CN114700593A - 一种防锈性能优异的镀锌板t型焊接接头及其焊接方法 - Google Patents

一种防锈性能优异的镀锌板t型焊接接头及其焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头，按质量百分比计，焊缝金属包括：Mn：0.5％～1.5％；P：0.1％～0.4％；Pb：≤0.03％；Zn：≤0.2％；还包括Sn≤6.0％；Si≤4.0％，Al≤8.5％，余量为Cu，且Sn、Si和Al三者所占质量百分比之和M的范围为：4％≤M≤9％，保证焊缝较好耐蚀性能的同时，还能有很好的焊接工艺性能，减少焊接飞溅。本发明还提供前述防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头的焊接方法。通过利用Cu合金焊缝的防锈性能优异以及熔点低的特点，匹配一定的合金元素，以改善焊缝的焊接工艺性、强度以及焊接飞溅等，得到一种防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头，延长焊接接头的使用寿命。

Description

一种防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头及其焊接方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，尤其涉及一种防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头及其焊接方法。
背景技术
镀锌板因其优异的防锈等性能，在汽车、冷藏箱、建筑业、通风和供热设施等制造领域有显著的优势。关于镀锌板的焊接，为了减少弧焊的大飞溅和大线能量对锌层的破坏，通常采用搭接点焊的焊接方式。对于呈T型的焊接接头，由于结构差异，通过点焊无法进行。为了保证焊接接头的强度，弧焊成为目前比较可靠的连接方法，但电弧产生的高热量会使焊缝周围的锌层烧损，破坏原有的锌层保护作用，且焊接过程中的大飞溅也会破坏镀锌板表面的锌层，形成T型焊接接头的防锈性能相比母材大大下降，一定程度上缩短了其使用寿命。
中国专利文献CN107252971A公开了一种镀锌板激光叠焊的焊接方法，其通过在镀锌板开孔，通过搭接焊的焊接接头型式和通孔，解决气孔和飞溅，但其适用于搭接接头型式，不适合T型接头型式，且对于焊后飞溅量和镀锌板Zn层破坏情况没有数据分析，无法评估其防锈性能。
中国专利文献CN112122748A公开了一种抑制镀锌板焊接气孔的焊接方法，通过TIG电弧复合焊，降低熔池的冷却速度，使锌蒸气的气泡浮出熔池，解决焊缝成形差的问题，但其额外增加热源，加快镀锌板Zn层的蒸发，反而降低焊缝附近镀锌板的防锈性能。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出一种防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头及其焊接方法，通过利用Cu合金焊缝的防锈性能优异以及熔点低的特点，匹配一定的合金元素，以改善焊缝的焊接工艺性、强度以及焊接飞溅等，得到一种防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头，延长焊接接头的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明的防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头，按质量百分比计，焊缝金属包括：
Mn：0.5％～1.5％；
P：0.1％～0.4％；
Pb：≤0.03％；
Zn：≤0.2％；
以及，余量为Cu。
进一步的，焊缝金属还包括Sn、Si和Al，按质量百分比计，Sn≤6.0％；Si≤4.0％，Al≤8.5％，且Sn、Si和Al三者所占质量百分比之和M的范围为：4％≤M≤9％。
以下对焊缝中各元素的含量分别进行说明：
Mn：少量Mn的加入，焊缝焊后具有良好的力学性能和抗腐蚀性能，同时，Mn焊接过程中参与脱氧，稳定焊接电弧，减少焊接飞溅；但是过多的Mn会使焊缝出现脆性，控制Mn的质量百分比在0.5％～1.5％之间。
P：少量的P在焊接过程中，也会参与脱氧，改善焊接工艺性能，减少飞溅，但是过多的P会与Cu形成低熔点共晶化合物，增加Cu合金的热脆性，反而降低焊缝金属的力学性能，故控制P的质量百分比在0.1％～0.4％之间。
Pb：少量的Pb可增加焊缝的润滑性，提高耐磨性以及改善切削加工性能，控制Pb的质量百分比不超过0.03％。
Zn：一定量的Zn可以起到固溶强化的作用，但Zn在焊接过程中会形成Zn蒸汽，一方面，对人体有害；另一方面，造成焊接气孔等缺陷，故控制Zn的质量百分比不超过0.2％。
Sn：Sn可有效抑制脱Zn，提高耐蚀性能，另一方面，增加熔融金属的流动性，控制Sn的质量百分比不超过6.0％。
Si：少量Si也可有效控制锌的蒸发、消除气孔，改善焊接工艺性能，另外，还可提高焊缝的力学性能和抗裂性能；但过多Si在高温下会形成SiO2降低流动性，损害强度，控制Si的质量百分比不超过4.0％。
Al：Al能够显著提高焊缝的耐腐蚀性能，但过多会减少金属流动性，使焊接工艺性变差，造成未熔合、气孔、夹渣等焊接缺陷，控制Al的质量百分比不超过8.5％。
另外，Sn，Si，Al元素之间满足一定的关系，才能在保证焊缝较好耐蚀性能的同时，还能有很好的焊接工艺性能，减少焊接飞溅。
进一步的，镀锌板厚度D为1.2mm≤D≤3mm，镀锌板锌层厚度DZn为DZn≥55μm。
进一步的，按质量百分比计，镀锌板的钢基层包括：
C：0.02％～0.12％；
Si：0.3％～0.7％；
Mn：0.3％～1.5％；
P：0.02％～0.12％；
S：≤0.045％；
Al：≥0.01％；
Ti：0.15％～0.30％；
以及，余量为Fe。
进一步的，焊缝数量N为N≥1，单个焊缝的焊缝长度L为6mm≤L≤10mm，焊脚高度H为H≥1.2mm，焊缝之间的间距Lt为Lt≥3mm。
进一步的，焊接接头表面单位面积的焊渣量Gz为Gz≤1.03g/m2，焊缝附近Zn层单位面积含量Gmin为Gmin≥21.36g/m2。
进一步的，焊缝数量N＝4时，焊接接头的最大剪切拉力Fmax为Fmax≥9134N。
本发明还提供前述防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头的焊接方法，包括如下步骤：
步骤S1：将镀锌板呈T型搭接在一起，两板的角度呈85°～95°之间，两板T型位置间隙h为h≤0.2mm；
步骤S2：采用CMT焊接方法或TIG焊接方法进行焊接；
当采用CMT焊接方法进行焊接时，焊丝直径D焊丝为0.95mm≤D焊丝≤1.05mm，控制焊接电流I为60A≤I≤90A，焊接电压U为10V≤U≤15V，焊接速度v为5.5cm/min≤v≤6.5cm/min，保护气中氩气与氧气的体积比的比值K为99≤K≤100，气体流量Q为15L/min≤Q≤20L/min；
当采用TIG焊接方法进行焊接时，焊丝直径D焊丝为1.0mm≤D焊丝≤4.0mm，控制焊接电流I为50A≤I≤80A，焊接电压U为10V≤U≤15V，焊接速度v为5.5cm/min≤v≤6.5cm/min，保护气按体积百分比，氩气含量≥99.99％，气体流量Q为15L/min≤Q≤20L/min。
本发明的有益效果：
1.通过Cu基合金，匹配Mn、Sn、Si、Al等合金元素，在保证焊缝强韧性的同时，还能保证焊缝的防锈性能，另外，通过P、Sn、Si等元素改善焊接的工艺性能，增加焊接工艺范围，减少飞溅对锌层的破坏。
2.通过分段焊缝布置，减少长焊缝焊接导致的大焊接线能量对母材锌层的破坏。
3.通过上述合金成分、细化焊缝分布、匹配CMT或TIG焊接方法和焊接工艺，综合控制T型焊接接头的单位面积的最大焊渣量Gz≤1.03g/m2，焊缝附近Zn层含量Gmin≥21.36g/m2，减少对母材锌层的破坏，保证焊接接头的耐蚀性能，且当焊缝数量达到4个，焊接接头的最大剪切拉力Fmax≥9134N。
具体实施方式
本发明的防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头，按质量百分比计，焊缝金属包括：
Mn：0.5％～1.5％；
P：0.1％～0.4％；
Pb：≤0.03％；
Zn：≤0.2％；
以及，余量为Cu。
进一步的，焊缝金属还包括Sn、Si和Al，按质量百分比计，Sn≤6.0％；Si≤4.0％，Al≤8.5％，且Sn、Si和Al三者所占质量百分比之和M的范围为：4％≤M≤9％。
进一步的，镀锌板厚度D为1.2mm≤D≤3mm，镀锌板锌层厚度DZn为DZn≥55μm。
进一步的，按质量百分比计，镀锌板的钢基层包括：
C：0.02％～0.12％；
Si：0.3％～0.7％；
Mn：0.3％～1.5％；
P：0.02％～0.12％；
S：≤0.045％；
Al：≥0.01％；
Ti：0.15％～0.30％；
以及，余量为Fe。
进一步的，焊缝数量N为N≥1，单个焊缝的焊缝长度L为6mm≤L≤10mm，焊脚高度H为H≥1.2mm，焊缝之间的间距Lt为Lt≥3mm。
进一步的，焊接接头表面单位面积的焊渣量Gz为Gz≤1.03g/m2，焊缝附近Zn层单位面积含量Gmin为Gmin≥21.36g/m2。
进一步的，焊缝数量N＝4时，焊接接头的最大剪切拉力Fmax为Fmax≥9134N。
本发明还提供前述防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头的焊接方法，包括如下步骤：
步骤S1：将镀锌板呈T型搭接在一起，两板的角度呈85°～95°之间，两板T型位置间隙h为h≤0.2mm；
步骤S2：采用CMT焊接方法或TIG焊接方法进行焊接；
当采用CMT焊接方法进行焊接时，焊丝直径D焊丝为0.95mm≤D焊丝≤1.05mm，控制焊接电流I为60A≤I≤90A，焊接电压U为10V≤U≤15V，焊接速度v为5.5cm/min≤v≤6.5cm/min，保护气中氩气与氧气的体积比的比值K为99≤K≤100，气体流量Q为15L/min≤Q≤20L/min；
当采用TIG焊接方法进行焊接时，焊丝直径D焊丝为1.0mm≤D焊丝≤4.0mm，控制焊接电流I为50A≤I≤80A，焊接电压U为10V≤U≤15V，焊接速度v为5.5cm/min≤v≤6.5cm/min，保护气按体积百分比，氩气含量≥99.99％，气体流量Q为15L/min≤Q≤20L/min。
本实施方式中，各实施例中使用了三种规格参数的镀锌板，编号分别为A、B、和C，主要参数信息如下表所示：
Figure BDA0003535727040000051
实施例1
本实施例的防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头，按质量百分比计，焊缝金属包括：
Mn：0.8；
P：0.1；
Pb：0.02；
Zn：0.1；
Sn：6.0；
Si：0.5；
Al：0.01；
余量为Cu；
Sn、Si和Al三者所占质量百分比之和M为6.51。
本实施例中，T型焊接的钢板编号为A和A，焊接方法包括如下步骤：
步骤S1：将镀锌板呈T型搭接在一起，两板的角度呈85°～95°之间，两板T型位置间隙h为h≤0.2mm；
步骤S2：采用CMT焊接方法进行焊接，焊丝直径D焊丝为0.95mm≤D焊丝≤1.05mm，控制焊接电流I为70A，焊接电压U为12V，焊接速度v为6.0cm/min，保护气中氩气与氧气的体积比的比值K为99≤K≤100，气体流量Q为15L/min≤Q≤20L/min。
实施例2
本实施例的防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头，按质量百分比计，焊缝金属包括：
Mn：0.5；
P：0.1；
Pb：0.03
Zn：0.1；
Sn：6.0；
Si：0.5；
Al：0.01；
余量为Cu；
Sn、Si和Al三者所占质量百分比之和M为6.51。
本实施例中，T型焊接的钢板编号为B和C，焊接方法包括如下步骤：
步骤S1：将镀锌板呈T型搭接在一起，两板的角度呈85°～95°之间，两板T型位置间隙h为h≤0.2mm；
步骤S2：采用TIG焊接方法进行焊接，焊丝直径D焊丝为1.0mm≤D焊丝≤4.0mm，控制焊接电流I为80A，焊接电压U为10V，焊接速度v为5.5cm/min，保护气按体积百分比，氩气含量≥99.99％，气体流量Q为15L/min≤Q≤20L/min。
实施例3
本实施例的防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头，按质量百分比计，焊缝金属包括：
Mn：1.5；
P：0.1；
Pb：0.02；
Zn：0.2；
Sn：1.0；
Si：4.0；
Al：0.01；
余量为Cu；
Sn、Si和Al三者所占质量百分比之和M为5.01。
本实施例中，T型焊接的钢板编号为A和B，焊接方法包括如下步骤：
步骤S1：将镀锌板呈T型搭接在一起，两板的角度呈85°～95°之间，两板T型位置间隙h为h≤0.2mm；
步骤S2：采用CMT焊接方法进行焊接，焊丝直径D焊丝为0.95mm≤D焊丝≤1.05mm，控制焊接电流I为60A，焊接电压U为15V，焊接速度v为6.5cm/min，保护气中氩气与氧气的体积比的比值K为99≤K≤100，气体流量Q为15L/min≤Q≤20L/min。
实施例4
本实施例的防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头，按质量百分比计，焊缝金属包括：
Mn：1.2；
P：0.1；
Pb：0.02；
Zn：0.2；
Sn：1.0；
Si：4.0；
Al：0.01；
余量为Cu；
Sn、Si和Al三者所占质量百分比之和M为5.01
本实施例中，T型焊接的钢板编号为C和C，焊接方法包括如下步骤：
步骤S1：将镀锌板呈T型搭接在一起，两板的角度呈85°～95°之间，两板T型位置间隙h为h≤0.2mm；
步骤S2：采用TIG焊接方法进行焊接，焊丝直径D焊丝为1.0mm≤D焊丝≤4.0mm，控制焊接电流I为80A，焊接电压U为12V，焊接速度v为5.8cm/min，保护气按体积百分比，氩气含量≥99.99％，气体流量Q为15L/min≤Q≤20L/min。
实施例5
本实施例的防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头，按质量百分比计，焊缝金属包括：
Mn：0.5；
P：0.4；
Pb：0.02；
Zn：0.1；
Sn：3.5；
Si：0.1；
Al：0.4；
余量为Cu；
Sn、Si和Al三者所占质量百分比之和M为4.00。
本实施例中，T型焊接的钢板编号为B和C，焊接方法包括如下步骤：
步骤S1：将镀锌板呈T型搭接在一起，两板的角度呈85°～95°之间，两板T型位置间隙h为h≤0.2mm；
步骤S2：采用CMT焊接方法进行焊接，焊丝直径D焊丝为0.95mm≤D焊丝≤1.05mm，控制焊接电流I为90A，焊接电压U为10V，焊接速度v为5.5cm/min，保护气中氩气与氧气的体积比的比值K为99≤K≤100，气体流量Q为15L/min≤Q≤20L/min。
实施例6
本实施例的防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头，按质量百分比计，焊缝金属包括：
Mn：0.5；
P：0.4；
Pb：0.02；
Zn：0.1；
Sn：4.0；
Si：0.1；
Al：0.01；
余量为Cu；
Sn、Si和Al三者所占质量百分比之和M为4.11。
本实施例中，T型焊接的钢板编号为A和C，焊接方法包括如下步骤：
步骤S1：将镀锌板呈T型搭接在一起，两板的角度呈85°～95°之间，两板T型位置间隙h为h≤0.2mm；
步骤S2：采用TIG焊接方法进行焊接，焊丝直径D焊丝为1.0mm≤D焊丝≤4.0mm，控制焊接电流I为80A，焊接电压U为10V，焊接速度v为5.6cm/min，保护气按体积百分比，氩气含量≥99.99％，气体流量Q为15L/min≤Q≤20L/min。
实施例7
本实施例的防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头，按质量百分比计，焊缝金属包括：
Mn：0.5；
P：0.1；
Pb：0.01；
Zn：0.2；
Sn：0.01；
Si：0.1；
Al：6.0；
余量为Cu；
Sn、Si和Al三者所占质量百分比之和M为6.11。
本实施例中，T型焊接的钢板编号为B和B，焊接方法包括如下步骤：
步骤S1：将镀锌板呈T型搭接在一起，两板的角度呈85°～95°之间，两板T型位置间隙h为h≤0.2mm；
步骤S2：采用CMT焊接方法进行焊接，焊丝直径D焊丝为0.95mm≤D焊丝≤1.05mm，控制焊接电流I为65A，焊接电压U为15V，焊接速度v为6.0cm/min，保护气中氩气与氧气的体积比的比值K为99≤K≤100，气体流量Q为15L/min≤Q≤20L/min。
实施例8
本实施例的防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头，按质量百分比计，焊缝金属包括：
Mn：0.5；
P：0.1；
Pb：0.01；
Zn：0.2；
Sn：0.01；
Si：0.1；
Al：6.0；
余量为Cu；
Sn、Si和Al三者所占质量百分比之和M为6.11。
本实施例中，T型焊接的钢板编号为C和C，焊接方法包括如下步骤：
步骤S1：将镀锌板呈T型搭接在一起，两板的角度呈85°～95°之间，两板T型位置间隙h为h≤0.2mm；
步骤S2：采用TIG焊接方法进行焊接，焊丝直径D焊丝为1.0mm≤D焊丝≤4.0mm，控制焊接电流I为60A，焊接电压U为13V，焊接速度v为6.2cm/min，保护气按体积百分比，氩气含量≥99.99％，气体流量Q为15L/min≤Q≤20L/min。
实施例9
本实施例的防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头，按质量百分比计，焊缝金属包括：
Mn：0.5；
P：0.1；
Pb：0.01；
Zn：0.2；
Sn：0.01；
Si：0.1；
Al：8.5；
余量为Cu；
Sn、Si和Al三者所占质量百分比之和M为8.61。
本实施例中，T型焊接的钢板编号为B和B，焊接方法包括如下步骤：
步骤S1：将镀锌板呈T型搭接在一起，两板的角度呈85°～95°之间，两板T型位置间隙h为h≤0.2mm；
步骤S2：采用CMT焊接方法进行焊接，焊丝直径D焊丝为0.95mm≤D焊丝≤1.05mm，控制焊接电流I为60A，焊接电压U为15V，焊接速度v为6.1cm/min，保护气中氩气与氧气的体积比的比值K为99≤K≤100，气体流量Q为15L/min≤Q≤20L/min。
实施例10
本实施例的防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头，按质量百分比计，焊缝金属包括：
Mn：0.5；
P：0.1；
Pb：0.03；
Zn：0.2；
Sn：0.4；
Si：0.1；
Al：8.5；
余量为Cu；
Sn、Si和Al三者所占质量百分比之和M为9.00。
本实施例中，T型焊接的钢板编号为A和C，焊接方法包括如下步骤：
步骤S1：将镀锌板呈T型搭接在一起，两板的角度呈85°～95°之间，两板T型位置间隙h为h≤0.2mm；
步骤S2：采用TIG焊接方法进行焊接，焊丝直径D焊丝为1.0mm≤D焊丝≤4.0mm，控制焊接电流I为50A，焊接电压U为15V，焊接速度v为5.5cm/min，保护气按体积百分比，氩气含量≥99.99％，气体流量Q为15L/min≤Q≤20L/min。
对实施例1-实施例10的镀锌板T型焊接接头的焊渣量Gz，含锌量(焊缝附近Zn层单位面积含量)Gmin和最大剪切拉力Fmax进行测定，数据如下表所示；
此外，对实施例1-实施例10的镀锌板T型焊接接头进行防锈测试，通过AASS盐雾腐蚀试验24h后，质量损失Gs数据如下表所示：
Figure BDA0003535727040000111
由此可见，本发明的镀锌板T型焊接接头的焊渣量Gz≤1.03g/m2，焊缝附近Zn层单位面积含量Gmin≥21.36g/m2，属于行业内比较过的参数值，剪切拉力也能达到要求，且通过AASS盐雾腐蚀试验24h后，质量损失Gs≤48.56g/m2，防锈性能优异，使用寿命长。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头，其特征在于：按质量百分比计，焊缝金属包括：
Mn：0.5％～1.5％；
P：0.1％～0.4％；
Pb：≤0.03％；
Zn：≤0.2％；
以及，余量为Cu。
2.根据权利要求1所述的防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头，其特征在于：焊缝金属还包括Sn、Si和Al，按质量百分比计，Sn≤6.0％；Si≤4.0％，Al≤8.5％，且Sn、Si和Al三者所占质量百分比之和M的范围为：4％≤M≤9％。
3.根据权利要求1所述的防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头，其特征在于：镀锌板厚度D为1.2mm≤D≤3mm，镀锌板锌层厚度DZn为DZn≥55μm。
4.根据权利要求1所述的防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头，其特征在于：按质量百分比计，镀锌板的钢基层包括：
C：0.02％～0.12％；
Si：0.3％～0.7％；
Mn：0.3％～1.5％；
P：0.02％～0.12％；
S：≤0.045％；
Al：≥0.01％；
Ti：0.15％～0.30％；
以及，余量为Fe。
5.根据权利要求1所述的防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头，其特征在于：焊缝数量N为N≥1，单个焊缝的焊缝长度L为6mm≤L≤10mm，焊脚高度H为H≥1.2mm，焊缝之间的间距Lt为Lt≥3mm。
6.根据权利要求1所述的防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头，其特征在于：焊接接头表面单位面积的焊渣量Gz为Gz≤1.03g/m2，焊缝附近Zn层单位面积含量Gmin为Gmin≥21.36g/m2。
7.根据权利要求1所述的防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头，其特征在于：焊缝数量N＝4时，焊接接头的最大剪切拉力Fmax为Fmax≥9134N。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的防锈性能优异的镀锌板T型焊接接头的焊接方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤S1：将镀锌板呈T型搭接在一起，两板的角度呈85°～95°之间，两板T型位置间隙h为h≤0.2mm；
步骤S2：采用CMT焊接方法或TIG焊接方法进行焊接；
当采用CMT焊接方法进行焊接时，焊丝直径D焊丝为0.95mm≤D焊丝≤1.05mm，控制焊接电流I为60A≤I≤90A，焊接电压U为10V≤U≤15V，焊接速度v为5.5cm/min≤v≤6.5cm/min，保护气中氩气与氧气的体积比的比值K为99≤K≤100，气体流量Q为15L/min≤Q≤20L/min；
当采用TIG焊接方法进行焊接时，焊丝直径D焊丝为1.0mm≤D焊丝≤4.0mm，控制焊接电流I为50A≤I≤80A，焊接电压U为10V≤U≤15V，焊接速度v为5.5cm/min≤v≤6.5cm/min，保护气按体积百分比，氩气含量≥99.99％，气体流量Q为15L/min≤Q≤20L/min。
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