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超声波焊接机技术原理
超声波焊接机技术原理之阿布丰王创作
时间：
二O二一年七月二十九日
超声波焊接机工作原理是：
通过物体上下振动,使焊接件伸缩发热熔接.其机械原理是：
把电能转化成机械能.当超声换能器发生的能量传送到焊区,由于焊区,即两个焊接的交界面处声阻年夜,因此会发生局部高温.由于塑料导热性差,热量聚集在焊区,使两个塑料的接触面迅速熔化,加上一定压力后,使其融合成一体.
一、超声波模治具架设禁绝确、受力不服均怎么办？
在一般认为超音波作业时,产物与模具概况只要接触准确就可以获得应该的超声波焊接机熔接效果,其实这只是概况的看法,超音波既然是摩擦振,就会发生音波传导的现象.
我们如果单只观察硬件（模治具）的稳合水平,而忽略了整合型态的超音波作业方式,肯定会发生舍本逐末或误判的后果,所以在此必需先强调超音波熔接的作业方式是传导音波,使成振动摩擦转为热能而熔接.这时候超音波模治具的稳合水平、产物截面的高低、肉厚、深浅、材质的组织,肯定无法是百分之百接受相同的压力. 另一方面上模（Horn）输出的能量,每一点都有其误差值,其实不是整个面发出的能量都相同.就这整体而言,势必发生产物熔接线熔接水平的不同.所以也就必需作修正,如何修正,那就是靠超音波熔接机自己的水平螺丝,或是贴较薄的胶带或铝箔来克服了. 二、塑料产物材质配合不妥?
每一种塑料材质的熔点,各有分歧,例如ＡＢＳ塑料材质的熔点约115℃,耐隆约175℃、ＰＣ之145℃以上、ＰＥ约85℃为例：
ＡＢＳ与ＰＥ二种材质的熔点差距太年夜,超音波熔接势必困难.而ＡＢＳ与ＰＣ二种材质,亦有差距,但已非前项差距如此之年夜,是以尚可熔接,但在超音波功率相同,能量扩年夜相同的情况下,相异的塑料材质,绝无法比相同材质的熔接效果好.
热熔塑胶分析图：
三、超声波机台输出能量缺乏该怎么处置?
客户在购买超音波熔接机时,通常较难预料未来产物发展的规格,所以会遇到较年夜产物对象超越超音波标准熔接的情形.此时在不增加本钱的预算下,只得以现有设备来作业生一、超声波模治具架设禁绝确、受力不服均怎么办？
在一般认为超音波作业时,产物与模具概况只要接触准确就可以获得应该的熔接效果,其实这只是概况的看法,超音波既然是摩擦振,就会发生音波传导的现象.
我们如果单只观察硬件（模治具）的稳合水平,而忽略了整合型态的超音波作业方式,肯定会发生舍本逐末或误判的后果,所以在此必需先强调超音波熔接的作业方式是传导音波,使成振动摩擦转为热能而熔接.这时候超音波模治具的稳合水平、产物截面的高低、肉厚、深浅、材质的组织,肯定无法是百分之百接受相同的压力. 另一方面上模（Horn）输出的能量,每一点都有其误差值,其实不是整个面发出的能量都相同.就这整体而言,势必发生产物熔接线熔接水平的不同.所以也就必需作修正,如何修正,那就是靠超音波熔接机自己的水平螺丝,或是贴较薄的胶带或铝箔来克服了. 四、塑料产物材质配合不妥?
每一种塑料材质的熔点,各有分歧：
例如：
ＡＢＳ塑料材质的熔点约115℃,耐隆约175℃、ＰＣ之145℃以上、ＰＥ约85℃为例：
ＡＢＳ与ＰＥ二种材质的熔点差距太年夜,超音波熔接势必困难.而ＡＢＳ与ＰＣ二种材质,亦有差距,但已非前项差距如此之年夜,是以尚可熔接,但在超音波功率相同,能量扩年夜相同的情况下,相异的塑料材质,绝无法比相同材质的熔接效果好. 五、超声波机台输出能量缺乏该怎么处置?
客户在购买超音波熔接机时,通常较难预料未来产物发展的规格,所以会遇到较年夜产物对象超越超音波标准熔接的情形.此时在不增加本钱的预算下,只得以现有设备来作业生产.
碰到此种用小机台作年夜对象的情形,通常采用的方式有分好几次熔接、增加超音波输出功率（增加段）或增加熔接时间、压力等.然而这也发生了质量不稳定的现象,因为电压与气压直接影响到超音波输出功率的稳定性. 也就是说上班或尖峰时间,使用超音波作业的产物质量,与年夜家都下班后的质量稳定是不相同的.
然而年夜家都下了班再使用超音波,那就不是工作效率了.所以这时采用的对策就是气压源采用自力方式；要求在0.02m/m以下之产物在超音波机台加装稳压设备；调整出力段数、增加功率,但一般状况超音波作业时功率输出最好能掌握在2~4段之间,如一定要在5~6段作业,则生产作业时间必需尽量缩短,以防止零件、振动子的损耗.增加能量扩年夜器（Horn上模）的扩年夜.但扩年夜水平如果超越４：
１,将对Horn自己、音波、电流有极年夜的影响.
焊接方法图片展示：
六、焊接产物质量不稳定,怎么解决?
最好的法子,选择年夜单元的超声波焊接设备,例如,我们欣宇产物就很好的.
质量无法稳定最主要因素是输出功率不能稳定,以招致无法形成稳定的摩擦热能.而如何让功率输出稳定机
台输出功率；
〈1〉HorN扩年夜比；
〈2〉气压源；
〈3〉电压源等四项.
1、机台输出功率＋HorN扩年夜比率＝实际可用功率.由此可知在一定产物实施超音波熔接时,于规划与设计的观点而言,机台输出功率愈强,相对HorN的扩年夜比所设计的也愈小.
反之机台输出功率愈小,HorN设计的扩年夜比也愈年夜.例如：
2200W的超音波熔接机,HorN的扩年夜比是2.5倍.换成3200W超音波熔接机时,HorN的扩年夜比可能只要1.5倍即可.然而其实不是强调超音波熔接机输出的功率要年夜,而是要对一项塑料产物实施超音波熔接时,给予最适合的环境作业,其间尚需考虑本钱的预算,产物的功能需求,熔接标准等考虑再来规划出完整的工作设备与超音波使用技巧. 2、在了解上述各种影响超音波熔接质量的关键性原因后,工程师在设计时,首当熟悉并评估1.产物质量要求功能标准；现有超音波设备；
3.决定产物设计的形态、技巧如超音波导熔线、产物定位、材质）.因为既然可用设备资源已经固定,那就必需用产物设计的技巧来配合现有可用的设备才是正确的.
4、在我们确定人为因素（1~2项）都无问题时,会发生质量不稳定现象,那肯定一个事实：
即气压与电压发生的影响.在我们多年来处置质量不能稳定现象时,也同时发现,在工作时间内无法达到的质量标准,却在年夜家都下班,停止电压、气压大都同时使用时,意外的达到质量要求标准.因此也发现多人或多单元使用共同的气压与电压源时,由于空气压缩机通常我们会设定空气贮存筒里面的气压低于2~4kg的情况时再自动打气充填这是一项形成的误差原因.而气压源经过管路达到熔接机时,由于熔接速度快,第一次超音波熔接的气压与第二次或第三次存留于管路的气压亦形成误差,如此将形成周期性或非周期性的质量异动.而电压也由于电力公司输出同时供数百万人都有机会同时使用,此时发生的电压降也不是我们所能控制,如此气压与电压的变量,确确实实的造成能量输出的变动,而影响精密质量的重要因素.固然必需列为诊断项目. 七、超声波熔接后,移位了怎么办？
1.降低熔接压力.
2.底模加高,使其超越熔接线2m/m以上.
3.使用超音波传导熔接.
4.上模（HRON）压到产物才发振.
5.修改塑料产物,增强定位.
六、超声波熔接后,发生伤痕（断、震裂、烫伤）怎么办？
1.降高压力.
2.减少延迟时间（提早发振）.
3.减少熔接时间.
4.引用介质覆盖（如ＰＥ袋）.
5.模治具概况处置（硬化或镀铬）.
6.机台段数降低或减少上模扩年夜比.
7.易震裂或断之产物,治具宜制成缓冲,如软性树脂或覆盖软木塞等（此项指不影响熔接强度）.
8.易断裂产物于直角处加Ｒ角.
八、超声波熔接后,发现变形扭曲怎么办？
1.降高压力（压力最好在2kg以下）.
2.减少超音波熔接时间（降低强度标准）.
3.增加硬化时间（至少0.8秒以上）.
4.分析超音波上下模是否可局部调整（非需要时）.
5.分析产物变形主因,予以改善. 九、超声波熔接后,内部零件破坏怎么办？
1.提早超音波发振时间（防止接触发振）.
2.降高压力、减少超音波熔接时间（降低强度标准）.
3.减少机台功率段数或小功率机台.
4.降低超音波模具扩年夜比.
5.底模受力处垫缓冲橡胶.
6.底模与制品防止悬空或间隙.
7.HorN（上模）逃孔后重测频率.
8.上模逃孔后贴上富弹性资料（如硅利康）. 九、超声波熔接后,产物发现毛边或溢料怎么办？
1.降高压力、减少超音波熔接时间（降低强度标准）.
2.减少机台功率段数或小功率机台.
3.降低超音波模具扩年夜比.
4.使用超音波机台微调定位固定.
5.修改超音波导熔线. 十、超声波熔接后,发现产物尺寸不稳定怎么调？
1.增加熔接平安系数（依序由熔接时间、压力、功率）.
2.启用微调固定螺丝（应可控制到0.02m/m）.
3.检查超音波上模输出能量是否足够（缺乏时增加段数）.
4.检查治具定位与产物接受力是否稳合.
5.修改超音波导熔线. 十一、超声波熔接后时,产物总是单边烫伤怎么办？
超音波振动熔接,其实不是纯真直线纵向振动（挠曲与横向振动不在此本次讨论中）,而是形成交叉式纵向下降振动,而上模超音波输出端能量亦是有一定的强弱分布点,气压、电压、机台虽决定功率输出能量的稳定性,但能量分布点亦出现比例性增减. 如果发现超音波熔接时制品总是单点烫伤,即暗示上模该点输出能量与产物该点形成应力对应,此时若改变超音波振动面的接触点,将可改善热能集束发生的烫伤. 十二、超声波焊接原理 超声波焊接是熔接热塑性塑料制品的高科技技术,各种热塑性胶件均可使用超声波焊接处置,而不需加溶剂,粘接剂或其他辅助品,其优点是增加多倍生产率,降低本钱,提高产物质量. 超声波塑胶焊接原理:
由发生器发生20KHZ,（或15KHZ）的高压,高频信号,通过换能系统,把信号转换为高频机械振动,加于塑料制品工件上,通过工作概况及内在分子间的磨擦而使传导到接口的温度升高,当温度达到此工件自己的熔点时,使工件焊接口迅速溶化,继而填充于接口间的空隙,当振动停止,工件同时在一定的压力下冷却定型,便告竣完美的焊接. 十三、塑料件资料对超声波焊接的影响 1.超声波在塑料件中传布,塑料件或多或少对超声波能量有吸收和衰减,从而对超声加工效果发生一定的影响,塑料一般有非晶体资料之分,按硬度有硬胶和软胶之分,还有模数的区分,通俗地来说,硬度高,低熔点的塑料超声加工性能优于硬度低、高熔点的塑料.因此,这就牵涉到超声波加工距离的远近问题, 2、塑料件的加工条件对超声焊接的影响
塑料件经过注塑、挤压或吹塑等的分歧加工形式以及分歧的加工条件城市形成对超声焊接发生一定影响的因素.
A：
湿度缺陷：
湿度缺陷一般在制作有条纹或疏松的塑料件过程中形成,湿度缺陷在焊接中衰减有用能量,使密封位渗水,加长焊接时间,所以湿度高的塑料件在焊接前要作烘干处置.如聚甲醛等.
B：
注塑过程的影响：
注塑过程参数的调整会引致如下缺陷：
①尺寸变动（收缩、弯曲变形） ②重量变动 ③概况损伤 ④统一性欠安
C：
保管期：
塑料件注塑加工出来后,一般最少放置24小时后,再进行焊接,以消除塑料件自己应力、变形等因素.无定形塑料通过注塑出来的塑料件可不按此要求.
D：
再生塑料
再生塑料的强度比力差,对超声波焊接适应性也较差,所以如用再生塑料,各种设计尺寸均要酌情加以考虑.
E：
脱模剂和杂质
脱模剂和杂质对超声波焊接有一定的影响.虽然超声波加工时可将加工概况的溶剂、杂质等震开,但对要求密封、或在高超声波工作原理 频率高于人的听觉上限（约为20000赫）的声波,称为超声波,或称为超声. 超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传布规律,与可听声波的规律并没有实质上的区别.可是超声波的波长很短,只有几厘米,甚至千分之几毫米.与可听声波比力,超声波具有许多奇异特性：
传布特性──超声波的波长很短,通常的障碍物的尺寸要比超声波的波长年夜好多倍,因此超声波的衍射本事很差,它在均匀介质中能够定向直线传布,超声波的波长越短,这一特性就越显著.功率特性──当声音在空气中传布时,推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功.声波功率就是暗示声波做功快慢的物理量.在相同强度下,声波的频率越高,它所具有的功率就越年夜.由于超声波频率很高,所以超声波与一般声波相比,它的功率是非常年夜的.空化作用──当超声波在液体中传布时,由于液体微粒的剧烈振动,会在液体内部发生小空洞.这些小空洞迅速胀年夜和闭合,会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用,从而发生几千到上万个年夜气压的压强.微粒间这种剧烈的相互作用,会使液体的温度骤然升高,起到了很好的搅拌作用,从而使两种不相溶的液体（如水和油）发生乳化,而且加速溶质的溶解,加速化学反应.这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用. 我们知道正确的波的物理界说是：
振动在物体中的传递形成波.这样波的形成必需有两个条件：
一是振动源,二是传布介质.波的分类一般有如下几种：
一是根据振动方向和传布方向来分类.当振动方向与传布方向垂直时,称为横波.当振动方向与传布方向一致时,称为纵波.二是根据频率分类,我们知道人耳敏感的听觉范围是20HZ-20000HZ,所以在这个范围之内的波叫做声波.低于这个范围的波叫做次声波,超越这个范围的波叫超声波. 、波在物体里传布,主要有以下的参数：
一是速度V,二是频率F,三是波长λ.三者之间的关系如下：
V=F.λ.波在同一种物质中传布的速度是一定的,所以频率分歧,波长也就分歧.另外,还需要考虑的一点就是波在物体里传布始终都存在着衰减,传布的距离越远,能量衰减也就越厉害,这在超声波加工中也属于考虑范围.
1、超声波在塑料加工中的应用原理：
塑料加工中所用的超声波,现有的几种工作频率有15KHZ,18KHZ,20KHZ,40KHZ.其原理是利用纵波的波峰位传递振幅到塑料件的缝隙,在加压的情况下,使两个塑料件或其它件与塑料件接触部位的分子相互撞击发生融化,使接触位塑料熔合,达到加工目的.
强度的情况下,应尽可能去除.在有些情况下,先清洗塑料件是需要的.
十四、 碰到此种用小机台作年夜对象的情形,通常采用的方式有分好几次熔接、增加超音波输出功率（增加段）或增加熔接时间、压力等.然而这也发生了质量不稳定的现象,因为电压与气压直接影响到超音波输出功率的稳定性.
也就是说上班或尖峰时间,使用超音波作业的产物质量,与年夜家都下班后的质量稳定是不相同的.
然而年夜家都下了班再使用超音波,那就不是工作效率了.所以这时采用的对策就是气压源采用自力方式；要求在0.02m/m以下之产物在超音波机台加装稳压设备；调整出力段数、增加功率,但一般状况超音波作业时功率输出最好能掌握在2~4段之间,如一定要在5~6段作业,则生产作业时间必需尽量缩短,以防止零件、振动子的损耗.增加能量扩年夜器（Horn上模）的扩年夜.但扩年夜水平如果超越４：
１,将对Horn自己、音波、电流有极年夜的影响
四、焊接产物质量不稳定,怎么解决?
最好的法子,选择年夜单元的超声波焊接设备,例如,我们欣宇超声波产物就很好的.
质量无法稳定最主要因素是输出功率不能稳定,以招致无法形成稳定的摩擦热能.而如何让功率输出稳定？
此乃决定于
机台输出功率；
〈2〉HorN扩年夜比；
〈3〉气压源；
〈4〉电压源等四项.
1、机台输出功率＋HorN扩年夜比率＝实际可用功率.由此可知在一定产物实施超音波熔接时,于规划与设计的观点而言,机台输出功率愈强,相对HorN的扩年夜比所设计的也愈小.
反之机台输出功率愈小,HorN设计的扩年夜比也愈年夜.例如：
2200W的超音波熔接机,HorN的扩年夜比是2.5倍.换成3200W超音波熔接机时,HorN的扩年夜比可能只要1.5倍即可.然而其实不是强调超音波熔接机输出的功率要年夜,而是要对一项塑料产物实施超音波熔接时,给予最适合的环境作业,其间尚需考虑本钱的预算,产物的功能需求,熔接标准等考虑再来规划出完整的工作设备与超音波使用技巧.
2、在了解上述各种影响超音波熔接质量的关键性原因后,工程师在设计时,首当熟悉并评估1.产物质量要求功能标准；2.现有超音波设备；
3.决定产物设计的形态、技巧如超音波导熔线、产物定位、材质）.因为既然可用设备资源已经固定,那就必需用产物设计的技巧来配合现有可用的设备才是正确的.
4、在我们确定人为因素（1~2项）都无问题时,会发生质量不稳定现象,那肯定一个事实：
即气压与电压发生的影响.在我们多年来处置质量不能稳定现象时,也同时发现,在工作时间内无法达到的质量标准,却在年夜家都下班,停止电压、气压大都同时使用时,意外的达到质量要求标准.因此也发现多人或多单元使用共同的气压与电压源时,由于空气压缩机通常我们会设定空气贮存筒里面的气压低于2~4kg的情况时再自动打气充填这是一项形成的误差原因.而气压源经过管路达到熔接机时,由于熔接速度快,第一次超音波熔接的气压与第二次或第三次存留于管路的气压亦形成误差,如此将形成周期性或非周期性的质量异动.而电压也由于电力公司输出同时供数百万人都有机会同时使用,此时发生的电压降也不是我们所能控制,如此气压与电压的变量,确确实实的造成能量输出的变动,而影响精密质量的重要因素.固然必需列为诊断项目. 十四、超声波熔接后,移位了怎么办？
1.降低熔接压力.
2.底模加高,使其超越熔接线2m/m以上.
3.使用超音波传导熔接.
4.上模（HRON）压到产物才发振.
5.修改塑料产物,增强定位. 十五、超声波熔接后,发生伤痕（断、震裂、烫伤）怎么办？
1.降高压力.
2.减少延迟时间（提早发振）.
3.减少熔接时间.
4.引用介质覆盖（如ＰＥ袋）.
5.模治具概况处置（硬化或镀铬）.
6.机台段数降低或减少上模扩年夜比.
7.易震裂或断之产物,治具宜制成缓冲,如软性树脂或覆盖软木塞等（此项指不影响熔接强度）.
8.易断裂产物于直角处加Ｒ角. 十六、超声波熔接后,发现变形扭曲怎么办？
1.降高压力（压力最好在2kg以下）.
2.减少超音波熔接时间（降低强度标准）.
3.增加硬化时间（至少0.8秒以上）.
4.分析超音波上下模是否可局部调整（非需要时）.
5.分析产物变形主因,予以改善. 十七、超声波熔接后,内部零件破坏怎么办？
1.提早超音波发振时间（防止接触发振）.
2.降高压力、减少超音波熔接时间（降低强度标准）.
3.减少机台功率段数或小功率机台.
4.降低超音波模具扩年夜比.
5.底模受力处垫缓冲橡胶.
6.底模与制品防止悬空或间隙.
7.HorN（上模）逃孔后重测频率.
8.上模逃孔后贴上富弹性资料（如硅利康）. 十八、超声波熔接后,产物发现毛边或溢料怎么办？
1.降高压力、减少超音波熔接时间（降低强度标准）.
2.减少机台功率段数或小功率机台.
3.降低超音波模具扩年夜比.
4.使用超音波机台微调定位固定.
5.修改超音波导熔线. 十九、超声波熔接后,发现产物尺寸不稳定怎么调？
1.增加熔接平安系数（依序由熔接时间、压力、功率）.
2.启用微调固定螺丝（应可控制到0.02m/m）.
3.检查超音波上模输出能量是否足够（缺乏时增加段数）.
4.检查治具定位与产物接受力是否稳合.
5.修改超音波导熔线. 二十、超声波熔接后时,产物总是单边烫伤怎么办？
超音波振动熔接,其实不是纯真直线纵向振动（挠曲与横向振动不在此本次讨论中）,而是形成交叉式纵向下降振动,而上模超音波输出端能量亦是有一定的强弱分布点,气压、电压、机台虽决定功率输出能量的稳定性,但能量分布点亦出现比例性增减.
如果发现超音波熔接时制品总是单点烫伤,即暗示上模该点输出能量与产物该点形成应力对应,此时若改变超音波振动面的接触点,将可改善热能集束发生的烫伤.
、超声波焊接原理
超声波焊接是熔接热塑性塑料制品的高科技技术,各种热塑性胶件均可使用超声波焊接处置,而不需加溶剂,粘接剂或其他辅助品,其优点是增加多倍生产率,降低本钱,提高产物质量.
超声波塑胶焊接原理:
由发生器发生20KHZ,（或15KHZ）的高压,高频信号,通过换能系统,把信号转换为高频机械振动,加于塑料制品工件上,通过工作概况及内在分子间的磨擦而使传导到接口的温度升高,当温度达到此工件自己的熔点时,使工件焊接口迅速溶化,继而填充于接口间的空隙,当振动停止,工件同时在一定的压力下冷却定型,便告竣完美的焊接.
十三、塑料件资料对超声波焊接的影响
1.超声波在塑料件中传布,塑料件或多或少对超声波能量有吸收和衰减,从而对超声加工效果发生一定的影响,塑料一般有非晶体资料之分,按硬度有硬胶和软胶之分,还有模数的区分,通俗地来说,硬度高,低熔点的塑料超声加工性能优于硬度低、高熔点的塑料.因此,这就牵涉到超声波加工距离的远近问题,
2、塑料件的加工条件对超声焊接的影响
塑料件经过注塑、挤压或吹塑等的分歧加工形式以及分歧的加工条件城市形成对超声焊接发生一定影响的因素.
A：
湿度缺陷：
湿度缺陷一般在制作有条纹或疏松的塑料件过程中形成,湿度缺陷在焊接中衰减有用能量,使密封位渗水,加长焊接时间,所以湿度高的塑料件在焊接前要作烘干处置.如聚甲醛等.
B：
注塑过程的影响：
注塑过程参数的调整会引致如下缺陷：
①尺寸变动（收缩、弯曲变形） ②重量变动 ③概况损伤 ④统一性欠安
C：
保管期：
塑料件注塑加工出来后,一般最少放置24小时后,再进行焊接,以消除塑料件自己应力、变形等因素.无定形塑料通过注塑出来的塑料件可不按此要求.
D：
再生塑料
再生塑料的强度比力差,对超声波焊接适应性也较差,所以如用再生塑料,各种设计尺寸均要酌情加以考虑.
E：
脱模剂和杂质
脱模剂和杂质对超声波焊接有一定的影响.虽然超声波加工时可将加工概况的溶剂、杂质等震开,但对要求密封、或在高超声波工作原理
频率高于人的听觉上限（约为20000赫）的声波,称为超声波,或称为超声.
超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传布规律,与可听声波的规律并没有实质上的区别.可是超声波的波长很短,只有几厘米,甚至千分之几毫米.与可听声波比力,超声波具有许多奇异特性：
传布特性──超声波的波长很短,通常的障碍物的尺寸要比超声波的波长年夜好多倍,因此超声波的衍射本事很差,它在均匀介质中能够定向直线传布,超声波的波长越短,这一特性就越显著.功率特性──当声音在空气中传布时,推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功.声波功率就是暗示声波做功快慢的物理量.在相同强度下,声波的频率越高,它所具有的功率就越年夜.由于超声波频率很高,所以超声波与一般声波相比,它的功率是非常年夜的.空化作用──当超声波在液体中传布时,由于液体微粒的剧烈振动,会在液体内部发生小空洞.这些小空洞迅速
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