西安理工大学高科学院材料热加工习题整理.docx
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西安理工大学高科学院材料热加工习题整理
第一章金属材料的力学性能
1.什么是应力？
什么是应变？
若物体受到一定外力作用下，则其内部会产生一个内力，则其在单位截面的内力就叫做应力。
应变是物体物体任意一点因各种作用产生的相对变形叫做应变。
2.缩颈现象在力—拉伸图上哪一点？
如果没有出现缩颈现象，是否表示该试样没发生塑性变形？
出现在B点。
没有出现缩颈现象不表示产生塑性变形，因为产生的塑性变形太小的话不容易被察觉，误以为没有产生塑性变形，实际有变形。
3.将钟表发条拉直是弹性变形还是塑性变形？
怎样判断它的变形性质？
塑性变形，因为他恢复不了原状，
在一定外力下，物体发生变形，撤掉外力后，如果不能恢复原状就说明这是塑性变形。
4.布氏和洛氏硬度各有什么优缺点？
下列情况采用哪种硬度法来检查其硬度：
库存钢材（布氏），硬质合金刀头（洛式），锻件（布氏），台虎钳钳口（洛式）。
布氏硬度的优点是压痕面积大，能反映出较大范围内金属的平均性能，则检验成品有困难。
即，测量范围有限。
洛式硬度，操作方便，可以直接读出硬度值，同时可以检测成品和较薄的的材料。
缺点，测值重复性差、
5.下列符号所代表的力学性能指标的名称和含义是什么：
弹性模量（引起金属单位变形的所需的应力）屈服强度（金属产生屈服时这点的的应力）抗拉强度（金属在拉伸过程中最大拉力对应的最大应力）屈服点（对于没有明显屈服现象的材料，工程上规定以式样产生％的塑性变形需要的应力作为该材料的屈服点。
HRC以顶角为120度的金刚石圆锥做压头，在1500N载荷下硬度的计的硬度标尺。
HBS布氏硬度，钢球压头的测出的硬度值
HBW布氏硬度，硬质合金球压头测出的硬度值。
洛氏硬度的测试规范
标尺
压头
总载荷／N
适用测试材料
有效值
HRA
1200金刚石圆锥体
600
硬质合金，表面淬火钢
70-85
HRB
淬火钢球
1000
退火钢，非铁合金
25-100
HRC
1200金刚石圆锥体
1500
一般淬火钢件
20-67
第二章金属及合金的结构与结晶
1.名词解释：
金属键，晶体，晶格，配位数，致密度，单晶体，多晶体，晶体缺陷，相，固溶体，金属化合物，相图。
金属键：
金属原子是依靠正离子与自由电子的相互吸引而结合的起来的键，这种金属键键叫做金属键。
晶体：
组成物质的质点在空间中有规则的排列，这种物质叫做晶体。
晶格：
用来反映晶体中晶体在空间的排列形式的假象空间格子叫做晶格。
配位数:
晶体中结构中与任意一个院子紧邻，等距的原子数目。
致密度：
晶胞中原子所占的体积与晶包的体积之比。
单晶体，原子呈规则排列，晶格位相基本一致的晶体
多晶体，原子排列不规则，晶格位相出现各项差异的晶体叫做多晶体
晶体缺陷：
实际上，金属原子总有极少数的排列不规则，不完整，叫做晶体缺陷。
相：
一般物质的液态和固态分别称为液相和固相，也就是一种聚集状态。
固溶体，溶质融入溶剂晶格中所形成的合金相称为固溶体。
2.简述金属的结晶过程。
金属在液态情况下总存在不稳定的原子集团，当低于熔点的时候金属就会出现稳定的晶体，称之为晶核，然后在一定情况下长大，最后称为稳定的晶体，简单来说就是，形核长大的过程。
3.金属的晶粒粗细对其力学性能有什么影响。
金属晶粒越细金属的强度硬度越高，塑性韧性越好。
4.典型金属铸锭组织有哪几部分组成？
影响金属铸锭组织的因素有哪些？
三部分，便面细等轴区，粒状晶区，中心粗等轴区，
影响金属铸锭组织的因素有合金元素，温度，冷却速度。
第三章铁碳合金相图
1.什么是同素异构转变？
室温和11000C时纯铁晶格有什么不同？
2.填表：
组织名称
代表符号
含碳量（%）
组织类型
力学性能特征
铁素体
F
C溶于
奥氏体
A
最大
渗碳体
Fe3C
珠光体
P
3.试绘简化的铁碳合金状态图中钢的部分，标出各特性点的符号，填写各区组织名称。
4.分析在缓慢冷却条件下，45钢和T10钢的结晶过程和室温组织。
5.含碳量对碳钢组织与性能有哪些影响？
随着含碳量的增加，组织中F的含量减少，Fe3C的量增加，因为F呈现低的强度硬度，高的塑性韧性，Fe3C是硬而脆的基本相，那么含碳量越多韧性塑性越低，强度硬度越高。
第四章钢的热处理
1.什么叫热处理？
常用热处理的方法大致分为哪几类？
对金属材料根据所需的性能对其进行加热，保温，冷却处理的过程。
分为三类，整体加热，表面加热，化学加热
2.简述钢在加热时奥氏体的形成过程，影响奥氏体晶粒长大的因素有哪些？
奥氏体，首先出现在铁素体和渗碳体的的晶界上，形成后，在一定条件下长大，接着残余的渗碳体溶解，最后不均匀的奥氏体变成均匀的奥氏体，简单说就是1奥氏体形核2奥氏体晶核长大3残余渗碳体溶解4奥氏体变得均匀
影响因素，冷却速度，保温时间，合金元素。
3.简述过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能？
影响过冷奥氏体转变的因素有哪些？
4.在连续冷却转变中如何应用过冷奥氏体等温转变？
共析钢过冷到A1温度以下，奥氏体在热力学上处于不稳定状态，在一定条件下会发生分解转变，这种在A1以下存在且不稳定的、将要发生转变的奥氏体就是过冷奥氏体。
要使钢中高温相——奥氏体在冷却过程中转变成低温亚稳相——马氏体，冷却速度必须大于钢的临界冷却速度。
工件在冷却过程中，表面与心部的冷却速度有-定差异，如果这种差异足够大，则可能造成大于临界冷却速度部分转变成马氏体，而小于临界冷却速度的心部不能转变成马氏体的情况。
为保证整个截面上都转变为马氏体需要选用冷却能力足够强的淬火介质，以保证工件心部有足够高的冷却速度。
但是冷却速度大，工件内部由于热胀冷缩不均匀造成内应力，可能使工件变形或开裂。
因而要考虑上述两种矛盾因素，合理选择淬火介质和冷却方式。
5.什么叫退火？
什么叫正火？
两者的特点和用途有什么不同？
退火：
就是将工件加热到临界温度以上，保温一段时间，然后再缓慢地冷却下来.
正火：
也是将钢加热到临界温度以上，完全奥氏体化后，出炉在空气中冷却.
正火和退火的不同点：
加热后钢的冷却方式不同。
相同点：
将钢加热到奥氏体区，使钢进行重结晶，解决了铸件、锻件晶粒粗大、组织不均匀的问题。
6.亚共析钢的淬火为何是
?
过高或过低有什么弊端？
淬火的目的是为了使钢获得高强度和高硬度。
亚共析钢加热到Ac3以上30～50℃，使铁素体充分转变，获得单一奥氏体，若淬火温度低于Ac3线，存在软组织铁素体，硬度下降；若淬火温度大大高于Ac3线，奥氏体晶粒粗大，淬火后获得粗大的马氏体组织，使σb、HB下降
7.什么叫钢的淬透性和淬硬性？
影响钢的淬透性的因素有哪些？
淬透性是指获得淬硬层深度的能力，钢的淬透性取决于钢中的化学成分和淬火冷却方式。
而淬硬性是指钢经淬火后能达到的最高硬度，主要取决于钢中的含碳量。
1.钢的含碳量;
2.钢中Cr,Si,B等能提高淬透性的合金元素的含量.
8.碳钢在油中淬火的后果如何？
为什么合金钢可以在油中淬火？
淬火时，油的冷却速度比较慢，所以碳钢在油中淬火后，可以获得较好的韧性，且淬火后不易产生裂纹，但淬火后的硬度相对较低。
合金钢由于集体中加入了Cr、V等合金元素，可以极大地提高钢的淬透性，用油既可以淬透。
9.钢在淬火后为什么要回火？
三种类型回火的用途有什么不同？
汽车发动机缸盖螺钉应采用哪种回火？
为什么？
淬火后工件内部存在很大残余应力，如不及时回火，巨大内应力可导致工件变形或开裂。
①.低温回火的目的是降低淬火钢的内应力和脆性，但基本保持淬火所获得的高硬度（56~64HRC）和高的耐磨性。
淬火后的低温回火主要用于工具钢的热处理。
②.中温回火的目的是使钢获得高弹性，保持较高的硬度（35~50HRC）和一定的韧性。
中温回火主要用于各种弹簧、发条、锻摸等。
③.高温回火的热处理合称为调质处理，调质处理广泛用于承受疲劳载荷的中碳钢重要件，其硬度为20~35HRC。
调质处理的钢可获得强度及韧性都很好的综合力学性能。
汽车发动机缸盖螺钉承受交变载荷作用，因此需要有较高的σb、HB,、αk,、δ，故采用高温回火
10.锯条，大弹簧，车床主轴，汽车变速器齿轮的最终热处理有何不同？
锯条：
淬火后低温回火，组织：
M回大弹簧：
淬火后中温回火，组织：
T回车床主轴：
淬火后高温回火，组织：
S回汽车变速箱齿轮：
渗碳、淬火后低温回火，组织：
M回
11.用T12钢制造钢件，请填写工艺结构方框图中的处理工序名称：
锻造
热处理
热加工
热处理CUI（（（）（）（）90
精加工
12.在普通热处理中，加热后进行保温的作用是什么？
感应加热表面淬火是否需要保温，化学热处理的保温有何特点？
为什么？
普通热处理中保温的目的：
使工件表层和心部的温度一致，使相变充分完成。
感应加热表面淬火不需要保温。
化学热处理保温特点：
保温时间较长。
目的：
使工件表层增碳，使渗碳层深度增加
第五章工业用钢
1.填表
钢号
所属类别
大致含碳量（%）
性能特征
用途举例
Q235-A-F
碳素结构钢
用于工程构件，和不重要的机械零件。
45
优质碳素工业刚
具有较好的综合力学性能，有良好的切削加工性。
主要用于制造轴，齿轮等零件。
T10A
高级优质碳素工具钢
硬度较高，韧性低
小钻头。
冲模，小丝锥
16Mn
低合金高强度合金钢
20CrMnTi
中淬透性合金渗碳刚
由于合金元素较多，则其淬透性较好
用于承受高负荷，冲击和大型重要零件
9CrSi
合金工具钢
2.仓库中储存了相同规格的20钢，45钢和T10圆钢，请找出一种较为简便的区分方法。
、
分别测他们硬度，最大为T10，最小为20剩下为45钢。
3.现拟制造如下产品，请选用适用的钢号：
六角螺钉（低碳钢），车床主轴（45钢），钳工錾子（高碳钢），液化石油气罐（q345），活扳手（中碳钢）,脸盆（低碳钢）,自行车弹簧（弹簧钢），钢锉（高碳钢），铣刀（刚碳钢），门窗合页（低碳钢）。
第八章铸造
1.什么叫铸造？
为什么铸造是毛坯生产中的重要方法？
试从铸造的特点并结合示例分析之。
把融化的金属液体浇注到与零件形状相当的铸型空腔中，冷却后得到与零件相同的工件的毛培。
特点是，材料来源广泛，生产成本低，工艺灵活性高，几乎不受零件尺寸和形状的限制，因此他广泛被用作毛胚的生产中。
2.什么是液态合金的充型能力？
它与合金的流动性有何关系？
影响流动性的因素有哪些？
为什么铸钢的充型能力比铸铁差？
液体金属在结晶前向铸型中注入的最大程度
充型能力越强说明表示流动性越好
影响因素有，浇注温度，化学成分，铸型填充条件。
随着含碳量的增加，结晶温度范围变小，流动性提高、
3.铸件的凝固方式有几种？
缩孔和缩松对铸件质量有什么影响？
为何缩孔比缩松容易防止？
影响收缩的因素有哪些？
凝固的方式有：
逐层凝固，模糊凝固，中间层凝固
影响有：
减小铸件的受力面积，易产生应力集中，使铸件的力学性能下降。
因为缩松更易生产，并且分布的面积广，不好防止。
影响因素，化学成分，浇注温度，铸件结构和铸型条件。
4.试用下图轨道铸件分析热应力的形成原因，并用虚表示出铸件的变形方向:
5.试从石墨的存在分析灰铸铁的力学性能和其性能特征。
灰铸铁的纤维结构，铁素体，珠光体，和片状石墨组成。
石墨的强度硬度高，塑性差，对基体起着割裂的作用，石墨的尖角还引起应力集中。
灰铸铁的硬度不高，脆性较大，切削性能好。
由于石墨输送多孔，则使它有良好的减震性，耐磨性。
6.影响铸铁石墨化的主要因素是什么？
为什么铸铁的牌号不用化学成分来表示？
影响因素主要有，化学成分（Si,,C）冷却速度，
因为杂质元素太多，不易表示。
7.填表比较各种铸铁。
阐述灰铁应用最广的原因：
类列
石墨形状
制造过程简述（铁水成分，炉前处理，热处理）
力学性能特征
适用范围
灰铸铁
片状
可锻铸铁
团絮状
球磨铸铁
球状
8.下列铸件宜选用哪类铸造合金？
请阐述理由。
车床床身，摩托车气缸体，火车轮，压气机曲轴，气缸套，自来水管道弯头，减速器涡轮。
顺序为，铸铁，铝合金，铸钢（Mn13）,球铁，铝合金，可锻铸铁。
9.手工造型和机器造型各有哪些优越性？
有何不足处？
适用条件是什么？
手工造型的方法有哪几种？
类型优越性不足适用条件方法种类
操作灵活，适应铸件质量不易适用于单件
手工锻造性强，模型成本保证，成产率小批量生产
低低
生产率高，劳动机器成本低适用于大批量震压式造型
机器造型条件好，铸件质抛沙造型，
量好铸件成本低铸件的生产射压造型
10．铸造工艺方案确定的主要内容有哪些?
铸件确定浇注位置和分型面的原则有哪些?
内容有，：
造型方法的选择，2浇注位置和分型面的选择3工艺参数的选择B铸件的重要加工面应朝下2铸件的大平面应朝下3为防止铸件的薄壁部分产生浇注不足或冷隔缺陷，应将面积较大的薄壁部分置于铸型下部，或使其处于垂直或倾斜位置。
4对于容易产生缩孔的铸件，应使厚的部分放在铸型的上部或侧面，以便在铸件厚壁处直接安置冒口，使之实现自下而上的定向凝固。
铸型分型面的选择原则：
应使造型工艺的简化。
应尽量使铸件全部或大部置于同一沙箱，以保证铸件的精度。
11．从哪几方面来评价铸件结构工艺性的好坏?
具体内容是什么
两方面，铸造工艺的结构要求2合金铸造性能对铸件结构的要求B具体内容，符合铸造工艺的要求的铸件结构，则可称其具有良好的铸造工艺性，铸件结构工艺性对铸件质量，生产陈本及生产率有很大影响。
12．什么叫特种铸造?
目前使用较为普遍的特种铸造有哪几种?
请将砂型铸造与特种铸造进行比较,各有什么特点?
特种铸造是指与普通沙箱铸造有显著差异的铸造方法。
较为普遍的有，熔模铸造，金属铸造，压力铸造，离心铸造，陶瓷型铸造，实型铸造，真空吸铸。
第九章金属压力加工
1．什么叫金属压力加工?
压力加工包括哪些方面?
借助外力作用使金属产生塑性形变，从而获得一种具有一定力学性能形状尺寸的原始材料毛培或零件的一种塑性成型法。
包括，模锻，挤压，拉拔冲压，扎制等。
2．何谓塑性变形?
塑性变形的实质是什么?
当外力增大使金属内应力超过其屈服强度时，金属发生的额变形不会因为外力消失而恢复。
实质是晶体内部发生滑移。
3．碳钢在锻造温度范围内变动时,是否会有冷变形强化现象?
有，因为在温度变化过程中，金属的结构和组织不会及时恢复。
4．铅在20℃，钨在1100℃时变形,各属哪种变形?
为什么?
（铅熔点为327℃,钨熔点为3380℃）
都属于冷变形。
低于再结晶温度，
5纤维组织是怎样形成的?
它的存在有何利弊?
金属发生塑性变形后，晶体的形状，位相均会发生改变，随着变形程度的增大晶粒被拉长或者压扁，由粒状晶粒变成纤维状，这种组织叫做纤维组织B纤维组织的形成使金属的力学性能有明显的各项差异，纵向的塑形和韧性比横向的要好。
合理的运用这种性质可以使金属的力学性能更好的被利用。
6．什么叫金属的可锻性?
影响金属可锻性的因素有哪些?
它是衡量金属在压力加工时的难易程度的工艺性能。
影响因素有，化学成分，变形条件。
7．如何提高金属的塑性?
最常用的措施是什么?
利用热处理或加入，一定的化学元素可以提高金属的塑形。
常用的措施有，细化晶粒，减少杂质元素，适当的提高加热温度，提高变形速度。
8．什么叫锻造?
锻造的方法有哪几种?
制订锻造工艺规程的主要内容有哪些?
设计锻造成形零件时,如何．考虑其结构工艺性?
利用锻锤或压力机使胚料发生塑形变形，而形成的工艺过程，B方法有，自由锻，模锻，
9．如何确定分模面的位置?
为什么模锻生产中不能直接锻出通孔?
原则，1保证模锻件能从模膛中取出来，一般应选在模锻件的最大截面上，2安选定的分模面制成模锻后应使上下两模沿分模面的轮廓模膛一致。
3分模面应选在能使模膛深度最浅的位置。
4选定的分模面应使零件上的所加的敷料最少。
5分模面最好是一个平面
由于不可能靠上下模的凸起部分把金属完全挤掉，故终锻后在孔内留下薄层金属泥，也叫冲口连皮。
10．下列制品该选用哪种锻造方法制作?
活扳手（大批量），家用炉钩（单件），铣床主轴（成批），大六角螺钉（成批），起重机吊钩（小批），万吨轮主传动轴（单件）。
模锻，模锻，自由锻，胎膜锻，模锻，自由端。
11、板料冲压生产有何特点？
应用范围如何？
特点，所用原料主要是低碳钢，高塑性合金钢，条料或带料。
也可冲压塑性，硬纸板，皮革等非金属材料。
由于是在冷态下加工的，冲压制品有较好的强度，刚度，尺寸精度，和表面互换性较好。
其工艺过程以实现机械自动化，生产率高，陈本低B运用范围，汽车，航空，电器，仪表，以及国防等制造业中，并具有极其重要的的地位。
12、用
50mm冲孔模具来生产
50mm落料件能否保证落料件的精度？
为什么？
不能，因为，落料件的尺寸由凹模的尺寸决定，则，凹模的尺寸应大于直径50MM（D凹模=D凸模+误差）
13、用
250mm×1.5mm的坯料能否一次性拉深成直径为
50mm的拉深件？
应采取那些措施才能保证正常生产？
不能，因为M=D件/D料=50/250=<,则不能一次拉伸，B措施有，多次拉伸，拉伸过程中要进行退货的热处理，防止应力过大，产生缺陷，还可加润滑剂。
14、材料的回弹现象对冲压生产有何影响？
会降低零件的精度，由于弯曲变形后会有回弹现象，因此在设计弯模时必须是磨具的角度比成品的回弹角度以保证精度和质量。
15、比较落料和拉深所用凸凹模结构及其间隙有什么不同？
为什么？
落料模的凸模、凹模的间隙只是要根据所冲压的材料的厚度和材料的性质而定；而拉伸模具的凸模和凹模的间隙则是要加两个所要拉伸材料的厚度。
落料的凸凹模的刃口，因为要将材料剪切下来，所以都是尖锐的刀口：
而拉伸模的凸模、凹模的刃口，都是圆弧的R，以便于所拉伸材料的流入。
拉伸模通常都做成落料拉伸一体的结构形式，将两道工序一次完成。
16、压力加工特种工艺有哪些特点？
特点，精密下料，可节约成本，采用少或无氧加工，防止氧化，使用高精密模具，可保证成品质量，模锻时需要润滑和冷却模锻。
第十章焊接
1、焊接电弧是怎样的一种现象？
电弧中各区的温度多高？
用直流电和交流电焊接效果一样吗？
A电弧，电极和工作介质间的长时间放电现象。
B阳极区温度为2600K阴极区为2400K，电弧弧柱中心区为6000-8000K
C不一样，直流电时两级的温度不一样，但用交流电，由于极性是交替变化的，则，两级（工件和焊条）的温度热量分布基本相同。
2、何谓焊接热影响区？
低碳钢焊接时热影响区又分为哪些区段？
各区段对焊接接头性能有何影响？
减少热影响区的办法是什么？
焊接热影响区，是指焊缝两侧因焊接热作用而发生组织或性能变化的区域。
B分为，熔合区，过热区，正火区，部分相变区，
C对其的影响1熔合区，焊缝与木材交接区，局部熔化组织，：
铸造组织+受热长大的粗晶。
晶粒大小不均匀，化学成分不均。
性能，塑性韧性下降，接头中性能最差。
2过热区，温度远高于相变温度，晶粒产生急剧长大，过热组织，，性能，塑性韧性下降，接头中性能较差。
3正货区，组织，发生重结晶，晶粒细化，正火组织，
性能，其力学性能优于母材。
4部分相变区，组织，部分相变（F，R）晶粒不均，力学性能比正火区较差。
D办法是，增加焊接速度或减小焊接电流。
3、产生焊接应力与应变的原因是什么？
在焊接过程中和焊接以后，焊接区纵向受力是否一样？
焊接应力是否一定要消除？
消除的办法有哪些？
A金属材料具有热胀冷缩的基本属性。
由于焊件在焊接工程中是局部受热，或各部分材料冷却速度不同。
因而导致焊件各部分材料生产不同程度的变形，引起应力，焊接时局部加热是焊件产生应力与变形的根本原因
B根据金属热涨冷缩特性，焊接各区因温度不同将产生大小不同的纵向膨胀，那么纵向受力就不一样，
C一定
D1选择合理的焊接顺序，设计时，焊缝不要密集交叉，截面和长度也应尽可能小，2预热法，即在焊接前将工件预热到350到400度然后再进行焊接，预热可使焊接金属和周围的温差减小，焊后又比较均匀地同时缓慢冷却收缩，因此，可显著减小焊接应力，也可同时减小焊接变形，3焊后退火处理，这也是最常用的，最有效的消除焊接应力的一种方法。
整体退火处理一般可消除80-90%的焊接应力。
4.如图所示，拼接大块钢板是否合理？
为什么？
为减少焊接应力与变形，应该怎么样改变？
其合理的焊接次序是什么？
5.焊接变形有哪些基本形式？
焊前，为预防和减小焊接变形有哪些措施？
A基本形式有，收缩变形，角变形，弯曲变形，扭曲变形，及波浪变形，
B措施有，加裕量发法，反变形法，刚性固定法，选择合理的焊接顺序，，焊前预热。
6.焊条药皮起什么作用？
为什么药皮成分中一般都含有锰铁？
在其它电弧焊中，用什么取代药皮的作用？
A作用是，提高电弧燃烧的稳定性，防止空气对熔化金属的有害作用，对熔池脱氧及加入合金元素，以保证焊接金属的化学成分和力学性能
B一是脱氧脱硫剂二是合金化作用三是生成氧化锰起造渣作用
C在其它电弧焊中，常用焊剂代替药皮
7.试从焊接安全、生产率、焊接材料、成本和应用等方面对下列焊接方法进行比较：
1）焊条电弧焊；2）气焊；3）埋弧焊；4）氩弧焊；5）二氧化碳气体保护焊。
、
电焊弧的安全性不好，陈产率低，焊接材料有限，陈本较高，运用广泛。
气焊，安全性较电弧焊较好，成产率低，焊接材料有限，成本高。
8.为防止高强度低合金结构钢焊后产生冷裂纹，应采取哪些措施？
措施有，为了防止淬硬组织，在焊接时适当增加焊接电流，选用抗裂性较强的低氢型焊条或焊前预热。
9.焊件的选材原则有哪些？
如何考虑焊件的结构工艺性？
A原则，1应尽量选用焊接性好的材料，2辅助工艺的可行性3注意焊接材料与焊接方法的匹配，4尽量不选用异种材料相互焊接。
B工艺性，焊接位置应便于操作，减少焊缝数量，焊缝尽量布置在焊件的薄壁处，焊缝应尽量均匀对称，焊缝应避开最大应力和机械加工面。
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