CN105880867A - 药芯焊丝、其生产方法及用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种药芯焊丝,所述药芯焊丝包括外壳,所述外壳设有管腔,所述管腔容纳有药芯,其特征在于:所述制造外壳的不锈钢为奥氏体不锈钢。本发明提供一种与炼镁还原罐材质相近的CO2气体保护药芯焊丝,所述焊丝具有较高的焊接效率,良好的操作性,而且电弧挺度好,飞溅小,可全位置焊接。
Description
技术领域
本发明涉及一种药芯焊丝,尤其涉及一种用于焊接不锈钢的药芯焊丝,特别是一种用于炼镁还原罐的药芯焊丝,其生产方法及其用途。
背景技术
在工业制造领域,焊接是连接钢铁材料部件的一种基本手段。和手工电焊条以及实心焊丝相比,药芯焊丝具有工艺性能好和高效节能等优点。药芯焊丝广泛地用于焊接由各种钢材料制成的部件。药芯焊丝的焊接特性取决于外壳与药芯的成分。
但是,不同的钢材料有不同的材料特性,适用于焊接一种钢材料的药芯焊丝不一定适用于焊接另一种钢材料。而且,相对于焊条和实心焊丝,药芯焊丝制造工艺相对复杂。特别是,药芯焊丝药芯中各种成分的粉剂混合必须均匀,粉剂的致密度高;否则,将会影响药芯焊丝的质量。所以,相对于焊条和实心焊丝,药芯焊丝制造对制造设备要求高,制造成本也相对高。
硅热法炼镁工艺所采用的还原罐材质通常为不同的Cr、Ni含量及其他元素组成的奥氏体合金钢。其中一种典型的炼镁还原罐所使用的材料,其成分的大致含量如下表所示。
C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | N |
0.30-0.65 | ≤1.5 | ≤1.6 | ≤0.04 | ≤0.03 | 24-28 | 7-10 | ≤0.25 |
炼镁还原罐的一种焊接方法是采用A402或A407焊条焊接,或者采用与罐体材质相近的M407焊条进行焊接。A402和A407焊条由于化学成分与罐体材质不匹配,罐体焊接后往往容易出现焊缝热裂纹,使罐体失效。M407虽与罐体材质相近,但焊条焊接效率低,耐热性较差,浪费较大。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种焊接效率高的药芯焊丝。
一种药芯焊丝,所述药芯焊丝包括外壳,所述外壳设有管腔,所述管腔容纳有药芯,其特征在于:所述制造外壳的不锈钢为奥氏体不锈钢。
优选地是,所述药芯按照重量百分比含有:含有SiO2的粉体2%-10%;钛酸钾2%-8%;含有TiO2的粉体20%-35%;锰粉5%-15%;镍粉0-4%;铝镁合金0-4%;氟化物0-4%;金属铬35%-50%;氮化铬0.5-4%;Al2O30-4%;ZrO20-4%;Bi2O30-2%。
优选地是,所述含有SiO2的粉体中SiO2重量含量为90%以上。
优选地是,所述含有SiO2的粉体为石英粉或SiO2粉体。
优选地是,所述含有TiO2的粉体中TiO2重量含量为90%以上。
优选地是,所述含有TiO2的粉体为金红石粉或TiO2粉。
优选地是,所述药芯重量为药芯焊丝重量的20%~35%。
优选地是,所述的奥氏体不锈钢为304或304L不锈钢。
优选地是,所述的氟化物选自LiF,MgF2,CaF2,Na3AlF6,K3AlF6,NaF中的一种或者多种。
优选地是:所述药芯焊丝用于焊接不锈钢工件,所述不锈钢工件为奥氏体不锈钢制成。
优选地是:所述药芯焊丝用于焊接炼镁还原罐。
本发明的第二个目的是提供一种焊接效率高的药芯焊丝。
一种药芯焊丝,所述药芯焊丝包括外壳,所述外壳设有管腔,所述管腔容纳有药芯,其特征在于:所述药芯按照重量百分比含有:含有SiO2的粉体2%-10%;钛酸钾2%-8%;含有TiO2的粉体20%-35%;锰粉5%-15%;镍粉0-4%;铝镁合金0-4%;氟化物0-4%;金属铬35%-50%;氮化铬0.5-4%;Al2O30-4%;ZrO20-4%;Bi2O30-2%。
优选地是,所述含有SiO2的粉体中SiO2重量含量为90%以上。
优选地是,所述含有SiO2的粉体为石英粉或SiO2粉体。
优选地是,所述含有TiO2的粉体中TiO2重量含量为90%以上。
优选地是,所述含有TiO2的粉体为金红石粉或TiO2粉。
优选地是,所述药芯重量为药芯焊丝重量的20%~35%。
优选地是,所述的奥氏体不锈钢为304或304L不锈钢。
优选地是,所述的氟化物选自LiF,MgF2,CaF2,Na3AlF6,K3AlF6,NaF中的一种或者多种。
优选地是,所述制造外壳的不锈钢为奥氏体不锈钢。
优选地是,所述药芯焊丝用于焊接不锈钢工件,所述不锈钢工件为奥氏体不锈钢制成。
优选地是,所述药芯焊丝用于焊接炼镁还原罐。
本发明的第三个目的是提供一种药芯焊丝的生产方法,其特征在于:前述配比选择材料,采用拉伸成型的方法拉制药芯焊丝。
上述的镍粉、铝镁合金、氟化物、氮化铬、氧化铝及氧化锆,可以选择其中一种或几种按照上述各自的百分含量加入药芯中。
优选地是,采用电弧焊焊接不锈钢。
本发明提供一种与炼镁还原罐材质相近的CO2气体保护药芯焊丝,所述焊丝具有较高的焊接效率,良好的操作性,而且电弧挺度好,飞溅小,可全位置焊接。
附图说明
图1为一种药芯焊丝的结构示意图。
图2为本发明中的药芯焊丝使用的不锈钢的钢带示意图。
图3为被加工成U型的不锈钢钢带示意图。
图4为U形的不锈钢钢带槽口被合上后的结构示意图。
图5为拉拔成形后的药芯焊丝结构示意图。
图6为本发明中的药芯焊丝横截面图。
具体实施方式
由于具有良好的耐腐蚀性能,不锈钢材料具有广泛的应用。能源、石油、化工、机械、建筑装修、食品机械、医疗器械等领域均大量使用不锈钢材料。根据成分的不同,不锈钢分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体-铁素体不锈钢、及马氏体不锈钢。奥氏体不锈钢含铬大于18%,另外还含有8%以上的镍及少量钼、钛、氮等元素。铁素体不锈钢含铬12%~30%,不含有或仅含有微量的镍。马氏体不锈钢中也不含有或仅含有微量的镍。奥氏体-铁素体不锈钢是由奥氏体和铁素体组成的不锈钢。不锈钢的另一种分类方法是按照数字命名,如200系列、300系列、400系列。每一系列均包括多种细分不锈钢。300系列主要是奥氏体不锈钢。400系列主要包括铁素体不锈钢和马氏体不锈钢。
不锈钢产品中,焊接是常用的不同零部件之间的连接方式。在上述各种应用中,奥氏体体不锈钢工件的焊接是不可避免的,特别是汽车领域,压力容器,热交换器等等。焊接是连接金属最经济且效率最高的方法,比如炼镁还原罐用到的耐热铸钢工件,大量使用焊接工艺。
炼镁还原罐的焊接通常都采用A402或A407焊条焊接,也有采用与罐体材质相近的M407焊条进行焊接。A402和A407焊条由于化学成分与罐体材质不匹配,罐体焊接后往往容易出现焊缝热裂纹,使罐体失效。M407虽与罐体材质相近,但焊条焊接效率低,耐热性较差,浪费较大。
图1为一种药芯焊丝的结构示意图。如图1所示,药芯焊丝60包括外壳33。外壳33为管状并设有管腔(图中未示出)。管腔内容纳有药芯31。药芯31沿外壳33的轴向充满管腔。其生产方法为,将图2所示的钢带13卷成如图3所示的U型,形成U型槽14。将药芯放置于U型槽14内,使U型槽14的开口闭合,如图4所示。然后再采用拉制机器拉伸U型钢带13。拉伸次数一般为两次。经过拉伸后,制成图5所示的药芯焊丝。图6是拉拔后的焊丝1的横截面示意图,药芯12被钢带11制成的外壳包裹在中部。其横截面为搭接,具有接缝15。
焊接不同材料制成的工件时,外壳及药芯的成分均需满足一定的要求。如外壳材料需要满足拉伸性能要求,以达到制造容易的目的。对熔敷金属的成分及性能要求,需要外壳、药芯或药芯与外壳共同配合实现。如要求熔敷金属达到防腐蚀的性能,则熔敷金属中必须含有13%以上的铬才能满足最基本的防腐蚀要求。
焊剂中各成分的作用如下所述:
含有SiO2的粉体,是很好的造渣剂,能够稳定电弧,提高液态金属的润湿性,使焊道成形美观。适量的SiO2或石英粉可获得良好脱渣性能。SiO2或石英粉太少,其优点不能发挥;含量太高,则熔渣呈玻璃状,脱渣性能恶化。使用石英粉,原料来源广泛,获取方便。
钛酸钾,是良好的造渣剂和稳弧剂。钛酸钾含量太少,稳弧效果不明显;含量过多,则对焊缝金属的塑性和韧性不利。
含有TiO2的粉体,是本发明中焊剂的主要造渣剂和稳弧剂,可以提高熔渣的流动性和脱渣性。TiO2或金红石含量太少,则电弧稳定性和脱渣性不好;TiO2或金红石含量过多,则焊缝金属塑性变差。使用金红石,原料来源广泛,获取方便。
锰粉,尤其是电解锰粉是合金剂和奥氏体形成元素,锰还可以在焊接冶金过程中脱硫而防止焊接热裂纹的产生。
镍粉,是奥氏体形成元素,可以提高耐热钢的高温强度和抗蠕变性能。
铝镁合金,焊剂中加入铝镁合金主要起脱氧剂和稳定电弧的作用。铝镁合金含量太少,脱氧不足;含量太多,电弧稳定性恶化。
氟化物,氟化物可以LiF,MgF2,CaF2,Na3AlF6,K3AlF6,NaF等一种或者多种氟化物。氟化物的加入可以降低熔渣的熔点和粘度,提高液态金属的润湿性,同时还可以防止气孔和凹坑等焊接缺陷。氟化物含量太少,则其有益作用不明显;含量太多,则熔滴增大,电弧稳定性变差,飞溅增多。
金属铬,铬可以提高焊缝金属的高温强度,耐腐蚀性能和抗高温氧化性。为了保证炼镁还原罐在1200℃以下的抗高温氧化性,焊缝金属中的铬含量应控制在25%以上,则焊剂中金属铬的含量应控制在35-50%,优选40%-50%。
氮化铬,通过氮化铬的形式向焊缝中过渡氮。氮是奥氏体形成元素,在奥氏体耐热钢中,氮化物在晶界析出可以提高钢的高温强度和抗蠕变性能。但是焊缝金属中的氮含量不宜超过0.25%,否则会出现气孔且降低韧性。
Al2O3,可以调节熔渣的熔点而不会改变熔渣的粘度,有利于焊丝的全位置焊接。Al2O3的含量太少,则其作用不明显;含量太高,则会恶化脱渣性能。
ZrO2,可以改变熔渣的线膨胀系数,提高熔渣的粘度。适量的ZrO2可以提高脱渣性,但是过量的ZrO2将使熔渣的粘度过高而恶化脱渣性。
下面结合实施例对本发明进行详细的描述:
实施例
本发明中的药芯焊丝各实施例使用的外壳的成分及其性能如表1所示。
表1:(重量百分含量)
本发明的各实施例中的药芯焊丝的药芯配方如表2所示,实施例1-15外壳采用304L不锈钢;实施例16-21外壳采用304不锈钢。实施例1-14含有SiO2的粉体为石英粉,SiO2重量含量90%以上;实施例15-21含有SiO2的粉体为SiO2粉。实施例1-16含有TiO2的粉体为金红石粉,TiO2重量含量90%以上;实施例17-21含有TiO2的粉体为TiO2粉。实施例1-10中的氟化物为氟化钠;实施例11-14中的氟化物为氟化钙;实施例16-18中的氟化物为MgF2。实施例19-21中的氟化物为K3AlF6。
表2:(重量百分含量)
表3采用上述方法制造的药芯焊丝的焊接炼镁还原罐,其熔敷金属成分如下表所示:(wt%)
C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | |
实施例1 | 0.023 | 0.40 | 2.28 | 0.026 | 0.007 | 26.3 | 8.18 |
实施例2 | 0.024 | 0.74 | 1.95 | 0.027 | 0.006 | 26.8 | 9.22 |
实施例3 | 0.027 | 0.52 | 1.73 | 0.025 | 0.005 | 27.4 | 8.28 |
实施例4 | 0.022 | 0.66 | 2.35 | 0.024 | 0.006 | 27.9 | 9.31 |
实施例5 | 0.025 | 0.71 | 2.43 | 0.028 | 0.004 | 27.3 | 9.06 |
实施例6 | 0.023 | 0.43 | 2.31 | 0.026 | 0.005 | 26.4 | 8.24 |
实施例7 | 0.026 | 0.52 | 2.58 | 0.025 | 0.004 | 27.5 | 9.17 |
实施例8 | 0.025 | 0.56 | 1.92 | 0.027 | 0.005 | 27.3 | 9.02 |
实施例9 | 0.028 | 0.61 | 1.97 | 0.029 | 0.007 | 26.2 | 8.25 |
实施例10 | 0.026 | 0.47 | 2.13 | 0.024 | 0.005 | 26.4 | 8.27 |
实施例11 | 0.027 | 0.41 | 2.16 | 0.027 | 0.006 | 26.1 | 8.07 |
实施例12 | 0.024 | 0.78 | 1.94 | 0.025 | 0.007 | 26.2 | 8.11 |
实施例13 | 0.026 | 0.55 | 1.91 | 0.023 | 0.007 | 25.1 | 9.17 |
实施例14 | 0.029 | 0.51 | 2.73 | 0.028 | 0.004 | 26.6 | 8.32 |
实施例15 | 0.26 | 0.61 | 1.93 | 0.028 | 0.006 | 27.1 | 8.25 |
实施例16 | 0.025 | 0.67 | 2.15 | 0.025 | 0.008 | 26.1 | 7.81 |
实施例17 | 0.025 | 0.64 | 2.63 | 0.023 | 0.005 | 26.6 | 8.94 |
实施例18 | 0.027 | 0.68 | 2.14 | 0.029 | 0.007 | 27.2 | 8.95 |
实施例19 | 0.027 | 0.67 | 2.38 | 0.022 | 0.004 | 27.5 | 9.11 |
实施例20 | 0.028 | 0.61 | 2.06 | 0.027 | 0.008 | 27.4 | 8.97 |
实施例21 | 0.027 | 0.67 | 2.12 | 0.026 | 0.006 | 27.1 | 9.04 |
表4采用上述方法制造的药芯焊丝焊接炼镁还原罐,其熔覆金属机械性能如下表所示:
抗拉强度Rm(MPa) | 伸长率A(%) | |
实施例1 | 780 | 35 |
实施例2 | 765 | 33 |
实施例3 | 740 | 32 |
实施例4 | 765 | 31 |
实施例5 | 775 | 33 |
实施例6 | 760 | 32 |
实施例7 | 775 | 34 |
实施例8 | 765 | 30 |
实施例9 | 760 | 30.5 |
实施例10 | 770 | 31 |
实施例11 | 745 | 33 |
实施例12 | 780 | 29 |
实施例13 | 750 | 30 |
实施例14 | 765 | 31 |
实施例15 | 750 | 28 |
实施例16 | 745 | 30 |
实施例17 | 750 | 32 |
实施例18 | 755 | 31 |
实施例19 | 760 | 33 |
实施例20 | 745 | 33 |
实施例21 | 760 | 33 |
从表3和表4中的数据可以看出,使用本发明中的药芯焊丝焊接炼镁还原罐,其熔敷金属成分和机械性能与炼镁还原罐的成分及机械性能相近,适于焊接炼镁还原罐。
表5焊接参数
焊接位置 | 平焊 | 立焊 |
焊接电流(A) | 180-220 | 140-180 |
焊接电压(V) | 27-32 | 23-27 |
保护气体 | 100%CO2 | 100%CO2 |
电源极性 | DCEP | DCEP |
采用表5的焊接参数进行平焊和立焊,以测试焊丝的工艺性能。对于电弧能够连续燃烧,不出现断弧,电弧不出现飘逸和闪动,则评价为良好,反之则评价为差。对于飞溅的评价,在焊接过程中以不出现大颗粒金属爆出,且飞溅颗粒直径小于2mm,则评价为小,否则评价为大。对于脱渣性的评价,以能自动脱除或者以1kg的铁锤从角焊缝试板背部敲击能够全部脱除为良好,否则为差。对于熔渣覆盖性的评价,以熔渣能够完整且均匀的覆盖于焊道表面为良好,反之为差。对于焊缝成形的评价,以焊缝与工件过渡圆滑,焊缝成形平整,立焊焊道没有下坠为良好,反之为差。
表6平焊工艺性
实施例 | 电弧稳定性 | 飞溅 | 脱渣性 | 熔渣覆盖性 | 焊缝成形 |
实施例1 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例2 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例3 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例4 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例5 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例6 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例7 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例8 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例9 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例10 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例11 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例12 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例13 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例14 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例15 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例16 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例17 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例18 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例19 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例20 | 良好 | 小 | 差 | 良好 | 良好 |
实施例21 | 良好 | 小 | 差 | 良好 | 良好 |
表7立焊工艺性
实施例 | 电弧稳定性 | 飞溅 | 脱渣性 | 熔渣覆盖性 | 焊缝成形 |
实施例1 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例2 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例3 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例4 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例5 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例6 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例7 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例8 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例9 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例10 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例11 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例12 | 良好 | 小 | 差 | 差 | 差 |
实施例13 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例14 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例15 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例16 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例17 | 良好 | 小 | 良好 | 良好 | 良好 |
实施例18 | 良好 | 小 | 良好 | 差 | 差 |
实施例19 | 良好 | 小 | 差 | 差 | 差 |
实施例20 | 良好 | 小 | 差 | 良好 | 良好 |
实施例21 | 良好 | 小 | 差 | 良好 | 良好 |
本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明,并不构成对权利要求范围的限制,本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代,均在本发明保护范围内。
Claims (23)
1.一种药芯焊丝,所述药芯焊丝包括外壳,所述外壳设有管腔,所述管腔容纳有药芯,其特征在于:
所述制造外壳的不锈钢为奥氏体不锈钢。
2.根据权利要求1所述的药芯焊丝,其特征在于:所述药芯按照重量百分比含有:含有SiO2的粉体2%-10%;钛酸钾2%-8%;含有TiO2的粉体20%-35%;锰粉5%-15%;镍粉0-4%;铝镁合金0-4%;氟化物0-4%;金属铬35%-50%;氮化铬0.5-4%;Al2O30-4%;ZrO20-4%;Bi2O30-2%。
3.根据权利要求1所述的药芯焊丝,其特征在于:所述含有SiO2的粉体中SiO2重量含量为90%以上。
4.根据权利要求3所述的药芯焊丝,其特征在于:所述含有SiO2的粉体为石英粉或SiO2粉体。
5.根据权利要求1所述的药芯焊丝,其特征在于:所述含有TiO2的粉体中TiO2重量含量为90%以上。
6.根据权利要求5所述的药芯焊丝,其特征在于:所述含有TiO2的粉体为金红石粉或TiO2粉。
7.根据权利要求1所述的药芯焊丝,其特征在于:所述药芯重量为药芯焊丝重量的20%~35%。
8.根据权利要求1所述的药芯焊丝,其特征在于:所述的奥氏体不锈钢为304或304L不锈钢。
9.根据权利要求1所述的药芯焊丝,其特征在于:所述的氟化物选自LiF,MgF2,CaF2,Na3AlF6,K3AlF6,NaF中的一种或者多种。
10.权利要求1-9之一所述的药芯焊丝,其特征在于:所述药芯焊丝用于焊接不锈钢工件,所述不锈钢工件为奥氏体不锈钢制成。
11.权利要求1-9之一所述的药芯焊丝,其特征在于:所述药芯焊丝用于焊接炼镁还原罐。
12.一种药芯焊丝,所述药芯焊丝包括外壳,所述外壳设有管腔,所述管腔容纳有药芯,其特征在于:所述药芯按照重量百分比含有:含有SiO2的粉体2%-10%;钛酸钾2%-8%;含有TiO2的粉体20%-35%;锰粉5%-15%;镍粉0-4%;铝镁合金0-4%;氟化物0-4%;金属铬35%-50%;氮化铬0.5-4%;Al2O30-4%;ZrO20-4%;Bi2O30-2%。
13.根据权利要求12所述的药芯焊丝,其特征在于:所述含有SiO2的粉体中SiO2重量含量为90%以上。
14.根据权利要求13所述的药芯焊丝,其特征在于:所述含有SiO2的粉体为石英粉或SiO2粉体。
15.根据权利要求12所述的药芯焊丝,其特征在于:所述含有TiO2的粉体中TiO2重量含量为90%以上。
16.根据权利要求15所述的药芯焊丝,其特征在于:所述含有TiO2的粉体为金红石粉或TiO2粉。
17.根据权利要求12所述的药芯焊丝,其特征在于:所述药芯重量为药芯焊丝重量的20%~35%。
18.根据权利要求12所述的药芯焊丝,其特征在于:所述的奥氏体不锈钢为304或304L不锈钢。
19.根据权利要求12所述的药芯焊丝,其特征在于:所述的氟化物选自LiF,MgF2,CaF2,Na3AlF6,K3AlF6,NaF中的一种或者多种。
20.根据权利要求12所述的药芯焊丝,其特征在于:所述制造外壳的不锈钢为奥氏体不锈钢。
21.权利要求12-20之一所述的药芯焊丝,其特征在于:所述药芯焊丝用于焊接不锈钢工件,所述不锈钢工件为奥氏体不锈钢制成。
22.权利要求12-20之一所述的药芯焊丝,其特征在于:所述药芯焊丝用于焊接炼镁还原罐。
23.药芯焊丝的生产方法,其特征在于:
按照权利要求1至9或权利要求12至20之一所述选择材料,采用拉伸成型的方法拉制药芯焊丝。
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