焊工竞赛培训

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最终提高了企业职工队伍的整体素质和技术水平, 提高了企业的竞争能力和知名度。与此同时, 也保证和提高了工程质量。,从国家举办的焊工技术比赛来看,也促进了焊接技术的发展和市场繁荣, 促进了国内焊接设备厂、焊接材料厂的技术进步。每届比赛主办方均是有意识地采用新工艺、新材料和新设备。,2 0,世纪,9 0,年代初期,指定用晶闸管焊机, 从第二届全国焊工比赛开始,就勇于指定用高效节能的逆变焊机, 这对促进焊接新电源的发展起到了不可估量的作用。竞赛项目除采用焊条电弧焊、氩弧焊外, 还较早地采用,T C O,:实芯焊丝及,C O,:药芯焊丝气保焊, 有效地推动了我国焊接新材料、新工艺的发展。,谈焊接竞赛,2024/9/22,4,4.1,焊接原理基础,焊接的实质是使两个分离的物体通过加热或加压,或两者并用,,在用或不用填充材料的条件下借助于原子间或分子间的联系与质点的扩散作用形成一个整体的过程。,1.,焊接电弧,由焊接电源供给、具有一定电压的两极间或电极与母材间,在气,体介质中产生的强烈而持久的放电现象称为焊接电弧。电弧燃烧后,弧柱中充满了高温电离气体,放出大量的热能和强烈的光。焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱三部分组成。如图,3-1,所示。阴极区是电弧紧靠负电极的区域,阴极区很窄,约为,0.1um-0.01um,,温度约为,2400K,。阳极区是指电弧紧靠正电极的区域,阳极区较阴极区宽,约,为,10um-1um,,温度约为,2600K,。电弧阳极区和阴极区之间的部分称为弧柱,弧柱区温度最高,可达,6000K-8000K,。焊接电弧两端间(指电极端头和熔池表面间)的最短距离称为弧长。,2024/9/22,5,焊接的冶金特点,1,)熔池中冶金反应不充分,化学成分有较大的不均匀性,常常发生偏析、夹杂等缺陷。,2,)在高温电弧作用下,氧、氢、氮等气体分子吸收电弧热量而分解成化学性质十分活泼的原子或离子状态,它们很容易溶解在液体金属之中,造成气孔、氧化、脆化和其它缺陷。,3,)在熔剂或药皮中加入比铁氧化能力强的硅铁、锰铁等物质,除起到渗入合金作用、补充烧损元素外,亦可起到脱氧作用。,4,)焊缝中硫或磷的质量分数超过,0.04%,时,极易产生裂纹。因此,应选用含硫、磷低的焊接原材料,并通过在焊剂或药皮中加石灰石、氟石等脱硫脱磷,以保证焊缝质量。,2024/9/22,6,焊接热过程对焊接接头组织、性能的影响,(一) 焊接热循环,焊接时,电弧沿焊件逐渐移动并对焊件进行局部加热。焊件经焊接后所形成的结合部分称为焊缝。焊缝及其邻近区域的总称叫焊缝区。,在焊接过程中,焊缝区金属从常温被加热到最高温度,然后再逐渐冷却到常温。由于焊件上各点所处的位置不同,其被加热的最高温度亦不相同;而热量的传递需要一定的时间,故各点达到其最高温度的时间亦不相同。在焊接热源作用下,焊件上某点的温度随时间变化的过程称为焊接热循环。,2024/9/22,7,图,11-2,低碳钢焊接热影响区的组织变化,8,(,二,),焊缝区的金属组织与性能,1.,焊缝金属区 焊缝金属区指在焊接接头横截面上测量的焊缝金属,的区域。熔焊时,是指由焊缝表面和熔合线所包围的区域;电阻焊时,是指焊后形成的熔核部分。,2.,焊接加热时,焊缝金属区的温度在液相线以上,母材金属和填充,金属熔化后共同形成液态熔池。冷却结晶是以熔池和母材交界处半熔化状态的母材金属晶粒为结晶核心,沿着垂直于散热面的反方向生长,成为柱状晶的铸态组织。,3.,熔合区 焊缝与母材交接的过渡区,即熔合线处微观显示的母材,半熔化区。此区是焊缝和母材金属的交界区,温度在固相线和液相线之间,焊接过程中母材金属部分熔化,故亦称半熔化区。熔化的金属凝固成铸态组织,未熔化的金属因加热温度过高成过热粗晶,其塑性和韧性明显变差,容易产生裂纹和脆性破坏。虽然此区只有,0.1mm-,0.4mm,,但它对焊接接头的性能影响很大,是焊接接头的危险区域之,一。,2024/9/22,9,4.,热影响区 是焊接或切割过程中,材料因受热的影响(但未熔,化)而发生金相组织和力学性能变化的区域。按其组织特征又可分为以下四个区域: (,1,) 过热区 指焊接热影响区中,具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。此区的温度范围为固相线至,1100,,因加热温度过高,奥氏体晶粒急剧长大,使其塑性明显下降,尤其是冲击韧度下降,20,-30,,对于易淬火钢,此区脆性更大,是热影响区中性能最差的部位。焊接刚度大的结构件,此区容易产生裂纹。 (,2,) 细晶区 此区温度范围为,Ac3,以上,而尚未达到过热温度。由于焊后为空冷,相当于热处理后的正火组织,亦称正火区。此区的力学性能优于母材金属。,2024/9/22,10,(,3,) 不完全重结晶区 此区温度范围为,Ac3,至,Ac1,之间。在此区间珠光体已转变为奥氏体,部分铁素体深入奥氏体,尚未溶入奥氏体的铁素体晶粒不断长大。空冷时,奥氏体又折出较细的铁素体,到,Ar1,线时,残余奥氏体直接转变为共析组织珠光体,未深入奥氏体的铁素体却将粗大晶粒保持下来,亦称部分相变区。该区金相组织很不均匀,力学性能较差。 (,4,) 再结晶区 此区温度范围在,Ac1,至,500-450,之间。焊前经过冷变形加工的焊件,由于母材中有晶格畸变及碎晶组织,当加热到该温度时,就会产生回复及再结晶而细化,其力学性能提高。焊前未经冷加工变形的焊件不存在再结晶区。,s,2024/9/22,11,4.2,、焊接方法的分类,焊接,钎焊,熔焊,压焊,火焰钎焊,激光焊、 电子束焊,电弧焊,电阻钎焊,摩擦焊、,锻焊,扩散焊、 冷压焊,气焊,感应钎焊,爆炸焊、 高频焊,非熔化极,氩弧焊,MIG,气保焊、埋弧焊,药芯焊丝电弧焊,焊条电弧焊,原子氢焊,等离子弧焊,熔化极,钨机氩弧焊,TIG,12,a,、气保焊示意图,2,、各种焊接示意图,非熔化极气保焊接,熔化极气保焊接,13,c,、气焊示意图,b,、埋弧焊示意图,14,d,、压焊示意图,15,e,、爆炸焊示意图,16,17,18,19,3,、常用焊接方法的特点及应用,焊接方法,原理,特点,使用范围,熔焊,电弧焊,焊条电弧,利用焊条与焊件间的电弧热熔化焊条和焊件进行手工焊接,机动、灵活、适应性强、可全位置焊接、设备简单耐用、维护费低、劳动强度大、焊接质量受人水平影响、不稳定,最适用于单件、小批生产和修理中,可焊,3mm,以上的碳钢、低合金钢、不锈钢和铜、铝等有色金属,埋弧焊,利用焊丝与焊件间的电弧热熔化焊丝和焊件进行机械化焊接,焊丝的送进与移动依机械进行、生产率高、焊接质量好且稳定、不能仰焊和立焊、劳动条件好,适于大批量生产中长直或环焊缝、可焊碳钢、合金钢等中厚板结构、只能平焊、横焊和水平角焊,气保焊,CO,2,气保焊,用二氧化碳保护,焊丝做电极的弧焊,热量较集中、热影响区小、变形小、成本低、生产率高、易操作;飞溅大、焊缝成形不美观、余高大、设备复杂,适用于,1.6mm,以上由低碳钢、低合金钢制造的各种金属结构,等离子弧焊,高能量密度的等离子弧进行焊接,电极有钨极和熔化极两种,穿透能力强,可正面一次焊透双面成形,.,电弧挺度好可压缩成束状焊微型件,一次焊透厚度在,0.025,6.4mm,低碳钢,8mm,以内,也适用于焊接微小精密构件,电渣焊,电阻热熔化金属,效率高、,HAZ,区宽、晶粒粗大,厚,25mm,以上的重大机件,20,4,、焊接过程,21,4.3,焊工安全技术,1,、,劳保着装规范:防护帽、防护服、防护鞋、焊工手套、面罩、护目镜;,2,、检查确认焊接设备安全完好:开关位置、线缆完好、接头正确;,(,用动作表示检查:绕设备一圈看看摸摸,),3,、,作业过程中的正确使用劳保用品:清渣必须戴护目镜,;,实际工作,:,检查确认作业环境安全无隐患:安全范围内物品、是否环境密闭、危险残留物清理;,确认图纸工艺作业方法无事故隐患:产品与工装是否存在危险。,;,确认劳动保护措施安全可靠:安全带正确栓挂、通风换气。;,。,焊接作业的特殊性,决定了其竟赛活动必须要讲安全,2024/9/22,22,焊接特种作业的 “特” 点,1,、使用带电设备,危险性较大;,2,、焊接种类较多:氩弧焊(,Tig,) 、,CO,2,保护焊、手弧 焊。;,3,、全方位三维空间作业:空中、陆地、水下;,4,、职业危害严重:焊工尘肺、电光眼、光灼伤。;,5,、技术难度大,取证考核项目多:普焊安全资质、压力容器、核设备、水下 焊接、船舶焊接。;,2024/9/22,23,焊工的职业健康,危害,与,防护,1,金属烟尘的危害,:电焊烟尘的成分因使用焊条的不同而有所差异。焊接时,电弧放电产生,4000,一,6000,高温,在熔化焊条和焊件的同时,产生了大量的烟尘,其成分主要为氧化铁、氧化锰、二氧化硅、硅酸盐等,烟尘粒弥漫于作业环境中,极易被吸入肺内。长期吸入则会造成肺组织纤维性病变,即称为电焊工尘肺,而且常伴随锰中毒、氟中毒和金属烟雾热等并发病。,2,有毒气体的危害,:在焊接电弧,所产生的高温和强紫外线作用下,弧,区周围会产生大量的有毒气体,如,一氧化碳、氮氧化物等,。,防护措施 :,1,、遮挡隔离(面罩);,2,、通风;,3,、正确的作业姿势;,2024/9/22,24,3,电弧光辐射的危害,:,焊接产生的电弧光主要包括红外线、可见光和紫外线。其中紫外线主要通过光化学作用对人体产生危害,它损伤眼睛及裸露的皮肤,引起角膜结膜炎,(,电光性眼炎,),和皮肤胆红斑症。主要表现为患者眼痛、怕光、流泪、眼睑红肿痉挛,受紫外线照射后皮肤可出现界限明显的水肿性红斑,严重时可出现水泡、渗出液和浮肿,并有明显的烧灼感,。,氩弧焊的危害程度要比焊条电弧焊相对来说要大,红外线辐射约为普通焊条电弧焊的,1,1.5,倍,氩弧焊电弧产生的紫外线辐射约为焊条电弧焊的,5,30,倍,,防护措施:,1,、隔离防护(手套、防护服);,2,、过滤弱化(面罩护目镜);,4,、机械伤害,:,1,)清渣时飞溅伤眼睛;,2,)工件摆放不稳倾倒砸伤;,2024/9/22,25,5,、,触电危害,:,1,),一次线裸露漏电、防护绝缘差、未安装漏电保护器;,2,),作业场地潮湿、二次线电流通过人体接地构成回路;,在所有手工电弧焊的操作中,%,焊工都接近被焊工件。为保证良好的引弧与稳弧性能,弧焊变压器的二次空载电压一般为,5090V,,这在一般情况下是安全的,由于焊工 在操作时与电焊机二次侧接触机会很多(如焊钳或焊枪、焊件、工作台和电缆等),因此,它是焊接触电伤亡的主要危险因素。在正常焊接操作更换焊条时,如果焊工的手不小心触及焊钳口,则会通过 一只手和两只脚 形成一个导电回路。虽然焊接电弧的电压范围在,1040V,,与民用电,220V,相比,%,这一电压(,80V,)并不高。按国际电工技术委员会的标准,在干燥的环境下,交流,500V,和直流,220V,的电压对一个健康的人不会产生危险。然而,如果是在潮湿的场合或狭窄的金属物体空间,,80V,的电压就足以引起致命的电击。尤其是在更换焊条时,焊工是靠手套的绝缘性能来避免较高空载电压的电击,但当手套潮湿或焊工与金属导体表面接触时,原有的绝缘层就会失效,从而发生电击。,防护措施,:,1,、,焊机设备保持完好,焊把钳绝缘胶把完好、线缆完好无裸露;,2,、,个人绝缘保护用品完好(皮手套、绝缘皮鞋),3,、,尽可能避开潮湿作业场地;,2024/9/22,26,4.4,焊接材料,1,、焊条,2,、焊丝(实芯、药芯),3,、钨极等,4,、焊剂,5,、保护气体(,CO2,、氩气等),2024/9/22,27,一焊条分类,.,焊条用途分 :,1,、结构钢焊条,J,2,、钼和铬钼耐热钢焊条,R,3,、不锈钢焊条,A,4,、堆焊焊条,D,5,、低温钢焊条,W,6,、铸铁焊条,Z,7,、镍及镍合金焊条,Ni,8,、铜及铜合金焊条,T,9,、铝及铝合金焊条,L,10,、特殊用途焊条,2024/9/22,28,(2),按焊接熔渣的碱度分,1,、酸性焊条,2,、碱 性焊条,(3),按焊条药皮的类型,氧化钛型、钛钙型、钛铁矿型、氧化铁型、纤维素型、低氢型等,2024/9/22,29,二、焊条的型号与牌号,J 507,焊条为例,J507,低氢型药皮、直流,焊缝金属抗拉强度不低于,490MPa,结构钢焊条,2024/9/22,30,2,、焊条的型号,E,xx,xx,后缀字母,元素符号,焊条,熔敷金属抗拉强度最小值,焊接电流的种类及药皮类型,熔敷金属化学成分分类代号,附加化学成分的元素符号,,表示全位置焊表示手工焊及平角焊表示立向下焊,2024/9/22,31,三、焊条的组成,、 焊芯,焊丝,作用:导电、填充金属、,焊芯材料有选择性,:,用量最多的是,H08,、,H08A,,还有,H08E,。,2,、,药皮,作用:机械保护作用,冶金处理作用,工艺性能良好,2024/9/22,32,药 皮 组 成,稳弧剂,:,改善引弧性能和提高电弧燃烧的稳定性,原材料为易电离或电离势低的物质。如:,K,2,CO,3,、,CaCO,3,大理石、长石、钾水玻璃,造渣剂,:,造成具有一定物理性能、化学性能的熔渣,起到保护作用和改善焊缝成型。,如:钛铁矿、金红石、萤石、长石等。,造气剂,:,造气保护,有机物、碳酸盐,.,有机物如:木粉、淀粉、析出气体,CO,、,H,,碳酸盐析出气体,CO,2,,高温时产生,CO,。,2024/9/22,33,脱氧剂,:,降低药皮中或熔渣的氧化性和脱除金属中的氧。铁合金:锰铁、钛铁、硅铁、,Re,等。,合金剂,:,使焊缝补偿烧损和获得必要的合金成分。合金、纯金属、一般,Mn-Fe,、,Si-Fe,要纯化加高锰酸钾纯化,.,粘结剂,:,将涂料牢固的粘在焊芯上,参加冶金反应,如钠水玻璃、钾水玻璃与钠水玻璃混合。,增塑性,:,便于用机器压制焊条,额外加入一些能改善涂料塑性或滑润性物质。如云母、白泥、滑石等。,2024/9/22,34,二、焊丝的分类,1.,按照适用的焊接方法,埋弧焊焊丝、,CO,2,焊焊丝、钨极氩弧焊焊丝、自保焊焊丝及电渣焊焊丝,2.,按照焊丝的形状结构,实心焊丝、药芯焊丝等,3.,按照适用的金属材料,低碳钢、低合金钢焊丝、硬质合金堆焊焊丝,以及铝、铜与铸铁焊丝等,1.,焊接飞溅小(可自保护、加合金),2.,焊缝 成形美观,3.,熔敷速度高于实心焊丝,4.,可进行全位置焊接,5.,易生锈,不耐折,药芯焊丝的特征,2024/9/22,35,镀铜的目的:防锈,焊丝的型号,2024/9/22,36,焊剂的分类,.,按制造方法分类,(,),熔炼焊剂,(,),非熔炼 (烧结、陶质)焊剂,2.,按焊剂化学成分分类,(1),按氧化物性质分,(2),按,SiO,2,含量分,(3),按,MnO,含量分,(4),按,CaF,2,含量分,按焊剂牌号(略),2024/9/22,37,烧结焊剂与熔炼焊剂相比具有下列优、缺点。,.,烧结焊剂中加脱氧剂、脱氧充分、熔炼焊剂中则不能加脱氧剂。,.,加合金剂、合金化强。,.,抗气孔能力比熔炼焊剂强。,.,对焊接参数变动敏感,会引起焊缝化学成分不均匀,.,吸湿性大,易增加焊缝含氢量,必须焊前烘干。,.,生产成本低、节能、生产效率高。,2024/9/22,38,CO,2,CO,2,来源广,价格便宜,这是它得到广泛应用的一个重要原因。,CO,2,在常温常压下是无色无味气体,比空气重,在常温下加压可液化或固化。焊接用的,CO,2,气体一般装在容积为40,L,钢瓶内,以液态提供,钢瓶涂成黑色。,其纯度体积分数99.5,其中水分和乙醇的体积分数要求小于0.05。,CO,2,气体中的含水量是影响焊接质量的关键,水分多容易产生气孔、裂纹等缺陷。实际施焊时应采用以下措施来减少或消除,CO2,气中的水分:,1 新用,CO,2,气体,使用前应将钢瓶倒置12,h,,使相对密度大的水分沉到瓶口部位,然后打开瓶阀放出一部分液体,如此进行23次 。,2使用前开启瓶阀约2,min,放掉部分杂质。,3供气管路中串联干燥器以便进一步减少,CO,2,气体中的水分。,由于气瓶中压力越低,则含水量越高,因此在,CO2,焊重要构件时使用到压力低于1.0,Mpa,时,应停止使用。,2024/9/22,39,氩气,氩气是惰性气体,具有高温下不分解又不与焊缝金属进行化学反应的特性,.,氩气比空气重37,使用时不易漂浮失散,有利于起保护作用,所以是一种理想的保护气体。按我国现行规定,:,焊接用氩气纯度应达到99.99。,氩气对电弧的热压缩效应较小,加上氩弧燃烧电压较低,即使氩弧长度稍有变化,也不会显著的改变电弧电压,因此电弧稳定,很适于手工焊接。,钨极,纯钨很少使用,钍钨极的使用性能很好,但由于其具有放射性,且成本较高,所以现在使用不多;,铈钨极是使用最多的电极,与钍钨极相比,在直流小电流焊接时,易建立电弧,引弧电压比钍钨极低50,电弧燃烧稳定,铈钨极最大许用电流密度比钍钨极高5-8,热量集中,几乎没有放射性。故应尽量采用。,其他如:锆钨极、镧钨极也有使用。,2024/9/22,40,4.5,焊接缺陷的种类、,成因,及对策,金属作为最常用的工程结构材料,往往要求具有如高温强度、低温韧性、耐腐蚀性以及其他一些基本性能,并且要求在焊接之后仍然能够保持这些基本性能。焊接过程的特点主要是温度高、温差大,偏析现象很突出,金相组织差别比较大。因此,在焊接过程中往往会产生各种不同类形的焊接缺陷而遗留在焊缝中。如裂纹、未焊透、未熔合、气孔、夹渣以及夹钨等。从而降低了焊缝的强度性能,给安全生产带来很大的不利。但是,不论什么样的缺陷,它在形成的过程中都具有特定的形成机理和规律,只要掌握其形成的基本特点,就会对我们在生产中制定焊接工艺措施,防止缺陷的产生起到很好的作用。,2024/9/22,41,1,裂纹,1.1,产生裂纹缺陷的原因,根据日常所发现的裂纹缺陷分析,产生裂纹的主要因素是焊接工艺不合理、选用材料不当、焊接应力过大以及焊接环境条件差造成焊后冷却太快等。,1.2,裂纹产生的部位,焊缝裂纹一般分为热裂纹和冷裂纹。热裂纹是在焊接过程中形成的,因此,大部分都产生在焊缝的填充部位以及熔合线部位,并埋藏于焊缝中;冷裂纹也叫延时裂纹,一般都是在焊缝冷却过程中由于应力的影响而产生,有时还随着焊缝的组织的变化首先在焊缝内部形成组织晶界裂纹,经过一段时间之后才形成宏观裂纹,这类裂纹一般形成于焊缝的热影响区以及焊缝的表面。,2024/9/22,42,1.3,裂纹的危害性,裂纹是焊缝中危害性最大的一种缺陷,它属于条面对面状缺陷,在常温下会导致焊缝的抗拉强度降低,并随着裂纹所占截面积的增加而引起抗拉强度大幅度下降。另外,裂纹的尖端是一个尖锐的缺口,应力集中很大,它会促使构件在低应力下扩展破坏。所以在焊缝中裂纹是一种不允许存在的缺陷。一旦发现必须进行全部清除或将所焊部件判废。,1.4,防止裂纹产生的措施,首先是针对构件焊接情况选取合理的焊接工艺,如焊接方法、线能量、焊接速度、焊前预热、焊接顺序等。这是防止焊缝裂纹产生的最基本的措施。当在结构条件一定的情况下,合理的工艺不仅会影响和改善接头的应力状态,而且也会影响焊缝的化学成分,还可以改变杂质的偏析程度,对防止裂纹的形成都有很大的好处。其次是焊接材料的选择要正确。其三是考虑焊接环境条件以及热处理工艺等。因此,在实际生产过程中应根据实际情况综合考虑各种工艺因素所带来的影响。,2024/9/22,43,2,未焊透,2.1,产生未焊透缺陷的原因,产生未焊透缺陷的主要因素有:,焊接规范选择不当,如电流太小,电弧过短或过长,焊接速度过快、金属未完全熔化;,坡口角度夹小、钝边过厚、对口时间隙太小导致熔深减小;,焊接过程中,焊条和焊枪的角度不当导致电弧偏析或清根不彻底等。,2.2,未焊透产生的部位,未焊透实际上就是焊接接头的根部未完全熔透的现象,单面焊双面成形或加垫板焊的焊缝主要产生于,V,形坡口的根部,双面焊双面成形的焊缝主要产生于,X,形坡口或双,U,形坡口的钝边的边缘处。,2024/9/22,44,2.3,未焊透缺陷的危害性,未焊透属于一种面状缺陷,通常都视为裂纹类缺陷,未焊透的存在会导致焊缝的有效截面减少,从而降低焊缝的强度。在应力主作用下很容易扩展形成裂纹导致构件破坏。若是连续性未焊透,更是一种极其危险的缺陷。所以焊缝中的未焊透是一种不允许存在的缺陷。,2.4,防止未焊透缺陷产生的措施,正确确定坡口形式和装配间隙,认真清除坡口两侧的油污杂质,合理选择焊接电流,焊接角度要正确,运条速度要根据焊接电流的大小、焊体的厚度以及焊接位置进行选择,不应移动过快,随时注意不断地调整焊接角度。对于导热不良、散热较快的焊件,可进行焊前预热或在焊接过程中同时用火焰进行加热。对于要求全焊透的焊缝,如果是有未焊透时,在条件允许的情况下可以将反面熔渣和焊瘤清理后进行加焊处理;对于非要求全焊透的焊缝,其焊透深度大于板厚的,0.7,倍即可。应尽量采用单面焊双面成形的工艺,。,2024/9/22,45,3,未熔合,3.1,产生未熔合缺陷的原因,焊接规范选择不当,电流过小,焊接速度太快,焊接电流的强度不够,产生的热能量太小,致使母材坡口或先焊的金属未能完全熔化。,电流过大,焊条过于发红而快速先熔化,在母材边缘还没有达到熔化温度的情况下就覆盖过去,同时焊条散热太快而导致母材的开始端未熔化。,焊接时操作不当,焊条偏向某一边而另一边尚未熔化就被已熔化的金属掩盖过去形成虚焊现象。,坡口制备不良,坡处太潮湿。熔池氧化太快,,焊条生锈或有油污而进行施焊等。,3.2,未熔合产生的部位,未熔合缺陷一般产生于焊件坡口的熔合线,处以及焊缝隙层间、焊缝隙的根部。在焊接时,焊道与母材之间或焊道与焊道之间未完全熔化成一体,在点焊时母材与母材未完全熔合成一体而形成虚焊部位。,2024/9/22,46,3.3,未熔合缺陷的危害性,未熔合缺陷大都是以面状存在于焊缝中,通常也被视为裂纹类型的缺陷。其实质就是一种虚焊现象,从而导致焊缝的有效截面积减少,在交变应力高度集中的情况下致使焊缝的强度降低,塑性下降,最终造成焊缝开裂。在焊缝中是不允许存在未熔合缺陷的。,3.4,未熔合缺陷的防止,焊前对坡口周围进行认真清理,去除锈蚀和油污;正确选择焊接规范,焊接的电流不宜太小,焊接速度不能太快;在正常施焊过程中焊接电流也不宜过大,否则焊条过于发红而快速熔化,这样就会在母材的边缘未达到熔化温度的情况下焊条的熔化金属已覆盖而造成未熔合;对于散热过快的焊件可以采取焊前预热或在焊接过程中同时用火焰加热施焊;焊接操作要正确,避免产生磁偏吹,如遇焊件带磁时应先进行退磁。,2024/9/22,47,4,气孔,4.1,产生气孔的原因,焊缝中产生气孔的原因很多,由于焊接是属于金属的冶炼过程。因此,可以概括为:一是冶金因素的影响,焊接熔池在凝固过程中界面上排出的氮、氢、氧、一氧化碳等气体以及水蒸汽来不及排出时被包裸在金属内部形成孔洞;,二是工艺因素的影响,如焊接工艺规范选择不当、焊接电源的性质不同、电弧长度的控制、操作技能不规范等都会给气孔的形成提供条件。归纳起来有以下几点:,焊接的基本金属或填充金属的表面有锈、油污、,油漆或有机物质存在;,焊条或焊剂没有充分烘干或焊条成份不当,,焊条药皮变质;,焊接电流过小电弧拉得过长或焊接速度太快,,另外采用交流电焊接比采用直流电焊接易产生气孔;,焊接时周围环境的空气湿度太大,阴雨天进行焊接特别容易形成气孔缺陷。,4.2,气孔缺陷产生的部位,气孔是焊缝中最常见的缺陷,按位置可分为表面气孔、内部气孔,按形状可分为点状,链状、分散状,及密集型、圆形、椭圆形、长条形、管形等。因此,气孔可以分布在焊缝的任何部位。,2024/9/22,48,4.3,气孔的危害性,气孔属于体积性缺陷,它主要是削弱焊缝的有效截面积,降低焊缝的机械性能和强度,尤其是焊缝的弯曲强度和冲击韧性。同时也破坏了焊缝金属的致密性。一般来说边疆气孔是导致构件破坏的重要原因,其塑性可降低,40%,50%,。在交变应力的作用下焊缝的疲劳强度显著下降。但由于气孔没有尖锐的边缘,一般认为不属于危害性缺陷,并允许有限度在焊缝中存在。但也要按照规范中的规定进行评定,超过规范要求时也必,须进行返修处理。,4.4,防止气孔缺陷产生的措施,焊接前对焊件坡口周围的油污和有机物质清理干,净;焊条必须按照要求进行烘干,并存放于保温合,内随取随用;不要使用药皮已变质的焊条及偏蕊过,大的焊条;尽量采用短弧焊接规范,同时防止有害气体入侵;对于厚大工件或规程规定要进行焊前预热的工件必须进行焊前预热;焊接过程中焊接速度不宜过快;焊接场所要有防雨防风设施,管道焊接时三角要避免穿膛风。,2024/9/22,49,5,夹渣,5.1,产生夹渣缺陷的原因,在焊接过程中,熔池中的熔化金属的凝固速度大于熔渣的上浮速度,在熔化金属凝固时熔渣来不及浮出熔池而被包裸在焊缝内,这就是夹渣。其影响的因素主要有以下几点:,焊件的坡口设计不合理,坡口的角度太小。,焊接规范选择不当,如焊接电流过小、焊接速度快。,多层焊接时清渣不彻底。,熔池中液态金属凝固过快,熔渣粒度过大不易浮出表面。,焊件坡口处杂质及油污和有机物质清理不彻底,焊条的成份不当,药皮的熔点过高。焊接过程中未完全熔化而被裹在金属内。,5.2,夹渣缺陷产生的部位,夹渣缺陷在焊缝中的表现一般都是没有规则的,有分散点状的也有密集的,既有块状也有条状和链状。因此,夹渣缺陷可以存在于焊缝的任何部位。,2024/9/22,50,5.3,夹渣缺陷的危害性,夹渣是属于体积性缺陷,它的危害程度比面状缺陷要小。但是,夹渣缺陷的形状是多种多样的,并具有尖锐的边缘,在交变应力的作用下,也很容易扩展形成裂纹而成脆性断裂;同时也会以减少焊缝的有效截面积而降低焊缝机械强度、塑性、韧性和耐腐蚀的能力以及疲劳极限。焊缝中的夹渣允许有限的存在,但必须按规程标准进行评定,不合格的夹渣缺陷也应当进行返修处理。,5.4,防止夹渣产生的措施,设计合理的焊接坡口,焊前对坡口周围要进行认真的清理,多层焊时特别要注意焊渣的彻底清理;选择适当的焊接规范,防止焊缝金属冷却过快;减慢焊接的速度,增大焊接电流来改善熔渣浮出表面的条件;运行条要正确,并有规律地摆动焊条,焊接过程中不断地搅动熔池中的熔化金属,促使熔渣与铁水分离;调整焊条的药皮或焊剂的化学成份,,降低熔渣的熔点也有利于防止,夹渣缺陷的产生。,2024/9/22,51,6,钨夹渣,6.1,产生钨夹渣的原因,在采用钨极汽体保护焊时,由于焊接电流过大而超过极限电流或钨极直径太小而导致钨极高度发热,端部熔化进入焊缝的液态金属中。由于钨的熔点高,在冷却凝固过程中,钨首先以自由状态结晶析出而停留于焊缝中。因此任何能造成钨极熔化的因素都将引起钨夹渣的产生,如钨极夹具松动、钨极直径小、炽热的钨极顶端触及熔池而产生飞溅或汽体保护不良而引起钨极烧损等都会产生钨夹渣缺陷。,6.2,钨夹渣产生的部位,钨夹渣在焊缝中一般都是呈现为分散点状、条状和块状。在钨极全汽体焊或等离子焊接时可以在焊缝的任何部位形成。钨极汽体保护焊封底,电弧焊填充盖面焊时大都产生于焊缝的第一层。,2024/9/22,52,6.3,钨夹渣缺陷的危害性,焊缝中存在的钨夹渣缺陷的形状与一般的夹渣是一样的,因此,它的危害性与夹渣的危害性基本上是一致的。,6.4,防止钨夹渣产生的措施,首先要选择良好的钨极夹具,钨极的直径要根据焊件的规格、材质而选择;根据钨极的直径选择适当的焊接电流;加强汽体保护的效果,防止钨极烧损;焊接过程中特别要避免钨极直接触及熔池或焊丝。,7,焊缝尺寸不符合要求,指焊缝长宽不够,焊波宽窄不齐,高低不平,焊脚两边不均。产生原因:,1),焊件坡口角度不当或装配间隙不匀;,2),焊接电流过大或过小;,3),焊接速度不当或焊条仰角不合适;,4),电弧长度控制不准,电弧长则焊缝宽;,5),对埋弧自动焊来说,主要是焊接规范,选择不当。,2024/9/22,53,8,弧坑下陷,指焊缝收尾处产生的下陷现象。产生原因:,1),熄弧时焊条未在熔池处作短时间停留;,2),薄板焊接时使用的电流过大;,3),埋弧自动焊时,没分两步停止焊接,即未先停丝后断电源。,9,咬边,焊缝边缘母材上被电弧烧熔的凹槽,(,即焊缝边缘母材被电弧熔化后,没有得到熔化的焊丝金属的补充,),。产生原因:,1),主要是焊接电流太大和运条角度不当造成的;,2),角焊时,焊条角度不当或电弧长度不当。,2024/9/22,54,10,焊瘤,指焊缝边缘上未和基本金属熔合的堆积金属。常产生在焊缝的始端和末尾,在立焊和仰焊焊缝中也经常出现,并常伴生着夹渣和未焊透。产生原因:,1),主要原因事故操作不熟练、运条不当;,2),立焊时电流过大或电弧过长。,11,严重飞溅,在电弧作用下,熔池金属飞离到熔池,(,或焊缝,),外侧的金属颗粒。在手弧焊时有少量,飞溅是正常的,但严重飞溅不仅影响操作,浪费焊条,而且影响工件美观。产生原因:,1),焊条保存不当,烘干的温度、时间不当,导致焊条因受潮而产生药皮开裂、钢芯锈蚀等;,2),碱性焊条错误地采用直流正接法。,其它缺陷,电弧擦伤、母材表面撕裂、磨凿痕、打磨过量等等略,2024/9/22,55,4.6,焊接应力与变形,4.6.1,焊接变形和残余应力的不利影响:,焊接变形,1.,影响工件形状、尺寸精度,2.,影响组装质量,3.,增大制造成本,矫正变形费工、费时,4.,降低承载能力,变形产生了附加应力,焊接应力,1.,降低承载能力,2.,引起焊接裂纹,甚至脆断,3.,在腐蚀介质中,产生应力腐蚀裂纹,4.,引起变形,2024/9/22,56,4.6.2,焊接变形和应力的产生原因:,根本原因:对焊件进行的不均匀加热和冷却,如图,4.6-1,焊接应力,焊接加热时,焊缝区受压力应力(因膨胀受阻,用符号,“,-”,表示),远离焊缝区手拉应力(用符号,“,+”,表示),焊后冷却时,焊缝受拉应力(因收缩受阻),远离焊缝区受压应力,焊接变形,当焊接应力超过金属,s,时,焊件将产生变形,焊接应力和焊接变形总是同时存在,不会单独存在,当母材塑性较好,结构刚度较小时,焊接变形较大而应力较小;反之,则应力较大而变形较小。,2024/9/22,57,4.6.3,焊接变形的控制和矫正:,4.6.3.1,焊接变形的基本形式,,如图,4.6-2,如图,4.6-2,常见的焊接残余变形的类型,1,、,2-,纵向收缩量,3-,横向收缩量,4,、,5-,角变形量,f-,挠度,2024/9/22,58,(,1,)收缩变形:,即焊件沿焊缝的纵向和横向尺寸减少,是由于焊缝区的纵向和横向收缩引起的。如图,4.6-2a,(,2,)角变形:,即相连接的构件间的角度发生改变,一般是由于焊缝区的横向收缩在焊件厚度上分布不均匀引起的。如图,4.6-2b,(,3,)弯曲变形:,即焊件产生弯曲。通常是由焊缝区的纵向或横向收缩引起的。如图,4.6-2c,(,4,)扭曲变形:,即焊件沿轴线方向发生扭转,与角焊缝引起的角度形沿焊接方向逐渐增大有关。如图,4.6-2d,(,5,)失稳变形(波浪变形):,一般是由沿板面方向的压应力作用引起的。如图,4.6-2e,2024/9/22,59,4.6.3.2,控制焊接变形的措施,(,1,)设计措施,尽量减少焊缝的数量和尺寸,合理选用焊缝的截面形状,合理安排焊缝位置尽量使焊缝对称或接近于构件截面的中性轴(以减少弯曲变形)。如图,4.6-3,图,4.6-3,焊缝位置安排,2024/9/22,60,(,2,)工艺措施, 反变形法:,即焊前使构件产生与焊接残余变形方向相反的变形,使焊后变形相互抵消。如图,4.6-4,图,4.6-4,反变形法示例,a),预置反变形,b,)塑性预弯反变形,c,)强制预弯反变形,1-,螺旋夹头,刚度大的梁若难于采用预弯反变形,下料时可将其腹板预制出一定的挠度,以抵消焊接时的弯曲变形。,2024/9/22,61, 加余量法:,工件下料时,给工件尺寸加大一定的收缩余量,以补偿焊后的收缩。, 刚性固定法:,即焊前将焊件刚性固定,对防止角变形和失稳变形较有效,如图,4.6-5,,该法会增大焊接应力,为防止产生裂纹,一般只用于塑性好的材料。,图,4.6-5,刚性固定法防止角度变形示例,a,)用夹具夹紧凸缘,b,)用压铁压紧薄板,1-,固定夹,2-,压铁,3-,焊件,4-,平台,5-,定位焊点,2024/9/22,62, 合理选用焊接方法和焊接规范,尽量选用能量较集中的焊接方法,如以,CO2,焊、等离子弧焊等代替气焊和焊条电弧焊。, 选用合理的装配焊接顺序,焊接结构分成若干件,分别装配焊接,最后再拼焊成一体,对称布置的焊缝对称施焊或同时施焊。长焊缝,可采用逆向分段焊,厚板焊接采用多层焊。,4.6.3.3,焊接变形的矫正,(,1,)机械矫正法:,即利用外力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形,使两者相互抵消,如图,4.6-6,2024/9/22,63,图,4.6-6,机械矫正示例,a,)用压力机矫正弯曲变形,b,)用辊轮矫正失稳变形,2024/9/22,64,(,2,)火焰矫正法:,即利用火焰局部加热焊件的适当部位,使其产生压缩塑性变形,以抵消焊接变形,如图,4.6-7,。,图,4.6-7,梁变形的火焰矫正示例,a,)矫正角变形,b,)矫正弯曲变形,1,、,3-,加热区域,2-,焰炬,f-,挠度,2024/9/22,65,焊接变形经常采用以下三种火焰矫正方法:,1,)线状加热法;,2,)点状加热法;,3,)三角形加热法。,以下为火焰矫正时的加热温度(材质为低碳钢),低温矫正,500,度,600,度冷却方式:水,中温矫正,600,度,700,度冷却方式:空气和水,高温矫正,700,度,800,度冷却方式:空气,注意事项:火焰矫正时加热温度不宜过高,过高会引起金属变脆、影响冲,击韧性。,16Mn,在高温矫正时不可用水冷却,包括厚度或淬硬倾向较大的钢材。,火焰矫正一般采用一般的气焊炬,。,2024/9/22,66,4.7,常用金属材料的焊接,一、材料的焊接性,1,焊接性的概念,材料对焊接加工的适应性称为材料的焊接性。是指在一定 的焊接工艺条件下,材料获得优质焊接接头的难易程度。它包 含两种基本性能:, 接头的接合性:对产生焊接缺陷,(,如气孔、裂缝等,),的敏感性。, 接头的使用性能:如机械性能、耐热、耐腐蚀、抗疲劳等性 能与母材性能的差异程度。接头的性能愈接近母材性能愈好。,2,影响材料焊接性的主要因素, 母材化学成分与组织状态;, 焊接方法及工艺;, 施工环境;, 结构复杂程度及刚性。 评定不同材料的焊接性,必须在相同的焊接工艺条件下进 行,才具有可比性。,2024/9/22,67,3,金属材料焊接性的评价方法,1,)碳当量,(C,E,),碳当量:把钢中合金元素,(,包括碳,),的含量按其对焊接性 的影响作用换算成碳的相当含量,作为评定钢材焊接性的一 种参考指标。,国际焊接学会推荐用于碳钢和低合金钢的碳当量,(C,E,),计算 公式:,式中化学元素符号均表示元素在钢中的含量。,C,E,0.4%,焊接性良好,C,E,=0.4%,0.6%,焊接性较差,C,E,0.6%,焊接性差,2024/9/22,68,二、碳钢的焊接,1,低碳钢的焊接,常用低碳钢:,Q235A,、,Q255A,、,15,、,20,、,20g,、,22g,等。,1),低碳钢焊接性分析,含,C,0.25%,,焊接性优良,一般无淬硬倾向,不易产生 焊接裂缝,(,采用各种焊接方法,均可获得合格的接头,),。,2),常用焊接方法:,手弧焊、气焊、,CO,2,保护焊、埋弧焊、电阻焊 等,焊接材料按“等强度原则”选择焊条和焊丝。一般不预热, 即可保证焊接的质量。,A,在下列情况下也可能出现裂缝, 对于厚板、刚性结构;, 在低温,(,-10),下焊接;, 钢材有严重的成分偏析,(,如,C,、,S,、,P,局部偏析,),。,B,可采取以下措施来保证焊接质量, 焊前对焊件预热到一定温度,(,一般为,150,以上,),;, 应选择抗裂性较好的碱性焊条;, 注意掌握焊接装配顺利;, 对压力容器等重要结构,焊后要进行去应力热处理;, 用电渣焊焊接的厚板结构,焊后要进行正火处理。,2024/9/22,69,2,中碳钢和高碳钢的焊接,常用中碳钢:,45,、,50,、,55,1),焊接性分析,含碳量,C=0.25,0.6%,,焊接性较差。,主要问题,:, 热影响区产生淬火组织马氏体,(M),;, 焊缝和近缝区易产生热裂缝,(C,、,S,偏析,),;, 当焊缝含氢量高时,在焊缝和热影响区也可能产生冷裂缝。 冷裂缝多发生在马氏体转变温度以下,常发生在焊后一 段时间内发生,(,又称为“延迟裂缝”,),,其形成原因与接头含氢 量、组织淬硬程度、结构刚性三个主要因素有关。, 焊前经过淬火处理的中碳钢零件,在热影响区可能出现回火 软化现象。,2024/9/22,70,2),焊接工艺要点,多采用手弧焊,选碱性低氢型焊条,小电流、多层焊,尽 量减少母材熔化量;无等强度要求时,可选比母材强度低 一级的焊条,以提高焊缝金属塑性,减小裂缝倾向。, 焊前预热,(150,250,之间,),,焊后缓冷。, 焊后安排消除应力的热处理。,3),高碳钢,(C,0.6%),焊接性更差,多用于焊补修复零件。,为防止焊接裂缝,除提高预热温度外,应选用塑性较好的低碳钢焊条、不锈钢焊条、镍基焊条。焊缝一般不能与母材等强度。,2024/9/22,71,三、普通低合金结构钢的焊接,普通低碳钢按屈服强度一般分为六个等级:,300,、,350,、,400,、,450,、,500,、,550(MPa),1,焊接性分析,s,=300,400MPa,的普低钢, 如:,09Mn2,、,16Mn,、,15Mn,、,15MnTi,。,C,E,0.4%,,其焊接性与低碳钢较接近,热影响区的淬硬倾向比低碳钢稍大,可参照低碳钢的焊接工艺进行焊接。对厚板、刚性结构,或在低温下焊接时,应对焊件预热,100,以上。,s,450MPa,的普通低碳钢,如,15MnVN,、,14MnMoV,、,18MnMoNb,C,E,在,0.43,0.55,之间,随,C,E,增大,淬硬倾向愈大,焊接性愈差。当结构刚性大,焊缝含氢量较高时,冷裂缝倾向显著增大。,2024/9/22,72,2,焊接工艺要点,严格控制焊缝含氢量;, 焊前预热,焊后缓冷;, 焊后及时进行高温回火处理,(,消除内应力、去氢,),;, 焊接方法多采用手工电弧焊、埋弧自动焊等。,2024/9/22,73,四、不锈钢的焊接,不锈钢中都含有不少于,12%,的铬,还含有镍、锰、钼等合金元素,以保证其耐热性和耐腐蚀性。按组织状态,不锈钢可分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和马氏体不锈钢等,其中以奥氏体不锈钢的焊接性最好。,(一)奥氏体不锈钢的焊接性,奥氏体不锈钢焊接件容易在焊接接头处发生晶间,腐蚀,,其原因是焊接时,在,450,850,温度范围停留一定时间的接头部位,在晶界处析出高铬碳化物(,CR23C6,),引起晶粒表层含铬量降低,形成贫铬区,在腐蚀介质的作用下,晶粒表层的贫铬区受到腐蚀而形成晶间腐蚀。这时被腐蚀的焊接接头表面无明显变化,受力时则会沿晶界,断裂,,几乎完全失去强度。为防止和减少焊接接头处的晶间腐蚀,应严格控制焊缝金属的含碳量,采用超低碳的焊接材料和,母材,。采用含有能优先与碳形成稳定化合物的元素如,TI,、,NB,等,也可防止贫铬现象的产生。,奥氏体不锈钢焊接的另一个问题是热裂纹。产生的主要原因是焊缝中的树枝晶方向性强,有利于,S,、,P,等元素的低熔点共晶产物的形成和聚集。另外,此类钢的导热系数小(约为低碳钢的,1/3,),线胀系数大(比低碳钢大,50%,),所以焊接应力也大。,2024/9/22,74,防止的办法是选用含碳量很低的母材和焊接材料,采用含适量,MO,、,SI,等铁素体形成元素的焊接材料,使焊缝形成奥氏体加铁素体的双相组织,减少偏析。,(二)奥氏体不锈钢的焊接工艺,一般熔焊方法均能用于奥氏体不锈钢的焊接,目前生产上常用的方法是手工电弧焊、氩弧焊和埋弧焊。在焊接工艺上,主要应注意以下问题:(,1,)采用小电流、快速焊,可有效地防止晶间腐蚀和热裂纹等,缺陷,的产生。一般焊接电流应比焊接低碳钢时低,20%,;(,2,)焊接电弧要短,且不作横向摆动,以减少加热范围。避免随处引弧,焊缝尽量一次焊完,以保证耐腐蚀性。(,3,)多层焊时,应等前面一层冷至,60,以下,再焊后一层。双面焊时先焊非工作面,后焊与腐蚀介质接触的工作面。(,4,)对于晶间腐蚀,在条件许可时,可采用强制冷却。必要时可进行稳定化处理,消除产生晶间腐蚀的可能性。,2024/9/22,75,五、铸铁的焊接与焊补,常用铸铁:灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁等。含碳量高,杂质,(S,、,P,等,),含量高,铸铁组织内部缺陷多,抗拉强度低,塑性很差,焊接性较差的铸铁一般不用于设计焊接结构。但铸件缺陷或铸铁零件在使用中损坏常用焊补进行挽救修复。,1,铸铁的焊接性分析, 熔合区易产生白口组织,焊后很难进行机械加工;, 焊缝和热影响区易产生裂缝;, 焊缝易产生气孔。,2,焊接方法及工艺要点,1,)常用焊接方法有手弧焊、气焊、钎焊等。,A,热焊法:,焊前及焊接过程中将工件整体或局部预热到,600,700,,焊后缓慢冷却的铸铁焊补方法。, 特点:,焊件受热均匀,焊接应力小,冷却速度慢,有利于石墨 析出,防止产生白口组织和裂缝,焊接质量好,焊接接头易 于进行机械加工。其缺点是:焊接成本高,工件易变形,劳 动条件差。, 应用:,主要用于形状很复杂,对焊接质量要求高,焊后必须进 行机械加工的重要铸件的焊补法。,2024/9/22,76,B,冷焊法,焊接时不预热,或预热温度低于,400,的焊接方法。主要通 过选择焊条,控制焊缝化学成分来防止出现白口和裂缝。, 焊后不需进行机械加工时可选用: 氧化型钢芯铸铁焊条,EZFe,或 高钒铸铁焊条,EZV,或 碳钢焊条,E4315,焊缝组织接近钢的组织,可加工性较差。,C,焊后要进行局部机械加工的重要铸件,可选用镍基铸铁焊条:,EZNi,、,EZNiFe,、,EZNiCu,等。,焊缝塑性好,镍元素可阻止熔合区的白口化倾向,焊后 可进行机械加工。镍基焊条价格贵,有时仅作为焊接过渡层 使用。,2024/9/22,77,3,)铸铁焊补的工艺要点,焊前清除氧化层、夹砂、腐蚀性表层,以防止对焊缝的污染。, 焊补裂缝时,在裂缝的两端延伸处钻“止裂孔”。,对大型复杂铸件,可采用“加热减应力法”减小焊接应力与裂 缝倾向。, 用小直径电焊条,小电流, 多层焊,尽量减小母材熔 入量;采用短焊道、交替 跳焊法、边焊边锤击焊缝, 均可减小产生焊接应力和 裂缝的倾向。,2024/9/22,78,六、有色金属及合金的焊接,1,铝及铝合金的焊接,1,)铝及铝合金的焊接特点, 铝易氧化,低沸点合金元素易蒸发烧损;, 易产生氢气孔;, 焊缝热裂倾向较大,焊件易变形;, 易产生熔池塌陷和烧穿现象;, 导热性极好,对壁厚,10mm,的焊件需预热。,2024/9/22,79,2,)焊接方法与工艺要点,A,一般焊件可采用气焊、手弧焊、电阻焊、钎焊;重要焊件多 采用氩弧焊、等离子弧焊。(氩弧焊:“阴极破碎”作用
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