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電弧焊接方法和用於電弧焊接的設備的製作方法

2023-10-06 05:04:54 2

專利名稱:電弧焊接方法和用於電弧焊接的設備的製作方法
技術領域:
本發明涉及電弧焊接方法和用於電弧焊接、特別是用於浸入式電弧焊接的設備, 該設備包括具有大量焊條的焊條組件。
背景技術:
浸入式電弧焊接是具有高生產率和質量的全機械化焊接方法,其通常用於較厚材料中的較長焊縫。在浸入式電弧焊接期間,一個或多個順序設置的焊接焊條熔化成電弧。焊縫(特別是熔化材料和電弧)被保護在噴射焊劑(pulverised flux)層之下。 焊劑在工藝期間部分地熔化,因此在熔池(weld pool)上形成熔渣保護層。該工藝中使用的電流相當高,通常在300-1500安培每焊條的範圍內。浸入式電弧焊接中使用的焊條的直徑通常為2. 5-6mm。浸入式電弧焊接中使用的焊劑為通常包含錳、矽、鈦、鋁、鈣、鋯、鎂的氧化物和其它化合物(如氟化鈣)的粒狀易熔礦物。特別地,將焊劑按配方製造為與給定焊絲類型相容,使得焊劑和焊絲的組合產生期望的機械性能。所有的焊劑都與熔池起化學反應以產生焊接金屬化學成分和機械性能。通常的實踐是,如果焊劑將錳和矽添加到焊縫,則將該焊劑稱為'活性的',錳和矽的添加量受到電弧電壓和焊接電流電平的影響。為了採用浸入式電弧焊接獲得最高的生產率可能性(作為競爭力增加的一個結果),人們努力增加每小時和每個焊條的焊接速度和最高可能的沉積速率,即,熔化的焊接消耗品,或實際產生的接合材料。當用單個焊條焊接時,與多個連續焊條相反,通常達到上限,通過僅改變焊接數據對焊接生產率進行進一步改善變得不可能。例如,當增加焊接電流時,電弧最終變得足夠強而推動熔池,產生不可接受的焊縫。現有技術中解決該問題的一種方案是採用沿著焊縫方向順序定位的多個焊條。通常採用2-3個焊條,然而,使用高達6個焊條是已知的。不幸的是,多焊條配置並不是沒有問題的,因為各個電弧通過所謂的「磁性弧偏吹效應(magnetic arc blow effect) 」彼此影響。這種效應是由流過鄰近焊條的電流產生的磁場引起。「磁性弧偏吹效應」影響鄰近電弧,使它從正常和期望方向(在大多數情況中該方向垂直於材料並與焊條成一條線)偏離或偏轉。這種偏離會引起電弧以不利的方式推動熔池,產生波形焊縫和不可接受的整體結果。而且,熔池中的熔融材料受到來自電弧的作用力的影響,形成影響熔池中的波紋圖案的敏感系統。流體材料被擠壓在電弧之間,使得整個熔池可以看做n-1熔池的連接系統,其中η為電弧的數量。為了抑制這種現象,一種已知的方案是用直流電流給起焊焊條供電,同時用交流電流給後續的焊條供電。已經證明,由於多種原因,在這些情況中採用交流電流是有用的。 例如,移位磁場不能以相同的程度到達電弧,例如特別在深焊接接頭中,因為基材中的頂點 (vortexes)抑制磁場傳播,此外在採用方向波動的磁場的情況下,電弧偏離不再是單向的,導致對熔池的影響小。在後續焊條上採用交流電流的另一個好處是增加了沉積速率。即使上述方案增加了焊接速度和沉積速率,在不危及焊接結果的質量的情況下, 看起來仍然存在難以逾越的上限。推過所述上限會在後面的焊條處引起焊接工藝的不穩定。這被認為是取決於在該位置處發現的由從前焊條開始的熔化消耗品結合源自電弧的對熔池的推動效應引起的相對較大的熔池。到小的程度,通過順序降低用來向後面的焊條供電的焊接電流可以減輕這種效應,雖然通過這種措施不能完全避免該問題。

發明內容
本發明的目的是提供允許改善焊接速度的焊條組件。本發明的另一個目的是提供具有改善的焊接速度以及令人滿意的焊接質量的方法。另一個目的是提供用於進行這種方法的設備。所述目的由獨立權利要求的特徵實現。其它權利要求和說明書公開了本發明的有利實施方式。根據本發明的第一方面,提出了一種用於電弧焊接的焊條組件,包括用於經由電弧在工件中形成熔池的易熔的連續供給的至少三個焊條,其中為所述至少三個焊條中的每一個都設置焊接頭部叉鉗,並且其中當焊條組件處於操作模式時所述至少三個焊條相對於焊接方向30順序設置,其特徵在於,與前焊條的一個或多個前面焊條相比,所述後焊條中的至少一個在幾何上與其前焊條側向地和/或橫向地隔開。在常規焊條組件中,焊接頭部夾鉗以及因此焊條是等間距隔開並沿著設計為在焊接期間與焊縫共線的線設置。有利地,考慮到不同的焊接頭部距離時弧偏吹效應也進行變化,以操作被擠壓在多個電弧之間的流體材料的系統通過所述電弧之間的距離的方式,可以以有利的方式改變該系統。通過重新設置焊條組件中的焊條,可以在不存在電弧磁偏吹效應的有效效果的情況下改善焊接速度。有利地,通過模型化或通過測試,可以在焊條組件的設計階段選擇將與其前焊條隔開的焊條,形成焊條組件的固定布局。另一方面,在焊接以及分別重新設置焊條和焊接頭部夾鉗期間,能夠在焊接期間在線監測焊條。根據本發明的有利實施方式,後焊條可以以比前焊條和其前面焊條的距離大的距離與其前焊條隔開。焊條組件仍然可以與期望的焊縫對齊。特別地,所述距離以1.5的因子增加,優選以2和10之間的因子增加,更優選以2. 5和5之間的因子增加。間距的增加導致高焊接速度期間弧偏吹效應的極大減小。根據本發明的有利實施方式,可以通過調整焊條之間的角度隔開焊條。通過傾斜一個或多個焊條,可以容易地在將被隔開的焊條和其前焊條之間建立增加的距離。優選地, 同樣可以相對於隔開的焊條傾斜後焊條。此外或可替換地,根據本發明的有利實施方式,後焊條可以通過偏離連接前焊條和其前面焊條的虛線而與其前焊條隔開。在這種情況中,隔開的焊條相對於焊縫偏離其它焊條。根據本發明的有利實施方式,可以基於焊接工藝期間不穩定性的評估選擇隔開的焊條。方便地,在焊條組件設計期間模型階段中或者通過為焊條組件中的每個焊條測量焊接參數可以進行所述評估。在可調整焊條組件中,可以在焊接工藝期間進行所述隔開。根據本發明的有利實施方式,可以設置用於在焊接期間隔開焊條的致動器。這允許在觀察到或預料到不穩定性時隔開一個或多個焊條。根據本發明的有利實施方式,在五個焊條的焊條組件中,第四個焊條可以以比其它後續焊條之間的等間距大的距離與第三焊條隔開。根據本發明的另一個方面,提出了一種電弧焊接方法,其中焊條組件包括作用在工件上用於經由電弧形成熔池的易熔的連續的至少兩個焊條,其中所述至少兩個焊條相對於焊接方向順序設置並相對於彼此側向地隔開。為焊條組件的每個焊條監測至少一個穩定性參數。確定焊條組件的一個焊條是否破壞穩定性標準。當檢測到一個焊條的穩定性標準的破壞時,至少臨時將破壞穩定性標準的所述一個焊條與一個或多個鄰近焊條隔開。考慮到不同的焊接頭部距離時弧偏吹效應也進行變化,以操作被擠壓在多個電弧之間的流體金屬的系統通過所述電弧之間的距離的方式,可以以有利的方式改變該系統。 有利地,可以消除破壞穩定性標準的焊條的有害影響,並且可以維持令人滿意的焊接質量。可以在焊條組件的設計階段進行為焊條組件的每個焊條監測至少一個穩定性參數,因此提供了固定的焊條組件結構,或者可以在焊接操作期間進行所述監測。根據本發明的有利實施方式,通過增加破壞穩定性標準的所述一個焊條和其前面焊條之間的距離可以隔開所述一個焊條。方便地,將其中首先出現不穩定性的焊條與其前焊條隔開。根據本發明的有利實施方式,可以增加沿側向方向的距離。特別地,所述距離可以以1. 5的因子增加,優選以2和10之間的因子增加,更優選以2. 5和5之間的因子增加。可以在不降低焊接質量的情況下增加焊接速度,因為可以通過增加顯示出不穩定性的焊條和前焊條之間的距離處理有害的弧偏吹效應。根據本發明的有利實施方式,可以通過沿橫向方向移位一個或多個焊條進行隔開。特別地,一個或多個焊條可以移動至少焊條之間的橫向距離的量。在這種情況中,焊條不再沿著焊接方向對齊,而是可以在偏離焊縫的情況設置一個或多個焊條。根據本發明的有利實施方式,通過調整焊條之間的角度可以進行隔開所述一個焊條。有利地,可以容易地調整破壞穩定性標準的所述一個焊條和其前焊條之間的距離。根據本發明的有利實施方式,可以通過隔開保持焊條的焊接頭部夾鉗將所述一根焊條隔開。可以容易地實現所述一個焊條的隔開。有利地,可以由致動器以高的精度移動焊接頭部夾鉗。根據本發明的有利實施方式,通過焊條的電流可以被監測作為穩定性參數。可以以高的精確度獲得通過每個焊條的電流和/或電功率。根據本發明的有利實施方式,電弧電壓可以被監測為穩定性參數。可以以高的精確度輕易獲得與每個焊條相關的電弧電壓。根據本發明的有利實施方式,當焊條中的一個或多個的穩定性參數相對於一個或多個鄰近焊條的穩定性參數改變大於5%,優選改變大於10%時,檢測到穩定性標準的破壞。根據本發明的有利實施方式,當與前面焊條相比,所述焊條中的一個或多個的穩定性參數相對於後焊條的穩定性參數改變大於5 %,優選改變大於10%時,檢測到穩定性標準的破壞。有利地,可以將其中首先出現不穩定性的焊條與其前焊條隔開,並且可以重新建立焊接工藝的穩定性。根據本發明的有利實施方式,可以在電流正流過所述焊條期間進行所述一根焊條的隔開。有利地,焊接工藝不被中斷,並且可以維持高焊接速度。根據本發明的另一個方面,提出了一種用於進行電弧焊接方法的設備,其中焊條組件包括作用在工件用於經由電弧形成熔池的易熔的連續的至少兩根焊條,其中所述至少兩根焊條相對於焊接方向順序設置並彼此側向地隔開,其中,該設備設置了 監測裝置,用於為焊條組件的每根焊條監測至少一個穩定性參數;和用於確定焊條組件的一個焊條是否破壞穩定性標準的單元;其中,焊條組件適於在檢測到一個焊條的穩定性標準的破壞時,至少臨時將破壞穩定性標準的所述一個焊條與一個或多個鄰近焊條隔開。該設備可以用於其中可以在焊接期間重新設置焊條組件中的焊條的正常焊接操作,或者可以用於測試焊條組件,提供了焊條在焊條組件中的固定配置。根據本發明的有利實施方式,焊條組件可以包括用於側向地和/或橫向地調整各個焊條在工件的表面上方的位置的可調整焊接頭部夾鉗。方便地,可以經由一個或多個致動器定位焊條和/或焊接頭部夾鉗。根據本發明的有利實施方式,焊條組件可以包括具有可調整角度的可樞轉的焊接頭部夾鉗。可以容易地調整焊條之間的距離。


根據接下來實施方式(但不限於所述實現方式)的詳細描述,可以最佳地理解本發明以及上述和其它目標和優點,其中示意性地示出圖1示出用於執行根據本發明的方法的設備的示例性實施方式;圖2為圖示根據本發明的程序的流程圖;以及圖3a、!3b示出包括5個焊條(圖3a)的焊條組件和具有以由一個焊條的穩定性標準破壞引起的距離隔開的焊條的焊條組件(圖北)的示例性實施方式。
具體實施例方式在附圖中,相同或相似的元件由相同的附圖標記表示。附圖僅僅是示意性表示,而不是要描繪本發明的具體參數。而且,附圖是要僅描繪本發明的典型的實施方式,因此不應當被認為是限定本發明的範圍。圖1示意性地描繪用於浸入式電弧焊接的焊接配置,包括用於焊接工件10的焊條組件100。在該示例性實施方式中,焊條組件100包括三個焊條110,112,114,每個焊條被保持在焊接頭部叉鉗140,142,144中。焊條110,112,114以連續順序對準至焊縫(未示出) 並以等間距方式隔開。類似於MIG焊接,浸入式電弧焊接(SAW)涉及在焊條組件100沿焊接方向30移動的同時在連續供給的裸線焊條110,112,114和工件10之間形成電弧。焊條110,112,114 可以從線圈120,122,IM供給,並由焊絲引導件130,132,134引導。每個焊條110,112,114 可以由單獨的電源40,42,44供電。該工藝採用焊劑產生保護性氣體和熔渣,並向熔池12添加成合金元素。不要求附加的保護氣體。在焊接之前,將焊劑粉末薄層20放在工件表面16上。電弧沿焊接方向30 沿著接頭線移動,並且當它這樣做時,由焊劑進料鬥50將焊劑供給到焊接區域。當電弧完全由焊劑層20覆蓋時,熱量損失極其低。與手控金屬電弧的25%的熱效率相比,這產生了高達60%的熱效率。沒有任何可見電弧火光,焊接實際上不存在飛濺,並且不需要排煙。可以將浸入式電弧焊接操作為全機械化或自動工藝,但任選地,它可以是半自動化的。典型的焊接參數是電流、電弧電壓和行進速度,它們都可以影響珠形、穿透深度和沉積的焊接金屬的化學成分。每個焊條110,112,114配備有一個或多個傳感器單元60,62,64,其監測一個或多個焊接參數,如電流和/或電弧電壓。監測到的參數可以用作用於確定每個焊條110,112, 114處的焊接工藝是否穩定或是否在焊條110,112,114中的一個或多個處出現不穩定的穩
定性參數。傳感器單元60,62,64連接至監測裝置70,監測裝置70包括用於確定穩定性標準是否受到所述焊條中的一個的破壞的單元72。圖2描繪了用於監測焊條組件的η個焊條的穩定的流程圖,例如,對於圖1中的三個焊條 110,112,114,η = 3。在步驟200中,監測每個焊條的一個或多個穩定性參數^&13_ £11·。在步驟202中, 檢查所述一個或多個穩定性參數Mab_par是否小於或等於預定穩定性標準Crit。例如, 當焊條中的一個或多個的穩定性參數Mab_par相對於一個或多個鄰近焊條的穩定性參數 (特別是前焊條相對於後焊條)改變大於5%,特別是大於10%時,檢測到穩定性標準Crit 的破壞。如果一個或多個穩定性參數Mab_par在允許範圍內(在流程圖中為「是」),則程序跳回監測步驟200。如果檢測到一個或多個穩定性參數Mab_par的破壞(在流程圖中為 「否」),則至少臨時分開其中從一個或多個鄰近焊條中首先出現不穩定性所在的焊條,特別地,將破壞穩定性標準的焊條與其前焊條分開。圖3a和3b示出了包括5個焊條110,112,114,116,118的焊條組件100的示例。 焊條110,112,114,116,118以距離do等間距地隔開,並以角度α向著彼此傾斜。距離d0 在這裡示出為焊接頭部夾鉗140,142,144,146,148的末端之間的距離。焊絲110,112,114, 116,118與焊接頭部夾鉗140,142,144,146,148的縱向延長部分共線。焊接頭部夾鉗140, 142,144,146,148在它們的下端處延伸跨過側向距離150。如果在焊條116處檢測到穩定性標準Crit的破壞,則改變圖3中示出的焊條110, 112,114,116,118的等間距連續順序,並且根據第一實施方式,通過將焊接頭部叉鉗146側向地移動離開焊接頭部叉鉗144,因此將距離d0增加至較大的距離dl,從而將焊條116與其前焊條114隔開。根據另一種實施方式(未示出),通過傾斜焊接頭部叉鉗146且隨後傾斜其它後焊條118的焊接頭部叉鉗148,因此將距離d0增加至較大的距離dl,從而可以將焊條116 與其前焊條114隔開。隨後焊接頭部夾鉗140,142,144,146,148的下端的側向距離150增加。根據另一種實施方式(未示出),通過沿橫向方向移動焊接頭部叉鉗146,可以將焊條116與其前焊條114隔開,由此形成其中並不是所有的焊條都沿著焊縫對齊的配置。
優選地,距離d0可以以1. 5的因子增加,更優選地,可以以在2和10之間的因子增加,特別優選地,可以以在2. 5和5之間的因子增加。例如,距離已經從20_的起始距離d0增加至50mm和IOOmm之間的距離dl。圖北中示出的焊條組件100也可以為固定式焊條配置,其中通過在焊接工藝之前的模型化和/或測試已經確定破壞穩定性標準Crit的焊條116。如果這種焊條組件100用於具有實質上不變的要求的例行焊接工藝,例如用於焊接大量相同管子,則這是有利的。
通過這種改變,可以以之前未獲得的焊接速度實現具有在期望質量水平範圍內的結果的焊接。在具體情況中,顯示出5焊條系統中的焊條114和115之間的距離增加IOOmm 所提出的尋求結果。當然,數量取決於實際系統和幾何形狀並且僅僅是用於圖示效果而給出的。在其它配置中數量可以不同。
權利要求
1.一種用於電弧焊接的焊條組件(100),包括用於經由電弧在工件(10)中形成熔池 (12)的易熔的連續供給的至少三個焊條(110,112,114,116,118),其中為所述至少三個焊條(110,112,114,116,118)中的每一個都設置焊接頭部叉鉗(140,142,144,146,148),並且其中當焊條組件(100)處於操作模式時所述至少三個焊條(110,112,114,116,118)相對於焊接方向(30)順序設置,其特徵在於,與前焊條(114)的一個或多個前面焊條(110,112)相比,所述後焊條(116)中的至少一個在幾何上與其前焊條(114)側向地和/或橫向地隔開。
2.根據權利要求1所述的焊條組件,其特徵在於,後焊條(116)以比前焊條(114)離其前面焊條(112)的距離大的距離(dl)與其前焊條(114)隔開。
3.根據權利要求2所述的焊條組件,其特徵在於,距離(d0)以1.5的因子增加,優選以 2和10之間的因子增加,更優選以2. 5和5之間的因子增加。
4.根據前述權利要求中任一項所述的焊條組件,其特徵在於,通過調整焊條(110, 112,114,116,118)之間的角度(α)隔開焊條(116)。
5.根據前述權利要求中任一項所述的焊條組件,其特徵在於,後焊條(116)通過偏離連接前焊條(114)和其前面焊條(112)的虛線而與其前焊條(114)隔開。
6.根據前述權利要求中任一項所述的焊條組件,其特徵在於,基於焊接工藝期間不穩定性的評估選擇隔開的焊條(116)。
7.根據前述權利要求中任一項所述的焊條組件,其特徵在於,設置有用於在焊接期間隔開焊條(116)的致動器。
8.根據前述權利要求中任一項所述的焊條組件,其特徵在於五個焊條(110,112,114, 116,118),其中第四個焊條(116)以比其它後續焊條(110,112,114,118)之間的等間距 (d0)大的距離(dl)與第三焊條(114)隔開。
9.一種電弧焊接方法,其中焊條組件(100)包括作用在工件(10)上用於經由電弧形成熔池(12)的易熔的連續供給的至少兩個焊條(110,112,114,116,118),其中所述至少兩個焊條(110,112,114,116,118)相對於焊接方向(30)順序設置並彼此側向地隔開,其特徵在於,為焊條組件(100)的每個焊條(110,112,114,116,118)監測至少一個穩定性參數 (Stab—par);確定焊條組件(100)的一個焊條(116)是否破壞穩定性標準(Crit);當檢測到一個焊條(116)的穩定性標準(Crit)的破壞時,至少臨時將破壞穩定性標準 (Crit)的所述一個焊條(116)與一個或多個鄰近焊條(110,112,114,118)隔開。
10.根據權利要求9所述的方法,其特徵在於,通過增加破壞穩定性標準(Crit)的所述一個焊條(116)和其前面焊條(114)之間的距離(d0)隔開所述一個焊條(116)。
11.根據權利要求9或10所述的方法,其特徵在於,通過沿側向方向增加所述距離 (d0)來隔開所述一個焊條(116)。
12.根據權利要求10或11所述的方法,其特徵在於,所述距離(d0)以1.5的因子增加,優選以2和10之間的因子增加,更優選以2. 5和5之間的因子增加。
13.根據權利要求9-12中任一項所述的方法,其特徵在於,通過沿相對於焊接方向 (30)的橫向方向設置一個或多個焊條(110,112,114,116,118)進行將所述一個焊條(116)隔開。
14.根據權利要求9-13中任一項所述的方法,其特徵在於,通過調整焊條(110,112, 114,116,118)之間的角度(α)隔開焊條(116)。
15.根據權利要求9-14中任一項所述的方法,其特徵在於,通過隔開保持焊條(110, 112,114,116,118)的焊接頭部夾鉗(140,142,144,146,148)將所述一個焊條(116)隔開。
16.根據權利要求9-15中任一項所述的方法,其特徵在於,通過焊條(110,112,114, 116,118)的電流和/或被監測為穩定性參數(Mab_par)。
17.根據權利要求9-16中任一項所述的方法,其特徵在於,與焊條(110,112,114,116, 118)相關的電弧電壓被監測為穩定性參數6tab_par)。
18.根據權利要求9-17中任一項所述的方法,其特徵在於,當所述焊條(110,112,114, 116,118)中的一個或多個的穩定性參數6tab_par)相對於一個或多個鄰近焊條(110, 112,114,116,118)的穩定性參數(Stab_par)改變大於5%,優選改變大於10%時,檢測到穩定性標準的破壞。
19.根據權利要求9-18中任一項所述的方法,其特徵在於,當與其前面焊條(110, 112,114,116,118)相比,所述焊條(110,112,114,116,118)中的一個或多個的穩定性參數 (Stab_par)相對於後焊條(110,112,114,116,118)的穩定性參數(Stab_par)改變大於 5 %,優選改變大於10 %時,檢測到穩定性標準的破壞。
20.根據權利要求9-19中任一項所述的方法,其特徵在於,在電流正流過所述焊條 (110,112,114,116,118)期間進行所述一個焊條(116)的隔開。
21.一種用於進行電弧焊接方法的設備,其中焊條組件(100)包括作用在工件(10)上用於經由電弧形成熔池(12)的易熔的連續供給的至少兩個焊條(110,112,114,116,118), 其中所述至少兩個焊條(110,112,114,116,118)相對於焊接方向(30)順序設置並彼此側向地隔開,其特徵在於,包括監測裝置(70),用於為焊條組件(100)的每個焊條(110,112,114,116,118)監測至少一個穩定性參數6tab_par);和用於確定焊條組件(100)的一個焊條(116)是否破壞穩定性標準(Crit)的單元(72);其中,焊條組件(100)適於當檢測到一個焊條(116)的穩定性標準(Crit)的破壞時, 至少臨時將破壞穩定性標準(Crit)的所述一個焊條(116)與一個或多個鄰近焊條(110, 112,114,118)隔開。
22.根據權利要求21所述的設備,其特徵在於,焊條組件(100)包括用於側向地和/或橫向地調整各個焊條(110,112,114,116,118)在工件(10)的表面(16)上方的位置的可調整焊接頭部夾鉗(140,142,144,146,148)。
23.根據權利要求21或22所述的設備,其特徵在於,焊條組件(100)包括具有可調整角度(α )的可樞轉的焊接頭部夾鉗(140,142,144,146,148)。
全文摘要
本發明涉及電弧焊接方法,其中焊條組件(100)包括作用在工件(10)用於經由電弧形成熔池(12)的易熔的連續供給的至少兩個焊條(110,112,114,116,118),其中所述至少兩個焊條(110,112,114,116,118)相對於焊接方向(30)順序設置並彼此側向地隔開,其中進行下述步驟為焊條組件(100)的每個焊條(110,112,114,116,118)監測至少一個穩定性參數(Stab_par);確定焊條組件(100)的一個焊條(116)是否破壞穩定性標準(Crit);當檢測到一個焊條(116)的穩定性標準(Crit)的破壞時,至少臨時將破壞穩定性標準(Crit)的所述一個焊條(116)與一個或多個鄰近焊條(110,112,114,118)隔開。
文檔編號B23K9/18GK102325625SQ200980157173
公開日2012年1月18日 申請日期2009年2月24日 優先權日2009年2月24日
發明者丹尼爾·倫納特松, 烏爾夫·安德魯, 布·梅林, 託馬斯·約翰松 申請人:依賽彼公司

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