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文档简介

第四节焊接和钎焊一、电弧焊电弧焊,是指以电弧作为热源,利用空气放电的物理现象,将电能转换为焊接所需的热能和机械能,从而达到连接金属的目的。主要方法有焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等,它是应用最广泛、最重要的熔焊方法,占焊接生产总量的60%以上。非熔化极在焊接过程中不融化,电极不通过电弧向熔池过度填充金属。表4-2电弧焊分类焊条电弧焊是工业生产中应用最广泛的焊接方法,它的原理是利用电弧放电(俗称电弧燃烧)所产生的热量将焊条与工件互相熔化并在冷凝后形成焊缝,从而获得牢固接头的焊接过程。作为最通用的焊接方法,焊条电弧焊可用于大多数黑色及有色金属的焊接,可焊厚度范围宽。在船舶实际工作中,除小直径钢管外,其它直径和壁厚的钢管焊接均采用手工电弧焊来焊接。在带药皮的焊条和工件之间引燃电弧时,焊条和工件表面都熔化并形成熔池。电弧的平均温度大约是6000℃,足以使母材金属、焊芯和药皮同时熔化。药皮熔化形成气体和熔渣,以避免周围空气中的氧气和氮气进入熔池。熔化的熔渣发生凝固和冷却,在焊接完成后,必须将熔渣从焊缝表面清理掉。(一)电弧焊设备

焊条电弧焊设备和工具主要包括焊弧电源、焊钳、面罩、焊条保温筒、敲渣锤、钢丝刷、焊缝检验尺等。1.弧焊电源弧焊电源是用来对电弧焊接提供电能的一种专用设备,是电弧焊接设备中的核心部分。弧焊电源按其供给的焊接电流种类的不同可分为交流弧焊机和直流弧焊机两类。交流电焊机直流电焊机交流弧焊机供给焊接时的电流是交流电,是一种特殊的降压变压器,它具有结构简单、价格便宜、使用可靠、工作噪声小、维护方便等优点,所以焊接时常用交流弧焊机,它的主要缺点是焊接时电弧不够稳定。直流弧焊机供给焊接时的电流为直流电。它具有电弧稳定、引弧容易、焊接质量较好的优点,但是直流弧焊发电机结构复杂、噪声大、成本高、维修困难。在焊接质量要求高或焊接2mm以下薄钢件、有色金属、铸铁和特殊钢件时,宜用直流弧焊机。焊条电弧焊可用直流或交流电进行。采用直流电时,可用正极性或负极性,此时电流流动是单向的。采用交流电时,电子由负极流向正极,是双向的。对于焊条电弧焊来讲,必须使用恒流(下降)输出特性的焊接电源。焊接电源必须提供:引弧空载电压(OCV):50-90V;焊接过程中维持电弧的焊接电压:20-40V;适当的电流范围:30-350A;稳定的电弧,电弧快速回复或再引燃无冲击电流;恒定的焊接电流,焊接过程中电弧场孤独可以变化,但焊条烧损速度和焊缝熔深必须保持一致。2.电焊钳电焊钳的作用是夹持电焊条,焊接时传导焊接电流的器械。是与电弧焊机配套使用的,手工电弧焊时,用以夹持和操纵焊条,并保证与焊条电气连接的手持绝缘器具。

3.焊条焊条药皮的化学成分对电弧的稳定性、熔深、金属熔敷率和定位能力有很大影响。焊条可分为三大类:纤维素型焊条;氧化钛药皮焊条;碱性焊条。纤维素型焊条的药皮中含有大量的纤维素氧化钛型焊条的药皮中含有大量的氧化钛碱性焊条的药皮中含有大量的碳酸钙、氟化钙

纤维素型焊条在所有位置都能形成较深的熔深;适用于向下立焊;氧化钛型焊条在交流电或直流电下,它们可用于所有位置的焊接,特别适用于横角/立角位置的接头焊接。碱性焊条由于熔敷速度快,铁粉焊条主要用于平焊、横焊和立焊。(二)电弧焊基本操作技术焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法,因此焊缝的质量取决于焊工的操作技术,这就需要焊工掌握较高的操作技能。1.引弧手法

焊条电弧焊的引弧方法有两种:一种是划擦法,这种方法容易掌握,但容易损坏焊件的表面;另一种是直击法,这种方法必须熟练地掌握好焊条离开焊件的速度和距离。2.运条手法

运条是整个焊接过程中最重要的环节,它直接影响缝的外表成形和内在质量。电弧引燃后,一般情况下焊条有三个基本运动:朝熔池方向逐渐送进;沿焊接方向逐渐移动;横向摆动。2.运条手法图4-*

焊条的基本运条方法a)直线运条;b)

直线往复运条;c)锯齿形运条;d)月牙形运条;e)斜三角运条;f)正三角形运条;g)正圆圈形运条;h)斜圆圈形运条;i)

八字形运条2.运条手法

运条方法应根据接头形式、坡口形式、焊接位置、焊条直径和性能、焊接工艺要求及焊工的技术水平等来确定。

3.焊道的连接手法

焊条电弧焊时,由于受焊条长度限制不能用一根焊条完成一条焊缝,因而出现了焊道连接问题。焊道连接容易产生夹渣、气孔等缺陷,因此为了保证焊道连接质量,使焊道连接均匀,避免产生过高、脱节、宽窄不一等缺陷,要求焊工在焊道连接时选用恰当的方式,并熟练掌握。3.焊道的连接手法焊道连接主要有如下四种方式。

第一种连接方式是使用最多的一种,连接的方法是在先焊焊道前面10mm处引弧,弧长比正常的弧长略长,然后将电弧移到原弧坑的2/3处,填满弧坑后即向前进人正常焊接,如下图所示。

第二种连接方法要求先焊焊道的起头处要略低些,连接时在先焊焊道的起头稍前处引弧,并稍微拉长电弧,将电弧引向先焊焊道的起头,并覆盖其端头处,等起头处焊道焊平后再向先焊焊道相反方向移动。第三种连接方式是后焊焊道从接头的另一端引弧,焊到前焊道的结尾处,焊接速度略慢些,以填满焊道的弧坑,然后以较快的焊接速度再略向前熄弧。第四种连接方式是后焊焊道结尾与先焊焊道起头相连,再利用结尾时的高温重复熔化先焊焊道的起头处,将焊道焊平后快速收尾。4.焊道的收尾

焊道的收尾是指一条焊缝焊完后如何填满弧坑。焊接过程中由于电弧吹力作用,熔池呈凹坑状,并且低于已凝固的焊道,若收弧时立即拉断电弧,会产生一个低凹的弧坑,过深的弧坑甚至会产生裂纹。因此收弧时不仅要熄弧,而且须填满弧坑。

4.焊道的收尾常用的焊道收尾方式有三种:4.焊道的收尾4.焊道的收尾(三)各种焊接位置的操作要点

各种焊接位置的操作有些共同的特点,但由于熔滴、熔池等在不同位置受重力的影响不同,在操作手法上也有所不同。1.

平焊的操作要点

平焊焊接时为获得优质焊缝,必须熟练掌握焊条角度和运条技术,将熔池控制为始终如一的形状与大小,一般熔池形状为半圆形或椭圆形,且表面下凹,焊条移动速度不宜过慢。(三)各种焊接位置的操作要点2.立焊的操作要点

根据立焊的特点,焊接时焊条角度应向下倾斜60°~80°,电弧指向熔池中心,焊接电流应较小,以控制熔池温度;(三)各种焊接位置的操作要点3.横焊的操作要点

根据横焊的特点,在焊接时由于上坡口温度高于下坡口,所以在上坡口处不做稳弧动作,而是迅速带至下坡口根部做轻微的拉稳弧动作。若坡口间隙小时,增大焊条倾角,反之则减小焊条倾角。(三)各种焊接位置的操作要点4.仰焊的操作要点

根据仰焊特点,应严格控制焊接电弧的弧长,使坡口两侧根都能很好熔合,并且焊波厚度不应太厚,以防止液态金属过多而下坠。坡口角度比平焊略大,焊接坡口第一层的焊条与坡口两侧90°,与焊接方向成70°~80°,用最短的电弧做前后推拉的动作,熔池温度过高时可以使温度降低。焊接其余各层时焊条横摆并在两侧做稳弧动作。

为了保证焊补修理质量,除严格要求焊补工艺外,还应焊前预热、焊后退火。(四)焊接典型缺陷手工电弧焊在焊接后较易出现的典型焊接缺陷主要包括:(四)焊接典型缺陷手工电弧焊在焊接后较易出现的典型焊接缺陷主要包括:1.

未焊透:主要是由于焊条选用不当;电流太低;焊接速度太快温度上升不够;又进行速度太慢电弧冲力被焊渣所阻挡,不能给予母材;焊缝设计及组合不正确。

解决方法:选用较具渗透力的焊条;使用适当电流;改用适当焊接速度;增加开槽度数,增加间隙,并减少根深。(四)焊接典型缺陷2.裂纹:主要是由于焊件含有过高的碳、锰等合金元素;焊条品质不良或潮湿;焊缝拘束应力过大;母条材质含硫过高不适于焊接;施工准备不足;母材厚度较大,冷却过速;电流太强;首道焊道不足抵抗收缩应力。

解决方法:使用低氢系焊条。使用适宜焊条,并注意干燥;改良结构设计,注意焊接顺序,焊接后进行热处理;避免使用不良钢材;焊接时需考虑预热或后热;预热母材,焊后缓冷;使用适当电流;;首道焊接之焊着金属须充分抵抗收缩应力。(四)焊接典型缺陷4.

气孔:主要是由于焊条不良或潮湿;焊件有水分、油污或锈;焊接速度太快;电流太强;电弧长度不适合;焊件厚度大,金属冷却过速。

解决方法:选用适当的焊条并注意烘干;焊接前清洁被焊部份;降低焊接速度,使内部气体容易逸出;使用厂商建议适当电流;调整适当电弧长度;施行适当的预热工作。(五)检查要点及测试方法

焊缝在焊接完毕之后,可以通过不同的检查或测试来判断焊缝的质量。主要的检查要点和测试方法主要包括外观检查和无损探伤等。

焊缝的外观检查主要检查焊缝是否存在咬边、夹渣等上述缺陷。

焊缝的无损探伤主要包括渗透检验、磁粉检验、射线检验、超声波检验等。

焊缝万能量规外观检验

渗透检验是利用带有荧光染料或红色染料的渗透剂的渗透作用,显示缺陷痕迹的无损检验法,常用的有荧光探伤和着色探伤。将擦洗干净的焊件表面喷涂渗透性良好的红色着色剂,待渗透到焊缝表面的缺陷内,将焊件表面擦净。再涂上一层白色显示液,待干燥后,渗入到焊件缺陷中的着色剂由于毛细作用被白色显示剂所吸附,在表面呈现出缺陷的红色痕迹。渗透检验可用于任何表面光洁的材料。磁粉检验是将焊件在强磁场中磁化,使磁力线通过焊缝,遇到焊缝表面或接近表面处的缺陷时,产生漏磁而吸引撒在焊缝表面的磁性氧化铁粉。根据铁粉被吸附的痕迹就能判断缺陷的位置和大小。磁粉检验仅适用于检验铁磁性材料表面或近表面处的缺陷。

射线检验有X射线和Y射线检验两种。当射线透过被检验的焊缝时,如有缺陷,则通过缺陷处的射线衰减程度较小,因此在焊缝背面的底片上感光较强,底片冲洗后,会在缺陷部位显示出黑色斑点或条纹。X射线照射时间短、速度快,但设备复杂、费用大,穿透能力较Y射线小,被检测焊件厚度应小于30mm。而Y射线检验设备轻便、操作简单,穿透能力强,能照投300mm的钢板。透照时不需要电源,野外作业方便。但检测小于50mm以下焊缝时,灵敏度不高。

超声波检验是利用超声波能在金属内部传播,并在遇到两种介质的界面时会发生反射和折射的原理来检验焊缝内部缺陷的。当超声波通过探头从焊件表面进入内部,遇到缺陷和焊件底面时,发生反射,由探头接收后在屏幕上显示出脉冲波形。根据波形即可判断是否有缺陷和缺陷位置。但不能判断缺陷的类型和大小。由于探头与检测件之间存在反射面,因此超声波检查时应在焊件表面涂抹耦合剂。对于容器、管道等的焊接,还可以通过密封性试验来检查焊接质量。密封性试验主要包括水压试验、气压试验、煤油试验等。水压试验是最常用的检查焊接质量的检验方法,它是通过在容器或者管道内通入一定压力的水,保持一定时间,通过压力的变化来判断焊接质量。气压试验比水压试验更加灵敏迅速,到用于检查低压容器及管道的密封性。它是通过将一定压力的压缩空气通入容器或管道内,焊缝表面涂抹肥皂水,如果肥皂泡出现,这说明焊缝缺陷。煤油试验是在焊缝的以免涂抹上白色涂料,待干燥后再在另以免涂煤油,若焊缝中有细微裂纹或穿透性气孔等缺陷,煤油会渗透过去,在涂料一面呈现油斑,显示出缺陷位置。二、气焊

适用于薄板焊接和无电源场所的焊接。(一)气焊设备

船上常用的气焊设备主要是氧气乙炔焊接,氧气乙炔焊接主要的设备包括氧气瓶、乙炔瓶、氧气乙炔调压阀、气管、焊枪(焊炬)等。1.气瓶氧气瓶保管与存放:保管和使用时应防止沾染油污;放置时必须平稳可靠,不应与其他气瓶混在一起;不许曝晒、火烤及敲打,以防爆炸;库房周围不得放易燃物品。库内温度能过高,距离热源明火要有一定的安全距离。氧气瓶减压阀,压力计、接头与导管等,要涂标记。1.气瓶乙炔气瓶在使用、运输、贮存时,环境温度不能过高;乙炔瓶的漆色必须保持完好,不得任意涂改;乙炔气瓶在使用时必须装设专用减压器。回火防止器,工作前必须检查是否好用,否则禁止使用,开启时,操作者应站在阀门的侧后方,动作要轻缓;使用时要注意固定,防止倾倒,严禁卧放使用,对已卧放的乙炔瓶,不准直接开气使用,使用前必须先立牢静止一段时间后,再接减压器使用,否则危险;禁止敲击,碰撞等粗暴行为。2.焊炬2.焊炬

焊炬又称焊枪,是利用氧气和中低压乙炔作为热源,焊接或预热黑色金属或有色金属工件的工具。是气焊操作的主要工具。焊炬的作用是将可燃气体和氧气按一定比例均匀地混合,以一定的速度从焊嘴喷出,形成一定能率、一定成分、适合焊接要求和稳定燃烧的火焰。低碳钢焊丝H108A直径2mm气焊焊剂(二)气焊基本操作技术1.

焊接火焰的点燃、调整和熄灭焊接火焰点燃时,先开启少许气阀门,再开启少许燃气阀门,使两种气体在焊炬中混合,从焊嘴中喷出,接触明火即可点燃。如果氧气阀门开启过大,会发生“叭”、“叭”的响声,火焰不易点燃或出现回火现象。如果点燃火焰后冒黑烟,说明氧气阀门开启过小,以上两种情况均应调整氧气阀门开度以保证火焰正常燃烧。(二)气焊基本操作技术当火焰点燃后适当开大燃气阀门,再开大氧气阀门将火焰功率和火焰性质调到焊接需要的状态。对于各部件,应将燃气压力调至乙炔压力0.05-0.1MPa,氧气压力0.3-0.4MPa。熄灭焊接火焰时应先关小氧气阀门,再关闭燃气阀门,最后关闭氧气阀门,火焰熄灭后再开启氧气阀门吹一下,检查焊接火焰是否熄灭。2.

火焰加热位置和角度

加热工件时应使火焰焰心尖端2-4mm处接触起焊点,工件厚度相同时,火焰指向工件接缝处,厚度不等时应偏向厚的一侧,以保证形成熔池的位置在焊接接缝上。起焊前预热焊嘴与工件夹角取大角度以保证尽快形成熔池。焊接开始后应根据熔池大小调整焊接速度和焊嘴与工件夹角,以保证熔池在焊接过程中的大小一致。3.

起焊

起焊一定要在熔池完全形成后再开始,如果工件熔池太小,熔池周围温度较低,应用火焰在熔池周围晃动,使工件起焊点的温度均匀升高。当起焊点出现大小和形状都合适的熔池时即可添加焊丝,向前移动焊炬,开始正常焊接。4.

焊接过程添加焊丝的方法焊接过程中焊工应密切注释熔池的变化,在添加焊丝时将焊丝末端入焊接火焰的内焰中,当焊丝形成熔滴滴入熔池后,应将焊炬均匀向前移动,使熔池沿工件接缝处均匀向前移动,保持熔池形状和大小的一致,得到合格的焊缝。无论焊丝做何种摆动,应用内焰融化焊丝,禁止用外焰熔化焊丝以防止熔滴被氧化。焊接薄钢板为防止烧穿,除加快焊接速度等措施外,可用焊丝阻挡火焰。如果使用焊剂焊接或发现熔池中有氧化物熔渣时应用焊丝搅拌熔池,使氧化物及熔渣顺利上浮。5.

焊嘴和焊丝的运动方式沿焊缝方向向前运动:用来使熔池沿接缝向前运动,形成焊缝,这是焊嘴和焊丝在焊接中最主要的运动方式。垂直于焊缝上下跳动:焊嘴的这种运动是为了调整熔池温度,焊丝的上下跳动是为了调整熔滴滴入熔池的速度以保证焊缝高度的均匀。沿焊缝宽度方向做横向运动:这种横向运动或圆圈状运动主要用焊接火焰增加熔池的宽度,以利于坡口边缘很好熔合。焊丝的这种运动是为了搅拌熔池。在焊接过程中,每一个焊工都应熟练掌握这些操作方法。6.

接头与收尾(1)接头

焊接中途停顿,在停顿处重新开始焊接时,把与原焊缝重叠处称为接头。接头一定要在原焊缝上形成合格熔池再开始焊接,重要焊接工作接头必须重叠8-10mm。(2)收尾

焊缝末端,因工作散热条件变坏温度升高,易造成熔池面积加大、烧穿的缺陷。一般采用减小焊嘴倾角,提高焊接速度,多加焊丝等措施使熔池降温,为防止收尾处出现气孔,采用抬高火焰保护熔池,使熔池凝固速度减慢,以利于溶池中气体逸出防止收尾处气体的产生。气焊焊缝收尾处的操作要领是:倾角小、焊速增、加丝快、慢离开。三、热切割

热切割是指采用热能、电能或化学能将金属加热到其熔化温度以上,并使金属保持在熔化或半熔化状态,再利用流体动力将金属去除、吹开或燃烧,达到切割或去除金属目的的工艺方法。三、热切割(一)热切割的分类按所用热能种类,热切割分为:1.气割(火焰切割)金属的气割过程实质是铁在纯氧中燃烧过程,而不是融化过程。气割过程是预热-燃烧-吹渣。能气割的金属有低碳钢、中碳钢和低合金钢;不能气割的金属有不锈钢、铸铁、铝和铜。三、热切割(一)热切割的分类按所用热能种类,热切割分为:2.碳弧气刨3.等离子弧切割等离子弧是将电弧压缩成一束很细的等离子流,温度可达20000K,能立即融化金属,实现金属切割。4.激光切割船上使用最多的热切割方式一般为气割。(二)气割操作要点

气割主要包括气割前准备、火焰的调整、气割和气割后清理等几个操作步骤。

钎焊

钎焊,是指低于焊件熔点的钎料和焊件同时加热到钎料熔化温度后,利用液态钎料填充固态工件的缝隙使金属连接的焊接方法。钎焊时,首先要去除母材接触面上的氧化膜和油污,以利于毛细管在钎料熔化后发挥作用,增加钎料的润湿性和毛细流动性。(一)钎焊应用范围

钎焊加热温度较低,接头光滑平整,组织和机械性能变化小,变形小,工件尺寸精确。可焊同种金属,也可焊异种材料,且对工件厚度差无严格限制。有些钎焊方法可同时焊多焊件、多接头,生产率很高。钎焊设备简单,生产投资费用少。接头强度低,耐热性差,且焊前清整要求严格,钎料价格较贵。钎焊不适于一般钢结构和重载、动载机件的焊接。主要用于制造精密仪表、电气零部件、异种金属构件以及复杂薄板结构,如夹层构件、蜂窝结构等,也常用于钎焊各类异线与硬质合金刀具。(二)钎焊的分类

钎焊的方法可以以热源的性质及其加热的方式或方法来命名,包括烙铁钎焊、火焰钎焊、浸渍钎焊、炉中钎焊。根据钎料熔点的不同,钎焊又分为硬钎焊和软钎焊1.硬钎焊

硬钎焊由于强度高,可用于钎焊受力构件,应用广泛。其包括铝基材料,银基材料,铜基材料,锰基钎料,镍基钎料,金基钎料,钯基钎料。2.软钎焊

软钎焊常用的有锡基钎料、铅基钎料、镉基、锌基和金基钎料及低熔点钎料如镓基、铋基和锢基钎料。应用最广泛的是锡铅钎料。五、焊接作业时的安全注意事项(一)焊接守则航行途中施焊轮机长须报告船长,征得同意后方可进行并报上级机关备案。除施焊间外,必须经轮机长或大管轮同意方可在机炉舱内实施焊接作业。在机炉舱外的其他部位施焊必须征得船长同意。船靠码头或在装卸作业期间如须进行焊接,必须遵守港方有关规定或征得港方同意方可进行。在任何部位施焊均必须先清理现场,现场不得有任何易燃物品,并注意周围环境有无易燃的物品和气体,必要时应予挪移和通风。根据不同环境备妥适当的灭火器材。施焊时必须有二人作业,一人操作,一人监守。作业人员应穿长袖衣裤,戴手套、眼镜,必要时应戴防护面具。电焊时必须使用面罩,不得用墨镜代替。严禁对存有压力的容器、未经清洁和通风的油柜、油管进行施焊,在油舱或有油气存在的舱柜处所进行电气焊作业时,首要工作是对施焊的舱柜处所测爆。进行明火作业的舱室或油柜,其油气浓度值应在爆炸下限的1%以下。焊补燃油或滑油管子必须把管子拆下,清洁除油后在专用修理间焊补。在狭窄舱、柜内或其他空气不够流通的部位施焊要特别注意通风,施焊持续时间不应太久。照明灯具应使用低压型并注意电线不能距离施焊处过近。焊件的焊处应清洁、干燥,防止焊后产生裂缝。焊接大件时,应先预热以消除内应力,必要时可用夹具。对有色金属或合金施焊时应注意通风,作业人员应在上风位置或戴防护面具,以防中毒。敲打焊渣时必须戴眼镜并注意角度,以防碎屑飞溅入眼。焊件未冷,作业人员不应离开现场,如属必要,应采取防范措施,防止误触烫伤。施焊完毕,应将工具整理好并复归原处,现场打扫清洁,仔细检查周围有无火种隐患,确认无患后方可离开。如由船厂工人施焊时,应由主管部门同意,派专人备妥消防器材,并监督施焊以防止发生火灾;如认为施焊不安全时,有权停止其作业。施焊完毕后应仔细检查,特别应注意施焊物的背面有无隐患,待施焊物完全冷却后方可离去。焊接作业需执行工作许可证制度。(二)电焊注意事项严格遵守电焊机的使用操作规程,开机时应逐步启动开关,不可过快,注意防止焊夹和焊条碰地。经常注意检查焊机温度及运转是否正常。禁止在施焊时调整电流。禁止在运转中的机电设备、起重用的钢丝绳或乙炔、氧气管或钢瓶上通过电焊线。密切注意电焊设备的绝缘状况,夏季作业时焊工脚下最好垫入木板、橡皮等绝缘物。电焊完毕或较长时间停焊应切断焊机电源。下列情形禁止进行焊接热工作业:不符合热工作业安全条件的;进行加油、涂刷油漆作业时;盛有或残存易燃易爆油、气的容器和管道、未经泄压至正常气压的压力容器;正在装卸易燃易爆危险货物或产生易燃易爆粉尘货物的船舶;工作服潮湿。(三)气焊注意事项各部分焊具前,应先吹净阀口,检查并确认各阀门无漏气。任何时候,气瓶阀口和焊枪喷嘴均不应对人。连接胶管时(尤其应注意焊枪一端)要注意颜色标志,接氧气的应是蓝色或黑色,接乙炔的应是黄色或红色,不能反接。胶管要牢固,接口要紧密,不宜用铁丝捆扎胶管接口,以防扎孔或断裂。烧焊时胶管不应拉得过紧,并尽量远离火焰和焊件。一般情况下,气瓶总阀的开度应不超过1/2,以便应急关闭。气焊结束后,应先关掉焊枪上的控制阀,然后关闭气瓶总阀。点火、熄火、回火:(1)点火

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