CN106052427A - 管壳式换热器 - Google Patents
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Abstract
本文所公开的是管壳式换热器,包括:具有圆柱体的外壳;安装为隔开外壳内部并设置有多个穿过其形成的管插入孔以便彼此面对的一对管板;以及分别焊接到彼此面对的管插入孔上以连接管板的多个管;并且进一步包括多个管接合构件,管接合构件具有的直径与管的直径相同,并且分别插入到管板的管插入孔中,以及通过将具有长的长度的焊丝切割成具有指定长度的件,并且将件弯曲成环形来制造的多个塞环线,并插入到管两端的外圆周中,其中与管插入孔在外圆周表面上间隔开指定距离的环形管板槽形成在管板的每个面对表面上以便形成接合部,并且管的端部与管接合构件和接合部一起通过使用塞环线作为焊料由插入每个管接合构件中的焊枪而焊接到相应的管板上。
Description
技术领域
本发明涉及管壳式换热器,其中不同的流体引入到管侧和外壳侧中并从其排放,以便彼此进行热交换。
背景技术
管壳式换热器包括两个管板以及连接所述管板的多个管,并构造成由圆柱体,即外壳包围。该管壳式换热器用于各种类型的热交换,例如加热、冷却、冷凝、蒸发等。
通常,管壳式换热器配置为使得不同的流体引入到管侧和外壳侧并从其排放,并且在管侧的流体和外壳侧的流体进行热交换,如在图1中示例性所示的。因为在外壳侧的流体移动路径,在外壳侧的流体引入到外壳侧入口(S-S-I)中,曲折通过形成在外壳中的多个挡板30,并通过外壳侧出口(S-S-O)排放到外部。管10焊接到设置在外壳两侧的管板20上,以便防止管10中的流体和外壳中的流体混合。因为在管侧的流体移动路径,在管侧的流体引入到管侧入口(T-S-I)中,穿过外壳的内部引入到管10中,与外壳中的流体进行热交换,然后通过管侧出口(T-S-O)排放到外部。
在这里,为了防止在外壳侧和管侧的不同流体混合,穿过外壳内部的管10应完全与外壳内部隔绝,因此管10焊接到对称形成在外壳两侧上以彼此面对的两个管板20上。
作为现有技术文献(专利文献1),韩国专利登记号10-1298703公开了管壳式换热器的管板20和管10的焊接方法。即,如在图1中示例性所示的,多个管插入孔H形成在管板20上,并且在管10分别插入到管板20的管插入孔H且因此固定到管板20的情况下,管10是扩展的。之后,在管10和管板20之间进行管侧焊接,从而结合管10和管板20。在这里,管侧焊接是指焊接以防止引入到管10中并从其排放的流体渗透到管10和管板20之间的间隙中,并当管10和管板20结合时在外区域(即,接触引入到管侧并从其排放的流体的区域)执行焊接。
虽然管10是被扩展,然后进行管侧焊接,但在外壳侧的管板20和管10不完全彼此接触,其间产生了微小的间隙,由于通过间隙的腐蚀在管10中形成了裂纹。为了克服这样的问题,管槽12和管板槽22分别形成在管板20上。当管10扩展时,管槽12接收管10的指定部分并因此用于增加结合力,而且管板槽22用于促进外壳侧焊接。
管槽12形成在管板20的管插入孔H的内表面上,并且在管10插入到该管插入孔H中然后扩展时允许管10与管板20更紧密地结合。此后,进行外壳侧的焊接。外壳侧焊接是指焊接以防止引入到外壳侧中的流体渗透到管10和管板20之间的间隙中,从而防止在管10中产生裂纹以及由于流体而腐蚀管10,并当管10和管板20结合时在内区域(即,接触引入到外壳侧并从其排放的流体的区域)执行焊接。管板槽22形成在管板20的内表面上,并且使用焊枪T进行外壳侧焊接。管10,即基体材料直接由焊枪T焊接到管板20的外侧处的管板下端接合部23上。
在这里,管板槽22形成在管板20的侧表面上的原因在于,在外壳侧焊接期间,没有必要加热管板20的整体,而只可加热形成在管板槽22处的管板下端接合部23以实现焊接。由于管10的厚度约为1.5-2mm,如果由管板槽22所形成的管板下端接合部23具有与管10相同的厚度,虽然焊接可通过仅局部加热管板下端接合部23而不通过加热管板20的整体来进行,从而减少了焊接所需的热量消耗,由此提高了焊接效率。此外,形成在管板20的侧表面上的管板槽22与管10插入其中的管插入孔H隔开预定的距离,并形成围绕管插入孔H的圆弧状。
分别进行管板20和管10的内侧之间的焊接以及管板20和管10的外侧之间的焊接,即管板20和管10之间的管侧(外侧)焊接和外壳侧(内侧)焊接,并且在这里,可首先进行管侧(外侧)焊接和外壳侧(内侧)焊接中的任一项。
但是,在现有技术文献(专利文献1)中,在外壳侧的焊接过程中,管10通过焊枪T直接焊接到在管板20的外部处由管板槽22形成的管板下端接合部23,在这种情况下,几十到几百个管10焊接到管板20的外壳侧上。因此,管10直接焊接在管板20的外侧上是可取的,但为了将多个管10焊接到管板20上,就很难保证有空间使焊枪T进入管板20中,并且从而产生了其中不能焊接的区域。也就是说,为了使用焊枪T将管10的外侧直接焊接在管板20的外壳侧上,位于管板20的边缘区域的管10的焊接是可能的,但当其它相邻管10或位于管板20的中心区域的其它管10焊接到管板20上时,发生了管10和管10之间的干扰,因此焊接是困难的,焊接效率降低并且完全的焊接操作是困难的。
作为另一现有技术文献(专利文献2),描述了韩国专利公开号10-2013-0081440。即,如在图2中示例性所示的,为了防止由于在外壳侧的流体渗入到管10和管板20之间的间隙中而在管10中产生裂纹和腐蚀,在外壳侧焊接期间通过将焊枪T插入管10中进行焊接W。焊枪T插入到管10中,焊接热首先施加到管10,即基体材料上,并经由管10间接地传输到由板槽22形成的管板下端接合部23,从而执行在管10和管板20的管板下端接合部23之间的焊接。
在这里,焊枪T插入到管10中执行焊接的原因在于,如果插入到管板20中的多个管10直接使用焊枪T焊接在外壳侧的外部上,则对于焊枪T来说难以进入管10和管10之间的狭窄空间中,即使使用焊枪T进行焊接,仍可产生缺陷,因此焊枪T插入到管10中进行焊接。
另外,分别进行管板20和管10的内侧之间的焊接以及管板20和管10的外侧之间的焊接,即管板20和管10之间的管侧(外侧)焊接和外壳侧(内侧)焊接,并且在这里,可首先进行管侧(外侧)焊接和外壳侧(内侧)焊接中的任一项。
在图2所示的现有技术文献(专利文献2)中,在外壳侧焊接期间,焊枪T插入到管10中以在管10插入到管板20中的情况下执行焊接。然而,因为焊枪T的焊接热不直接传送给焊接到管10的外圆周表面上的管板20的管板下端接合部23,而是焊接热量经由管10间接传递到管板20的管板下端接合部,由于焊接热量难以精确传递到管板下端接合部23,则可能在管10中产生裂纹和焊接缺陷,因此降低了生产率。
另外,在上述常规的现有技术中,因为管槽12形成在管板20上,并且当管10扩展时,管10的指定部分插入管槽12中以增加结合力,管槽12应单独地形成在管板20上,需要扩展管10的处理,因此增加了制造成本。
为了解决这样的问题,由本申请人提出了题为“外壳和管的焊接方法”的韩国专利登记号10-1359778的另一现有技术文献(专利文献3)。然而,除了上述的现有技术文献之外,专利文献3仍然存在问题,例如由于窄空间的限制,通过仅在基体材料之间焊接的可能性导致不使用焊条,不可能获得最好的焊接质量;而且还存在氧化或硝化和由于长时间使用的腐蚀问题。
发明内容
技术问题
因此,本发明已考虑到上述问题而作出,本发明的目的是提供管壳式换热器,其中可使用焊条以便获得最佳的焊接质量,从而克服例如氧化或硝化和由于长时间使用的腐蚀问题,与由于狭窄的空间限制而难以使用焊条的常规方法不同。
本发明的目的并不限于如上所述的目的,上面未提到的其它目的将从下面的描述中变得对于本领域技术人员显而易见。
技术方案
根据本发明的方面,上述和其它目的可通过提供管壳式焊接方法来完成,该焊接方法用于将管焊接到穿过管壳式换热器的管板形成的管插入孔,该管壳式换热器配置为使得不同的流体引入到管侧和外壳侧中并从其排放,以便彼此进行热交换,该管壳式焊接方法包括形成环状的管板槽,与所述管插入孔在外壳侧处的管板的一个表面上在外圆周方向上间隔开指定的距离,以便形成管板槽和管插入孔之间的接合部,将管接合构件插入管板的管插入孔中,具有圆柱形的所述管接合构件的长度短于管板的管插入孔的长度,并且直径与管的直径相同,通过将具有长的长度的焊丝作为裸焊条切割成具有指定长度的件来制造塞环线,以及将所述件弯曲成具有比管直径更大的直径的环形,以便插入到管的外圆周中,将该塞环线插入到管一端的外圆周中,在一个方向上将管的一端插入到管板中,使得所述管的一端接触管接合构件的一端,其面对所述管的一端并且位于管板槽的凹陷距离范围内,同时塞环线接触形成在管板槽和管插入槽之间的接合部,通过在管侧焊接管接合构件的另一端到管板的另一表面而执行管侧焊接,并且通过将焊枪插入到管接合构件中执行外壳侧焊接,并因此使用该塞环线作为焊料在外壳侧处将管接合构件的一端、管的一端和该接合部焊接到管板的一个表面上,其中,在管接合构件的插入中,所述管接合构件插入到管板的管插入孔中,使得该管接合构件的另一端位于在管侧处的管板的另一表面上,并且管接合构件的一端位于管板槽的凹陷距离范围内,并且在外壳侧焊接中,如果在管接合构件的一端和管的一端在管板的管板槽的距离范围内彼此接触的情况下焊枪插入到管接合构件中,焊接热量直接传递到在管接合构件的一端和管的一端之间的接触区域,并通过接触间隙传递到管板的接合部,接触管板的接合部的塞环线熔融,因此使用该塞环线作为焊料将该管接合构件的一端和所述管的一端焊接到管板的接合部上。
有益效果
在根据本发明的管壳式换热器中,在具有相同直径的管接合构件和管插入到通过管壳式换热器的管板形成的每个管插入孔中并彼此接触的情况下,焊枪插入到管接合构件来执行焊接,因此焊枪可容易地接近焊接目标,特别是焊接目标,即管板、管接合构件和管同时由来自焊枪的焊接热量直接加热,并且使用塞环线作为焊料来焊接,从而可进行精确焊接,可获得最佳的焊接质量,并且也可克服例如氧化或硝化和由于长时间使用的腐蚀等问题,从而改善耐久性和可靠性。
附图说明
本发明的上述和其它目的、特征和其它优点将结合附图从下面的详细描述中更清楚地理解,其中:
图1是示出了常规的管壳式换热器的剖面图;
图2是示出了另一常规的管壳式换热器的剖面图;
图3是示出了根据本发明的管壳式换热器的示意图;
图4是示出了根据本发明的管壳式换热器的制造过程中管板槽的形成和管接合构件的插入的剖面图;
图5是示出了根据本发明的管壳式换热器的制造过程中制造塞环线的示意图;
图6是示出了根据本发明的管壳式换热器的制造过程中塞环线的插入的剖面图;
图7是示出了根据本发明的管壳式换热器的制造过程中管的插入的剖面图;
图8是示出了根据本发明的管壳式换热器的制造过程中焊枪插入到管接合构件中的状态的剖面图;
图9是示出了使用图8的实施方式中的焊枪的管侧和外壳侧的焊接状态的剖面图;以及
图10至12是示出了图3的实施方式中的相对管板的管侧和外壳侧的焊接处理的剖面图。
具体实施方式
在下文中,参照附图,将详细说明根据本发明的管壳式换热器(管壳式焊接方法)的优选实施方式。
在根据本发明的管壳式换热器中,如在图3中示例性示出的,包括外壳1,具有圆柱体;安装为隔开外壳1内部并设置有多个管插入孔110以便彼此面对的一对管板100;以及分别焊接到彼此面对的管插入孔110上以连接管板100的多个管300;并且可进一步包括管接合构件200和塞环线400。管板100包括:管插入孔110;管板槽120;接合部130。并且管接合构件200和管300插入到管板100的管插入孔110中,并通过焊接与管板100结合。
根据本发明的管壳式换热器配置为使得不同的流体引入到管侧和外壳侧中并从其排放,以便与彼此进行热交换,如在图3中示例性示出的。由于穿过外壳侧内部的管300应与外壳侧内部完全隔绝,以防止在外壳侧和管侧的不同流体混合,管300焊接到一对对称地形成并彼此面对的管板100上,以便从外壳侧密封所述管侧。
如在图3中示例性示出的,所述管插入孔110穿过管板100形成,并且所述环形管板槽120与管插入孔110在外圆周表面上间隔开指定的距离。在此,管板槽120和管插入孔110的间隔距离用作接合部130,并且接合部130和管300的一端通过焊接相结合,管300的一端接触管接合构件200的一端,这将在后面描述。
形成与管板100的管插入孔110在外圆周表面上间隔开指定距离的环形管板槽120的原因在于,焊接可通过仅局部加热由管板槽120形成的接合部130而不用加热管插入孔110的整体来进行,因此可减少焊接所需的热量消耗,并且可提高焊接效率。另外,因为管300的厚度约为1.6mm,如果在管插入孔110和管板槽120之间形成的接合部130具有与管200相同的厚度,则可进一步提高焊接效率。
形成管插入孔110,以便于穿过各管板100的一个表面与另一表面。在这里,一个表面是指各管板100彼此面对的内表面,即外壳侧,而另一表面是指各管板100与内表面相反的外表面,即管侧。因此,管板槽120和接合部130形成在管板100的外壳侧上。
具有圆柱形的管接合构件200插入到管板100的管插入孔110中,如在图3,4和6中示例性示出的,该圆柱形的直径与管300的直径相同。插入到管插入孔110中的管接合构件200的一端位于外壳侧(一侧)上,即彼此相对的各管板100的内侧,并且管接合构件200的另一端位于管侧(另一侧)上,即各管板100与内侧相反的外侧。
在这里,只有管接合构件200的一端和管300的一端在接合部130的长度内接触时,该长度是管板槽120与管板100的管插入孔110间隔开的凹陷距离,才可使用焊枪T将管接合构件200和管300焊接到接合部130上,这将在后面描述。因此,管接合构件200的长度可设定为小于管板100的管插入孔110的长度。也就是说,管接合构件200配置为使得所述管接合构件200的一端接触管300的一端,并位于管板槽120的凹陷距离范围内,而且管接合构件200的另一端与管插入孔110的另一端相一致。
管300焊接到一对管板100上,其对称地形成以便彼此面对,通过换热器的外壳侧的内部,并且是密封的以便与外壳侧的内部完全隔绝,如在图3,4和6-12中示例性示出的,从而防止了在外壳侧和管侧的不同流体混合。管300的一端插入到管板100的管插入孔110中,使得该管300的一端接触管接合构件200的一端,并位于管板槽120的凹陷距离范围内,而且管300的一端、所述管接合构件200的一端和管板100的接合部130通过使用焊枪T焊接结合,这将在后面描述。
另外,因为管300焊接到一对管板100上,一对管板100对称地形成以便彼此面对,管300首先焊接到一个管板100上,如图3,4和5-9中示例性示出的,然后通过相同的方法焊接到另一管板100上,如图10-12中示例性示出的。
在这里,当管接合构件200、管板100的接合部130和管300焊接时,如果只有基体材料焊接,则可能不会获得最好的焊接质量,而且可导致例如氧化或硝化和由于长时间使用的腐蚀等问题。为了克服这些问题,根据本发明的管壳式换热器可提供新方法,其中可在管壳焊接期间即使在狭窄的空间内使用焊料。也就是说,如图5-9中示例性示出的,使用塞环线400。
提供了多个塞环线400,如图5中示例性示出的,塞环线400通过将具有长的长度的焊丝400'切割成具有指定长度的件,然后将所述件弯曲为环形来制造。焊丝400'是裸焊条,即未涂覆的焊条,而且大量的塞环线400预先通过从卷筒(未示出)拆卷焊丝400'并将拆卷的焊丝400'切割成指定长度的件来制造。所制造的塞环线400在管300插入管板100的管插入孔110之前插入管300一端的外圆周中,如图6中示例性示出的。此后,当管300插入到管板100的管插入孔110中时,塞环线400接触接合部130,如图7和8中示例性示出的。
由此,如图8和9中示例性示出的,管300的一端插入到管板100的管插入孔110中,以便接触管接合构件200的一端,并同时位于管板槽120的凹陷距离范围内,并且管300的一端、管接合构件200的一端和管板100的接合部130通过使用塞环线400作为焊料并由焊枪T焊接在一起。
另外,因为管300焊接到一对管板100上,其对称地形成以便彼此面对,管300首先焊接到一个管板100上,如图3-9中示例性示出的,然后通过相同的方法使用塞环线400作为焊料焊接到另一管板100上,如图10-12中示例性示出的。
如上所述,在根据本发明的管壳式换热器中,焊枪T插入到管接合构件200中,以在具有相同直径的管接合构件200与管300插入到穿过管板100形成的管插入孔110中并彼此接触的情况下执行焊接,因此焊枪T可很容易地接近焊接目标,特别是,对于焊接目标来说,即管板100、管接合构件200与管300同时由来自焊枪T施加的焊接热量直接加热和焊接,从而可进行精确焊接,可获得最好的焊接质量,而且可克服例如氧化或硝化和由于长时间使用的腐蚀问题,从而提高耐久性和可靠性。
在这里,当焊枪T插入到管接合构件200中以在管300的一端与管接合构件200的一端在管板槽120的凹陷距离范围内接触的条件下施加焊接热时,焊接热不仅直接传递给在管接合构件200的一端和管300的一端之间的接触区域,而且也直接传递给由管板槽120穿过接触间隙形成的管板100的接合部130,管接合构件200的一端和管300的一端焊接到管板100的接合部130上,并且同时塞环线400熔融并因此在焊接后形成焊缝金属,如图9中示例性示出的。
在下文中,将参照附图详细说明根据本发明的管壳式换热器的制造过程。
如图4中示例性示出的,管插入孔110首先通过管板100形成,并且与管插入孔110在外圆周方向上间隔开指定距离的环形管板槽120形成在管板100的一个表面上。
在这种管板槽的形成中,从管板槽120到管插入孔110的间隔距离变成了接合部130的厚度,而且所述管板槽120的凹陷距离变成了接合部130的长度。管板100的接合部130通过使用塞环线400作为焊料由焊枪T焊接到管接合构件200的一端和管300的一端上,这将在后面描述。
此后,如图4中示例性示出的,具有圆柱形的管接合构件200插入到管板100的管插入孔110中,该圆柱形具有与管300的直径相同的直径。
此后,如图5中示例性示出的,具有要插入到管300的外圆周中的环形的线400通过将具有长的长度的焊丝400'切割成指定长度的件,然后将所述件弯曲成环形来制造。虽然塞环线的制造是在这个过程中管接合构件插入之后进行的,但大量的塞环线400可在任何时候制造,无论操作顺序如何。
所制造的塞环线400插入管300的一端的外圆周中,如图6中示例性示出的。
此后,如图7中示例性示出的,管300的一端在一个方向上插入到管板100中,使得设置有塞环线400的管300的一端接触面对管300的一端的管接合构件200的一端,并且位于管板槽120的凹陷距离范围内。在这里,所述塞环线400处于与管板100的接合部130接触的状态。
在管接合构件插入和管插入中,因为管板槽120的凹陷距离范围是由焊枪T焊接的范围,如果管接合构件200的一端和管300的一端插入管插入孔110中,并在与管板100的管插入孔110间隔开的管板槽120的凹陷距离范围内接触,则由管板槽120形成的接合部130、管接合构件200的一端和管300的一端通过使用塞环线400作为焊料并由插入到管接合构件200中的焊枪T的焊接热而焊接在一起。
此后,如图8和9中示例性示出的,管侧焊接,其中所述管接合构件200的另一端焊接到管板100的另一表面上,并且外壳侧焊接,其中所述焊枪T插入到管接合构件200中,因此进行管接合构件200的一端和管300的一端使用塞环线400作为焊料而焊接到管板100的一个表面上。在这里,可首先进行管侧焊接和外壳侧焊接中的任一项。
此外,如图8和9中示例性示出的,在外壳侧焊接中,焊枪T通过插入到管板100的管插入孔110中的管接合构件200的另一端插入到该管接合构件200中。虽然焊枪T可通过接触管接合构件200的一端的管300的另一端插入到管接合构件200中,但在这种情况下,焊枪T应当插入对应于管300的长度的距离,焊枪T的插入长度过度的增加,因此焊枪T可通过管接合构件200的另一端插入到管接合构件200中。
参考图4-9的以上描述涉及管300焊接到一对装在管壳式换热器中的管板100中的一个,并且管300可通过相同的方法焊接到管板100的另一个上,如图10-12中示例性示出的。
图10示出了管插入孔110和管板槽120形成在另一管板100上以及管接合构件200插入该管插入孔110中。图11示出了焊枪T插入管接合构件200中的状态,并且在外壳侧焊接中,焊枪T可通过插入到管板100的管插入孔110中的管接合构件200的另一端插入到管接合构件200中,即通过具有焊枪T的较短插入距离的端部。图12示出了通过焊枪T的管侧焊接和外壳侧焊接,并且可首先进行管侧焊接和外壳侧焊接中的任一项。
使用根据本发明的管壳式焊接方法的焊接状态由焊接侧W表示,并基本上在图9中示出。也就是说,如图9中示例性示出的,不同于仅由狭窄的空间限制的基体材料的常规焊接,除了基体材料,焊接可使用塞环线400作为焊料进行,并因此可获得最佳的焊接质量,并且可克服例如氧化或硝化和由于长时间使用的腐蚀问题,从而提高耐久性和可靠性。
虽然为了说明的目的已公开了本发明的优选实施方式,但本领域技术人员将理解,各种修改、增加和替换都是可能的,而不脱离如所附权利要求公开的本发明的范围和精神。
工业实用性
本发明适用于管壳式换热器,其中焊接目标,即管板、管接合构件和管可同时由来自焊枪的焊接热直接加热,并使用塞环线作为焊料来焊接,因此可进行精确焊接,可获得最佳的焊接质量,并且能够克服例如氧化或硝化和由于长时间使用的腐蚀的问题,以便改善耐久性和可靠性。
Claims (1)
1. 管壳式换热器,包括:外壳,其为圆柱体,配置为使得不同的流体引入到管侧和外壳侧中并从其排放,以便彼此进行热交换;一对管板,其安装为隔开外壳内部并设置有多个穿过其形成的管插入孔以便彼此面对;以及多个管,其分别焊接到彼此面对的管插入孔上以连接管板,所述管壳式换热器进一步包括:
多个管接合构件,其具有圆柱形,且其长度短于管板的管插入孔的长度,并且直径与管的直径相同,并且分别插入到管板的管插入孔中;以及
多个塞环线,通过将具有长的长度的焊丝作为裸焊条切割成具有指定长度的件并将该件弯曲成环形来制造的塞环线,该塞环线具有比管直径更大的直径,以便插入到管两端的外圆周中,其中:
与管插入孔在外圆周表面上间隔开指定距离的环形管板槽形成在管板的每个面对表面上,因此接合部形成在管板槽和管插入孔之间;
管的两端插入到管板的彼此面对的管插入孔中,使得管的两端接触面对管的端部的各管接合构件的一端,并位于管板槽的凹陷距离范围内,同时塞环线接触接合部,并且管的端部与管接合构件和接合部一起通过使用塞环线作为焊料并由插入每个管接合构件中的焊枪焊接到相应的管板上;
每个管接合构件插入管板的每个管插入孔中,使得管接合构件的一端接触插入到管板的彼此面对的每个管插入孔中的管,并位于管板槽的凹陷距离范围内,而且管接合构件的另一端与管插入孔的前端相一致;以及
如果在管的两端和各管接合构件的一端在管板的管板槽的距离范围内接触的情况下焊枪插入到管接合构件中,则焊接热量直接传递到在各管接合构件的一端和管的两端之间的接触区域,并通过接触间隙传递到管板的接合部,接触管板的接合部的塞环线熔融,因此使用塞环线作为焊料将各管接合构件的一端和所述管的两端焊接到管板的接合部上。
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