BR112014030620B1 - processo para revestimento completo de peças de metal de turbojatos de aeronave e ferramenta de proteção completa para implantar o processo - Google Patents

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Abstract

processo para revestimento completo de peças de metal de turbojatos de aeronave e ferramenta de proteção completa para implementar o processo a invenção refere-se a um processo para revestir uma peça de metal (202) de um turbojato de aeronave que compreende uma pluralidade de porções de metal (203; 204), que emprega um bocal (211) que emite um feixe de laser, caracterizado em que o dito processo compreende as várias etapas a seguir: posicionar a peça de metal (202) a ser revestida sobre uma plataforma giratória (201); posicionar uma cobertura (205) sobre a plataforma giratória (201); posicionar o bocal (211) em uma abertura (206) presente na cobertura (205); introduzir um gás inerte sob a cobertura (205); e revestir uma primeira porção (203) da peça de metal (202) mediante a execução de operações de: aspergir pós de metal; emitir o feixe de laser; e mover o bocal (211) em relação à dita primeira peça de metal (203).

Description

(54) Título: PROCESSO PARA REVESTIMENTO COMPLETO DE PEÇAS DE METAL DE TURBOJATOS DE AERONAVE E FERRAMENTA DE PROTEÇÃO COMPLETA PARA IMPLANTAR O PROCESSO (73) Titular: SNECMA. Endereço: 2 BOULEVARD DU GÉNÉRAL MARTIAL VALIN, F-75015 PARIS, FRANÇA(FR) (72) Inventor: JEAN-BAPTISTE MOTTIN.
Prazo de Validade: 20 (vinte) anos contados a partir de 23/05/2013, observadas as condições legais
Expedida em: 27/11/2018
Assinado digitalmente por:
Alexandre Gomes Ciancio
Diretor Substituto de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados
1/9 “PROCESSO PARA REVESTIMENTO COMPLETO DE PEÇAS DE METAL DE TURBOJATOS DE AERONAVE E FERRAMENTA DE PROTEÇÃO COMPLETA PARA IMPLEMENTAR O PROCESSO” CAMPO DA TÉCNICA DA INVENÇÃO [0001] Esta invenção refere-se a um processo completo para revestir peças de metal de turbojatos de aeronave. A mesma se refere também a uma ferramenta especial para a proteção completa de peças de metal a serem revestidas com o uso do processo de acordo com a invenção.
[0002] Portanto, o domínio técnico da invenção, em geral, é sobre motores de aeronave e, mais particularmente, o conserto com o uso de um processo para revestir algumas peças de metal de motores de aeronave.
[0003] Sem ser limitante, a peça de metal considerada de modo vantajoso é, por exemplo, uma lâmina de disco dotado de lâminas de peça única (blisk), ou qualquer peça com um bordo de fuga e/ou um bordo de ataque, por exemplo, lâminas de turbina de baixa pressão. Na prática, a invenção se refere a qualquer peça de metal de um turbojato de aeronave com uma porção (e particularmente uma extremidade) na qual uma operação de revestimento é exigida, em outras palavras, um reparo reconstruindo-se um formato adequado da peça considerada com o uso de um processo de reparo do tipo TIP. Processos de reparo do tipo TIP usam um processo de projeção de laser direcionado (ou um feixe de elétrons direcionado) que causa fusão de pó seletiva (processo conhecido pelos termos “revestimento a laser” e “deposição de metal a laser”) no qual a peça considerada é reconstruída por passadas sucessivas de um laser sobre o depósito de pó.
[0004] Peças de metal que são abrangidas de modo vantajoso pela invenção são peças para as quais existe um risco de oxidação durante a operação de revestimento, isso se aplica às peças de metal que contêm titânio, níquel, alumínio e cobalto. Para essas peças, é necessário evitar qualquer deterioração das propriedades mecânicas da peça considerada e evitar qualquer oxidação da dita peça.
ANTECEDENTES TECNOLÓGICOS DA INVENÇÃO
2/9 [0005] O estado da técnica compreende soluções diferentes para executar tais operações de revestimento a laser para consertar algumas peças de metal enquanto evita um fenômeno de oxidação da peça considerada. Em particular, a solução mostrada na Figura 1 foi revelada. Nessa figura, uma lâmina 101 é mostrada em que uma extremidade 102 foi danificada e para a qual o revestimento através de fusão a laser é necessário. Isso é feito com o uso de um bocal 103 que emite um feixe de laser, ou de modo mais geral um feixe de elétrons, para fundir um pó para assim revestira extremidade 102.
[0006] Nesse processo ilustrado, uma câmara de proteção 104 é colocada na extremidade do bocal 103. A câmara de proteção 104 tem uma extremidade inferior com um corte 105 totalmente no formato de um U invertido, o corte 105 dentro do qual a extremidade 102 a ser revestida é inserida. O oxigênio dentro do volume do corte 105 é expulso ao se introduzir um gás inerte, por exemplo, argônio ou hélio, através de tubulações 106 conectadas ao bocal 103; a extremidade 102 pode, assim, ser revestida sem que qualquer fenômeno de oxidação ocorra. Portanto, nesse exemplo, um gás do bocal é usado como proteção local para a zona a ser reconstruída.
[0007] No entanto, esse processo não é satisfatório para revestir a extremidade 102 além de uma distância significativa de poucos centímetros. A extremidade 102 da lâmina 101 é curva e o deslocamento translacional limitado do bocal 103 impede que a câmara de proteção se mova além da distância significativa. O corte 105 deve ser limitado em tamanho para permitir seu preenchimento por um gás inerte e para que possa ser inserida a câmara de proteção 104 entre a lâmina 101 e as lâminas adjacentes (não mostradas). A consequência dessa limitação em tamanho é que as paredes do corte 105 estão perto uma das outras e rapidamente entram em contato com a extremidade 102, impedindo o movimento da extremidade 102 dentro do corte 105 e consequentemente se torna impossível revestir a totalidade da extremidade 102 a ser revestida. Além disso, apesar de esforços realizados, o fenômeno de oxidação não pode ser totalmente eliminado com esse processo.
[0008] O estado da técnica também revela o uso de compartimentos grandes
3/9 que criam um espaço que pode ser preenchido ou com gás inerte ou dentro do qual o vácuo pode ser criado e dentro do qual a peça a ser revestida e todos os equipamentos exigidos para o revestimento serem inseridos; mas tal solução é dispendiosa e demorada, na prática devido às grandes quantidades de gases inertes inseridos no compartimento considerado.
DESCRIÇÃO GERAL DA INVENÇÃO [0009] O objetivo da invenção fornece uma solução para os problemas que acabaram de ser apresentados, revelando-se um processo completo e uma ferramenta de proteção para revestimento de peças de metal que não é dispendioso, fácil de usar, que torna possível revestir porções de metal diferentes da mesma peça de metal, rapidamente, sem consumir muito gás inerte.
[0010] Isso é alcançado particularmente pela disposição da peça de metal que compreende porções de metal diferentes a serem revestidas sobre uma plataforma giratória, o espaço que circunda a peça de metal que foi feita impermeável por uma tampa com uma abertura dentro da qual o bocal que emite o feixe de laser ou o feixe de elétrons serão inseridos. O uso da plataforma giratória nesse processo vantajoso torna possível o rápido posicionamento de porções diferentes a serem revestidas que ficam voltadas para o bocal.
[0011] A invenção refere-se, assim, essencialmente a um processo para revestir uma peça de metal de um turbojato de aeronave, em que a dita peça de metal compreende uma pluralidade de porções de metal a serem revestidas, em que o dito processo usa um bocal que emite um feixe de laser ou um feixe de elétrons que irá fundir um pó aspergido, assim, revestindo as ditas peças de metal a serem revestidas, sendo que o dito processo é caracterizado por compreender as seguintes etapas diferentes:
[0012] - colocar a peça de metal que compreende a pluralidade de porções de metal a serem revestidas sobre uma plataforma giratória;
[0013] - colocar uma tampa na posição sobre a plataforma giratória, em que a totalidade das ditas peças de metal são posicionadas sob a dita tampa;
[0014] - iserir o bocal em uma abertura presente na tampa;
4/9 [0015] - introduzir um gás inerte sob a tampa;
[0016] - revestir uma primeira porção da pluralidade de porções de metal da peça de metal mediante a realização de uma operação de aspersão de pó metálico, de uma operação de emissão de feixe de laser para revestir a dita primeira porção de metal e uma operação de deslocamento relativo do bocal em relação à dita primeira peça de metal seguindo uma trajetória de revestimento predeterminada.
[0017] Além das principais características mencionadas no parágrafo anterior, o processo de acordo com a invenção pode ter uma ou várias características adicionais entre as seguintes tidas como individuais ou em qualquer combinação técnica possível:
[0018] - o processo compreende a etapa adicional que consiste em prender a tampa sobre a plataforma giratória de modo a vedar antes da etapa que consiste em adicionar o gás inerte.
[0019] - o processo que compreende a etapa adicional que consiste no encaixe de uma bandeja telescópica na qual existe um orifício dentro do qual o bocal é inserido na abertura presente na tampa.
[0020] - o processo compreende as seguintes etapas adicionais diferentes após a etapa de revestimento da primeira porção de metal:
[0021] - girar a plataforma giratória em relação à abertura na tampa até que uma segunda porção de metal entre a pluralidade de porções de metal a serem revestidas fique voltada para o bocal;
[0022] - revestir a segunda porção de metal da peça de metal.
[0023] - o processo compreende uma etapa adicional que consiste na realização de uma operação de percepção das porções de metal a serem revestidas para determinar as trajetórias de revestimento do bocal, após a peça de metal que compreende a pluralidade de porções de metal a serem revestidas ter sido colocada na posição sobre uma plataforma giratória.
[0024] A invenção refere-se também a uma ferramenta capaz de implementar o processo de acordo com a invenção, para revestir as porções de metal de uma peça de metal para um turbojato de aeronave, em que o dito revestimento é realizado com
5/9 o uso de um laser gerado por um bocal que funde um pó para revestir as ditas peças de metal, sendo que a ferramenta é caracterizada pelo fato de que compreende: [0025] - uma plataforma giratória sobre a qual a peça de metal é colocada;
[0026] - uma tampa colocada sobre a plataforma giratória que cobre a totalidade da peça de metal colocada sobre a plataforma giratória, em que a dita tampa tem uma abertura dentro da qual o bocal é inserido para as operações de revestimento.
[0027] Além das principais características que acabaram de ser mencionadas no parágrafo anterior, a ferramenta de acordo com a invenção pode ter uma ou várias das seguintes características complementares, consideradas individuais ou em qualquer combinação possível técnica:
[0028] - a ferramenta compreende uma bandeja telescópica instalada na abertura da tampa, com um orifício dentro do qual o bocal é inserido.
[0029] - a bandeja telescópica é uma bandeja telescópica bidimensional.
[0030] - o bocal colocado no orifício da bandeja telescópica tem um espaçamento com o dito orifício através do qual um gás inerte presente no espaço entre a tampa e a plataforma giratória pode escapar durante o revestimento.
[0031] - a ferramenta compreende uma mangueira no orifício na bandeja telescópica;
[0032] - a ferramenta tem meios de vedação entre a plataforma giratória e a tampa;
[0033] - a ferramenta compreende meios de fixação amovíveis entre a plataforma giratória e a tampa.
[0034] - a tampa ou a plataforma giratória tem meios de introdução de um gás inerte.
[0035] - o fluxo proveniente dos meios para introduzir o gás inerte é entre cinco e cinquenta litros por minuto.
[0036] A invenção e suas diferentes aplicações serão melhor entendidas mediante a leitura da descrição a seguir e examinar os desenhos anexos.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0037] As figuras são fornecidas somente para orientação e não são limitantes
6/9 de modo algum para a invenção.
[0038] As figuras mostram:
[0039] - na Figura 1 anteriormente descrita, uma vista diagramática de um processo de acordo com o estado da técnica para revestir uma lâmina;
[0040] - na Figura 2, uma vista diagramática de um exemplo de ferramenta que pode ser usada para dar início ao processo de acordo com a invenção;
[0041] - Figura 3, uma vista diagramática da peça da ferramenta na Figura 2.
APRESENTAÇÃO DETALHADA DE PELO MENOS UMA MODALIDADE DA INVENÇÃO [0042] A menos que de outra forma específica, quaisquer elementos que apareçam nas diferentes figuras terão as mesmas referências.
[0043] A Figura 2 mostra um exemplo de ferramenta 200 de acordo com a invenção.
[0044] Nesse caso, a ferramenta 200 compreende:
[0045] - uma plataforma giratória 201 sobre a qual uma peça de metal 202 sobre a qual um disco dotado de lâminas de peça única a ser revestido é posicionado, de modo vantajoso prendendo a mesma. A peça 202 tem uma pluralidade de porções de metal a serem revestidas. Somente uma primeira porção de metal 203 e uma segunda porção de metal 204 são ilustradas no exemplo mostrado; na prática, um disco dotado de lâminas irá compreender tipicamente vinte e oito lâminas, cada qual forma uma porção de metal que potencialmente terá que ser revestida, [0046] - uma tampa 205 que será posicionada sobre a plataforma giratória 201 de modo que a peça de metal 202 é situada dentro de um espaço hermético fechado exceto em uma abertura 206 formada na tampa 205, sob a dita tampa 205.
[0047] A tampa 205 compreende, de modo vantajoso, meios 212 para introduzir ou fornecer um gás inerte capaz de preencher o volume sob a tampa 205 com um gás inerte para evitar oxidação da peça de metal 202 durante operações de revestimento.
[0048] A tampa 205 é presa, de modo vantajoso, à plataforma giratória 201. Os meios de fixação são preferencialmente amovíveis. Os meios de fixação amovíveis
7/9 referem-se a meios de fixação que podem ser retraídos, liberados, pelo menos parcialmente e de modo muito simples, em poucos segundos. A tampa é, assim, de modo vantajoso, centralizada sob a plataforma giratória e é presa em posição por usar, por exemplo, “prendedores instantâneos” ou um sistema de preensão porcaparafuso.
[0049] Em uma modalidade vantajosa, um sistema de vedação complementar é fornecido, por exemplo, um anel em O ou uma vedação compressível entre a plataforma giratória 201 e a tampa 205.
[0050] Em uma modalidade vantajosa, a abertura 206 é encaixada ao dispositivo do tipo bandeja telescópica 207 também visível na vista em perspectiva na Figura 3. A bandeja telescópica 207 fecha a abertura 206 de modo vantajoso, exceto no orifício 208 que é menor que a abertura 206.
[0051] A bandeja telescópica 207 no exemplo mostrado é do tipo bidimensional; que, assim, compreende um primeiro conjunto de placas deslizantes 209 pelas quais o orifício 208 pode ser disposto ao longo da primeira direção correspondendo ao eixo de x, e um segundo conjunto de placas deslizantes 210 pela qual o orifício 208 pode ser disposto ao longo da segunda direção correspondendo ao eixo de y. O orifício 208 pode ser, assim, disposto sobre praticamente a totalidade da superfície definida pela bandeja telescópica 207 - a zona de disposição do orifício 208 que é limitado na margem da bandeja telescópica 207 pela largura das placas deslizantes usadas.
[0052] Na invenção, um bocal 211 é colocado na abertura 206, particularmente no orifício 208 quando a bandeja telescópica 207 é instalada. A cabeça do bocal 211 é capaz de emitir um feixe de laser ou um feixe de elétrons. Quando colocado no orifício 208 é posicionado a uma distância de projeção ideal 214 e causa o movimento do primeiro conjunto de placas deslizantes 209 e do segundo conjunto de placas deslizantes 210 ao longo das direções x e y; a cabeça do bocal 211 é, assim, capaz de mover sobre praticamente a totalidade da área definida pela bandeja telescópica 207.
[0053] No processo de acordo com a invenção, a primeira porção de metal 203 é
8/9 colocada voltada na direção à abertura 206, e no exemplo mostrado, voltada na direção do orifício 208. A liberdade do movimento dado ao bocal 211 devido à presença da bandeja telescópica 207 possibilita o revestimento da totalidade da primeira peça de metal 203, sem ter que dispor da dita primeira peça de metal 203; a mesma é presa à plataforma giratória 201. O bocal 211 pode, assim, seguir um deslocamento que corresponde a uma trajetória de revestimento determinada anteriormente.
[0054] Em uma outra modalidade, é planejado que a peça de metal a ser revestida possa ser móvel também. O deslocamento do bocal em relação à peça de metal a ser revestida em relação ao deslocamento está assim: ou o bocal está sozinho para se mover livremente; ou a peça de metal a ser revestida também está livre para se mover de modo a completar as operações de revestimento.
[0055] Uma vez que a primeira porção de metal 203 for revestida, a segunda porção de metal 204 é revestida. Isso é feito separando-se a plataforma giratória 201 da tampa 205, por exemplo, afrouxando-se os meios de fixação da tampa 205 sobre a plataforma giratória 201. A plataforma giratória 201 é, então, girada em relação à tampa 205 de modo que a segunda peça de metal 204 seja conduzida de modo a ficar voltada para o orifício 208. Quando a segunda porção 204 estiver na posição a ser revestida, a plataforma giratória 201 é presa à tampa 205 mais uma vez.
[0056] É possível que um pouco do gás inerte escape quando a plataforma giratória 201 e a tampa 205 estiverem separadas. Mas mesmo que uma perda ocorra, é insignificante e o espaço dentro da tampa 205 é rapidamente saturado mais uma vez com gás inerte por ativar os meios de entrada do gás 212.
[0057] Em algumas modalidades, existem vazamentos 213 na cabeça do bocal 211 quando a cabeça do bocal é posicionada no orifício 208. Esses vazamentos ocorrem 213 devido à necessidade de deixar algum espaçamento entre a cabeça odo bocal 211 e o orifício 208, particularmente de modo que o bocal possa ser girado, por exemplo, sobre o eixo de z, perpendicular ao plano definido pela bandeja telescópica 207. Nesse caso, o espaçamento está tipicamente entre um e dez milímetros.
9/9 [0058] Assim, de modo vantajoso, a taxa de fluxo dos meios de admissão 212 do gás inerte, por exemplo, argônio que tem alta densidade em relação ao ar, fornece entre cinco e vinte e cinco litros por minuto para compensar a perda do gás inerte devido aos vazamentos 213 e também para certificar que existe uma sobrepressão no volume dentro da tampa 205.
[0059] Em um exemplo particular da modalidade, o orifício 208 é encaixado em uma mangueira para reduzir vazamentos 213 enquanto permite um movimento livre satisfatório do bocal 211 para permitir a rotação do bocal.
[0060] A ferramenta 200 de acordo com a invenção pode ser usada para realizar uma operação para determinar trajetórias de revestimento que o bocal 211 deveria seguir para cada porção de metal a ser revestida, de modo simplificado, visto que essa operação pode ser realizada sob as mesmas condições de posição como as operações de revestimento. Desse modo, quando a peça de metal 202 é colocada sob a plataforma giratória 201, cada porção de metal é detectada por qualquer sensor apropriado chamado “apalpador”, para determinar defeitos nas porções de metal a serem revestidas. As trajetórias de revestimento a serem seguidas pelo bocal 211 são, assim, determinadas para cada porção de metal considerada.
1/3

Claims (14)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Processo para revestir uma peça de metal (202) de um turbojato de aeronave, em que a dita peça de metal (202) compreende uma pluralidade de porções de metal (203; 204) a serem revestidas, em que o dito processo usa um bocal (211) que emite um feixe de laser ou um feixe de elétrons que irá fundir um pó aspergido revestindo assim as ditas peças de metal (203; 204) a serem revestidas, o dito processo caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas diferentes:
    - colocar a peça de metal (202) que compreende a pluralidade de porções de metal (203; 204) a serem revestidas na posição em uma plataforma giratória (201);
    - colocar uma tampa (205) na posição sobre a plataforma giratória (201), em que a totalidade da dita peça de metal (202) é posicionada sob a dita tampa (205);
    - inserir o bocal (211) em uma abertura (206) presente na tampa (205);
    - introduzir um gás inerte sob a tampa (205);
    - revestir uma primeira porção (203) da pluralidade de porções de metal da peça de metal (202) mediante a realização de uma operação de aspersão de pó metálico, de uma operação de emissão de feixe de laser para revestir a dita primeira porção de metal (203) e uma operação de deslocamento relativo do bocal (211) em relação à dita primeira peça de metal (203) seguindo uma trajetória de revestimento predeterminada.
  2. 2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa adicional que consiste na fixação da tampa (205) sobre a plataforma giratória (201) de maneira estanque antes da etapa de introdução do gás inerte.
  3. 3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa adicional que consiste no encaixe de uma bandeja telescópica (207), na qual existe um orifício (208) dentro do qual o bocal (211) é inserido, na abertura (206) presente na tampa.
    2/3
  4. 4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas adicionais diferentes após a etapa de revestimento da primeira porção de metal (203):
    girar a plataforma giratória (201) em relação à abertura (206) da tampa (205) até que uma segunda porção de metal (204) da pluralidade de porções de metal a serem revestidas fique voltada para o bocal (211);
    - revestir a segunda porção de metal (204) da peça de metal (202).
  5. 5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa adicional que consiste na realização de uma operação de percepção das porções de metal (203; 204) a serem revestidas para determinar as trajetórias de revestimento do bocal (211), após a peça de metal (202) que compreende a pluralidade de porções de metal (203; 204) a serem revestidas ter sido colocada na posição sobre uma plataforma giratória (201).
  6. 6. Ferramenta (200) que tem a capacidade de implementar o processo conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, para revestir as porções de metal (203; 204) de uma peça de metal (202) para um turbojato de aeronave, em que o dito revestimento é realizado com o uso de um laser gerado por um bocal (211) que funde um pó para revestir as ditas peças de metal (203; 204), a ferramenta (200) caracterizada pelo fato de que compreende:
    - uma plataforma giratória (201) sobre a qual a peça de metal (202) é colocada;
    - uma tampa (205) colocada sobre a plataforma giratória (201) que cobre a totalidade da peça de metal (202) colocada sobre a plataforma giratória (201), em que a dita tampa (205) tem uma abertura (206) dentro da qual o bocal (211) é inserido para as operações de revestimento.
  7. 7. Ferramenta (220), de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que compreende uma bandeja telescópica (207) instalada na abertura (206) da tampa (205), com um orifício (208) no qual o bocal (211) é inserido.
  8. 8. Ferramenta (220), de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a bandeja telescópica (207) é uma bandeja telescópica bidimensional.
    3/3
  9. 9. Ferramenta (220), de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizada pelo fato de que o bocal (211) colocado no orifício (208) da bandeja telescópica (207) tem um espaçamento com o dito orifício (208) através do qual um gás inerte presente no espaço entre a tampa (205) e a plataforma giratória (201) pode escapar durante o revestimento.
  10. 10. Ferramenta (220), de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 ao 9, caracterizada pelo fato de que compreende uma mangueira flexível no orifício (208) na bandeja telescópica (207).
  11. 11. Ferramenta (220), de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 10, caracterizada pelo fato de que compreende meios de vedação entre a plataforma giratória (201) e a tampa (205).
  12. 12. Ferramenta (220), de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 11, caracterizada pelo fato de que compreende meios de fixação amovíveis entre a plataforma giratória (201) e a tampa (205).
  13. 13. Ferramenta (220), de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 12, caracterizada pelo fato de que a tampa (205) ou a plataforma giratória (201) tem meios (212) de introdução de um gás inerte.
  14. 14. Ferramenta (220), de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que o fluxo proveniente dos meios (212) de introdução do gás inerte é de entre cinco e cinquenta litros por minuto.
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    209
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