KR101568869B1 - 챔버 강하형 회전 정지식 고주파 브레이징 장치 - Google Patents

챔버 강하형 회전 정지식 고주파 브레이징 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 챔버 강하형 회전 정지식 고주파 브레이징 장치 및 이를 이용한 배관의 접합방법에 관한 것이다. 그 구체적인 구성은 임의의 수로 등분하여 회전테이블(22)을 회전시키는 인덱싱장치(20)와, 상기 회전테이블(22)의 상부에 스프링(13)이 외삽되어 장착되는 지지대(12)와, 상기 지지대(12)의 상면에 배관을 끼우기 위해 장착되는 지그(11)와, 챔버(40)를 하강시키는 승강장치(30)와, 상기 챔버(40)의 내부 중앙으로 챔버(40)의 상면을 관통하여 장착되는 직립유도추(44)와, 상기 직립유도추(44)의 직하방에 장착되는 고주파를 발생시키는 고주파발생부(52)와, 상기 챔버(40)의 측방에 장착되는 솔레노이드밸브(43)가 장착된 공기유출구(42)와, 상기 고주파발생부(52)로 고주파를 인가하는 고주파콘트롤러(50)와, 상기 고주파콘트롤러(50)와 고주파발생부(52)에서 발생된 열을 냉각시키는 냉각장치(60)와, 상기 챔버(40)의 내부로 분위기를 공급하는 분위기공급부(70)와, 상기 인덱싱장치(20)를 비롯한 각각의 장치를 제어하는 제어부(100)를 포함하여 구성된다.

Description

챔버 강하형 회전 정지식 고주파 브레이징 장치{The chamber up-down and rotary type a high frequency brazing machine}
본 발명은 챔버 강하형 회전 정지식 고주파 브레이징 장치 및 이를 이용한 배관의 접합방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직선관체와 확장관체의 배관을 서로 접합하는 과정에서 인덱싱 장치의 상부에 장착된 지그를 회전 및 정지시키는 작동을 진행하고, 또한 접합부 및 냉각부에서는 챔버가 하강되면서 챔버내에서 이음매를 국부적으로 집중하여 고주파 브레이징 접합함과 동시에 분위기 가스를 형성하는 일련의 접합과정이 자동화 되도록 한 챔버 강하형 회전 정지식 고주파 브레이징 장치 및 이를 이용한 배관의 접합방법에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 직선관체와 확장관체의 배관에 대한 접합을 설명하기 위한 사시도이다. 도 1에서 보듯이, 배관과 배관을 서로 접합하기 위해서는 직선관체(1)가 구비되고, 또한 직선관체(1)의 선단부를 확장시킨 확장관체(2)가 구비된다. 이후, 직선관체(1)에 용가재링(3)을 끼우고, 용가재링(3, Filler metal Ring)의 직하방에는 플럭스(4, Flux)를 도포하여 고주파를 가열원으로 한 브레이징 접합작업을 통해 배관을 접합한다.
참고로, 고주파 브레이징 접합기술의 원리를 간단히 설명하면 다음과 같다. 고주파로 양 모재를 가열하여 일정한 온도에 이르게 되면 용가재링은 양 모재 사이의 공극(Joint Gap)으로 녹으면서 스며들어 가서, 양 모재를 강력하게 접합하게 된다.
접합 과정중 고주파에 의하여 용가재링이 용융되면서 산화물이 발생되는바, 이러한 산화물을 방지하고 질 좋은 이음매를 얻기 위하여 붕산염, 알칼리, 염화물, 붕사 및 보론 등으로 만든 플럭스를 이음매 부분에 도포한다. 따라서, 플럭스로 인해 모재 표면에 잔류하거나 가열시 발생하는 산화물이 분해 및 흡수되어, 모재 표면의 산화가 억제될 뿐 아니라, 모재 표면이 깨끗하게 유지됨으로써 용가재링의 유동도가 증가되어 고주파 브레이징 접합작업이 원활하게 진행된다.
한편, 종래에는 배관이 스테인리스(Stainless) 재질 또는 동 재질일 경우, 직선관체와 확장관체를 접합하기 위해 아르곤 용접 또는 전기 용접을 이용하여 수동 또는 자동으로 진행하였다. 또한, 이음매의 접합강도를 더욱 향상시키고자, 니켈을 주원료로 하는 용가재를 이용하여 브레이징 접합작업을 진행하였다. 이러한 브레이징 접합작업은 부품의 경량화 및 접합강도 향상을 위해 주목받고 있는 실정이다.
그러나, 스테인리스, 동 재질의 직선관체와 확장관체의 접합을 위하여 니켈 용가재를 비롯한 고융점 용가재를 이용한 브레이징 접합기술을 이용할 때에는 분위기로, 진공로, 연속로 등에서 접합작업을 진행해야만 하였다. 이는 고융점 용가재의 특성상 대기중에서 접합이 잘 되지 않기 때문이다.
그러므로, 스테인리스, 동 재질의 브레이징 접합 작업을 위해 별도의 분위기로, 진공로, 연속로 등을 설비하여야 하는바, 설치 비용에 대한 부담이 증대되는 문제점이 있을 뿐 아니라, 폐쇄된 공간(분위기로, 진공로, 연속로)에서 접합하고자 하는 배관 전체에 열을 가하는 방식임을 고려할 때, 사실상 배관 접합에 필요한 부분이 국부적인 것임을 감안하면 열효율 면에서 비효율적이라는 문제점이 있는데다, 열을 받을 필요가 없는 이음매 이외의 부분까지 열이 가해지면서, 고열 가열로 인해 금속의 강도가 저하되는 등의 문제점도 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 창안한 것으로서, 스테인리스, 동 재질의 직선관체와 확장관체를 자동화 방식으로 접합하는 과정에서, 인덱싱 장치를 통해 지그에 장착된 배관을 착탈부와 접합 및 냉각부로 위치시키고, 접합 및 냉각 작업은 강하식 챔버의 내부에서 진행되도록 한 챔버 강하형 회전 정지식 고주파 브레이징 장치 및 이를 이용한 배관의 접합방법을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 챔버 강하형 회전 정지식 고주파 브레이징 장치의 구체적인 구성은, 임의의 수로 등분하여 회전테이블(22)을 회전시키는 인덱싱장치(20)와, 상기 회전테이블(22)의 상부에 스프링(13)이 외삽되어 장착되는 지지대(12)와, 상기 지지대(12)의 상면에 배관을 끼우기 위해 장착되는 지그(11)와, 챔버(40)를 하강시키는 승강장치(30)와, 상기 챔버(40)의 내부 중앙으로 챔버(40)의 상면을 관통하여 장착되는 직립유도추(44)와, 상기 직립유도추(44)의 직하방에 장착되는 고주파를 발생시키는 고주파발생부(52)와, 상기 챔버(40)의 측방에 장착되는 솔레노이드밸브(43)가 장착된 공기유출구(42)와, 상기 고주파발생부(52)로 고주파를 인가하는 고주파콘트롤러(50)와, 상기 고주파콘트롤러(50)와 고주파발생부(52)에서 발생된 열을 냉각시키는 냉각장치(60)와, 상기 챔버(40)의 내부로 분위기를 공급하는 분위기공급부(70)와, 상기 인덱싱장치(20)를 비롯한 각각의 장치를 제어하는 제어부(100)를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 챔버 강하형 회전 정지식 고주파 브레이징 장치 및 이를 이용한 배관의 접합방법은 협소한 장소에서도 인덱싱장치(20)의 회전작동에 의하여 착탈부(10)와 접합및냉각부(10a)를 거치면서, 고주파를 열원으로 하고, 니켈을 비롯한 고융점 합금을 용가재링(3)으로 사용하며, 아르곤 가스를 비롯한 불활성 가스 또는 환원성 가스를 분위기로 사용하여, 직선관체(1)와 확장관체(2)의 이음매를 고주파 브레이징 접합기술을 통해 합금으로 만듦으로써, 우수한 제품을 다량으로 신속하게 생산할 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 직선관체와 확장관체의 접합을 설명하기 위한 사시도
도 2는 본 발명에 따른 챔버 강하형 회전 정지식 고주파 브레이징 장치의 개략 평면도
도 3은 본 발명에 따른 챔버 강하형 회전 정지식 고주파 브레이징 장치의 개략 사시도
도 4는 본 발명중 인덱싱 장치를 설명하기 위한 사시도 및 정면도
도 5는 본 발명중 승강장치와 지지대를 설명하기 위한 측면도
도 6은 본 발명중 챔버의 작동을 설명하기 위한 대표 단면도
도 7은 본 발명에 따른 챔버 강하형 회전 정지식 고주파 브레이징 장치의 블럭도
도 8은 본 발명에 따른 챔버 강하형 회전 정지식 고주파 브레이징 장치를 이용한 배관의 접합방법을 설명하기 위한 흐름도
이하, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 바람직한 실시예에 따른 챔버 강하형 회전 정지식 고주파 브레이징 장치 및 이를 이용한 배관의 접합방법을 상세하게 설명하되, 본 발명과 관련된 공지 기능이나 구성 및 시스템에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지와 부합되지 않는 부연 설명에 지나지 않을 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 챔버 강하형 회전 정지식 고주파 브레이징 장치의 개략 평면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 챔버 강하형 회전 정지식 고주파 브레이징 장치의 개략 사시도이다. 본 발명은 대기중으로 공개된 협소한 공간에서 인덱싱장치(20)에 의한 회전테이블(22)을 사용하여 지그(11)에 장착된 배관을 180°방향 전환시키면서 착탈, 접합, 냉각 공정이 자동으로 이루어지도록 한 것이다.
도 2, 3에 도시된 바와 같이, 회전각도를 임의의 수로 정교하게 등분하여 회전시키는 인덱싱장치(20)가 중앙에 배치되고, 상기 인덱싱장치(20)를 중심으로 좌우에는 챔버(40)를 승강시키기 위한 승강장치(30)가 설치되며, 상기 승강장치(30)의 후방에는 고주파를 인가하기 위한 고주파콘트롤러(50)가 설치되고,
상기 고주파콘트롤러(50)를 포함하여 후술하는 고주파발생부(52)의 고열상태를 수냉방식으로 냉각하기 위한 냉각장치(60)는 본 발명의 측방에 설치되며, 접합작업시 분위기 가스를 상기 챔버(40)내부에 공급하기 위한 분위기공급부(70)도 본 발명의 측방으로 임의 장소에 설치된다. 또한, 상기 인덱싱장치(20)의 회전, 고주파콘트롤러(50), 승강장치(30), 냉각장치(60)의 작동 및 분위기 가스의 공급 등에 따른 작동은 승강장치(30)의 전방에 설치된 제어부(100)를 통해 전체적으로 제어된다.
도 4의 (a)는 본 발명중 인덱싱 장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 4의 (b)는 본 발명중 인덱싱 장치를 설명하기 위한 정면도로서, 도 4에서와 같이 인덱싱장치(20)에서 회전각도를 임의의 수로 정교하게 등분하는 분할장치(21)가 중앙에 구비되고, 상기 분할장치(21)의 상부에는 회전테이블(22)이 장착되며,
회전테이블(22)의 상부에는 배관을 장착하기 위한 지지대(12)가 장착되되, 상기 지지대(12)의 직하방에는 회전테이블(22)과의 사이에 스프링(13)이 외삽되어, 상기 스프링(13)으로 인해 챔버(40)가 하강하는 과정에서 챔버(40)의 선단이 지지대(12)와 맞닿을 때에 충격이 원활하게 흡수되도록 한다. 또한, 상기 지지대(12)의 상면에는 배관을 장착하기 위한 지그(11)가 전방에 2개, 후방에 2개씩 열을 맞추어 정렬된다.
따라서, 회전테이블(22)의 상면에 장착된 지그(11)는 인덱싱장치(20)의 작동에 의하여 정교하게 등분되면서 회전되는바, 도 2에서 확인되듯이 작업자의 앞에 있는 착탈부(10)의 지그(11)는 회전테이블(22)이 시계방향으로 180°회전하면, 접합및냉각부(10a)에 도달하고, 접합및냉각부(10a)에서 회전테이블(22)이 시계방향으로 180°회전하면, 처음 위치인 착탈부(10)로 복귀하게 되는 것이다.
작업자는 착탈부(10)에 배관을 장착하기 전, 직선관체(1)에 니켈이 함유된 고융점 용가재링(3)을 끼우고, 용가재링(3)의 직하방에는 플럭스(4)를 도포하여 확장관체(2)와 직선관체(1)를 억지끼움한 상태로 준비한 다음, 확장관체(2)의 말단을 지그(11)에 장착한다.
한편, 도 5는 본 발명중 승강장치와 지지대를 설명하기 위한 측면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 챔버 강하형 회전 정지식 고주파 브레이징 장치의 블럭도이다. 회전테이블(22)이 착탈부(10)에서 시계방향으로 180°회전되면, 도 5의 (a)에서 보듯이 배관이 장착된 지그(11)는 챔버(40)가 장착된 접합및냉각부(10a)의 직하방에 위치하게 된다.
상기 챔버(40)는 승강장치(30)에 장착된 실린더(31)의 작동에 의하여 상하로 왕복운동을 하게 되는바, 챔버(40)가 하강되어 챔버(40)의 선단이 지지대(12)와 맞닿는 순간의 충격은, 도 5의 (b)에 게시된 스프링(13)의 수축 도면에서 알 수 있듯이, 지지대(12)의 저면에 장착된 스프링(13)을 통해 흡수 상쇄되면서, 챔버(40)의 하중에도 불구하고 지지대(12)와의 결합이 원활하게 진행되도록 한다. 한편, 챔버(40) 내부의 접합상황은 챔버(40)의 전면에 장착된 투시창(41)을 통해 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명중 챔버를 설명하기 위한 대표 단면도로서, 도 6에서와 같이 챔버(40)가 지지대(12)에 안정적으로 위치되면, 챔버(40)의 내부에서는 배관의 이음매에 분위기 가스의 공급과 함께 고주파발생부(52)를 통해 고주파가 인가되면서 접합작업이 진행된다. 상기 분위기 가스는 고주파 발생시 니켈를 비롯한 고융점 용가재링(3)의 원활한 용융을 위해 아르곤 가스를 비롯한 불활성 가스 또는 환원성 가스가 분위기 가스로 사용된다.
도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 챔버(40)의 내부 중앙에는 접합과정에서 배관이 흔들리지 않도록 중심을 잡아주기 위한 직립유도추(44)가 장착된다. 상기 직립유도추(44)는 챔버(40)의 상면을 관통하여 자유낙하 되도록 끼워진 상태이며, 챔버(40)와 지지대(12)가 결합되는 과정에서 배관의 상부에 직립유도추(44)의 선단이 맞닿으면서 일정한 하중을 배관에 전달하여 접합과정중 배관이 좌우로 흔들리지 않도록 하는 것이다.
또한, 챔버(40)의 측방 상부에는 솔레노이드밸브(43)가 장착된 공기유출구(42)가 장착된다. 상기 공기유출구(42)는 챔버(40)내에 존재하는 밀폐된 공기를 외부로 자연적으로 배출하기 위한 수단으로써, 접합과정중 용가재링(3)이 녹는 과정에서 이음매가 산화되는 것을 방지하기 위하여, 밀폐 공기를 배출하기 위해 장착한 것이다.
즉, 도 6의 (a)에서 보듯이, 회전테이블(22)의 회전에 의하여 챔버(40)의 직하방에는 배관(1, 2)이 장착된 지그(11)와 지지대(12)가 위치하게 되면, 제어부(100)의 신호에 따라 승강장치(30)에 장착된 실린더(31)가 작동되면서 도 6의 (b)에서와 같이 챔버(40)가 하강되고, 이때 챔버(40)의 중앙에 자유낙하 될 수 있도록 수직하게 끼워진 직립유도추(44)의 선단이 배관(1, 2)의 상부에 맞닿으면서, 직립유도추(44)는 챔버(40)의 하강과 동시에 챔버(40)의 상부에서 돌출되어 배관(1, 2)에 일정한 하중을 가하는 형태로 배관(1, 2)이 접합 과정중에 좌우로 흔들리지 않고 직립이 유지되도록 지원하게 된다.
한편, 도 6의 (b)에 점선 화살표로 표시한 바와 같이 챔버(40)의 내부에 채워져 있는 밀실 공기는 챔버(40)의 측방 상부에 장착된 솔레노이드밸브(43)가 개방되면서 공기유출구(42)를 통해 챔버(40)의 외부로 배출되도록 한다. 이는 접합과정중 이음매가 공기로 인해 산화되는 조건을 완화시키기 위한 것이다.
또한, 도 6의 (c)에서와 같이, 상기 직립유도추(44)의 직하방 즉, 챔버(40)의 하단 중앙에는 고주파발생부(52)가 장착된다. 상기 고주파발생부(52)는 도 6의 원내확대도에서와 같이 중앙에 배관(1, 2)이 위치되도록 고리형상으로 형성되어, 상기 고주파콘트롤러(50)에 접속된 고주파라인(51)을 통해 배관(1, 2)의 이음매에 해당하는 원주면에 고주파 열원을 가하게 되는 것이다.
또한, 상기 고주파발생부(52)의 내부에는 냉각라인(61)이 형성되어, 상기 냉각장치(60)에서 공급하는 냉각수를 이용하여 고열 상태의 고주파발생부(52)를 냉각시킨다. 또한, 고주파발생부(52)의 내부에 분위기 가스를 공급하기 위한 분위기라인(71)이 형성되어, 별도로 설치되는 분위기공급부(70)에서 공급되는 분위기가 배관의 이음매에 공급되어 분위기로 인해 이음매가 감싸이도록 한다.
상기 고주파발생부(52), 승강장치(30), 인덱싱장치(20), 고주파콘트롤러(50), 분위기공급부(70), 냉각장치(60) 등의 제어는 제어부(100)를 통해 이루어지며, 승강장치(30)의 승강 구동 등과 같은 기계 작동들은 통상적인 엘엠 가이드(Linear Moving Guide)와 같은 3차원 다축제어 시스템을 통해 구현될 수 있는바, 이러한 3차원 다축제어 시스템을 이용한 기술은 공지 기술에 해당하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 8은 본 발명에 따른 챔버 강하형 회전 정지식 고주파 브레이징 장치를 이용한 배관의 접합방법을 설명하기 위한 흐름도를 예시한 것이다. 도 8을 참조하여 본 발명의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 작업자는 직선관체(1)에 니켈이 함유된 고융점 용가재링(3)을 끼우고, 플럭스(4)를 도포한 다음, 직선관체(1)와 확장관체(2)를 억지끼움하여 구비한다(S10, 용가재링 끼움 및 플럭스 도포단계). 다음 단계로서, 작업자는 착탈부(10)에 위치한 2개의 지그(11)에 수동으로 배관을 각각 끼워 장착한다(S20, 배관의 수동 장착단계).
다음 단계로서, 작업자는 작동스위치(5)를 눌러 제어부(100)에 신호를 전달하고, 제어부(100)의 신호에 따라 회전테이블(22)이 시계방향으로 180°회전하면, 배관이 장착된 지그(11)는 접합및냉각부(10a)에 위치하게 되며, 승강장치(30)에 의하여 하강하는 챔버(40)는 배관을 덮는 과정에서 직립유도추(44)의 선단이 배관의 상부와 맞닿으면서 배관의 직립을 유도하며, 제어부(100)의 신호에 따라 공기유출구(42)의 솔레노이드밸브(43)가 개방되면서 챔버(40)의 내부 공기가 챔버(40)의 외부로 배출된다(S30, 챔버 하강 및 챔버내 공기 유출단계).
다음 단계로서 챔버(40)의 하강이 완료되어 배관을 완전히 덮개되면, 분위기공급부(70)에서 보내주는 아르곤 가스와 같은 분위기 가스를 분위기라인(71)을 통해 챔버(40)에 채운다(S40, 배관내 분위기 충진단계). 또한 다음 단계로서, 챔버(40)의 하단 중앙에 형성된 고주파발생부(52)에 위치한 배관의 이음매에 고주파콘트롤러(50)에서 인가한 고주파를 발생시켜 용가재링(3)을 녹임으로써, 배관이 서로 접합되도록 한다(S50, 고주파 브레이징 접합단계).
고주파 브레이징 접합단계(S50)가 마무리 되면, 제어부(100)의 신호에 따라 고주파의 인가가 중단되고, 분위기공급부(70)에서 보내주는 분위기 가스는 고속으로 전환되어 이음매의 외주면을 강타함으로써, 고열 상태인 배관의 온도를 급속하게 하강시킨다(S60, 배관의 냉각단계).
또한, 다음 단계로서 챔버(40)는 승강장치(30)의 작동에 의하여 상승되고, 제어부(100)의 신호에 따라 회전테이블(22)이 시계방향으로 180°회전되면, 접합된 배관이 초기 착탈부(10)에 도착하게 되고, 작업자는 육안 검수와 동시에 착탈부(10)에서 배관을 탈거한다(S70, 배관의 수동 탈거단계).
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 챔버 강하형 회전 정지식 고주파 브레이징 장치 및 이를 이용한 배관의 접합방법은 협소한 장소에서도 인덱싱장치(20)의 회전작동에 의하여 착탈부(10)와 접합및냉각부(10a)를 거치면서, 고주파를 열원으로 하고, 니켈을 비롯한 고융점 합금을 용가재링(3)으로 사용하며, 아르곤 가스를 비롯한 불활성 가스 또는 환원성 가스를 분위기로 사용하여, 직선관체(1)와 확장관체(2)의 이음매를 고주파 브레이징 접합기술을 통해 합금으로 만듦으로써, 우수한 제품을 다량으로 신속하게 생산할 수 있게 된다.
1 : 직선관체
2 : 확장관체
3 : 용가재링
4 : 플럭스
5 : 작동스위치
10 : 착탈부
10a: 접합및냉각부
11 : 지그
12 : 지지대
13 : 스프링
20 : 인덱싱장치
21 : 분할장치
22 : 회전테이블
30 : 승강장치
31 : 실린더
40 : 챔버
41 : 투시창
42 : 공기유출구
43 : 솔레노이드밸브
44 : 직립유도추
50 : 고주파콘트롤러
51 : 고주파라인
52 : 고주파발생부
60 : 냉각장치
61 : 냉각라인
70 : 분위기공급부
71 : 분위기라인
100 : 제어부
S10 : 용가재링 끼움 및 플럭스 도포단계
S20 : 배관의 수동 장착단계
S30 : 챔버 하강 및 챔버내 공기 유출단계
S40 : 배관내 분위기 충진단계
S50 : 고주파 브레이징 접합단계
S60 : 배관의 냉각단계
S70 : 배관의 수동 탈거단계

Claims (2)

  1. 임의의 수로 등분하여 회전테이블(22)을 회전시키는 인덱싱장치(20)와, 상기 회전테이블(22)의 상부에 스프링(13)이 외삽되어 장착되는 지지대(12)와, 상기 지지대(12)의 상면에 배관을 끼우기 위해 장착되는 지그(11)와, 챔버(40)를 하강시키는 승강장치(30)와, 상기 챔버(40)의 내부 중앙으로 챔버(40)의 상면을 관통하여 장착되는 직립유도추(44)와, 상기 직립유도추(44)의 직하방에 장착되는 고주파를 발생시키는 고주파발생부(52)와, 상기 챔버(40)의 측방에 장착되는 솔레노이드밸브(43)가 장착된 공기유출구(42)와, 상기 고주파발생부(52)로 고주파를 인가하는 고주파콘트롤러(50)와, 상기 고주파콘트롤러(50)와 고주파발생부(52)에서 발생된 열을 냉각시키는 냉각장치(60)와, 상기 챔버(40)의 내부로 분위기를 공급하는 분위기공급부(70)와, 상기 인덱싱장치(20)를 비롯한 각각의 장치를 제어하는 제어부(100)를 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버 강하형 회전 정지식 고주파 브레이징 장치.
  2. 삭제
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