JP5601866B2 - Piercing method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、被切断材にピアシング(穴あけ)する際に発生するスラグを一定の方向に排除して円滑に切断作業を開始させるためのピアシング方法及びピアシング装置に関するものである。 The present invention relates to a piercing method and a piercing device for smoothly starting a cutting operation by removing slag generated when piercing (drilling) a material to be cut in a certain direction.
鋼板や非鉄系の板材等の被切断材の一部を酸化及び又は溶融させて母材から排除することで切断する熱化学切断法が広く実施されている。この熱化学切断法としては、ガス切断火口を用いて主として鋼板を切断するガス切断法、プラズマ切断火口を用いて鋼板及びステンレス鋼板を切断するプラズマ切断法、レーザ切断火口を用いて金属材料及び非金属材料を切断するレーザ切断法が実用化されている。 2. Description of the Related Art Thermochemical cutting methods are widely practiced in which a part of a material to be cut such as a steel plate or non-ferrous plate material is oxidized and / or melted and removed from the base material. As this thermochemical cutting method, a gas cutting method that mainly cuts a steel plate using a gas cutting crater, a plasma cutting method that cuts a steel plate and a stainless steel plate using a plasma cutting crater, a metal material and a non-cutting method using a laser cutting crater. A laser cutting method for cutting a metal material has been put into practical use.
上記各切断法を採用して金属材料からなる被切断材を型切断する場合、この被切断材を穴あけ(ピアシング)し、形成された穴を始点として目的の型切断を開始するのが一般的である。 When the above-mentioned cutting methods are used to cut a material to be cut made of a metal material, the material to be cut is generally pierced, and the target die cutting is started using the formed hole as a starting point. It is.
被切断材に対してピアシングを行うに際し、穴の成長に伴って酸化生成物や溶融母材からなるスラグが発生し、このスラグが吹き上げて被切断材の表面に付着する。そして被切断材に対する切断を開始する際に、表面に付着したスラグが母材の酸化,溶融を阻害して円滑に切断を開始することが出来ないという問題がある。 When piercing the material to be cut, slag composed of an oxidation product or a molten base material is generated as the hole grows, and this slag blows up and adheres to the surface of the material to be cut. And when starting the cutting | disconnection with respect to a to-be-cut material, there exists a problem that the slag adhering to the surface inhibits the oxidation and fusion | melting of a base material, and cannot start a cutting | disconnection smoothly.
上記問題を解決するために、例えば穴の成長に伴って火口を移動させる方法や吹き上げたスラグを一定方向に吹き飛ばす方法等、スラグの影響を排除して切断を開始し得るようにした幾つかの提案がなされている。また、本出願人は、切断トーチに装着されるノズルにピアシングを実施する際に噴射孔からピアシングの周囲にスラグ排除ガスを噴射して発生したスラグを排除する技術を提案している(特許文献1)。 In order to solve the above-mentioned problem, some methods such as a method of moving a crater with the growth of a hole and a method of blowing off a slag blown up in a certain direction can eliminate the influence of slag and start cutting. Proposals have been made. In addition, the present applicant has proposed a technique for removing slag generated by injecting slag exhaust gas from the injection hole around the piercing when piercing is performed on a nozzle attached to a cutting torch (Patent Document). 1).
しかしながら、特許文献1の技術であってもピアシング後で切断を開始する前のスラグ排除ガスの取り扱いについては開示されておらず、その対応が望まれていた。 However, even the technique of Patent Document 1 does not disclose handling of the slag exhaust gas before starting cutting after piercing, and a response has been desired.
本発明の目的は、ピアシング時に発生するスラグを処理すると共に連続的に切断を開始するための新たな提案を行うものであり、ガス切断法、プラズマ切断法及びレーザ切断法のいずれにも共通して適用し得るピアシング方法及びピアシング装置を提供せんとするものである。 The object of the present invention is to provide a new proposal for processing slag generated during piercing and starting cutting continuously, and is common to any of the gas cutting method, plasma cutting method and laser cutting method. It is an object of the present invention to provide a piercing method and a piercing apparatus that can be applied to the above.
前記目的を達成するための本発明に係るピアシング方法の第1の構成は、被切断材の一部を酸化及び又は溶融させると共に母材から排除して切断するに際し発生するスラグを排除するピアシング方法であって、ガス切断トーチ又はプラズマ切断トーチ或いはレーザ切断トーチから選択された切断トーチの加工中心線と一致した軸線を有し、前記軸線を中心として設定された円周上で且つ軸線を通る複数の直線上にピアシング時に発生するスラグを吹き飛ばすためのスラグ排除ガスを噴射する噴射口を形成し、前記切断トーチに装着したノズルによって前記被切断材に対するピアシングを実施する際に前記噴射口からピアシング部の周囲に前記スラグ排除ガスを噴射し、ピアシング後で切断を開始する前に前記ピアシング時の前記スラグ排除ガスの流量或いは圧力よりも該スラグ排除ガスの流量或いは圧力を低減して発生したスラグを排除することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first configuration of a piercing method according to the present invention is a piercing method in which a part of a material to be cut is oxidized and / or melted and excluded from a base material to cut slag generated when cutting. A plurality of axes having an axis that coincides with a processing center line of a cutting torch selected from a gas cutting torch, a plasma cutting torch, or a laser cutting torch, and a circle that is set around the axis and that passes through the axis. Forming a jet port for injecting slag exhaust gas for blowing off the slag generated during piercing on the straight line, and performing piercing on the material to be cut by the nozzle attached to the cutting torch, the piercing portion from the jet port the slag exclusion gas injected around, the slag exclusion gas during pre Symbol piercing before starting the cut after piercing Than the flow rate or pressure, characterized in that to eliminate the slag generated by reducing the flow rate or pressure of the slag exclusion gas.
また、本発明に係るピアシング方法の第2の構成は、前記第1の構成において、前記被切断材が鉄または鉄合金の場合には、ピアシング時に前記噴射口から噴射するスラグ排除ガスとして、空気、或いは酸素ガスと窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスで且つ該混合ガス全体に対する酸素ガスの混合比率がモル比で50%以下の混合ガスを噴射させることを特徴とする。 Further, the second configuration of the piercing method according to the present invention is that, in the first configuration, when the material to be cut is iron or an iron alloy, air is used as slag exhaust gas injected from the injection port at the time of piercing. Alternatively, a mixed gas of oxygen gas, nitrogen gas, and argon gas and a mixed ratio of the oxygen gas with respect to the entire mixed gas is injected by 50% or less in terms of molar ratio.
また、本発明に係るピアシング方法の第3の構成は、前記第1の構成において、前記被切断材がステンレスまたは非鉄合金の場合には、ピアシング時に前記噴射口から噴射するスラグ排除ガスとして、酸素ガスと窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスで且つ該混合ガス全体に対する酸素ガスの混合比率がモル比で55%以上の混合ガスを噴射させることを特徴とする。 Further, a third configuration of the piercing method according to the present invention is that, in the first configuration, when the material to be cut is stainless steel or a non-ferrous alloy, oxygen is used as a slag exhaust gas injected from the injection port at the time of piercing. A mixed gas of gas, nitrogen gas, and argon gas, and a mixed gas having a molar ratio of oxygen gas to the entire mixed gas of 55% or more is injected.
また、本発明に係るピアシング装置の第1の構成は、被切断材の一部を酸化及び又は溶融させると共に母材から排除して切断するに際し発生するスラグを排除するピアシング装置であって、ガス切断トーチ又はプラズマ切断トーチ或いはレーザ切断トーチから選択された切断トーチと、前記切断トーチの加工中心線と一致した軸線を有し、前記軸線を中心として設定された円周上で且つ軸線を通る複数の直線上にピアシング時に発生するスラグを吹き飛ばすためのスラグ排除ガスを噴射する噴射口を形成し、前記切断トーチに装着されるノズルと、前記被切断材に対するピアシングを実施する際に前記噴射口からピアシング部の周囲に前記スラグ排除ガスを噴射し、ピアシング後で切断を開始する前に前記ピアシング時の前記スラグ排除ガスの流量或いは圧力よりも該スラグ排除ガスの流量或いは圧力を低減するガス供給制御手段とを有することを特徴とする。 The first configuration of the piercing apparatus according to the present invention is a piercing apparatus that oxidizes and / or melts a part of a material to be cut and eliminates slag generated when the material is cut from the base material and cut. A cutting torch selected from a cutting torch, a plasma cutting torch, or a laser cutting torch, and an axis that coincides with the machining center line of the cutting torch, and a plurality that passes through the axis on a circumference set around the axis An injection port for injecting slag exhaust gas for blowing off slag generated during piercing is formed on the straight line of the nozzle, and a nozzle attached to the cutting torch and the piercing for the material to be cut from the injection port injecting the slag exclusion gas around the piercing part, the slag exclusion gas during pre Symbol piercing before starting the cut after piercing Than the flow rate or pressure and having a gas supply control means for reducing the flow rate or pressure of the slag exclusion gas.
また、本発明に係るピアシング装置の第2の構成は、前記第1の構成において、前記ガス供給制御手段は、前記被切断材が鉄または鉄合金の場合には、ピアシング時に前記噴射口から噴射するスラグ排除ガスとして、空気、或いは酸素ガスと窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスで且つ該混合ガス全体に対する酸素ガスの混合比率がモル比で50%以下の混合ガスを前記噴射口から噴射させることを特徴とする。 A second configuration of the piercing apparatus according to the present invention is the first configuration, wherein the gas supply control means is configured to inject from the injection port during piercing when the material to be cut is iron or an iron alloy. As the slag exhaust gas, air or a mixed gas of oxygen gas, nitrogen gas, and argon gas, and a mixed gas having a molar ratio of oxygen gas to the whole mixed gas of 50% or less is injected from the injection port. It is characterized by that.
また、本発明に係るピアシング装置の第3の構成は、前記第1の構成において、前記ガス供給制御手段は、前記被切断材がステンレスまたは非鉄合金の場合には、ピアシング時に前記噴射口から噴射するスラグ排除ガスとして、酸素ガスと窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスで且つ該混合ガス全体に対する酸素ガスの混合比率がモル比で55%以上の混合ガスを前記噴射口から噴射させることを特徴とする。 According to a third configuration of the piercing apparatus according to the present invention, in the first configuration, the gas supply control unit is configured to inject from the injection port during piercing when the material to be cut is stainless steel or a non-ferrous alloy. As the slag exhaust gas, a mixed gas of oxygen gas, nitrogen gas, and argon gas, and a mixed gas having a molar ratio of oxygen gas to the whole mixed gas of 55% or more is injected from the injection port. And
本発明に係るピアシング方法、並びにピアシング装置の各第1の構成によれば、ピアシング時に発生したスラグはピアシング穴の周囲に放射状に付着することとなり、スラグが付着していない穴の端部を起点として円滑な切断を開始することが出来る。また、ピアシング後で切断を開始する前にピアシング時のスラグ排除ガスの流量或いは圧力よりも該スラグ排除ガスの流量或いは圧力を低減することで、切断時にスラグ排除ガスの影響を受け難くすることが出来る。 According to each first configuration of the piercing method and the piercing apparatus according to the present invention, the slag generated at the time of piercing adheres radially around the piercing hole, and starts from the end of the hole to which no slag is attached. Smooth cutting can be started. Moreover, by reducing the flow rate or pressure of the slag eliminating gas than the flow rate or pressure of the slag exclusion gas during peak aliasing before starting the cut after piercing, it is less susceptible to slag exclusion gas during cutting I can do it.
また、本発明に係るピアシング方法、並びにピアシング装置の各第2〜3の構成によれば、スラグ排除ガスに含まれる酸素ガス濃度が高いと、ピアシング穴が大きくなり、その分だけ排出されるスラグが抑制できず、歩留まりが悪くなるため、被切断材が鉄または鉄合金の場合には、混合ガス全体に対する酸素ガスの混合比率がモル比で50%以下とすることで、スラグ排除ガスに含まれる酸素ガス濃度を低く抑えることで、ピアシング穴が小さくなり、その分だけ排出され被切断材に付着するスラグ量が抑制でき、歩留まりが良くなる。また、被切断材がステンレスまたは非鉄合金の場合には、混合ガス全体に対する酸素ガスの混合比率がモル比で55%以上とすることで、スラグ排除ガスに含まれる酸素ガス濃度を高くしてスラグの酸化を促進し、溶融して被切断材に付着したスラグを剥離し易くすることが出来る。 Further, according to the second to third configurations of the piercing method and the piercing apparatus according to the present invention, when the oxygen gas concentration contained in the slag exhaust gas is high, the piercing hole becomes larger and the slag discharged by that amount. Therefore, when the material to be cut is iron or an iron alloy, the mixing ratio of oxygen gas to the entire mixed gas is 50% or less in molar ratio, so that it is included in the slag exhaust gas. By controlling the oxygen gas concentration to be low, the piercing hole is reduced, and the amount of slag discharged and adhering to the material to be cut can be suppressed, and the yield is improved. When the material to be cut is stainless steel or a non-ferrous alloy, the oxygen gas concentration contained in the slag exhaust gas is increased by setting the mixing ratio of the oxygen gas to the whole mixed gas to 55% or more in terms of molar ratio. The slag adhering to the material to be cut can be easily peeled off.
図により本発明に係るピアシング方法及びピアシング装置の一実施形態を具体的に説明する。 An embodiment of a piercing method and a piercing apparatus according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
図1において、15は被切断材Dの一部を酸化及び又は溶融させると共に母材から排除して切断するに際し発生するスラグ25を排除するピアシング装置である。ピアシング装置15は、図2及び図3に示すように、ガス切断トーチ又はプラズマ切断トーチ或いはレーザ切断トーチから適宜選択された切断トーチ16と、該切断トーチ16の加工中心線と一致した軸線3を有し、該軸線3を中心として設定された円周上で且つ該軸線3を通る複数の直線4上にピアシング時に発生するスラグ25を吹き飛ばすためのスラグ排除ガスを噴射する噴射口2を形成し、該切断トーチ16に装着されるノズルAと、被切断材Dに対するピアシングを実施する際に噴射口2からピアシング部の周囲にスラグ排除ガスを噴射し、ピアシング後で切断を開始する前に該スラグ排除ガスを停止するか、或いはピアシング時のスラグ排除ガスの流量或いは圧力よりも該スラグ排除ガスの流量或いは圧力を低減するガス供給制御手段となるガス供給装置Eを有して構成されている。 In FIG. 1, reference numeral 15 denotes a piercing device that oxidizes and / or melts a part of a material to be cut D and eliminates slag 25 that is generated when the material D is cut from the base material. As shown in FIGS. 2 and 3, the piercing device 15 includes a cutting torch 16 appropriately selected from a gas cutting torch, a plasma cutting torch, or a laser cutting torch, and an axis 3 that coincides with the machining center line of the cutting torch 16. And an injection port 2 for injecting slag exhaust gas for blowing off the slag 25 generated at the time of piercing on a plurality of straight lines 4 passing through the axis 3 on a circumference set around the axis 3. When piercing the nozzle A attached to the cutting torch 16 and the material D to be cut, the slag exhaust gas is injected from the injection port 2 to the periphery of the piercing portion, and before the cutting is started after the piercing. A gas supply control means for stopping the slag exhaust gas or reducing the flow rate or pressure of the slag exhaust gas at the time of piercing. It is configured to have a gas supply device E.
ガス供給装置Eは、図1に示すように、窒素ガスを収容したガスボンベ21a、酸素ガスを収容したガスボンベ21b、アルゴンガスを収容したガスボンベ21c、大気中の空気を圧縮するエアコンプレッサ21dを有し、それぞれのガスボンベ21a〜21c及びエアコンプレッサ21dには圧力調整装置22a〜22dが接続され、その下流側には電磁弁からなる流量調整弁23a〜23dが接続され、それぞれのガス配管13a〜13dはミキサー14に接続され、更にその下流側にはミキサー14により混合された混合ガスの流量を制御する流量制御部17が設けられている。流量制御部17により流量を制御された混合ガスはガス配管24からノズルAの供給孔8に供給される。 As shown in FIG. 1, the gas supply device E has a gas cylinder 21a containing nitrogen gas, a gas cylinder 21b containing oxygen gas, a gas cylinder 21c containing argon gas, and an air compressor 21d for compressing air in the atmosphere. The pressure regulators 22a to 22d are connected to the gas cylinders 21a to 21c and the air compressor 21d, and the flow rate adjusting valves 23a to 23d including electromagnetic valves are connected to the downstream side of the gas cylinders 21a to 21c. A flow rate control unit 17 that is connected to the mixer 14 and further controls the flow rate of the mixed gas mixed by the mixer 14 is provided downstream thereof. The mixed gas whose flow rate is controlled by the flow rate control unit 17 is supplied from the gas pipe 24 to the supply hole 8 of the nozzle A.
流量制御部17の構成としては、例えば、ミキサー14により混合された混合ガスが流通するガス配管24の途中に、口径が大小の2つのガス配管を並列に接続しておき、ピアシング時には口径が大きいガス配管を開放すると共に口径が小さいガス配管を閉塞し、ピアシング後で切断を開始する前に口径が大きいガス配管を閉塞すると共に口径が小さいガス配管を開放するか、或いは大小何れの配管も閉塞することで、ピアシング後で切断を開始する前に該スラグ排除ガスを停止するか、或いはピアシング時のスラグ排除ガスの流量或いは圧力よりも該スラグ排除ガスの流量或いは圧力を低減することが出来る。 As the configuration of the flow rate control unit 17, for example, two gas pipes having large and small diameters are connected in parallel in the middle of the gas pipe 24 through which the mixed gas mixed by the mixer 14 flows, and the diameter is large at the time of piercing. Open the gas pipe and close the gas pipe with a small diameter, close the gas pipe with a large diameter before starting cutting after piercing, and open the gas pipe with a small diameter, or close both large and small pipes. By doing so, the slag exhaust gas can be stopped before the cutting is started after piercing, or the flow rate or pressure of the slag exhaust gas can be reduced more than the flow rate or pressure of the slag exhaust gas at the time of piercing.
また、流量制御部17の他の構成としては、例えば、流体の質量流量を計測して流量制御を行う定流量素子による流量制御や、電気信号を気体圧力信号に変換する電空レギュレータ(電空変圧器)による圧力制御を行うことで、ピアシング後で切断を開始する前に該スラグ排除ガスを停止するか、或いはピアシング時のスラグ排除ガスの流量或いは圧力よりも該スラグ排除ガスの流量或いは圧力を低減することが出来る。 Other configurations of the flow control unit 17 include, for example, flow control by a constant flow element that measures mass flow of a fluid and performs flow control, and an electropneumatic regulator (electropneumatic) that converts an electric signal into a gas pressure signal. The pressure control by a transformer) is performed to stop the slag exhaust gas before starting cutting after piercing, or the flow rate or pressure of the slag exhaust gas rather than the flow rate or pressure of the slag exhaust gas at the time of piercing. Can be reduced.
ここで、定流量素子とは、粒体の流量を計測することにより流量制御するもので、予め設定される指令(設定)電気信号と、配管内を実際に流れる実流量を電気信号に変換した流量出力信号とを比較し、それらの信号レベルが一致するように自動的にバルブ開度を調整するものである。 Here, the constant flow element is a device that controls the flow rate by measuring the flow rate of the granule, and converts the command (setting) electrical signal set in advance and the actual flow rate actually flowing in the pipe into an electrical signal. The flow rate output signal is compared, and the valve opening is automatically adjusted so that the signal levels coincide with each other.
また、電空レギュレーター(電空変換器)とは、コンピュータ等の電気的指令信号により、気体圧力を連続的にコントロールするものである。 The electropneumatic regulator (electropneumatic converter) is a device that continuously controls the gas pressure by an electrical command signal from a computer or the like.
本実施形態において、ガス供給装置Eは、被切断材Dが鉄または鉄合金の場合には、ピアシング時に噴射口2から噴射するスラグ排除ガスとして、空気、或いは酸素ガスと窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスで且つ該混合ガス全体に対する酸素ガスの混合比率がモル比で50%以下の混合ガスを噴射口2から噴射させる。 In this embodiment, when the material D to be cut is iron or an iron alloy, the gas supply device E uses air or oxygen gas, nitrogen gas, and argon gas as slag exhaust gas that is injected from the injection port 2 during piercing. And a mixed gas having a molar ratio of oxygen gas to the whole mixed gas of 50% or less is injected from the injection port 2.
大気中の空気は混合比率がモル比で、窒素ガス78%、酸素ガス21%、それにわずかな二酸化炭素と水蒸気、アルゴン等で構成されており、被切断材Dが鉄または鉄合金の場合には、ピアシング時に噴射口2から噴射するスラグ排除ガスとして、エアコンプレッサ21dにより圧縮された空気のみをガス配管24に供給して噴射口2から噴射させることが出来る。 The air in the atmosphere has a mixing ratio of a molar ratio of 78% nitrogen gas, 21% oxygen gas, and a small amount of carbon dioxide, water vapor, argon, etc. When the material to be cut D is iron or an iron alloy Can supply only the air compressed by the air compressor 21d to the gas pipe 24 and inject it from the injection port 2 as the slag exhaust gas injected from the injection port 2 at the time of piercing.
一方、被切断材Dがステンレスまたは非鉄合金の場合には、ピアシング時に噴射口2から噴射するスラグ排除ガスとして、酸素ガスと窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスで且つ該混合ガス全体に対する酸素ガスの混合比率がモル比で55%以上の混合ガスを噴射口2から噴射させる。ピアシング後は、スラグ排除ガスとしての酸素ガスと窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスの噴射口2からの噴射を停止した後、不活性ガスとして、窒素ガス或いはアルゴンガスを噴射口2から噴射し、被切断材Dの切断を開始する。 On the other hand, when the material D to be cut is stainless steel or a non-ferrous alloy, the slag exhaust gas injected from the injection port 2 at the time of piercing is a mixed gas of oxygen gas, nitrogen gas, and argon gas, and oxygen gas for the entire mixed gas A mixed gas having a molar ratio of 55% or more is injected from the injection port 2. After piercing, after stopping the injection of the mixed gas of oxygen gas, nitrogen gas and argon gas as the slag exhaust gas from the injection port 2, nitrogen gas or argon gas is injected from the injection port 2 as the inert gas. Then, the cutting of the workpiece D is started.
混合ガス全体に対する酸素ガスの混合比率は、図示しない制御装置により流量調整弁23a〜23dを制御することで、混合ガス全体に対する酸素ガスの混合比率がモル比で50%以下或いは55%以上に設定することが出来る。また、他の例としては予め混合ガス全体に対する酸素ガスの混合比率がモル比で50%以下或いは55%以上に設定された混合ガスを生成して各ガスボンベに収容し、それぞれ圧力調整装置、流量調整弁を介してガス配管24に接続し、流量制御部17を介してノズルAの供給孔8に供給しても良い。 The mixing ratio of oxygen gas to the whole mixed gas is set to 50% or less or 55% or more in terms of molar ratio by controlling the flow rate adjusting valves 23a to 23d by a control device (not shown). I can do it. As another example, a mixed gas in which the mixing ratio of oxygen gas to the whole mixed gas is set to 50% or less or 55% or more in advance is generated and accommodated in each gas cylinder. It may be connected to the gas pipe 24 via the regulating valve and supplied to the supply hole 8 of the nozzle A via the flow rate control unit 17.
図2及び図3に示すように、ノズルAは、中心に火口Bを嵌合する嵌合穴1が形成され、且つ該嵌合穴1の周囲に複数の噴射口2を形成して構成されている。噴射口2は、ノズルAの嵌合穴1に火口Bを嵌合したとき、該火口Bの加工中心線と一致した軸線3を通る複数の直線4上に各1個形成されている。即ち、噴射口2と軸線3を結ぶ直線4の延長線上には他の噴射口2は存在しない。 As shown in FIGS. 2 and 3, the nozzle A is configured such that a fitting hole 1 for fitting the crater B is formed at the center, and a plurality of injection holes 2 are formed around the fitting hole 1. ing. When the crater B is fitted into the fitting hole 1 of the nozzle A, one injection port 2 is formed on each of a plurality of straight lines 4 passing through the axis 3 that coincides with the machining center line of the crater B. That is, no other injection port 2 exists on the extended line of the straight line 4 connecting the injection port 2 and the axis 3.
本実施形態に於いて、ノズルAは中心に火口Bを嵌合し得る嵌合穴1を有する本体部材5と、該本体部材5に固着され予め設定された位置にスラグ排除ガスを噴射する複数の噴射口2を有するノズル部材6とを有して構成されている。 In the present embodiment, the nozzle A has a main body member 5 having a fitting hole 1 into which a crater B can be fitted at the center, and a plurality of nozzles that are fixed to the main body member 5 and inject a slag-excluding gas at a preset position. And a nozzle member 6 having an injection port 2.
ノズルAは火口Bを嵌合したとき、該火口Bと強固に一体化することが必要である。このため、本体部材5及び火口Bにはネジ部7a,7bが形成されており、これらのネジ部7a,7bを締結することで、ノズルAと火口Bを一体化し得るように構成されている。 The nozzle A needs to be firmly integrated with the crater B when the crater B is fitted. For this reason, screw parts 7a and 7b are formed in the main body member 5 and the crater B, and the nozzle A and the crater B can be integrated by fastening these screw parts 7a and 7b. .
ノズルAの本体部材5には噴射口2から噴射するスラグ排除ガスが供給される供給孔8が形成されており、この供給孔8は本体部材5とノズル部材6とによって形成されたリング状のグルーブ9に接続している。そしてノズル部材6の予め設定された位置にグルーブ9と接続した噴射口2が形成されている。 The main body member 5 of the nozzle A is provided with a supply hole 8 through which the slag exhaust gas injected from the injection port 2 is supplied. The supply hole 8 is a ring-shaped member formed by the main body member 5 and the nozzle member 6. It is connected to the groove 9. An injection port 2 connected to the groove 9 is formed at a preset position of the nozzle member 6.
従って、供給孔8に被切断材Dの材質に応じて酸化性ガス或いは不活性ガス等から選択されたスラグ排除ガスを供給することによって、供給されたスラグ排除ガスを噴射口2から外部に噴射することが可能である。 Therefore, the supplied slag exhaust gas is injected from the injection port 2 to the outside by supplying the supply hole 8 with the slag exhaust gas selected from the oxidizing gas or the inert gas according to the material of the material D to be cut. Is possible.
本実施形態に於いて、ノズルAの嵌合穴1に火口Bを嵌合したとき、該火口Bの外周面に沿ってリング状のスリット10が形成される。このスリット10は、被切断材Dの材質に応じて酸化性ガス或いは不活性ガスを噴射するためのものであり、火口Bとしてレーザ切断火口を用いた場合にのみ形成されるものである。このため、本体部材5にはスリット10に連通した供給孔11が形成されている。 In this embodiment, when the crater B is fitted into the fitting hole 1 of the nozzle A, a ring-shaped slit 10 is formed along the outer peripheral surface of the crater B. This slit 10 is for injecting an oxidizing gas or an inert gas according to the material of the material D to be cut, and is formed only when a laser cutting crater is used as the crater B. For this reason, the main body member 5 is provided with a supply hole 11 communicating with the slit 10.
そして供給孔11に選択されたガスを供給すると、このガスはスリット10から噴射し、火口Bから被切断材Dに向けて照射されるレーザ光を鞘状に包み、該レーザ光によって加熱した被切断材Dの燃焼を促進し、或いは生成した溶融物を被切断材Dから排除して切溝を形成する。従って、火口Bから被切断材Dに向けてレーザ光を照射しつつ、スリット10からガスを噴射し、この状態を維持して火口Bを移動させることで被切断材Dを切断することが可能である。 When the selected gas is supplied to the supply hole 11, this gas is injected from the slit 10, wraps the laser beam irradiated from the crater B toward the material D to be cut in a sheath shape, and is heated by the laser beam. The combustion of the cutting material D is promoted, or the generated melt is excluded from the material D to be cut to form a kerf. Therefore, it is possible to cut the material D by irradiating the laser beam from the crater B toward the material D while injecting gas from the slit 10 and moving the crater B while maintaining this state. It is.
従って、火口Bとしてガス切断火口或いはプラズマ切断火口を用いた場合にはスリット10を形成する必要がなく、本体部材5に形成した嵌合穴1はこれらの切断火口の外径と等しい内径を有し、且つ本体部材5に供給孔11を形成する必要もない。 Therefore, when a gas cutting crater or a plasma cutting crater is used as the crater B, it is not necessary to form the slit 10, and the fitting hole 1 formed in the body member 5 has an inner diameter equal to the outer diameter of these cutting craters. In addition, it is not necessary to form the supply hole 11 in the main body member 5.
またレーザ切断用の火口Bでは、図示しないトーチホルダーに保持されたトーチ本体16a(図1参照)を有しており、火口Bはこのトーチ本体16aの先端に着脱可能に装着される。このため、火口Bのトーチ本体16a側の端部には着脱用のネジ12が形成されている。そしてノズルAは、トーチ本体16aに装着された火口Bに対しネジ部7a,7bの螺合によって取り付けられることで、図示しないトーチホルダーによって保持されている。 The laser cutting crater B has a torch body 16a (see FIG. 1) held by a torch holder (not shown), and the crater B is detachably attached to the tip of the torch body 16a. For this reason, a detachable screw 12 is formed at the end of the crater B on the torch body 16a side. The nozzle A is held by a torch holder (not shown) by being attached to the crater B attached to the torch body 16a by screwing the screw portions 7a and 7b.
尚、火口Bがガス切断火口或いはプラズマ切断火口である場合であっても、これらの火口Bがトーチ本体16aに着脱可能に装着されることは、レーザ切断火口の場合と同様である。 Even when the crater B is a gas cutting crater or a plasma cutting crater, these craters B are detachably attached to the torch body 16a as in the case of the laser cutting crater.
次に、上記の如く構成されたノズルAによって被切断材Dにピアシングを実施する際の手順について図1,図4により説明する。図1に於いて、火口Bを嵌合したノズルAには、ガス供給装置Eが接続される。ガス供給装置Eは、ガスボンベ21a〜21c及びエアコンプレッサ21dと、圧力調整装置22a〜22dと、電磁弁からなる流量調整弁23a〜23dと、ミキサー14と、流量制御部17とを有して構成されており、ノズルAの供給孔8とガス配管24を介して接続されている。 Next, the procedure for piercing the workpiece D with the nozzle A configured as described above will be described with reference to FIGS. In FIG. 1, a gas supply device E is connected to a nozzle A fitted with a crater B. The gas supply device E includes gas cylinders 21a to 21c and an air compressor 21d, pressure adjusting devices 22a to 22d, flow rate adjusting valves 23a to 23d made of electromagnetic valves, a mixer 14, and a flow rate control unit 17. It is connected to the supply hole 8 of the nozzle A via the gas pipe 24.
ガスボンベ21a〜21c及びエアコンプレッサ21dには、被切断材Dの材質に応じて選択されたガスが充填されており、ピアシング時には、この選択されたガスがスラグ排除ガスとしてノズルAに供給される。即ち、被切断材Dが軟鋼である場合、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス、或いは空気,窒素ガスに僅かに酸素ガスを混合させたガス等のガスが選択され、また被切断材Dが非鉄金属である場合、酸素ガスを代表とする酸化性ガスが選択される。 The gas cylinders 21a to 21c and the air compressor 21d are filled with a gas selected according to the material of the material D to be cut, and the selected gas is supplied to the nozzle A as a slag exhaust gas during piercing. That is, when the material to be cut D is mild steel, an inert gas such as nitrogen gas or argon gas, or a gas such as air or a gas obtained by slightly mixing oxygen gas with nitrogen gas is selected. When is a non-ferrous metal, an oxidizing gas typified by oxygen gas is selected.
圧力調整装置22a〜22dはノズルAに供給するスラグ排除ガスの圧力を調整する機能を有するものであり、電磁弁からなる流量調整弁23a〜23d、流量制御部17はノズルAに対するスラグ排除ガスの供給及び遮断の制御を行う機能を有するものである。 The pressure adjusting devices 22a to 22d have a function of adjusting the pressure of the slag exhaust gas supplied to the nozzle A, and the flow rate adjusting valves 23a to 23d, which are electromagnetic valves, and the flow rate control unit 17 are provided for the slag exhaust gas to the nozzle A. It has a function to control supply and shutoff.
上記の如くしてノズルAにガス供給装置Eを接続し、このノズルAを被切断材Dに対向させて火口Bを作動させると、被切断材Dが酸化し或いは溶融した溶融物(スラグ)が被切断材Dの表面に吹き上げる。このとき、ノズルAの噴射口2からスラグ排除ガスを噴射すると、噴射したスラグ排除ガスよってスラグは吹き飛ばされる。 When the gas supply device E is connected to the nozzle A as described above, and the crater B is operated with the nozzle A facing the material D, the melt (slag) in which the material D is oxidized or melted. Blows up to the surface of the material D to be cut. At this time, when the slag exhaust gas is injected from the injection port 2 of the nozzle A, the slag is blown off by the injected slag exhaust gas.
図4に示すように、スラグ25は、ピアシング穴26を中心として噴射口2の反対側に吹き飛ばされ、該ピアシング穴26の周囲に放射状に付着する。即ち、ノズルAに於ける噴射口2と対応する位置にはスラグ25が付着することがない。従って、ノズルAに嵌合した火口Bの作動状態を維持しつつ、該火口Bをスラグ25の付着していない方向(噴射口2の方向)に移動させることで、被切断材Dに対する切断を円滑に開始することが可能となる。 As shown in FIG. 4, the slag 25 is blown off to the opposite side of the injection port 2 around the piercing hole 26, and adheres radially around the piercing hole 26. That is, the slag 25 does not adhere to the nozzle A at a position corresponding to the injection port 2. Therefore, while maintaining the operating state of the crater B fitted to the nozzle A, the crater B is moved in the direction in which the slag 25 is not attached (direction of the injection port 2), thereby cutting the workpiece D. It is possible to start smoothly.
ピアシング後で切断を開始する前に流量調整弁23a〜23dを操作してスラグ排除ガスを停止するか、或いはピアシング時のスラグ排除ガスの流量或いは圧力よりも該スラグ排除ガスの流量或いは圧力を低減してノズルAの噴射口2からスラグ排除ガスを噴射し、発生したスラグ25を排除することが出来る。 Operate the flow control valves 23a to 23d to stop the slag exhaust gas before starting cutting after piercing, or reduce the flow or pressure of the slag exhaust gas from the flow or pressure of the slag exhaust gas during piercing. Then, the slag removal gas is injected from the injection port 2 of the nozzle A, and the generated slag 25 can be excluded.
本願発明者等の実験では、ピアシング時にノズルAから被切断材Dに向けて噴射するスラグ排除ガスは、連続的な噴射よりも断続させて噴射した方が有効であることが判明した。前記断続とは、時間的な断続と圧力の高低と、時間及び圧力を混合させた場合とがある。例えば、時間的に断続させる場合、0.3秒〜1秒の範囲が好ましく、圧力を変化させる場合、0.1MPa〜0.3MPa(1kg/cm2〜3kg/cm2)の範囲が好ましく、両者を混合させる場合、前記範囲の値を適宜選択して変動させることが好ましい。更に、ピアシングが完了し、スラグ25が凝固する以前に噴射するようにしても良い。 In the experiments by the inventors of the present application, it has been found that it is more effective to intermittently inject the slag exclusion gas injected from the nozzle A toward the workpiece D during piercing rather than continuous injection. The term “intermittent” includes temporal intermittentness, pressure level, and time / pressure mixing. For example, when the time is intermittent, the range of 0.3 seconds to 1 second is preferable, and when the pressure is changed, the range of 0.1 MPa to 0.3 MPa (1 kg / cm 2 to 3 kg / cm 2 ) is preferable, When both are mixed, it is preferable that the value in the above range is appropriately selected and varied. Further, the slag 25 may be injected before the piercing is completed and solidified.
上記構成によれば、ピアシング時に発生したスラグ25はピアシング穴26の周囲に放射状に付着することとなり、スラグ25が付着していないピアシング穴26の端部を起点として円滑な切断を開始することが出来る。また、ピアシング後で切断を開始する前にスラグ排除ガスを停止するか、或いはピアシング時のスラグ排除ガスの流量或いは圧力よりも該スラグ排除ガスの流量或いは圧力を低減することで、切断時にスラグ排除ガスの影響を受け難くすることが出来る。 According to the above configuration, the slag 25 generated during piercing adheres radially around the piercing hole 26, and smooth cutting can be started from the end of the piercing hole 26 where the slag 25 is not attached. I can do it. Also, stop slag exhaust gas before starting cutting after piercing, or reduce slag exhaust gas flow rate or pressure at the time of piercing to reduce slag exhaust gas flow rate or pressure. It can be made less susceptible to gas.
また、スラグ排除ガスに含まれる酸素ガス濃度が高いと、ピアシング穴26が大きくなり、その分だけ排出されるスラグ25が抑制できず、歩留まりが悪くなる。このため、被切断材Dが鉄または鉄合金の場合には、混合ガス全体に対する酸素ガスの混合比率がモル比で50%以下とすることで、スラグ排除ガスに含まれる酸素ガス濃度を低く抑えることで、ピアシング穴26が小さくなり、その分だけ排出され被切断材Dに付着するスラグ25の量が抑制でき、歩留まりが良くなる。また、被切断材Dがステンレスまたは非鉄合金の場合、或いは被切断材Dが鉄または鉄合金で板厚が25mm程度を超える場合には、混合ガス全体に対する酸素ガスの混合比率がモル比で55%以上とすることで、スラグ排除ガスに含まれる酸素ガス濃度を高くしてスラグ25の酸化を促進し、溶融して被切断材Dに付着したスラグ25を剥離し易くすることが出来る。尚、図示しない液体供給装置に接続された配管をノズルAの供給孔8に接続して噴射口2から界面活性剤または水の何れかを噴射することも出来る。 Further, when the concentration of oxygen gas contained in the slag exhaust gas is high, the piercing hole 26 becomes large, and the slag 25 discharged by that amount cannot be suppressed, resulting in poor yield. For this reason, when the material D to be cut is iron or an iron alloy, the oxygen gas concentration contained in the slag exhaust gas is kept low by setting the mixing ratio of the oxygen gas to the entire mixed gas to 50% or less in terms of molar ratio. As a result, the piercing hole 26 is reduced, and the amount of the slag 25 that is discharged by that amount and adheres to the material D to be cut can be suppressed, and the yield is improved. When the material to be cut D is stainless steel or a non-ferrous alloy, or when the material to be cut D is iron or an iron alloy and the plate thickness exceeds about 25 mm, the mixing ratio of oxygen gas to the total mixed gas is 55 in molar ratio. By setting the ratio to at least%, it is possible to increase the concentration of oxygen gas contained in the slag removal gas to promote oxidation of the slag 25 and to easily peel off the slag 25 that has melted and adhered to the material D to be cut. Note that a pipe connected to a liquid supply device (not shown) may be connected to the supply hole 8 of the nozzle A to inject either the surfactant or water from the injection port 2.
次に図5を用いて他のノズルFについて説明する。尚、図5に於いて、前述の第1実施形態と同一部分及び同一の機能を有する部分には同一の符号を付して説明を省略する。 Next, another nozzle F will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the same parts as those in the first embodiment described above and the parts having the same functions are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
図5に示すノズルFは、トーチ本体16aを嵌合する嵌合穴1に該トーチ本体16aを嵌合させたとき、軸線3がトーチ本体16aの加工中心となる火口Bの中心線と一致し得るように構成されており、該軸線3を中心とする円周上で且つ軸線3を通る直線4上に1個の噴射口2が形成されている。 In the nozzle F shown in FIG. 5, when the torch body 16a is fitted in the fitting hole 1 for fitting the torch body 16a, the axis 3 coincides with the center line of the crater B which is the processing center of the torch body 16a. A single injection port 2 is formed on the circumference around the axis 3 and on a straight line 4 passing through the axis 3.
ノズルFの嵌合穴1にはネジ31が形成されており、トーチ本体16aには該ネジ31と螺合するネジ32が形成されている。従って、トーチ本体16aを嵌合穴1に挿通すると共にネジ31,32を螺合することで、該トーチ本体16aとノズルFを一体化することが可能である。 A screw 31 is formed in the fitting hole 1 of the nozzle F, and a screw 32 to be screwed with the screw 31 is formed in the torch body 16a. Therefore, the torch body 16a and the nozzle F can be integrated by inserting the torch body 16a through the fitting hole 1 and screwing the screws 31 and 32 together.
上記の如く構成されたノズルFであっても、前述のノズルAと同様にしてスラグ25を吹き飛ばすことが可能であり、且つピアシング後、切断を円滑に開始することが可能である。 Even with the nozzle F configured as described above, it is possible to blow off the slag 25 in the same manner as the nozzle A described above, and it is possible to start cutting smoothly after piercing.
また本実施形態のノズルFでは、図5に破線で示すように、ノズルF全体をトーチ本体16aの内部に組み込んでも良い。このように、トーチ本体16aの内部にノズルFを構成した場合でも、前述の第1実施形態と同様の効果を得ることが可能である。 Further, in the nozzle F of the present embodiment, as shown by a broken line in FIG. 5, the entire nozzle F may be incorporated in the torch body 16a. Thus, even when the nozzle F is configured inside the torch main body 16a, it is possible to obtain the same effect as in the first embodiment.
図6(a)は従来のピアシング方法により被切断材Dの表面に発生するスラグ25の様子を示す図であり、図6(b)はピアシング装置15によりピアシングした際に被切断材Dの表面に発生するスラグ25の様子を示す図である。また、図7はピアシング装置15により厚さ25mmの鋼板材とステンレス材にそれぞれスラグ排除ガスの混合ガス全体に対する酸素ガスの混合比率(モル比)を変えてピアシングした際に発生したスラグ25のうち、被切断材Dの表面に付着したスラグ25の重量を示すグラフである。ピアシング装置15としては、小池酸素工業株式会社製の出力400Aのプラズマ切断トーチを使用した。図7に示すように、被切断材Dが鉄または鉄合金の一例として鋼板材の場合にはスラグ排除ガスの混合ガス全体に対する酸素ガスの混合比率がモル比で50%以下であれば被切断材Dの表面に付着するスラグ25の重量は30g程度と低く維持され、被切断材Dがステンレスまたは非鉄合金の一例としてステンレス材の場合にはスラグ排除ガスの混合ガス全体に対する酸素ガスの混合比率がモル比で55%以上であれば被切断材Dの表面に付着するスラグ25の重量は25g程度と低く維持されることが分る。 6A is a view showing a state of the slag 25 generated on the surface of the workpiece D by the conventional piercing method, and FIG. 6B is a diagram showing the surface of the workpiece D when piercing is performed by the piercing device 15. It is a figure which shows the mode of the slag 25 which generate | occur | produces. FIG. 7 shows the slag 25 generated when piercing is performed by changing the mixing ratio (molar ratio) of oxygen gas to the total mixed gas of slag exclusion gas into a steel plate material and a stainless steel material having a thickness of 25 mm by the piercing device 15. 4 is a graph showing the weight of the slag 25 attached to the surface of the material D to be cut. As the piercing device 15, a plasma cutting torch with an output of 400A manufactured by Koike Oxygen Co., Ltd. was used. As shown in FIG. 7, in the case where the material to be cut D is a steel plate material as an example of iron or an iron alloy, the material to be cut if the mixing ratio of oxygen gas to the total mixed gas of slag exhaust gas is 50% or less in molar ratio. The weight of the slag 25 adhering to the surface of the material D is kept as low as about 30 g, and when the material D to be cut is stainless steel or stainless steel as an example of the non-ferrous alloy, the mixing ratio of oxygen gas to the whole mixed gas of slag exhaust gas If the molar ratio is 55% or more, it can be seen that the weight of the slag 25 adhering to the surface of the material D to be cut is kept as low as about 25 g.
本発明の活用例として、被切断材にピアシング(穴あけ)する際に発生するスラグを一定の方向に排除して円滑に切断作業を開始させるためのピアシング方法及びピアシング装置に適用出来る。 As an application example of the present invention, the present invention can be applied to a piercing method and a piercing device for smoothly starting a cutting operation by eliminating slag generated when piercing (drilling) a material to be cut in a certain direction.
A …ノズル
B …火口
D …被切断材
E …ガス供給装置(ガス供給制御手段)
F …ノズル
1 …嵌合穴
2 …噴射口
3 …軸線
4 …直線
5 …本体部材
6 …ノズル部材
7a,7b …ネジ部
8 …供給孔
9 …グルーブ
10 …スリット
11 …供給孔
12 …ネジ
13a〜13d …ガス配管
14 …ミキサー
15 …ピアシング装置
16 …切断トーチ
16a …トーチ本体
17 …流量制御部
21a〜21c …ガスボンベ
21d …エアコンプレッサ
22a〜22d …圧力調整装置
23a〜23d …流量調整弁
24 …ガス配管
25 …スラグ
26 …ピアシング穴
31,32 …ネジ
A ... Nozzle B ... Tinder D ... Material to be cut E ... Gas supply device (gas supply control means)
F ... Nozzle 1 ... Fitting hole 2 ... Injection port 3 ... Axis 4 ... Line 5 ... Main body member 6 ... Nozzle members 7a, 7b ... Threaded portion 8 ... Supply hole 9 ... Groove
10… Slit
11… Supply hole
12 ... Screw
13a to 13d ... Gas piping
14 ... Mixer
15… Piercing device
16… cutting torch
16a ... torch body
17… Flow control unit
21a-21c ... gas cylinder
21d Air compressor
22a to 22d ... pressure adjusting device
23a-23d ... Flow rate adjustment valve
24… Gas piping
25… slug
26… Piercing hole
31, 32 ... Screw
Claims (6)
ガス切断トーチ又はプラズマ切断トーチ或いはレーザ切断トーチから選択された切断トーチの加工中心線と一致した軸線を有し、前記軸線を中心として設定された円周上で且つ軸線を通る複数の直線上にピアシング時に発生するスラグを吹き飛ばすためのスラグ排除ガスを噴射する噴射口を形成し、前記切断トーチに装着したノズルによって前記被切断材に対するピアシングを実施する際に前記噴射口からピアシング部の周囲に前記スラグ排除ガスを噴射し、ピアシング後で切断を開始する前に前記ピアシング時の前記スラグ排除ガスの流量或いは圧力よりも該スラグ排除ガスの流量或いは圧力を低減して発生したスラグを排除することを特徴とするピアシング方法。 A piercing method that eliminates slag generated when a part of a material to be cut is oxidized and / or melted and removed from a base material and cut.
An axis that coincides with the machining center line of a cutting torch selected from a gas cutting torch, a plasma cutting torch, or a laser cutting torch, and on a plurality of straight lines passing through the axis on a circumference set around the axis. An injection port for injecting slag exhaust gas for blowing off the slag generated at the time of piercing is formed, and the piercing is performed from the injection port to the periphery of the piercing portion when piercing the workpiece with the nozzle attached to the cutting torch. injecting slag exclusion gas, eliminating the slag generated by reducing the flow rate or pressure of the slag eliminating gas than the flow rate or pressure of the slag exclusion gas during pre Symbol piercing before starting the cut after piercing A piercing method characterized by the above.
ガス切断トーチ又はプラズマ切断トーチ或いはレーザ切断トーチから選択された切断トーチと、
前記切断トーチの加工中心線と一致した軸線を有し、前記軸線を中心として設定された円周上で且つ軸線を通る複数の直線上にピアシング時に発生するスラグを吹き飛ばすためのスラグ排除ガスを噴射する噴射口を形成し、前記切断トーチに装着されるノズルと、
前記被切断材に対するピアシングを実施する際に前記噴射口からピアシング部の周囲に前記スラグ排除ガスを噴射し、ピアシング後で切断を開始する前に前記ピアシング時の前記スラグ排除ガスの流量或いは圧力よりも該スラグ排除ガスの流量或いは圧力を低減するガス供給制御手段と、
を有することを特徴とするピアシング装置。 A piercing device that oxidizes and / or melts a part of a material to be cut and eliminates slag that is generated when the material is cut out of a base material.
A cutting torch selected from a gas cutting torch or a plasma cutting torch or a laser cutting torch;
Injecting slag exhaust gas for blowing off slag generated at the time of piercing on the circumference set around the axis and on a plurality of straight lines passing through the axis, the axis having the same axis as the machining center line of the cutting torch Forming a nozzle to be attached to the cutting torch;
Wherein injecting the slag exclusion gas around the piercing part from the injection port in the practice of the piercing for workpiece, the flow rate or pressure of the slag exclusion gas during pre Symbol piercing before starting the cut after piercing Gas supply control means for reducing the flow rate or pressure of the slag exhaust gas than
A piercing device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010082459A JP5601866B2 (en) | 2010-03-31 | 2010-03-31 | Piercing method and apparatus |
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