管端間， 該熔接填充劑加以選擇以便使藉由熔接製程所形成的熔珠 具備一雙重相位構造； b ) 將一高度耐火焊劑施加至藉由該熔接填充劑與 欲加以熔接的鄰近管端所形成的熱影響帶；以及 c) 將鄰近的管端使用一非脈衝電弧於一單軌遒通 遒中電弧式地熔接在一起。 - 3 0. 如申請專利範圍第2 9項之方法，其中該熔接填充劑 係自含有較欲加以熔接在一起的雙重鋼管為多之沃斯田鐵 之一鋼所製成。 31. 如申請專利範圍第3 0項之方法，其中該填充劑鋼含 有較欲加以熔接在一起的雙重鋼為多之鎳。 3 2. 如申請專利範園第2 9項之方法，其中該焊劑包括一 金屬氧化物。 3 3. 如申請專利範圍第2 9項之方法，其中該熔接填充劑 係為具有一 Τ-型橫剖面之一熔接環。 34. 續式 如申請專利範圍第2 9項之方法，其中該電弧係為連

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