JPH08174052A - 溶接鋼管の製造方法 - Google Patents
溶接鋼管の製造方法Info
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- JPH08174052A JPH08174052A JP6316398A JP31639894A JPH08174052A JP H08174052 A JPH08174052 A JP H08174052A JP 6316398 A JP6316398 A JP 6316398A JP 31639894 A JP31639894 A JP 31639894A JP H08174052 A JPH08174052 A JP H08174052A
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- welding
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- linear beam
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
- B23K2101/04—Tubular or hollow articles
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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- B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
- B23K2103/04—Steel or steel alloys
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 生産性を低下させることなく、溶接欠陥のな
い、良好なビード形状が得られる溶接鋼管の製造方法を
提供する。 【構成】 レーザビーム3をシリンドリカルレンズ5と
シリンドリカルミラー6を用いて線状に収束させ、その
線状ビーム3bを素管1の突合わせ部2に平行に照射し
て突合わせ部を溶接する。線状ビーム3bの長さLw は
溶接速度vに対して式(1)で表わされる範囲内に設定
する。
い、良好なビード形状が得られる溶接鋼管の製造方法を
提供する。 【構成】 レーザビーム3をシリンドリカルレンズ5と
シリンドリカルミラー6を用いて線状に収束させ、その
線状ビーム3bを素管1の突合わせ部2に平行に照射し
て突合わせ部を溶接する。線状ビーム3bの長さLw は
溶接速度vに対して式(1)で表わされる範囲内に設定
する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鋼帯を筒状に成形した
素管の突合わせ部に高密度エネルギービームを照射する
ことにより溶接鋼管を製造する方法に関する。
素管の突合わせ部に高密度エネルギービームを照射する
ことにより溶接鋼管を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザビームなどの高密度エネルギービ
ームの集中熱源による鋼管溶接は、特公昭61−298
30号公報に開示されているように、他のエネルギー密
度の小さい溶接熱源(MIGアークなどの熱源)に比べ
て生産性の高い高速溶接が行え、溶接入熱を少なくする
ことができる。その結果、溶接部の幅が狭く熱影響によ
る素管材質の劣化が少ない、品質の優れた管の製造が可
能である。しかし、この方法は、レーザビームを素管の
突合わせ部に照射して板厚を貫通溶接させる方法である
ため、溶接部にブローホール等の溶接欠陥が発生しやす
いという問題点を有している。
ームの集中熱源による鋼管溶接は、特公昭61−298
30号公報に開示されているように、他のエネルギー密
度の小さい溶接熱源(MIGアークなどの熱源)に比べ
て生産性の高い高速溶接が行え、溶接入熱を少なくする
ことができる。その結果、溶接部の幅が狭く熱影響によ
る素管材質の劣化が少ない、品質の優れた管の製造が可
能である。しかし、この方法は、レーザビームを素管の
突合わせ部に照射して板厚を貫通溶接させる方法である
ため、溶接部にブローホール等の溶接欠陥が発生しやす
いという問題点を有している。
【0003】従来法の問題点を図3を参照して説明す
る。レーザビームによる溶接は、素管1の突合わせ部2
に105 W/cm2 以上に収束した高密度エネルギービー
ム(レーザビーム)11を照射し、管厚を貫通するキー
ホールを形成させながら溶接する方法であるが、ビーム
照射部には溶融金属から金属が蒸発してその一部が電離
して生成されたプラズマ12が発生する。このプラズマ
は、ビームエネルギーの吸収性がよく溶接に費やすエネ
ルギーを減少させ、溶込み深さを減少させる原因となっ
ている。したがって、高速溶接時の単位溶接長さ当たり
の投入熱エネルギーも減少することになる。このよう
に、レーザビームの照射によって発生したプラズマおよ
び溶接の高速化による溶接エネルギーが減少することに
より、キーホールが不安定になる。その程度は、鋼管内
面側の溶接ビードほど著しい。すなわち、鋼管内面側の
溶接ビードはエネルギー不足によりビード幅が狭くな
り、かつ溶融金属の凝固速度が速くなるため、キーホー
ル部の不安定凝固によってアンダーカット13、ブロー
ホール14あるいは素材の成分によっては凝固割れ15
といった溶接欠陥が発生しやすい。さらには、鋼管内面
側の溶接ビード16は凹凸が激しく、表面性状が劣るも
のとなりやすい。
る。レーザビームによる溶接は、素管1の突合わせ部2
に105 W/cm2 以上に収束した高密度エネルギービー
ム(レーザビーム)11を照射し、管厚を貫通するキー
ホールを形成させながら溶接する方法であるが、ビーム
照射部には溶融金属から金属が蒸発してその一部が電離
して生成されたプラズマ12が発生する。このプラズマ
は、ビームエネルギーの吸収性がよく溶接に費やすエネ
ルギーを減少させ、溶込み深さを減少させる原因となっ
ている。したがって、高速溶接時の単位溶接長さ当たり
の投入熱エネルギーも減少することになる。このよう
に、レーザビームの照射によって発生したプラズマおよ
び溶接の高速化による溶接エネルギーが減少することに
より、キーホールが不安定になる。その程度は、鋼管内
面側の溶接ビードほど著しい。すなわち、鋼管内面側の
溶接ビードはエネルギー不足によりビード幅が狭くな
り、かつ溶融金属の凝固速度が速くなるため、キーホー
ル部の不安定凝固によってアンダーカット13、ブロー
ホール14あるいは素材の成分によっては凝固割れ15
といった溶接欠陥が発生しやすい。さらには、鋼管内面
側の溶接ビード16は凹凸が激しく、表面性状が劣るも
のとなりやすい。
【0004】そこで、溶接ビードに発生する溶接欠陥お
よび表面性状を改善する方法として、第1に、溶接速度
を遅くしてキーホールを安定化させ、溶接欠陥や表面性
状を改善する方法があるが、この方法では生産性が著し
く低下するため有効でない。第2に、特開昭60−99
494号公報、特開昭60−216986号公報に開示
するように、被溶接材の裏側に反射率の高い材料ででき
た部材を設置し、キーホールを貫通したレーザビームを
その部材で反射させて溶接部分に照射し、さらにArな
どの不活性ガスを供給してプラズマを発生させることに
より、溶接ビードの安定化を図る方法がある。しかし、
この方法でも、貫通ビームのエネルギーは被溶接材表面
に照射した熱エネルギーの10%程度しかなく、アンダ
ーカットや溶接部内に発生するブローホールを低減させ
るには至らない。
よび表面性状を改善する方法として、第1に、溶接速度
を遅くしてキーホールを安定化させ、溶接欠陥や表面性
状を改善する方法があるが、この方法では生産性が著し
く低下するため有効でない。第2に、特開昭60−99
494号公報、特開昭60−216986号公報に開示
するように、被溶接材の裏側に反射率の高い材料ででき
た部材を設置し、キーホールを貫通したレーザビームを
その部材で反射させて溶接部分に照射し、さらにArな
どの不活性ガスを供給してプラズマを発生させることに
より、溶接ビードの安定化を図る方法がある。しかし、
この方法でも、貫通ビームのエネルギーは被溶接材表面
に照射した熱エネルギーの10%程度しかなく、アンダ
ーカットや溶接部内に発生するブローホールを低減させ
るには至らない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の解決すべき課
題は、溶接熱源に高密度エネルギービームを用いる溶接
鋼管の製造方法において、前記のような溶接欠陥を発
生させないこと、溶接ビードの表面品質を改善するこ
と、生産性を低下させないことにある。
題は、溶接熱源に高密度エネルギービームを用いる溶接
鋼管の製造方法において、前記のような溶接欠陥を発
生させないこと、溶接ビードの表面品質を改善するこ
と、生産性を低下させないことにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係る溶接鋼管の
製造方法は、鋼帯をオープンパイプ状に成形し、その両
端面を突き合わせ、その突合わせ部に、高密度エネルギ
ービームを溶接線方向に平行に収束させて照射し、前記
突合わせ部を溶接することを特徴とする。
製造方法は、鋼帯をオープンパイプ状に成形し、その両
端面を突き合わせ、その突合わせ部に、高密度エネルギ
ービームを溶接線方向に平行に収束させて照射し、前記
突合わせ部を溶接することを特徴とする。
【0007】また、本発明は、前記高密度エネルギービ
ームの収束された線状ビームの長さLw (mm) を、下記
式で表わされる範囲の値にすることを特徴とする。 v/100≦Lw ≦v/50 …(1) 但し、vは溶接速度(mm /sec)である。
ームの収束された線状ビームの長さLw (mm) を、下記
式で表わされる範囲の値にすることを特徴とする。 v/100≦Lw ≦v/50 …(1) 但し、vは溶接速度(mm /sec)である。
【0008】
【作用】本発明においては、素管の突合わせ部に照射さ
れる高密度エネルギービームを溶接線方向に平行に線状
に収束させた線状ビームとすることを特徴とする。この
ように線状に収束させた線状ビームを用いることによ
り、前記溶接欠陥を抑制できる理由について述べると、
通常、溶接に用いられる点状に収束させたビームは直径
が50〜300μmと小さいため、溶接時に形成される
キーホール径も小さくなる。したがって、容易に溶融金
属によってキーホールが潰されブローホールが形成され
る。特に、ビーム照射裏面側の溶融池の凝固速度が速い
ため、キーホールを溶融金属が円滑に埋めることができ
ずに中途半端な状態で凝固するため、アンダーカットお
よび溶接ビードの荒れ等の溶接欠陥が発生する。一方、
本発明のように線状ビームを用いると、キーホールが溶
接線方向に長く伸びるため、冷却速度が低下し、溶融金
属の急速な凝固が回避され、キーホールを溶融金属が安
定に埋めつつ凝固するため、前記溶接欠陥の発生を回避
できることになる。
れる高密度エネルギービームを溶接線方向に平行に線状
に収束させた線状ビームとすることを特徴とする。この
ように線状に収束させた線状ビームを用いることによ
り、前記溶接欠陥を抑制できる理由について述べると、
通常、溶接に用いられる点状に収束させたビームは直径
が50〜300μmと小さいため、溶接時に形成される
キーホール径も小さくなる。したがって、容易に溶融金
属によってキーホールが潰されブローホールが形成され
る。特に、ビーム照射裏面側の溶融池の凝固速度が速い
ため、キーホールを溶融金属が円滑に埋めることができ
ずに中途半端な状態で凝固するため、アンダーカットお
よび溶接ビードの荒れ等の溶接欠陥が発生する。一方、
本発明のように線状ビームを用いると、キーホールが溶
接線方向に長く伸びるため、冷却速度が低下し、溶融金
属の急速な凝固が回避され、キーホールを溶融金属が安
定に埋めつつ凝固するため、前記溶接欠陥の発生を回避
できることになる。
【0009】この線状ビームの長さ寸法Lw は、溶接速
度v(mm /sec)により変化する値であり、実験結果か
ら、式(1)で表わされる範囲の値が適していることが
わかった。すなわち、板厚12mmの炭素鋼を20kWの
炭酸ガスレーザを用いて線状に収束したビームの長さを
種々変化させて溶接した。その実験結果を図2に示す。
図2は、この実験で得られた溶接品質評価結果を、横軸
の線状ビームの長さLw(mm)と縦軸の溶接速度v(mm /s
ec)との関係で表わしたものである。同図より、線状ビ
ームの長さ寸法Lw がv/100未満の領域では、キー
ホール寸法が過小となり、ブローホールやアンダーカッ
トなどの溶接欠陥が発生している。一方、線状ビームの
長さ寸法Lw がv/50超の領域では、キーホール寸法
が過大となり、溶け落ちビードとなり、さらに線状ビー
ムの長さが大きい場合にはエネルギー密度が小さくなり
溶け込み不足となっている。したがって、線状ビームの
長さには、溶接速度を初めとする溶接条件により適正範
囲が存在することが明らかであり、線状ビームの長さ寸
法Lw は、溶接速度vに対して、v/100以上、v/
50以下の範囲(斜線で示す領域)に設定すべきであ
る。
度v(mm /sec)により変化する値であり、実験結果か
ら、式(1)で表わされる範囲の値が適していることが
わかった。すなわち、板厚12mmの炭素鋼を20kWの
炭酸ガスレーザを用いて線状に収束したビームの長さを
種々変化させて溶接した。その実験結果を図2に示す。
図2は、この実験で得られた溶接品質評価結果を、横軸
の線状ビームの長さLw(mm)と縦軸の溶接速度v(mm /s
ec)との関係で表わしたものである。同図より、線状ビ
ームの長さ寸法Lw がv/100未満の領域では、キー
ホール寸法が過小となり、ブローホールやアンダーカッ
トなどの溶接欠陥が発生している。一方、線状ビームの
長さ寸法Lw がv/50超の領域では、キーホール寸法
が過大となり、溶け落ちビードとなり、さらに線状ビー
ムの長さが大きい場合にはエネルギー密度が小さくなり
溶け込み不足となっている。したがって、線状ビームの
長さには、溶接速度を初めとする溶接条件により適正範
囲が存在することが明らかであり、線状ビームの長さ寸
法Lw は、溶接速度vに対して、v/100以上、v/
50以下の範囲(斜線で示す領域)に設定すべきであ
る。
【0010】
【実施例】図1は本発明の方法に使用する装置の概要図
である。レーザ発生装置(図示せず)から円形の平行光
にコリメートされたレーザビーム3を平面ミラー4で反
射させ、焦点距離L(=Lm +Li 但し、Lm :円筒
面の中心縦軸方向の焦点距離、Li :円筒面の中心横軸
方向の焦点距離)のシリンドリカルレンズ5に入射させ
る。このシリンドリカルレンズ5によって線状のビーム
3bに収束し、さらにシリンドリカルレンズ5の後方に
配置した焦点距離L3 のシリンドリカルミラー6によっ
て線状ビーム3bの長さLw を調節して、素管1の突合
わせ部2に平行に照射する。
である。レーザ発生装置(図示せず)から円形の平行光
にコリメートされたレーザビーム3を平面ミラー4で反
射させ、焦点距離L(=Lm +Li 但し、Lm :円筒
面の中心縦軸方向の焦点距離、Li :円筒面の中心横軸
方向の焦点距離)のシリンドリカルレンズ5に入射させ
る。このシリンドリカルレンズ5によって線状のビーム
3bに収束し、さらにシリンドリカルレンズ5の後方に
配置した焦点距離L3 のシリンドリカルミラー6によっ
て線状ビーム3bの長さLw を調節して、素管1の突合
わせ部2に平行に照射する。
【0011】ここで、シリンドリカルレンズ5における
直径L0 の入射ビーム3aは、シリンドリカルレンズ5
により焦点距離Lでは長さL0 の線状ビーム3bとなる
が、溶接点2aでの線状ビーム3bの長さLw は、式
(2)で表わされるように、シリンドリカルミラー6
(焦点距離L3 )と溶接位置との間隔Li により調節で
きる。 Lw =[(L3 −Li )/L3 ]×L0 …(2) このようにしてレーザビーム3を線状に収束させた線状
ビーム3bを素管1の突合わせ部2に平行に照射するこ
とにより、突合わせ部2を連続的に溶接していく。
直径L0 の入射ビーム3aは、シリンドリカルレンズ5
により焦点距離Lでは長さL0 の線状ビーム3bとなる
が、溶接点2aでの線状ビーム3bの長さLw は、式
(2)で表わされるように、シリンドリカルミラー6
(焦点距離L3 )と溶接位置との間隔Li により調節で
きる。 Lw =[(L3 −Li )/L3 ]×L0 …(2) このようにしてレーザビーム3を線状に収束させた線状
ビーム3bを素管1の突合わせ部2に平行に照射するこ
とにより、突合わせ部2を連続的に溶接していく。
【0012】以下、実施例に基づいて本発明の効果を説
明する。素材として板厚4.8mmから16mmまでの熱延
鋼板を用い、管径75mmから508mmまでの造管を行
い、その突合わせ部に前記の線状ビーム3bを照射し
て、製管溶接を行った。溶接は、焦点距離600mmのシ
リンドルカルレンズ5とシリンドリカルミラー6を用い
て、長さLw が0.3〜4.0mmの線状ビームにより行
った。溶接条件は、レーザ出力:20kW,溶接速度:
40〜160mm/sec,シールドガスにはヘリウムを用い
た。このような条件で溶接管を製造し、管内外面のビー
ド形状およびブローホール、アンダーカット、割れ等の
溶接欠陥の有無を調査した。
明する。素材として板厚4.8mmから16mmまでの熱延
鋼板を用い、管径75mmから508mmまでの造管を行
い、その突合わせ部に前記の線状ビーム3bを照射し
て、製管溶接を行った。溶接は、焦点距離600mmのシ
リンドルカルレンズ5とシリンドリカルミラー6を用い
て、長さLw が0.3〜4.0mmの線状ビームにより行
った。溶接条件は、レーザ出力:20kW,溶接速度:
40〜160mm/sec,シールドガスにはヘリウムを用い
た。このような条件で溶接管を製造し、管内外面のビー
ド形状およびブローホール、アンダーカット、割れ等の
溶接欠陥の有無を調査した。
【0013】表1に、管寸法、溶接条件および溶接ビー
ド部の評価結果を示す。
ド部の評価結果を示す。
【0014】
【表1】
【0015】表1において、比較例No.1,No.
2,No.5,No.6,No.7,No.9は、線状
ビーム長さが溶接速度vとの比でv/100未満のた
め、アンダーカット等の溶接欠陥が発生した。また、比
較例No.3,No.4,No.8,No.10は、線
状ビーム長さが溶接速度vとの比でv/50超であり、
溶け落ちが発生した。一方、線状ビーム長さが本発明の
範囲にある本発明例は、全て溶接欠陥の発生もなく良好
なビードが形成された。
2,No.5,No.6,No.7,No.9は、線状
ビーム長さが溶接速度vとの比でv/100未満のた
め、アンダーカット等の溶接欠陥が発生した。また、比
較例No.3,No.4,No.8,No.10は、線
状ビーム長さが溶接速度vとの比でv/50超であり、
溶け落ちが発生した。一方、線状ビーム長さが本発明の
範囲にある本発明例は、全て溶接欠陥の発生もなく良好
なビードが形成された。
【0016】このように本発明の特許請求の範囲から外
れた溶接条件では、ビード形状が劣化し、あるいは溶接
欠陥が発生した。これに対して、本発明の溶接条件を全
て満たす場合にのみ、溶接欠陥のない優れたビード形状
が得られることがわかる。
れた溶接条件では、ビード形状が劣化し、あるいは溶接
欠陥が発生した。これに対して、本発明の溶接条件を全
て満たす場合にのみ、溶接欠陥のない優れたビード形状
が得られることがわかる。
【0017】なお、本発明は、溶接鋼管の製造だけでな
く、一般的な被溶接材の突き合わせ溶接に適用できるも
のである。また、素管の断面形状は円形、四角形など任
意である。
く、一般的な被溶接材の突き合わせ溶接に適用できるも
のである。また、素管の断面形状は円形、四角形など任
意である。
【0018】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、高密度エ
ネルギービームであるレーザビームを線状に収束してそ
の線状ビームを素管の突合せ部に平行に照射して溶接す
るものであるから、貫通溶接が安定して行われるため、
レーザ溶接に固有の溶接欠陥、すなわちアンダーカッ
ト、ブローホール、溶け落ちなどの発生を完全に防止で
き、かつ、管内外面とも良好なビード形状が得られると
いう効果がある。また、レーザ溶接のもつ高能率溶接の
特徴を一層推進することができ、生産性が向上する効果
がある。
ネルギービームであるレーザビームを線状に収束してそ
の線状ビームを素管の突合せ部に平行に照射して溶接す
るものであるから、貫通溶接が安定して行われるため、
レーザ溶接に固有の溶接欠陥、すなわちアンダーカッ
ト、ブローホール、溶け落ちなどの発生を完全に防止で
き、かつ、管内外面とも良好なビード形状が得られると
いう効果がある。また、レーザ溶接のもつ高能率溶接の
特徴を一層推進することができ、生産性が向上する効果
がある。
【図1】本発明の方法に使用する装置の概要図である。
【図2】溶接部の品質に及ぼす溶接速度と線状ビームの
長さとの関係を示す図である。
長さとの関係を示す図である。
【図3】従来法の説明図で、溶接部の断面を併記して示
す図である。
す図である。
1 素管 2 突合せ部 3 レーザビーム 3b 線状ビーム 4 平面ミラー 5 シリンドリカルレンズ 6 シリンドリカルミラー
フロントページの続き (72)発明者 長浜 裕 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内
Claims (2)
- 【請求項1】 鋼帯をオープンパイプ状に成形し、その
両端面を突き合わせ、その突合わせ部に、高密度エネル
ギービームを溶接線方向に平行に収束させて照射し、前
記突合わせ部を溶接することを特徴とする溶接鋼管の製
造方法。 - 【請求項2】 前記高密度エネルギービームの収束され
た線状ビームの長さLw (mm) を、下記式で表わされる
範囲の値にすることを特徴とする請求項1記載の溶接鋼
管の製造方法。 v/100≦Lw ≦v/50 但し、vは溶接速度(mm /sec)である。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6316398A JPH08174052A (ja) | 1994-12-20 | 1994-12-20 | 溶接鋼管の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6316398A JPH08174052A (ja) | 1994-12-20 | 1994-12-20 | 溶接鋼管の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08174052A true JPH08174052A (ja) | 1996-07-09 |
Family
ID=18076637
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6316398A Pending JPH08174052A (ja) | 1994-12-20 | 1994-12-20 | 溶接鋼管の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08174052A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008055952A (ja) * | 2006-08-29 | 2008-03-13 | Tokyu Car Corp | 鉄道車両台車用の構造物及びその製造方法 |
CN112548324A (zh) * | 2019-09-25 | 2021-03-26 | 必能信超声(上海)有限公司 | 激光焊接方法和用于激光焊接的设备 |
-
1994
- 1994-12-20 JP JP6316398A patent/JPH08174052A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008055952A (ja) * | 2006-08-29 | 2008-03-13 | Tokyu Car Corp | 鉄道車両台車用の構造物及びその製造方法 |
CN112548324A (zh) * | 2019-09-25 | 2021-03-26 | 必能信超声(上海)有限公司 | 激光焊接方法和用于激光焊接的设备 |
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