CN108896476B - 一种异种钢材焊接接头耐大气腐蚀性能的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种异种钢材焊接接头耐大气腐蚀性能的评价方法,采用与自然大气环境拟合性较好的周期浸润腐蚀试验作为加速手段,配置试验溶液:(0.3~0.6)%NaCl+(0.15~0.55)%Na2SO4+(0.4~0.7)%Na2CO3+(0.3~0.6)%(NH4)2NO3混合溶液+(0.2~0.5)g/L FeCl3作为模拟典型大气环境的加速腐蚀溶液,其中FeCl3为强氧化剂,具有明显加速效果,通过调节pH值,可以模拟pH值为6.5~7.2普通大气和pH值为3.0~6.0污染大气。本发明表征耐蚀性方法简单易于操作,测量腐蚀前后试样厚度,计算耐腐蚀性能表征数值,从而评价异种钢材耐大气腐蚀性能,真实可靠。对周期浸润加速腐蚀试验后的异种钢材焊接接头耐大气腐蚀性进行评价,充分考虑了两侧母材耐蚀性有强弱差距以及电偶腐蚀的特点,分段指出两种标准,提高了评价指标的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及腐蚀性能评价领域,尤其涉及一种异种钢材焊接接头耐大气腐蚀性能的评价方法。
背景技术
近年来,工程结构中由于节约成本或者力学性能要求的角度,需要对异种钢材进行焊接,由于异种钢材的组织、成分等性质存在差异,加上焊接热循环对异种钢材临近焊缝区的母材和热影响区等产生的影响效果不同,从而在实际服役中会发生异种钢材接触腐蚀的现象,从确保腐蚀寿命方面考虑,确保焊接接头的耐腐蚀性能是非常重要的。目前针对同种母材的焊接接头耐蚀性评价有一些方法,快速有效地评价异种钢材焊接接头耐大气腐蚀性能的方法却没有。
TB/T 2374-1993《铁路车辆用耐候钢焊条、焊丝》中规定:在TB/T 2375-1993规定的试验条件下,焊接材料的熔敷金属的腐蚀速率不得超过母材的10%,这一指标符合等强度原理即二者的腐蚀速率相当。该方法仅为对焊接材料的筛选,无法对焊接接头整体进行评价,并且该方法仅考虑了焊材与母材的匹配性问题,并未考虑到焊接接头中热影响区这一薄弱环节。
申请号为201110126450.1的专利文件公开了一种“焊缝抗腐蚀性能测试评价方法”,通过利用恒电位/恒电流仪对焊接接头试样进行电化学测试,测试热影响区和母材的腐蚀深度,利用热影响区和焊缝金属相对母材的腐蚀深度比值来表征其耐腐蚀性能。缺点是该方法采用的测试介质是3.5%NaCl溶液以及浓度为0.7%CH3COOH,该介质并不能根据焊接接头的实际服役环境进行模拟;耐腐蚀性能表征公式仅针对的是同种母材的焊接试样。
申请号为201510752079.8的专利文件公开了“一种基于电位测试技术评价焊接接头腐蚀性能的方法”,根据服役环境配置合适的腐蚀溶液,滴落一滴腐蚀液,利用搭建的电化学试验装置测量焊缝、母材和热影响区的电位,通过计算三者区域之间的电位差来评价焊接接头腐蚀的难易程度,从而判断选取的焊材和焊接工艺参数是否符合耐蚀性的要求。该方法的弊端是滴落的液滴面积很难保证大小一致,从而造成误差,并且如果热影响区面积很小,很难控制液滴恰好完全位于热影响区内。该方法同样也是针对的同种母材的焊接试样。
申请号为201380010894.6的专利文件公开了一种“耐异种金属接触腐蚀性优异的钢材和焊接接头”该方法对焊接接头进行盐水喷雾试验,试验周期为90天,除去腐蚀产物后测焊缝金属与两侧母材的腐蚀高度差,将这两个高度差作为评价异种母材焊接接头腐蚀性能的指标。存在的问题是加速腐蚀试验溶液成分单一无法对真实大气环境进行模拟,而且试验时间较长需要开展90天;另外该评价标准是以专利中NO.1的平均腐蚀量作为100的相对值来表示,评价指标有局限性;并且相对腐蚀量只考虑焊缝和母材,忽略了热影响区这一关键部位。
上述三项专利前两项是通过电化学手段,评价同种母材焊接接头的耐腐蚀性能,第三种方法针对盐水喷雾腐蚀试验后异种母材焊接接头进行评价,该方法加速腐蚀试验溶液成分单一无法模拟复杂的大气环境,并且评价指标具有局限性。综上所述利用上述方法均无法客观地评价异种钢材的焊接接头耐大气腐蚀性能,因此急需开发一种能够评价异种钢材焊接接头耐大气腐蚀性能的评价方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种异种钢材焊接接头耐大气腐蚀性能的评价方法。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案实现:
一种异种钢材焊接接头耐大气腐蚀性能的评价方法,具体包括如下步骤:
1)制备试样:将异种钢材焊接接头试样进行抛光、清洗,测量焊接接头试样原始厚度为H0;
2)加速腐蚀试验:采取周期浸润腐蚀试验方式,试验时间:240h以上;环境条件:浸泡温度T=35℃~50℃,烘烤温度T=35℃~50℃,湿度为65%RH~85%RH;试验周期为30min~60min,其中浸泡时间:15min~45min、烘烤时间:10min~25min。虽然大气本身并不是一个很严重的腐蚀环境,但由于我国地域辽阔,地理环境复杂,加上我国开放逐步从沿海向内陆扩展,现代工业排放的废气(NOx和SOx等)进入空气,这些具有腐蚀性的气体与大气混合后,使得大气中的污染物迅速增长,因此本试验溶液为:0.3wt%~0.6wt%NaCl、0.15wt%~0.55wt%Na2SO4、0.4wt%~0.7wt%Na2CO3和0.3wt%~0.6wt%(NH4)2NO3的混合溶液+0.2~0.5g/L FeCl3,其中的FeCl3中的三价铁离子具有氧化性,加入FeCl3作为氧化剂具有明显加速效果。采用盐酸调整溶液pH,模拟自然大气气氛的溶液pH值为6.5~7.2,模拟工业污染大气气氛的溶液pH值为3.0~6.0;
3)腐蚀深度测量:加速腐蚀试验后清理试样表面腐蚀产物,分别测量焊缝区、两侧母材和两侧热影响区共5个区域的厚度,每个区域测量至少10个位置的厚度、并计算其平均值作为该区域的腐蚀后的厚度值;记为腐蚀后焊缝平均厚度HF、母材A的平均厚度HA,母材A侧热影响区的平均厚度Ha,母材B的平均厚度HB,母材B侧热影响区的平均厚度Hb;则加速腐蚀试验后:
焊缝腐蚀深度=H0-HF
母材A腐蚀深度=H0-HA母材A侧热影响区腐蚀深度=H0-Ha
母材B腐蚀深度=H0-HB母材B侧热影响区腐蚀深度=H0-Hb;
4)评价指标:①如果焊缝腐蚀深度H0-HF大于其他四个位置的腐蚀深度:说明焊缝腐蚀严重,该种情况为大阴极小阳极会加速焊缝区的局部优先腐蚀,造成焊接接头部位报废,则直接判为焊接接头不合格;②如果焊缝区腐蚀深度H0-HF小于等于其他四个位置的腐蚀深度:规定耐蚀性较优一侧母材耐蚀性较差一侧母材如果满足上述两个公式,则表征为该异种钢材焊接接头耐蚀性好。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1)本发明采用与自然大气环境拟合性较好的周期浸润腐蚀试验作为加速手段,配置试验溶液:(0.3~0.6)%NaCl+(0.15~0.55)%Na2SO4+(0.4~0.7)%Na2CO3+(0.3~0.6)%(NH4)2NO3混合溶液+(0.2~0.5)g/L FeCl3作为模拟典型大气环境的加速腐蚀溶液,其中FeCl3为强氧化剂,具有明显加速效果,通过调节pH值,可以模拟pH值为6.5~7.2普通大气和pH值为3.0~6.0污染大气。
2)本发明表征耐蚀性方法简单易于操作,测量腐蚀前后试样厚度,计算耐腐蚀性能表征数值,从而评价异种钢材耐大气腐蚀性能,真实可靠。
3)对周期浸润加速腐蚀试验后的异种钢材焊接接头耐蚀性进行评价,充分考虑了两侧母材耐蚀性有强弱差距以及电偶腐蚀的特点,分段指出两种标准,提高了评价指标的准确性。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明:
一种异种钢材焊接接头耐大气腐蚀性能的评价方法,具体包括如下步骤:
1)制备试样:将异种钢材焊接接头试样进行抛光、清洗,测量焊接接头试样原始厚度为H0;
采用机械加工方式切割并磨光,焊缝区位于试样的中心,表面光洁度达到7级。进行热碱脱脂→热水清洗→冷水冲洗→去离子水清洗→酒精清洗→吹干。
2)加速腐蚀试验:采取周期浸润腐蚀试验方式,试验时间:240h以上;环境条件:浸泡温度T=35℃~50℃,烘烤温度T=35℃~50℃,湿度为65%RH~85%RH;试验周期为30min~60min,其中浸泡时间:15min~45min、烘烤时间:10min~25min;试验溶液:0.3wt%~0.6wt%NaCl、0.15wt%~0.55wt%Na2SO4、0.4wt%~0.7wt%Na2CO3和0.3wt%~0.6wt%(NH4)2NO3的混合溶液+0.2~0.5g/L FeCl3,采用盐酸调整溶液pH,模拟自然大气气氛的溶液pH值为6.5~7.2,模拟工业污染大气气氛的溶液pH值为3.0~6.0;
3)腐蚀深度测量:加速腐蚀试验后清理试样表面腐蚀产物,分别测量焊缝区、两侧母材和两侧热影响区共5个区域的厚度,每个区域测量至少10个位置的厚度、并计算其平均值作为该区域的腐蚀后的厚度值;记为腐蚀后焊缝平均厚度HF、母材A的平均厚度HA,母材A侧热影响区的平均厚度Ha,母材B的平均厚度HB,母材B侧热影响区的平均厚度Hb;则加速腐蚀试验后:
焊缝腐蚀深度=H0-HF
母材A腐蚀深度=H0-HA母材A侧热影响区腐蚀深度=H0-Ha
母材B腐蚀深度=H0-HB母材B侧热影响区腐蚀深度=H0-Hb;
4)评价指标:①如果焊缝腐蚀深度H0-HF大于其他四个位置的腐蚀深度:说明焊缝腐蚀严重,该种情况为大阴极小阳极会加速焊缝区的局部优先腐蚀,造成焊接接头部位报废,则直接判为焊接接头不合格;②如果焊缝区腐蚀深度H0-HF小于等于其他四个位置的腐蚀深度:通常异种母材焊接,选择焊缝材料时其耐蚀性会接近两种母材中耐蚀性好的一方,因此母材耐蚀性较差的一侧及其热影响区成为该焊接接头中薄弱的区域;规定耐蚀性较优一侧母材耐蚀性较差一侧母材如果满足上述两个公式,则表征为该异种钢材焊接接头耐大气腐蚀性较好,反之亦然。
实施例1:
本实施例提供一种异种钢材焊接接头耐大气腐蚀性能的评价方法,包括以下步骤:
1)制备试样:将Q420qENH/Q345qE异种母材埋弧焊工艺的焊接接头试样经机械加工并用磨床磨光成尺寸100mm*50mm*8mm,表面光洁度7级、焊缝位于试样中心。进行热碱脱脂→热水清洗→冷水冲洗→去离子水清洗→酒精清洗→吹干,测量焊接接头试样原始厚度H0=8.00mm。
2)加速腐蚀试验:根据Q420qENH/Q345qE桥梁钢异种母材焊接接头实际服役环境配置腐蚀溶液0.5wt%NaCl+0.35wt%Na2SO4+0.5wt%Na2CO3+0.5wt%(NH4)2NO3混合溶液+0.26g/LFeCl3,pH为7.2。采取周期浸润腐蚀试验方式,试验时间:240h,环境条件:浸泡温度T=45℃;烘烤温度T=45℃,湿度为70%RH,试验周期:浸泡时间:45min、烘烤时间:15min。
3)腐蚀深度测量:配置500mL去离子水+500mLHCl(浓度为36wt%-38wt%)+20g六次甲基四胺除去试样表面腐蚀产物,分别测量焊缝区、两侧母材和两侧热影响区共5个区域,每个区域测量10个位置的厚度、并计算其平均值作为该区域的腐蚀后的厚度值。记为腐蚀后焊缝平均厚度HF为7.87mm、母材A Q420qENH的平均厚度HA为7.85mm,母材A Q420qENH侧热影响区的平均厚度Ha为7.81mm,母材B Q345qE的平均厚度HB为7.58mm,母材B Q345qE侧热影响区的平均厚度Hb为7.43mm。焊缝腐蚀深度H0-HF=0.13mm,母材A Q420qENH腐蚀深度H0-HA=0.15mm,母材A Q420qENH侧热影响区腐蚀深度H0-Ha=0.19mm,母材B Q345qE腐蚀深度H0-HB=0.42mm,母材B Q345qE侧热影响区腐蚀深度H0-Hb=0.57mm。
实施例2:
本实施例提供一种异种钢材焊接接头耐大气腐蚀性能的评价方法,包括以下步骤:
1)制备试样:将EH36/09CuPCrNi异种母材气保焊工艺的焊接接头试样经机械加工并用磨床磨光成尺寸80mm*40mm*10mm,表面光洁度7级、焊缝位于试样中心。进行热碱脱脂→热水清洗→冷水冲洗→去离子水清洗→酒精清洗→吹干,测量焊接接头试样原始厚度H010.00mm。
2)加速腐蚀试验:根据EH36/09CuPCrNi异种母材焊接接头实际服役环境配置腐蚀溶液0.4wt%NaCl+0.35wt%Na2SO4+0.45wt%Na2CO3+0.6wt%(NH4)2NO3混合溶液+0.38g/LFeCl3,pH为6.8。采取周期浸润腐蚀试验方式,试验时间:240h,环境条件:浸泡温度T=40℃;烘烤温度T=40℃,湿度为75%RH,试验周期:浸泡时间:40min、烘烤时间:20min。
3)腐蚀深度测量:配置500mL去离子水+500mLHCl(浓度为36wt%-38wt%)+20g六次甲基四胺除去试样表面腐蚀产物,分别测量焊缝区、两侧母材和两侧热影响区共5个区域,每个区域测量10个位置的厚度、并计算其平均值作为该区域的腐蚀后的厚度值。记为腐蚀后焊缝平均厚度HF为9.89mm、母材A EH36的平均厚度HA9.88mm,母材A EH36侧热影响区的平均厚度Ha为9.87mm,母材B 09CuPCrNi的平均厚度HB为9.87mm,母材B 09CuPCrNi侧热影响区的平均厚度Hb为9.80mm。焊缝腐蚀深度H0-HF=0.11mm,母材A EH36腐蚀深度H0-HA=0.12mm,母材A EH36侧热影响区腐蚀深度H0-Ha=0.13mm,母材B 09CuPCrNi腐蚀深度H0-HB=0.13mm,母材B 09CuPCrNi侧热影响区腐蚀深度H0-Hb=0.20mm。
实施例3:
本实施例提供一种异种钢材焊接接头耐大气腐蚀性能的评价方法,包括以下步骤:
1)制备试样:将15MnNiCrMoV/1Cr13异种母材手工焊工艺的焊接接头试样经机械加工并用磨床磨光成尺寸80mm*40mm*6mm,表面光洁度7级、焊缝位于试样中心。进行热碱脱脂→热水清洗→冷水冲洗→去离子水清洗→酒精清洗→吹干,测量焊接接头试样原始厚度H0为6.00mm。
2)加速腐蚀试验:根据1Cr13/15MnNiCrMoV异种母材焊接接头实际服役环境配置腐蚀溶液0.3wt%NaCl+0.2wt%Na2SO4+0.5wt%Na2CO3+0.5wt%(NH4)2NO3混合溶液+0.48g/LFeCl3,pH为3.5。采取周期浸润腐蚀试验方式,试验时间:240h,环境条件:浸泡温度T=50℃;烘烤温度T=50℃,湿度为80%RH,试验周期:浸泡时间:20min、烘烤时间:10min。
3)腐蚀深度测量:配置500mL去离子水+500mLHCl(浓度为36wt%-38wt%)+20g六次甲基四胺除去试样表面腐蚀产物,分别测量焊缝区、两侧母材和两侧热影响区共5个区域,每个区域测量10个位置的厚度、并计算其平均值作为该区域的腐蚀后的厚度值。记为腐蚀后焊缝平均厚度HF为5.49mm、母材A 1Cr13的平均厚度HA为5.95mm,母材A 1Cr13侧热影响区的平均厚度Ha为5.92mm,母材B 15MnNiCrMoV的平均厚度HB为5.63mm,母材B 15MnNiCrMoV侧热影响区的平均厚度Hb为5.54mm。焊缝腐蚀深度H0-HF=0.51mm,母材A 1Cr13腐蚀深度H0-HA=0.05mm,母材A 1Cr13侧热影响区腐蚀深度H0-Ha=0.08mm,母材B 15MnNiCrMoV腐蚀深度H0-HB=0.37mm,母材B 15MnNiCrMoV侧热影响区腐蚀深度H0-Hb=0.46mm。
4)评价指标:焊缝腐蚀深度H0-HF=0.51大于其他四个位置的腐蚀深度:说明焊缝腐蚀严重,该种情况为大阴极小阳极会加速焊缝区的局部优先腐蚀,造成焊接接头部位报废,则判为焊接接头不合格。
实施例4:
本实施例提供一种异种钢材焊接接头耐大气腐蚀性能的评价方法,包括以下步骤:
1)制备试样:将S355J2G3/Q345R异种母材气保焊工艺的焊接接头试样经机械加工并用磨床磨光成尺寸100mm*30mm*10mm,表面光洁度7级、焊缝位于试样中心。进行热碱脱脂→热水清洗→冷水冲洗→去离子水清洗→酒精清洗→吹干,测量焊接接头试样原始厚度H010.00mm。
2)加速腐蚀试验:根据S355J2G3/Q345R异种母材焊接接头实际服役环境配置腐蚀溶液0.55wt%NaCl+0.4wt%Na2SO4+0.6wt%Na2CO3+0.35wt%(NH4)2NO3混合溶液+0.2g/LFeCl3,pH为4.8mm。采取周期浸润腐蚀试验方式,试验时间:240h,环境条件:浸泡温度T=40℃;烘烤温度T=40℃,湿度为85%RH,试验周期:浸泡时间:20min、烘烤时间:20min。
3)腐蚀深度测量:配置500mL去离子水+500mLHCl(浓度为36wt%-38wt%)+20g六次甲基四胺除去试样表面腐蚀产物,分别测量焊缝区、两侧母材和两侧热影响区共5个区域,每个区域测量10个位置的厚度、并计算其平均值作为该区域的腐蚀后的厚度值。记为腐蚀后焊缝平均厚度HF为9.85mm、母材A S355J2G3的平均厚度HA为9.85mm,母材A S355J2G3侧热影响区的平均厚度Ha为9.80mm,母材B Q345R的平均厚度HB为9.78mm,母材B Q345R侧热影响区的平均厚度Hb为9.69mm。焊缝腐蚀深度H0-HF=0.15mm,母材A S355J2G3腐蚀深度H0-HA=0.15mm,母材A S355J2G3侧热影响区腐蚀深度H0-Ha=0.20mm,母材B Q345R腐蚀深度H0-HB=0.22mm,母材B Q345R侧热影响区腐蚀深度H0-Hb=0.31mm。
实施例5:
本实施例提供一种异种钢材焊接接头耐大气腐蚀性能的评价方法,包括以下步骤:
1)制备试样:将10Ni2CrMoV/Q345异种母材埋弧焊工艺的焊接接头试样经机械加工并用磨床磨光成尺寸100mm*40mm*12mm,表面光洁度7级、焊缝位于试样中心。进行热碱脱脂→热水清洗→冷水冲洗→去离子水清洗→酒精清洗→吹干,测量焊接接头试样原始厚度H012.00mm。
2)加速腐蚀试验:根据10Ni2CrMoV/Q345异种母材焊接接头实际服役环境配置腐蚀溶液0.6wt%NaCl+0.55wt%Na2SO4+0.7wt%Na2CO3+0.6wt%(NH4)2NO3混合溶液+0.5g/LFeCl3,pH为7.0。采取周期浸润腐蚀试验方式,试验时间:240h,环境条件:浸泡温度T=35℃;烘烤温度T=35℃,湿度为65%RH,试验周期:浸泡时间:15min、烘烤时间:25min。
3)腐蚀深度测量:配置500mL去离子水+500mLHCl(浓度为36wt%-38wt%)+20g六次甲基四胺除去试样表面腐蚀产物,分别测量焊缝区、两侧母材和两侧热影响区共5个区域,每个区域测量10个位置的厚度、并计算其平均值作为该区域的腐蚀后的厚度值。记为腐蚀后焊缝平均厚度HF为11.15mm、母材A 10Ni2CrMoV的平均厚度HA为11.20mm,母材A10Ni2CrMoV侧热影响区的平均厚度Ha为11.15mm,母材B Q345的平均厚度HB为10.97mm,母材B Q345侧热影响区的平均厚度Hb为9.80mm。焊缝腐蚀深度H0-HF=0.85mm,母材A10Ni2CrMoV腐蚀深度H0-HA=0.80mm,母材A10Ni2CrMoV侧热影响区腐蚀深度H0-Ha=0.85mm,母材B Q345腐蚀深度H0-HB=1.03mm,母材B Q345侧热影响区腐蚀深度H0-Hb=2.2mm。
对比例:TB/T 2374-1993《铁路车辆用耐候钢焊条、焊丝》中规定:在TB/T 2375-1993规定的试验条件下,焊接材料的熔敷金属的腐蚀速率不得超过母材的10%,这一指标符合等强度原理即二者的腐蚀速率相当。该方法仅为对焊接材料的筛选,没能对焊接接头整体进行评价。以铁路车辆用09CuPCrNi/Q345焊接接头为例,选用E4303-G焊条、焊接工艺参数为电流600A、电压38V、焊速0.56cm/s、热输入22KJ/cm。通过TB/T 2375-1993进行周浸腐蚀试验,09CuPCrNi腐蚀速率为3.45g/mm2/h,Q345腐蚀速率为4.16g/mm2/h,E4303-G焊条熔敷金属的腐蚀速率为3.78g/mm2/h。熔敷金属的腐蚀速率均满足不超过母材的10%,焊材选择合适。
Claims (1)
1.一种异种钢材焊接接头耐大气腐蚀性能的评价方法,其特征在于,具体包括如下步骤:
1)制备试样:将异种钢材焊接接头试样进行抛光、清洗,测量焊接接头试样原始厚度为H0;
2)加速腐蚀试验:采取周期浸润腐蚀试验方式,试验时间:240h以上;环境条件:浸泡温度T=35℃~50℃,烘烤温度T=35℃~50℃,湿度为65%RH~85%RH;试验周期为30min~60min,其中浸泡时间:15min~45min、烘烤时间:10min~25min;试验溶液:0.3wt%~0.6wt%NaCl、0.15wt%~0.55wt%Na2SO4、0.4wt%~0.7wt%Na2CO3和0.3wt%~0.6wt% (NH4)2NO3的混合溶液+0.2~0.5 g/L FeCl3,采用盐酸调整溶液pH,模拟自然大气气氛的溶液pH值为6.5~7.2,模拟工业污染大气气氛的溶液pH值为3.0~6.0;
3)腐蚀深度测量:配置500mL去离子水+500mL浓度为36wt%~38wt%HCl+20g六次甲基四胺除去试样表面腐蚀产物,分别测量焊缝区、两侧母材和两侧热影响区共5个区域的厚度,每个区域测量至少10个位置的厚度、并计算其平均值作为该区域的腐蚀后的厚度值;记为腐蚀后焊缝平均厚度HF、母材A的平均厚度HA,母材A侧热影响区的平均厚度Ha,母材B的平均厚度HB,母材B侧热影响区的平均厚度Hb;则加速腐蚀试验后:
焊缝腐蚀深度= H0-HF
母材A腐蚀深度= H0-HA 母材A侧热影响区腐蚀深度= H0-Ha
母材B腐蚀深度= H0-HB 母材B侧热影响区腐蚀深度= H0-Hb;
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