KR101360523B1 - 용접전극 및 이를 포함한 용접장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극은 용접부재에 접촉되는 용접면이 형성된 용접부 및 상기 용접부와 연계되며, 상기 용접부재에 기체를 분사하는 분사홀이 형성된 분사홀형성부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접장치는 전원과 연결되어 전류를 제공하는 지지봉 및 상기 지지봉에 결합되는 상기 용접전극을 포함할 수 있다.

Description

용접전극 및 이를 포함한 용접장치{Welding electrode and welding apparatus having thereof}

본 발명은 용접전극 및 이를 포함한 용접장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기체를 분사하여 용접전극 및 용접부재의 용접부위 중 적어도 하나를 냉각시키거나 산화를 방지하는 발명에 관한 것이다.

자동차, 가전제품 등의 조립 라인에서는 저항 용접법 중에서도 작업 효율이 높은 스폿(spot)용접법이 일반적으로 사용되고 있다. 또한, 자동화 공정을 필요로 하는 대량 생산 라인에서도 연속 스폿 용접은 필수적이다.

이와 같은, 스폿용접은 주울(Joule) 발열을 이용하여 접합면을 용융 또는 고온상태까지 도달하도록 가압하여 접합하는 방법으로 판재의 접합에 주로 이용되는 방법이다. 즉, 겹쳐 놓은 용접부재의 앞쪽 끝을 적당하게 성형한 전극으로 누르고, 여기에 전류를 통하게 하여 접촉면의 큰 전기저항에 의해 열을 발생시켜 용접작업을 하게 되는 것이다. 다만, 이러한 스폿용접에 의하면 용접부재의 온도도 상승하게 된다.

한편, 상기 전극은 물에 의해 수냉되는데, 이때 수냉 정도에 따라 용접 효과를 증대시킬 수 있게 된다. 즉, 냉각이 잘 될수록 더 높은 온도의 아크를 얻을 수 있으며, 고밀도의 아크를 형성하여 아크의 직진도를 향상시킬 수 있게 된다. 또한 아크의 온도를 증가시킬 수 있어, 더 빠르게 용접할 수 있게 된다. 한편, 냉각수 온도에 따라 토치 내부 부품의 사용 수명도 달라진다.

그러나, 상기 전극을 냉각수를 이용하여 냉각하는 과정에서 누수 및 기타의 사유로 누전발생우려가 매우 높아지는 문제점이 있다. 또한, 냉각수의 유입과 배출의 관리가 어려워 상기 전극을 포함한 용접장치의 관리가 어려운 문제점도 있다.

한편, 상기 전극과 접촉하는 용접부재의 용접부위는 높은 열로 인하여 산화가 발생할 가능성이 높으며, 상기 용접부재의 산화로 인해 상기 용접부재의 용접품질이 저하되는 문제점이 발생한다. 즉, 전극 접촉을 통한 용접과정에서 상기 용접부재 상하의 용접부위에 집중적인 산화발생으로 용접품질이 현저하게 저하됨은 물론 검게 산화된 현상이 발생하여 이에 대한 개선이 요구되고 있다.

따라서, 상기 전극의 냉각을 위해 냉각수를 사용하지 않는 구조의 전극 및 상기 용접부재의 산화를 방지하여 용접품질을 향상시키기 위한 발명에 대한 연구가 필요하게 되었다.

본 발명의 목적은 용접전극의 구조를 변형하여 상기 용접전극 및 용접부재 중 적어도 하나를 냉각시키면서도 산화를 방지하여 용접품질을 높이는 용접전극 및 이를 포함한 용접장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극은 용접부재에 접촉되는 용접면이 형성된 용접부 및 상기 용접부와 연계되며, 상기 용접부재에 기체를 분사하는 분사홀이 형성된 분사홀형성부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극의 상기 분사홀은 상기 용접부와 접하는 위치의 상기 분사홀형성부에 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극은 상기 기체와 분사 전에 접촉되어 냉각되도록, 상기 기체가 접촉하는 공간인 접촉부를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극의 상기 분사홀형성부는 테이퍼형상 또는 단턱형상일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극의 상기 기체는 불활성기체일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극은 상기 기체가 상기 용접면 주위로 집중될 수 있도록, 상기 분사홀형성부에 결합된 절연가이드를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접장치는 전원과 연결되어 전류를 제공하는 지지봉 및 상기 지지봉에 결합되는 상기 용접전극을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접장치의 상기 지지봉에는 상기 기체가 유입하는 기체유입홀 및 상기 용접전극으로 상기 기체를 전달하기 위한 기체전달홀이 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 용접전극 및 이를 포함한 용접장치는 냉각수를 이용하지 않고 상기 용접전극 및 상기 용접부재 중 적어도 하나를 냉각시킬 수 있는 이점이 있다. 이에 의하면, 냉각수로 냉각시에 발생할 수 있는 누전 등의 사고발생을 방지할 수 있고, 상기 용접전극을 포함한 용접장치의 수명을 연장시킬 수 있는 이점도 있다.

또한, 상기 용접부재에 고온의 열에 의해 발생할 수 있는 산화를 방지할 수 있는 이점도 있다. 이에 의해, 상기 용접부재의 용접시 상기 용접부재의 산화로 인해 발생할 수 있는 용접하자를 방지하여 용접품질을 향상시킬 수 있는 이점도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극의 제1실시예를 개략적으로 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극의 제2실시예를 개략적으로 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극의 제3실시예를 개략적으로 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접장치의 A부분을 확대하여 개략적으로 도시한 부분절단사시도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.

또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극(100)의 제1실시예를 개략적으로 도시한 사시도 및 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극(100)의 제2실시예를 개략적으로 도시한 사시도 및 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극(100)은 용접부재(300)에 접촉되는 용접면(140)이 형성된 용접부(130) 및 상기 용접부(130)와 연계되며, 상기 용접부재(300)에 기체를 분사하는 분사홀(120)이 형성된 분사홀형성부(110)를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극(100)의 상기 분사홀(120)은 상기 용접부(130)와 접하는 위치의 상기 분사홀형성부(110)에 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극(100)은 상기 기체와 분사 전에 접촉되어 냉각되도록, 상기 기체가 접촉하는 공간인 접촉부(160)를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극(100)의 상기 분사홀형성부(110)는 테이퍼형상 또는 단턱형상일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극(100)의 상기 기체는 불활성기체일 수 있다.

상기 용접부재(300)에는 스폿(spot)용접이 가능한 저탄소강, 고탄소강, 저합금강, 알루미늄, 알루미늄 합금, 스테인레스강 및 주석도금판 등 각종 금속들이 포함될 수 있으며, 전류를 통과시켜 큰 전기저항으로 열을 발생시키는 소재라면 본 발명의 용접부재(300)에 해당할 수 있다.

상기 용접전극(100)은 상기 용접부재(300)의 양측에 접촉하여 상기 용접부재(300)에 전류를 통하게 한다. 이때, 용접전극(100)은 상기 용접부재(300)의 큰 전기저항으로 인해 발생된 열을 이용하여 상기 용접부재(300)를 용접시키는 역할을 하게 된다.

용접전극(100)은 구리 혹은 구리합금(구리카드뮴합금, 구리텅스텐합금 등) 등의 재료로 형성될 수 있다. 또한, 그 재질은 전기와 열전도가 좋고 연속 사용하더라도 내구성이 있으며 고온에서도 기계적인 성질이 유지되는 소재인 것이 바람직하다.

용접전극(100)의 상기 용접부재(300)와 접촉하는 부분인 용접부(130)에 형성된 용접면(140)의 형상은 상기 용접부재(300)를 거쳐 전류를 통과시킬 수 있다면 제한이 없다. 다만, 상기 용접면(140)의 형상을 원 형상으로 하는 것이 상기 용접면(140)에 에지(edge)를 없앨 수 있어 유리하다. 즉, 용접전극(100)에 전류가 통하는 경우에 에지부분에 의해 저항이 증가하는 것을 방지할 수 있는 이점이 있어 바람직하다.

한편, 상기 용접면(140)을 포함한 용접부(130)는 고열에 의해 소진될 수도 있는데, 이러한 경우에 상기 용접부(130)가 교체가능하도록, 상기 용접부(130)를 상기 분사홀형성부(110)와 분리가능하게 결합할 수 있다. 일례로 나사결합에 의해 결합할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 용접부(130)를 상기 분사홀형성부(110)와 분리가능하게 결합한다면 본 발명에 포함될 수 있다.

다만, 용접작업시에 상기 용접부(130)의 소진량이 적으면, 상기 용접부(130)를 상기 분사홀형성부(110)와 일체로 형성하는 것이 상기 용접전극(100)의 제작 용이성 측면에서 바람직하다. 이러한 경우에 상기 용접부(130)가 소진되어 상기 용접부(130)의 역할을 할 수 없게 되면, 상기 용접전극(100) 자체를 교체할 수 있다.

상기 분사홀형성부(110)는 용접전극(100) 중 적어도 하나에 형성되어 상기 분사홀(120)을 제공하는 역할을 한다. 즉, 상기 분사홀형성부(110)는 상기 분사홀(120)과 상기 용접부(130)를 분리해주는 역할을 하게 된다. 이에 의해, 상기 분사홀(120)은 상기 용접부재(300)와 접촉하지 않고 기체를 상기 용접부재(300)로 분사할 수 있게 된다.

상기 분사홀형성부(110)의 경사각도에 제한은 없으나, 0°를 초과하며, 90°미만의 각도를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이는 0°및 90°로 상기 분사홀형성부(110)를 형성하는 경우는 상기 분사홀형성부(110)가 없는 경우와 동일하기 때문이다.

한편, 상기 분사홀형성부(110)의 형상은 상기 용접부재(300)에 상기 용접부(130)만이 접촉시키면서도 상기 분사홀(120)이 형성될 수 있는 형상이라면 제한이 없으나, 상기 용접부 방향으로 테이퍼진 형상으로 하는 것이 바람직하다. 이는 상기 전극(100)의 제작용이성에서 유리하기 때문이다. 이에 의해, 제작비용이 감소하는 이점이 있다.

또한, 상기 분사홀형성부(110)는 단턱형상으로도 할 수 있다. 상기 분사홀형성부(110)를 단턱형상으로 하는 경우에도 상기 분사홀형성부(110)가 상기 기체를 분사하는 분사홀(120)을 제공하는 것은 테이퍼형상의 경우와 동일하다.

다만, 상기 분사홀형성부(110)가 테이퍼형상인 경우에는 상기 분사홀형성부(110)가 상기 용접면(140)으로부터 연장되어 형성될 수 있으나, 상기 분사홀형성부(110)가 단턱형상인 경우에는 상기 분사홀형성부(110)를 상기 용접면(140)과 이격되어 형성하는 차이점이 있다. 이에 의하면, 상기 분사홀형성부(110)가 단턱형상인 경우에는 상기 용접부(130)를 상기 분사홀형성부(110)에 교체가능하게 구성할 수 있어, 상기 용접부(130)의 교체를 용이하게 하는 이점이 있다.

상기 분사홀(120)은 기체를 분사하여 상기 용접부재(300)를 냉각시키거나, 산화를 방지하는 역할을 한다. 즉, 상기 분사홀(120)에서 상기 기체를 분사함으로써, 상기 용접부재(300)를 상기 기체의 온도 및 분사속도에 따라 냉각시키게 되는 것이다.

또한, 상기 용접부재(300)의 용접부위와 대기를 상기 기체를 분사하여 격리시킴으로써, 산소의 접촉으로 인한 산화를 방지할 수 있게 되는 것이다. 즉, 상기 용접면(140)이 접하는 상기 용접부재(300)의 용접부위의 산화를 방지하여, 용접품질을 향상시킬 수 있게 된다.

상기 분사홀(120)은 상기 용접면(140)과 근접한 부분에 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 용접부재(300)의 용접부위에 냉각 또는 산화방지의 효과를 미치게 하기 위해서는 상기 용접부재(300)의 용접부위와 가장 가까이 위치하는 부분인 상기 용접면(140)과 근접한 부분에 상기 분사홀(120)을 형성하는 것이 유리하기 때문이다. 따라서, 상기 분사홀(120)은 상기 분사홀형성부(110)에서 상기 용접면(140)과 가장 가까운 부분인 상기 용접부(130)와 접하는 부분에 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 분사홀(120)은 적어도 하나 이상이 형성될 수 있다. 상기 용접부(130)와 접하는 부분을 둘러싸도록 배치될 수도 있으나, 상기 기체를 상기 용접부재(300)의 용접부위에 분사할 수 있다면, 상기 분사홀(120)의 배치 형태에는 제한이 없다.

이에 의하면, 고온의 열에 의해 발생할 수 있는 상기 용접부재(300)의 산화를 방지할 수 있는 이점이 있다. 또한, 상기 용접부재(300)의 산화로 인해 발생할 수 있는 용접하자를 방지하여 용접품질을 향상시킬 수 있는 이점도 있다.

한편, 상기 분사홀(120)의 주변에는 상기 기체가 집중될 수 있는 절연가이드(170)가 형성될 수 있는데, 이에 대한 자세한 설명은 도 3을 참조하여 후술한다.

상기 기체는 불활성기체인 것이 바람직하다. 다만, 상기 용접부재(300)를 냉각시키거나 산화를 방지할 수 있는 기체라면, 본 발명의 기체에 포함될 수 있다.

상기 기체는 상기 용접부재(300)의 용접부위에 산화를 방지하기 위한 분위기를 조성하게 된다. 즉, 대기와 상기 용접부재(300)의 용접부위를 격리시켜 산소와의 접촉에 의한 산화를 방지하게 되는 것이다.

또한, 상기 기체는 용접작업 시의 상기 용접전극(100) 또는 상기 용접부재(300)보다 낮은 온도를 갖기 때문에, 상기 용접전극(100) 또는 상기 용접부재(300)를 냉각시킬 수 있게 된다.

따라서, 냉각수를 이용하지 않고 상기 용접전극(100) 및 상기 용접부재(300) 중 적어도 하나를 냉각시킬 수 있어, 냉각수로 인해 발생할 수 있는 누전 등의 사고발생을 방지할 수 있고, 상기 용접전극(100)을 포함한 용접장치의 수명을 연장시킬 수 있는 이점이 있다.

상기 접촉부(160)는 상기 기체를 상기 용접부재(300)에 분사 전에 상기 용접전극(100)과 접촉시켜 상기 용접전극(100)을 1차적으로 냉각시키는 역할을 할 수 있다. 즉, 상기 용접전극(100)은 용접작업시에 상기 용접부재(300)의 큰 전기저항으로 인해 발생한 열에 영향을 받거나, 상기 용접전극(100) 자체의 발열로 인해 상기 기체보다 고온의 상태이기 때문에 비교적 저온인 상기 기체와 접촉함으로써, 상기 용접전극(100)은 냉각될 수 있는 것이다.

상기 접촉부(160)는 상기 기체가 접촉할 수 있는 상기 용접전극(100) 내부의 공간부분을 의미한다. 또한, 상기 접촉부(160)는 상기 분사홀(120)로 상기 기체를 공급하기 위한 후술할 지지봉(200)과 결합되는 부분인 결합부(150)와 연속적으로 연결되도록 형성할 수 있다.

다만, 상기 접촉부(160)는 상기 결합부(150)와 연속적으로 형성되지 않더라도 상기 기체와 상기 용접전극(100)을 접촉시킬 수 있는 형상이라면 본 발명의 접촉부(160)일 수 있다.

한편, 상기 접촉부(160)에는 상기 기체와의 접촉면적을 넓히기 위한 요철을 형성할 수 있다. 이에 의하면 상기 기체와의 접촉으로 인한 상기 용접전극(100)의 냉각효과를 높일 수 있게 된다.

상기 결합부(150)는 지지봉(200)과 상기 용접전극(100)을 결합시키는 역할을 한다. 이를 위해 상기 결합부(150)는 상기 지지봉(200)과 나사결합하는 것이 바람직하다. 다만, 상기 결합부(150)와 상기 지지봉(200)을 결합시킬 수 있다면 상기 나사결합에 한정되는 것은 아니다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극(100)의 제3실시예를 개략적으로 도시한 사시도 및 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극(100)은 상기 기체가 상기 용접면(140) 주위로 집중될 수 있도록, 상기 분사홀형성부(110)에 결합된 절연가이드(170)를 더 포함할 수 있다.

즉, 상기 절연가이드(170)는 상기 분사홀(120)에서 분사된 상기 기체가 분사 초기에 외부로 배출되는 것을 방지하고 상기 용접부재(300)의 용접부위인 상기 용접면(140) 주위로 집중적으로 분사될 수 있도록 상기 기체를 가이드하는 역할을 하는 것이다.

이에 의하면, 동일한 양의 기체를 분사하더라도 상기 용접부재(300)의 용접부위의 냉각 또는 산화방지의 효과를 향상시킬 수 있는 이점이 발생한다.

상기 절연가이드(170)는 상기 분사홀(120) 보다 직경방향(X)의 바깥쪽에 형성되는 것이 바람직하다. 이는 상기 분사홀(120)에서 분사된 상기 기체가 상기 용접면(140)으로 집중될 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 상기 절연가이드(170)의 일단은 상기 분사홀(120)의 방향으로 테이퍼진 형상을 할 수도 있다. 이에 의하면 분사된 상기 기체가 상기 용접부재(300)의 용접부위에 집중되는 효과를 더 높일 수 있게 된다.

한편, 상기 절연가이드(170)는 전류의 통과로 인한 용접효과가 발생하지 않도록, 절연성의 소재로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 절연가이드(170)의 일단과 상기 용접부재(300)와의 이격거리를 상기 용접면(140)과 상기 용접부재(300)와의 이격거리 보다 더 크게 하는 것이 바람직하다. 이는 상기 용접면(140)을 통과하는 전류가 상기 절연가이드(170)로 흐르는 것을 방지하기 위한 것이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접장치를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접장치의 A부분을 확대하여 개략적으로 도시한 부분절단사시도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접장치는 전원과 연결되어 전류를 제공하는 지지봉(200) 및 상기 지지봉(200)에 결합되는 상기 용접전극(100)을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접장치의 상기 지지봉(200)에는 상기 기체가 유입하는 기체유입홀(210) 및 상기 용접전극(100)으로 상기 기체를 전달하기 위한 기체전달홀(220)이 형성될 수 있다.

상기 지지봉(200)은 상기 용접전극(100)과 결합되어 상기 용접전극(100)에 전류를 흐르게 하는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 지지봉(200)은 전원과 연결될 수 있다.

또한, 상기 지지봉(200)은 상기 용접전극(100)과 결합하여 상기 용접전극(100)을 지지하는 역할도 한다. 이에 의해 상기 지지봉(200)이 상기 용접전극(100)을 상기 용접부재(300)에 지지하며 가압할 수 있게 된다.

상기 지지봉(200)에는 상기 용접전극(100)에 공급되는 상기 기체를 외부에서 유입시키기 위한 기체유입홀(210)이 형성될 수 있다. 상기 기체유입홀(210)은 기체유입관(211)과 결합되는 역할을 한다. 상기 기체유입관(211)은 외부의 기체공급원과 연결된 관으로써, 상기 기체유입홀(210)과 나사결합 등에 의해 결합하게 된다.

또한, 상기 지지봉(200)의 내부에는 상기 기체유입홀(210)에서 유입된 상기 기체가 상기 용접전극(100)으로 전달될 수 있도록, 기체전달홀(220)이 형성될 수 있다. 상기 기체전달홀(220)은 상기 용접전극(100)의 접촉부(160)까지 연속적으로 형성되어 상기 기체를 상기 용접전극(100)으로 전달하게 된다.

100: 용접전극 110: 분사홀형성부
120: 분사홀 130: 용접부
140: 용접면 150: 결합부
160: 접촉부 170: 절연가이드
200: 지지봉 210: 기체유입홀
211: 기체유입관 220: 기체전달홀
300: 용접부재

Claims (8)

1. 용접부재에 접촉되는 용접면이 형성된 용접부;
   상기 용접부와 연계되며, 상기 용접부재에 기체를 분사하도록, 상기 용접부와 접하는 위치에 분사홀이 형성된 분사홀형성부; 및
   상기 기체의 분사 전에 상기 기체를 접촉시켜 상기 용접부를 냉각시키도록, 상기 기체가 잔류하며 접촉하는 공간인 접촉부;
   를 포함하며,
   상기 접촉부와 접하는 상기 용접부의 일단부는,
   상기 기체의 잔류를 유도토록, 오목한 형상으로 제공되며,
   상기 기체와의 접촉면을 넓히도록, 요철이 형성되어 제공되는 용접전극.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 분사홀형성부는 테이퍼형상 또는 단턱형상인 용접전극.
5. 제1항에 있어서,
   상기 기체는 불활성기체인 용접전극.
6. 제1항에 있어서,
   상기 기체가 상기 용접면 주위로 집중될 수 있도록, 상기 분사홀형성부에 결합된 절연가이드를 더 포함하는 용접전극.
7. 전원과 연결되어 전류를 제공하는 지지봉; 및
   상기 지지봉에 결합되는 제1항 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항의 용접전극을 포함하는 용접장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 지지봉에는 상기 기체가 유입하는 기체유입홀; 및
   상기 용접전극으로 상기 기체를 전달하기 위한 기체전달홀이 형성된 용접장치.

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