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电阻点焊原理及工艺

发布日期:2021-01-16 14:43 作者:现金信誉网 点击:

  电阻点焊原理及工艺电阻点焊原理及工艺 绪论绪论  电阻焊定义: 焊件组合后, 通过电极施加压力, 利用电流电阻焊定义: 焊件组合后, 通过电极施加压力, 利用电流流过焊接区所产生的电阻热加热工件, 使要焊接部位达到流过焊接区所产生的电阻热加热工件, 使要焊接部位达到局部熔化或高温塑性状态, 通过热和机械力的联合作用完局部熔化或高温塑性状态, 通过热和机械力的联合作用完成连接的方法。成连接的方法。物理本质: 利用焊接区金属本身的电阻热和大量塑性变形能量, 使两个分离表面的金属原子之间接近到晶格距离,能量, 使两个分离表面的金属原子之间接近到晶格距离,形...

  电阻点焊原理及工艺电阻点焊原理及工艺 绪论绪论  电阻焊定义: 焊件组合后, 通过电极施加压力, 利用电流电阻焊定义: 焊件组合后, 通过电极施加压力, 利用电流流过焊接区所产生的电阻热加热工件, 使要焊接部位达到流过焊接区所产生的电阻热加热工件, 使要焊接部位达到局部熔化或高温塑性状态, 通过热和机械力的联合作用完局部熔化或高温塑性状态, 通过热和机械力的联合作用完成连接的方法。成连接的方法。物理本质: 利用焊接区金属本身的电阻热和大量塑性变形能量, 使两个分离表面的金属原子之间接近到晶格距离,能量, 使两个分离表面的金属原子之间接近到晶格距离,形成金属键在结合面上产生足够量的共同晶粒而得到焊形成金属键在结合面上产生足够量的共同晶粒而得到焊形成金属键, 在结合面上产生足够量的共同晶粒而得到焊形成金属键, 在结合面上产生足够量的共同晶粒而得到焊点、 焊缝或对接接头。点、 焊缝或对接接头。分类:1 . 1 . 按接头形式和工艺特点分: 点焊; 缝焊; 对焊。按接头形式和工艺特点分: 点焊; 缝焊; 对焊。2. 2.按电流分按电流分: :交流、 直流、 脉冲交流、 直流、 脉冲优点: 1 1 ) 接头质量高;) 接头质量高; 2 2) 辅助工序少) 辅助工序少3 3 ) 不需要填充材料料4 4) 生产效率高, 易于实现自动化) 生产效率高, 易于实现自动化缺点: 1 1 ) 无损检验困难;) 无损检验困难; 2 2) 设备复杂, 维修困难, 一次性投资高。次性投资高。  物理本质: 利用焊接区金属本身的电阻热和大量塑性变形  分类:  优点:) 不需要填充材  缺点:) 设备复杂, 维修困难, 一 第一章电阻点焊的原理第一节概述一、 定义焊件装配成搭接接头, 并压紧在两电极之间,利用电流通过焊件时产生的电阻热, 熔化母材金属冷却后形成焊点这种电阻焊方法称为点焊属, 冷却后形成焊点, 这种电阻焊方法称为点焊。二、 特点1。 靠尺寸不大的熔核连接;2。 在大电流、 短时间的条件下焊接;3。 在热和机械力联合作用下形成焊点。 三、 分类1。 按焊接电流波形分工频 50或60Hz低频 3~10Hz2 5kH高频 2.5kHz~450kHz高频450kH交流脉冲电容储能直流冲击波 2。 按工艺特点分双面单点双面单点单面双点单面单点 四、 对点焊质量的要求1) 熔核直径32  5板厚dd或)(mmdch1。 熔核尺寸的几个基本概念2) 焊透率(%)A%100chAd3) 压痕 c5~20%%70~30A 2) 少数金属材料(如可淬硬钢等) 对焊接热2) 少数金属材料(如可淬硬钢等) 对焊接热循环极为敏感, 当点焊工艺不当时, 接头由于被强烈淬硬而使强度、 塑性急剧降低。 这时,尽管具有足够大的熔核尺寸也是不能使用的。其点焊接头强度不仅取决于熔核尺寸, 而且与熔核及热影响区的组织及缺陷有关。1) 多数金属材料(如低碳钢等) 对焊接热循环不敏感, 焊接区的组织无显著变化, 也不易产生组织缺陷, 其点焊接头强度主要与熔核尺寸有关;2。 对点焊质量的要求 第二节点焊时的电阻及加热一、 点焊时的电阻ewRwRewRwRc RwewcRRRR22dttrtiQ)()(24. 02VAC380 1。 接触电阻1) 形成原因: 焊件表面的微观凸凹不平及不良导体层。接触电阻形成原因示意图 2)影响因素:(1)表面状态a) 清理方法b) 存放时间c) 表面粗糙度(2)压力接触电阻“滞后” 效应电极压力(3)温度 2. 焊件内部电阻1) 几何特点:导电区域远远大于以电极与焊件接触面为底, 焊件厚度为高的圆柱体体积1 R2RRR等于1 R 与2R 并联值 电流场与电流密度分布a)导线中b)单块板中c)点焊时i一电流线 j一电流密度 jc一平均电流密度 预压时, 电极压力的应力分布 电流场与电流密度分布a)导线中b)单块板中c)点焊时i一电流线 j一电流密度 jc一平均电流密度 2) 边缘效应与绕流现象边缘效应: 在点焊过程中, 当电流流过焊件时,电流将从板的中部向边缘扩展, 使整个焊件的电流场呈双鼓形。原因: 焊件的横截面积远大于焊件与电极间的原因: 焊件的横截面积远大于焊件与电极间的横截面积 。绕流效应: 由于焊接区温度不均匀, 促使电流线从中间向四周扩散的现象。 3) 焊件内部电阻的近似计算4222021dKKRTW 展的系数展的系数;边缘效应引起电流场扩边缘效应引起电流场扩KK。电极与焊件接触面直径单个焊件的厚度;焊接区金属的电阻率;展的系数;绕流现象引起电流场扩021dKT 1K0 1 2 3 4 5 61.00.80.60.40.20 d84. 0~82. 01K与不均匀加热程度有关, 可在0.8~0.9范围内选取。 硬规范点焊时, 焊接区温度很不均匀,应选低值; 软规范点焊时, 则取高值。2K 3) 影响因素:综上所述, 边缘效应、 绕流现象, 均使点焊时焊件的导电范围不能只限制在以电极与焊件接触面为底的圆柱体内, 而要向外有所扩展, 因而使悍件的内部电阻比圆柱体所具有的电阻要小。凡是影响电流场分布的因素必然影响内部电阻。凡是影响电流场分布的因素必然影响内部电阻这些因素可归纳为;(1) 金属材料的热物理性质(2) 机械性能(3) 点焊规范参数及特征(4) 焊件厚度等。 3。 焊接区的总电阻:点焊过程中, 焊件焊件和电极电极的接触状态、 焊接温度场及电场都在不断地变化, 因此, 引起焊接区的电阻也不断交化。 描述焊接过程中电阻变化的曲线叫做动态电阻曲线。 需要强调的是, 由于材料性能的不同, 不同金属材料在加热过程中焊接区动态总电阻变化相差很大 。 1) 低碳钢 在低碳钢的点焊过程中, 焊接区动态阻的变化规律可以分为以下几个阶段 :下降段〔t0~t1〕 : 由于接触电阻的迅速降低及消失所造成。 该阶段的主要特点是时间短, 曲线mm冷轧低碳钢板,该段时间约为(1~2周波) , 焊接区金属未熔化但有明显加热痕迹。 值得注意的是, 当加热速度较快时, 该阶段将难以观测到。 上升段〔t1~t2〕 : 随着加热的进行, 焊接区温度升高, 金属电阻率 的增加很快. 由于焊接区金属基本处于固态, 接触面增加缓慢, 因而的增大起主要作用, 曲线上升较快。 经过一段时间加热后, 焊接区温度已比较高, 的增大速率减小, 而焊接区导电面积增加较快, 结果使动态电阻增加速率减缓, 最终达到最大值。 一般认为,接近峰值点时焊接区金属已局部熔化, 开始形成熔核, 达到温度稳定点。 因为继续加热, 金属将不断由固态变成液态, 使熔核逐渐增大, 但此时输入功率作为潜热消耗, 焊点温度不再升高。 再次下降段〔t2~t3〕 : 继续加热使熔化区及塑性环不断扩展, 虽然金属由固相向液相转变时电阻率有突然的增大, 但由于绕流现象, 使得主要通过焊接电流的金属区域电阻率并没有明显增大。 绕流现象使电极下的导电通路截面增大: 另一方面, 由于金属的明显软化使接触面积迅速增大,电流场的边缘效应减弱。 结果均使得焊接区的电阻减小, 曲线以后〕 : 由于电极与焊件接触面尺寸的限制以及塑性金属被挤到两焊件之间,使焊件间间隙加大(板缝翘离) , 限制了 熔核和导电面积的增大。 同时, 由于电流场和温度场均进入准稳态, 熔核和塑性环尺寸也基本保持不变动态电阻曲线将日趋平稳基本保持不变, 动态电阻曲线将日趋平稳。 动 态 电 阻1---6.30kA2---6.48kA3---6.88kA4---8.38kA580焊接通电时间 (Cycle)4550不同焊接电流时动态电阻曲线) 不锈钢 二、 点焊时的加热特点1。 电阻对点焊加热的影响1) 接触电阻: 产热5~10% 作用: 接触电阻产热对建立焊接初期的温度场作用: 接触电阻产热对建立焊接初期的温度场及焊接电流的均匀化流过起重要作用2) 内部电阻: 90~95% 作用: 这部分热量是形核的基础, 与电流场共同建立了 焊接区的温度场分布及其变化规律。 2.电流场分布对点焊加热的影响点焊时的电场其中电流线的含义是在它所限定的范围内的电流占总电流的百分数, 例如, 80%的电流线是指它限定的范围内通过的电流占总电流的80%。 点焊时各典型截面的电流密度分布 1) 集中加热点焊时, 电流线在两焊件的贴合面处要产生集中收缩, 其结果就使贴合面处产生了 集中加热效果, 而该处正是点处产了 集中加热效果焊时所需要连接的部位.而该处是点 2) 塑性环贴合面的边缘电流密度出现峰值, 该处加热强度最大, 因而将首大, 因而将首先出现密封的塑性连接区,此密封环对保证熔核的正常生长, 防止氧化和飞溅的产生有利。 3) 不均匀的温度场 4。 点焊的热平衡21QQQ1 Q熔化母材金属形成熔核的热量, 占总产热量的10~30%, 其大小取决于金属热物理性质 、熔核大小(熔化金属量)熔核大小(熔化金属量) , 与规范特征无关。与规范特征无关2Q由散热而损失的热量, 占总产热量的70~90%。散热途径: 工作热传导, 对流, 幅射。 最主要是电极散热, 占30~50%(铜电极水冷) 其次是工件热传导20%,对流辐射占5%,与电极形状,材料物理性质,焊接规范均有关. 5. 点焊热源的特点1) 电阻焊热源产生于焊件内部, 与熔化焊时的外部热源相比, 对焊接区的加热更为迅速、 集中。2) 内部热源使整个焊接区发热, 为获得合理的温度分布(例如, 点焊时应使焊件贴合面处温度高, 而表面温度低), 散热作用在电阻点焊的加热中具有重要意义。 第二章 电阻点焊工艺第一节点焊过程分析一、 焊接循环1。 定义: 在电阻焊接过程中, 完成一个焊点或焊缝所需要的全部过程或全部阶段2。 点焊的基本焊接循环F,I加压通电焊接维持休止加压 F,IpFu F3。 复杂的点焊焊接循环1I2I3IwF 二、 点焊接头形成过程点焊接头形成的三个阶段a) 预压b) 、 c)通电加热d)冷却结晶 1。 预压阶段1) 机电特点:F >0 , I =02) 作用:减少接触电阻, 增大导电截面, 增加物理接触点,为以后焊接电流顺利通过创造条件;此外, 在压力作用下, 金属挤向间隙所引起的塑性变形, 有助于在熔核四周形成密封熔核的环带(密封环) 。 预压时, 电极压力的应力分布 2。 通电加热阶段1) 机电特点:F >0 , I >02)作用:在热和机械力联合作用下, 形成塑性环和熔核, 直到熔核长到所要求尺寸. 图(B)表示两板搭接点焊时焊核生长过程的情况。 (a)表示开始导通电流的焊接初期,由于电极与母材之间及母材彼此之间并不完全接触, 电流的边缘效应也较强, 因此接触面外侧的电流密度很高, 这部分的温度首先上升。 (b)表示又经过一段时间的状态, 在外侧温度上升的地方, 因电阻增加而温度继续上升, 并开始产生一部份热影响区, 而与电极相接触的表面则受到冷却。 由于电流的电极相接触的表面则受到冷却。 由于电流的边缘效应, 处于母材接合面和电极接触面中间的区域, 温度不能升高, 因此形成象两个腰鼓对合起来的形状。 (c)表示再经过一段短时间, 开始形成焊核的状况。 焊核中心区因热量很难散走而温度上升, 而与电极接触的区域进一步被冷却, 所以焊核成为四角形。(d)表示经过足够长的时间后的状况, 由于中心区散热困难, 而电极和板的周围却散热容易, 所以焊核变成椭圆形。 这样的焊核生长过程, 在单块板通电时就更容易理解。有人认为: 点焊是利用接触面的接触电阻进行焊接的方法,不是两板重迭就不能形成焊核。但是, 即使是单块板, 只要增加电流, 同样也能形成焊核。图(A)表示单块板通电时焊核的生长过程。 起初, 电极的正下方出现三角形的热影响区, 随着通电时间的加长, 两个热影响区合并成鼓形。 继续加长通电时间就形成四方形焊核。 3.冷却结晶阶段1) 机电特点:F >0 , I =02) 作用2) 作用:保证熔核在压力状态下进行冷却结晶,冷却结晶时间很短(一般1 ~2 周波) , 但是结晶凝固过程符合金属学的凝固理论 维持阶段的作用1. 保证熔核在压力状态下结晶,减少出现缩孔裂纹等组织缺陷的几率;2.避免电极与工件“打火” 第二节点焊规范参数及相关关系一、 规范参数(工艺参数)1。 焊接电流 2。 焊接时间 3。 电极压力 4。 电极端面尺寸 二、 规范参数之间的关系1.焊接电流和焊接时间的适当配合这种配合是以反映焊接区加热速度快慢为主要特征。 当采用大焊接电流、 小焊按时间参数时称硬规范; 而采用小焊接电流、 适当长焊接时间参数时称软规范。 软规范的特点软规范的特点  加热平稳, 焊接质量对规范参数波动的敏感性加热平稳, 焊接质量对规范参数波动的敏感性低, 焊点强度稳定;低, 焊点强度稳定;温度场分布平缓、 塑性区宽, 在压力作用下易变形, 可减少熔核内喷溅、 缩孔和裂纹倾向;变形, 可减少熔核内喷溅、 缩孔和裂纹倾向;对有淬硬顿向的材料, 软规范可减小接头冷裂纹倾向, 所用设备装机容量小、 控制精度不高,纹倾向, 所用设备装机容量小、 控制精度不高,因而较便宜。因而较便宜。但是, 软规范易造成焊点压痕深、 接头变形大、表面质量差, 电极磨损快、 生产效率低、 能量表面质量差, 电极磨损快、 生产效率低、 能量损耗较大。损耗较大。  温度场分布平缓、 塑性区宽, 在压力作用下易  对有淬硬顿向的材料, 软规范可减小接头冷裂  但是, 软规范易造成焊点压痕深、 接头变形大、 2。 焊接电流和电极压力的适当配合这种配合是以焊接过程中不产生喷溅为主要特征,这是目前国外几种常用规范(RWMA、常用规范(RWMA、MIL spec、 BWMA等)的制定依据。 根据这一原则制定的I、F关系曲线称喷溅临界曲线。 点焊时的分流点焊时的分流 点焊分流的影响因素点焊分流的影响因素  焊点距的影响: 连续点焊时, 点距愈小, 板焊点距的影响: 连续点焊时, 点距愈小, 板材愈厚, 分流愈大; 如果所焊材料是导电性材愈厚, 分流愈大; 如果所焊材料是导电性良好的轻合金, 分流将更严重, 为此必须加良好的轻合金, 分流将更严重, 为此必须加大点距大点距大点距。大点距。焊件表面状态的影响焊接顺序的影响电极( (或二次回路或二次回路) )与工件的非焊接区相接触与工件的非焊接区相接触单面点焊工艺特点的影响  焊件表面状态的影响  焊接顺序的影响  电极  单面点焊工艺特点的影响 分流的不良影响分流的不良影响  使焊点强度降低使焊点强度降低单面点焊产生局部接触表面过热和喷溅  单面点焊产生局部接触表面过热和喷溅 消除和减少分流的措施消除和减少分流的措施  选择合理的焊点距选择合理的焊点距严格清理被焊工件表面注意结构设计的合理性连续点焊时, 可适当提高焊接电流。单面多点焊时, 采用调幅焊接电流波形  严格清理被焊工件表面  注意结构设计的合理性  连续点焊时, 可适当提高焊接电流。  单面多点焊时, 采用调幅焊接电流波形 不同材料及不同厚度板的不同材料及不同厚度板的点焊点焊 点焊的主要问题点焊的主要问题  材科不同, 其导热、 导电性能差异有时较材科不同, 其导热、 导电性能差异有时较大; 板厚不等, 其热容量、 导热距离亦有大; 板厚不等, 其热容量、 导热距离亦有差异。 以上两种不同情况下都会形成熔核差异。 以上两种不同情况下都会形成熔核偏移。偏移。偏移。偏移。  当熔核偏移严重时, 可导致熔核仅位于一当熔核偏移严重时, 可导致熔核仅位于一板内而使焊接失败, 即使不太严重亦导致板内而使焊接失败, 即使不太严重亦导致结合面上的熔核直径减小而影响强度性能。结合面上的熔核直径减小而影响强度性能。 焊接区沿板厚温度分布图 解决问题的方法解决问题的方法  采用不同直径或材料的电极, 其目的是改变两采用不同直径或材料的电极, 其目的是改变两板的散热条件来改变温度分布。板的散热条件来改变温度分布。用温度分布远末接衡状态的硬规范, 充分利用点焊前期对接触电阻的析热量, 使之在尚利用点焊前期对接触电阻的析热量, 使之在尚未完全散失前即形成熔核。 最典型的是电容放未完全散失前即形成熔核。 最典型的是电容放电点焊工艺。电点焊工艺。薄板侧加工艺垫片, 以减少电极对薄板的散热效果。 这类工艺垫片一般为效果。 这类工艺垫片一般为0.2箔, 热导率较小。 如铜或铝合金点焊时采用不箔, 热导率较小。 如铜或铝合金点焊时采用不锈钢垫片. 黄铜点焊时采用低碳钢垫片, 金丝锈钢垫片. 黄铜点焊时采用低碳钢垫片, 金丝或金箔点焊时采用钼箔垫片。 垫片熔点均高于或金箔点焊时采用钼箔垫片。 垫片熔点均高于焊件, 当正确控制参数时。 焊后垫片较易揭除。焊件, 当正确控制参数时。 焊后垫片较易揭除。  用温度分布远末接衡状态的硬规范, 充分  薄板侧加工艺垫片, 以减少电极对薄板的散热0.2- -0.3m m0.3m m 的薄的薄 解决问题的方法解决问题的方法  在一个电极上附加发热回路, 使两电极的温度不在一个电极上附加发热回路, 使两电极的温度不一. 从而调整温度分布, 这在仪表工业中焊接小一. 从而调整温度分布, 这在仪表工业中焊接小型零件时常采用。型零件时常采用。用帕尔帖效应使两电极工作面温度不等。 帕尔帖效应是热电势现象的逆向现象效应是热电势现象的逆向现象效应是热电势现象的逆向现象。 即当直流电按某效应是热电势现象的逆向现象。 即当直流电按某特定方向通过异种材料接触面时, 将产生附加的特定方向通过异种材料接触面时, 将产生附加的吸热或析热现象。 所以这个效应仅在单向通电时吸热或析热现象。 所以这个效应仅在单向通电时有效。 而且目前常用金属中仅铝与铜合金电极间,有效。 而且目前常用金属中仅铝与铜合金电极间,这个效应才较明显, 具有实用价值。这个效应才较明显, 具有实用价值。  用帕尔帖效应使两电极工作面温度不等。 帕尔帖即当直流电按某即当直流电按某 常用金属材料的点焊常用金属材料的点焊 低碳钢的点焊低碳钢的点焊  这类钢的点焊焊接性良好, 焊接参数范围这类钢的点焊焊接性良好, 焊接参数范围宽。 在常用厚度范围内宽。 在常用厚度范围内(0.5般无需特殊措施, 采用单相工频交流电源,般无需特殊措施, 采用单相工频交流电源,简单焊接循环即可获得满意结果。简单焊接循环即可获得满意结果。简单焊接循环即可获得满意结果。简单焊接循环即可获得满意结果。(0.53.0m m )3.0m m )一一 低碳钢的焊接技术要点低碳钢的焊接技术要点  冷轧板焊前无需专门清理, 热轧板则必需清除表面冷轧板焊前无需专门清理, 热轧板则必需清除表面上的氧化层、 锈蚀等杂质。 如经冲压加工, 则需清上的氧化层、 锈蚀等杂质。 如经冲压加工, 则需清除冲压过程中沾上的油污。除冲压过程中沾上的油污。如设备容量许可, 建议采用硬的焊接参数, 以提高热效率和生产率, 并可减少变形。热效率和生产率, 并可减少变形。热效率和生产率, 并可减少变形。热效率和生产率, 并可减少变形。选用中等电导率、 中等强度的Cr合金电极。合金电极。表面清理质量较差或冲压精度较差而刚度又大时,可考虑采用调幅电流可考虑采用调幅电流( (渐升渐升) )或加预热电流的措施来减少飞溅。减少飞溅。板厚超过3m m3m m 时, 焊接电流较大, 通电时间较长时, 焊接电流较大, 通电时间较长为改善电极工作条件, 可采用多脉冲焊接电流。为改善电极工作条件, 可采用多脉冲焊接电流。  如设备容量许可, 建议采用硬的焊接参数, 以提高  选用中等电导率、 中等强度的Cr- -CuCu或或CrCr- -ZrZr- -CuCu  表面清理质量较差或冲压精度较差而刚度又大时,或加预热电流的措施来  板厚超过 镀层钢板的点焊镀层钢板的点焊  镀层钢板点焊的难点在于: ①镀层金属熔点低,镀层钢板点焊的难点在于: ①镀层金属熔点低,早于钢板熔化, 熔化的镀层金属流人缝隙, 增大早于钢板熔化, 熔化的镀层金属流人缝隙, 增大接触面. 降低电流密度, 因此需增大电流。 ②镀接触面. 降低电流密度, 因此需增大电流。 ②镀层金属与电极在升温时往往能组成固溶体或金属层金属与电极在升温时往往能组成固溶体或金属间化合物等合金, 一旦发生上述现象, 电极端部间化合物等合金, 一旦发生上述现象, 电极端部间化合物等合金,旦发生上述现象, 电极端部间化合物等合金,旦发生上述现象, 电极端部的导电、 导热性能下降, 温度进一步上升, 产生的导电、 导热性能下降, 温度进一步上升, 产生恶性循环, 加速电极的粘污损坏, 同时亦破坏了恶性循环, 加速电极的粘污损坏, 同时亦破坏了零件的镀层。 ③镀层金属如进入熔化的钢质熔池零件的镀层。 ③镀层金属如进入熔化的钢质熔池将产生结晶裂纹, 因此需在钢板熔化前把镀层挤将产生结晶裂纹, 因此需在钢板熔化前把镀层挤出焊接区。出焊接区。   Cu CrZr: ~ 1 0 75Cu CrZr: ~ 1 0 75o oC:C:  Zin c: 420Zin c: 420o oC CMelting pointsMelting points  W e are t ryin g t o W e are t ryin g t o j oin st eel w it h j oin st eel w it h som et h in g som et h in g ( copper) t h at ( copper) t h at m elt s 3 50m elt s 3 50o oC earlier !earlier !C   Brass: ~ 1 0 27Brass: ~ 1 0 27o oC C( 70 Cu / 3 0 Zn )( 70 Cu / 3 0 Zn )St eel: ~ 1 427o oC C  St eel: ~ 1 427  N it rod e: 1 0 83N it rod e: 1 0 83o oC C 500oC800oC900oCTemperatures Temperatures in Resistance in Resistance WeldingWelding(Simplified (Simplified representation)representation)800oC1000oC1300oC  An n eal t em p: An n eal t em p: Cu CrZr ~ 50 0Cu CrZr ~ 50 0o oC CAn n eal t em p: N it rod e N it rod e Al 60 ~ 90 090 0o oC C  An n eal t em p: Al 60 ~ SOURCE: O.U. Science Data Book, Outukumpu, OMG.Outukumpu, OMG.SOURCE: O.U. Science Data Book, HARDNESS VS TEMPERATUREHardness vs. Temperature0NITRODE (HV)Cu-Cr1Zr (HV)CuZr(HV)CuZr (HV)Temperature Deg C0CuAg 0,1(OF) (HV)Cu-OF (HV) 镀层钢板焊接技术要点镀层钢板焊接技术要点  与等厚低碳钢相比电流应增大与等厚低碳钢相比电流应增大30%越低, 增加越多。 电极压力则增大越低, 增加越多。 电极压力则增大20%与低碳钢相比, 同样的电极压力, 其临界飞溅电流有与低碳钢相比, 同样的电极压力, 其临界飞溅电流有所上升。所上升。采用CrCr- -CuCu或或CrCr- -ZrZr- -CuCu合金电极。 要加强冷却, 允许合金电极。 要加强冷却, 允许采用CrCr CuCu或或CrCr ZrZr CuCu合金电极。 要加强冷却, 允许合金电极。 要加强冷却, 允许外水冷。 二次修磨间的焊接点数仅为焊低碳钢时的外水冷。 二次修磨间的焊接点数仅为焊低碳钢时的1 1 / /1 01 0- -1 1 / / 2020。 薄板。 薄板( 1 .2m m )( 1 .2m m )点焊时可采用嵌钨电极。由于电极粘污严重, 是产生质量问题的主要原因, 故在结构允许条件下改用凸焊是解决电极粘污的最佳方在结构允许条件下改用凸焊是解决电极粘污的最佳方案。案。锌、 铅等元素的金属蒸气和氧化物尘埃对人体有毒,需加强通风。需加强通风。30% - -50%20% 50% , 镀层熔点, 镀层熔点30%30% 即可。即可。  采用  采用点焊时可采用嵌钨电极。  由于电极粘污严重, 是产生质量问题的主要原因, 故  锌、 铅等元素的金属蒸气和氧化物尘埃对人体有毒, 第三章电阻凸焊象图3-1a所示,对于板厚差异大的材料, 若用一般的点焊方法, 很难焊接但是接。 但是, 在厚板上压出凸点使其与薄板具有同样的热容量, 如图3-1b所示, 则很容易焊接,这种焊接方法称为凸焊。在厚板a) 点焊b) 凸焊图3-1 点焊与凸焊 凸焊是点焊的一种特殊形式, 它是利用零件原有型面倒角、 底面或预制的凸点焊到另一块面积较大的零件上。 因为是凸点接触, 提高了 单位面积上的电极压力与焊接电流, 有利于板件表面氧化膜破裂与热量集中氧化膜破裂与热量集中, 减小了 分流电流, 可用于厚度比达到1: 6的零件焊接。 另外, 可采用多点凸焊, 以提高生产率和降低接头变形。 在使用平板电极凸焊时, 零件表面平整无压坑, 电极寿命长。 凸焊既可在通用点焊机上进行, 也可在专用凸焊机上进行, 广泛应用于成批生产的盖、 筛网、 管壳以及T形、 十字形、 平板等零件的焊接。减小了 分流电流可用第一节凸焊的特点及适用场合 凸焊零件实例 第二节凸焊接头的形成过程分析凸焊时焊核生成随时间的变化(低碳钢板厚2.3毫米) 凸焊过程电极压力、 电极位移及电流随时间的变化 预压阶段凸焊时如果施加电极压力时带冲击, 凸点会被压溃, 因此必须较缓慢地加压, 随着电极压力的增大,凸点进一步被压溃, 电极下移。当达到给定电极压力时, 凸点的压强差不多停止,可以认为通电之前凸点高度的一半多(S1)已被压塌,凸点高度变低。 凸点压溃阶段在通电的瞬间, 电流集中流过凸点的端头, 在一般的焊接规范下, 剩下凸点的高度大致为S2, 在约10毫秒间几乎全部被压溃。如果此时的电极压力不足,就会产生凸点位移现象。由图中看出, 流过预热电流时, 凸点是较为缓慢地被压溃; 仅是预热电流,凸点还不能完全被压溃,只有在随后通焊接电流时,凸点才开始急剧地被压塌。 焊核生长阶段凸点被完全压溃的同时, 便开始了 焊核的生长期。 焊接接头受热熔化而生成焊核, 因其体积膨胀要把电极向上体积膨胀要把电极向推, 但由于焊机加压结构中有摩擦力阻止焊核的膨胀, 而使电极压力反而增大。 此现象与点焊相同。 断电后, 因焊核冷凝收缩电极又再次下移。 上图是用同样的规范焊接而无预热电流的情况。 因凸点在1/ 2周便被压溃, 所以在通电瞬间,电极压力便降低。 当焊核急剧生长而产生飞溅时,则电极压力再次降低, 随着焊核的生长, 电极的运动先是上移, 然后瞬间下移。 第三节凸焊工艺规范凸焊规范参数有焊接电流、 焊接时间、 电极力等。 凸焊时, 由于电极工作面尺寸远大于熔核直径,电极尺寸对电流场分布和焊接过程的进行无明显影响, 因此电极尺寸不作为凸焊的工艺参数。焊接时间1。 焊接时间焊接时间对熔核尺寸与接头强度的影响规律与点焊基本相同。 在焊机容量足够的条件下,随着焊接时间的增长, 熔核尺寸与接头强度增大。 但这种增大是有限的, 因为熔核尺寸的增大将形成后期喷溅, 使接头质量下降。 2。 焊接电流焊接电流与焊接时间的影响类似。随着电流的增大,熔核尺寸与接头强度的变化如图所示。度的变化如图所示凸焊时, 无熔核的固相焊有一定的接头强度, 故因焊接电流变化引起接头强度的变化比点焊时小。 3。 电极压力电极力的大小, 同时影响析热与散热。 在其它参数不变时, 电极力增大, 焊接熔核尺寸与接头强度减小。 为了 保持一定的熔核尺寸与接头强度, 在提高电极力的同时, 需要相应增大焊接电流或通电时间大焊接电流或通电时间。 熔核上的电极压强应在允许调节的范围内。 一般比点焊窄得多。 电极压强小于允许值, 产生喷溅; 压强过大, 不但能破坏焊接过程的稳定性, 也能使凸点瞬时压溃, 破坏了 正常的焊接过程。 为此, 电极压强与压下的速度应大小合适, 又平稳而无冲击。熔核上的电极压强应 凸焊规范的特点同样由焊接电流与通电时间的不同匹配决定。 在熔核尺寸稳定即等于常数的条件下, 焊接电流与通电时间关系见图。图中,I区为过硬的焊接规范区, II区为正常焊接规范区, III区为过软的焊接规范区, III区为过软的焊接规范区。 由于凸焊时, 产生早期飞溅的倾向大, 通常不允许采用过硬的规范。 过软的规范即曲线近水平部分, 对电流的被动比较敏感, 易出现软化区过宽、 组织过热现象. 因此焊接规范应在II区选取为宜。 第四节 凸焊设备的机械性能与接头质量的关系焊机压力传动机构动态特性差, 也会引起凸点过早压平甚至熔化。 焊头运动时摩擦力大、 焊头本身质量大因而惯性大, 都会在焊点压平过程中使实际压紧力减小。 因此, 要尽量减小摩擦力、 减轻可动部分质量、 增大外力, 还要使加热更加平稳。 但是, 凸点过于缓慢被压平也不好, 因为它阻碍了 零件间间隙的缩小。零在多点凸焊时, 凸点的一致性、 在各凸点上保持一样的电流密度和压力, 具有特别的意义。 各个凸点高度不一致、电极的倾斜、 电极工作表面的磨耗以及焊机机臂刚度不足,都会造成接头强度的严重波动。 作为电极用的平台, 不平行度不得超过0.25毫米(两个边缘凸点之间); 最好使用调幅使电流幅值平稳上升、 也可以用附加脉冲进行预热或者对凸点施加轻微的预压, 使各凸点取得比较一致的接触状况, 然后通以焊接的大电流。 第五节凸点的选择与制备 目前以半球形及圆锥形凸点应用最为广泛。 后一种可以提高凸点的刚度, 预防凸点过早压溃, 还可以减小因焊接电流线过于密集而发生的喷溅。 为防止压蹋的凸点金属挤在加热不良的周围间隙内引起电点金属挤在加热不良的周围间隙内引起电流密度的降低, 也可以采用带溢出环形槽的凸点。 凸点按凸焊结构的差异有球形(或圆锥形)、 条形、 环形和交叉丝等, 凸焊结构实例如下图所示。 凸焊结构实例 对于凸点尺寸, 不同资料上推荐的数据差别很大。 不过, 研究结果表明, 凸点尺寸与焊接接头尺寸和强度之间没有单一的内在联系, 当正确选用规范参数时,化对焊接结果影响不大化对焊接结果影响不大。 因此, 凸点尺寸的选用没有必要严格规定, 通常可按具体情况选取。 表中给出的凸点尺寸, 可用于一般情况的凸焊。d、 h的变凸点尺寸的因此 第第4 4章章电阻焊接头的质量检验电阻焊接头的质量检验 电阻焊接头的等级划分电阻焊接头的等级划分  一级: 承受很大的静、 动载荷或交变载荷。一级: 承受很大的静、 动载荷或交变载荷。接头的破坏会危及人员的生命安全。接头的破坏会危及人员的生命安全。  二级: 承受较大的静、 动载荷或交变载荷。二级: 承受较大的静、 动载荷或交变载荷。接头的破坏会导致系统失效接头的破坏会导致系统失效接头的破坏会导致系统失效, 但不危及人接头的破坏会导致系统失效, 但不危及人员的安全。员的安全。但不危及人但不危及人  三级: 承受较小静载荷或动载荷的一般接三级: 承受较小静载荷或动载荷的一般接头。头。 接头检验方法与内容接头检验方法与内容  破坏性检验破坏性检验撕破检验断口检验低倍检验低倍检验低倍检验金相检验力学性能试验 撕破检验 断口检验  无损检验无损检验目视检验密封性检验射线检验射线检验射线检验超声波检验其它检验 目视检验 密封性检验 低倍检验 金相检验 力学性能试验 射线检验 超声波检验 其它检验 破坏性检验破坏性检验  破坏性检验能提供各种确切的定量数据, 如力学破坏性检验能提供各种确切的定量数据, 如力学性能、 熔核尺寸、 缺陷性质和多寡以及耐腐蚀性性能、 熔核尺寸、 缺陷性质和多寡以及耐腐蚀性能等。 因此它是取得接头质量定量数据的主要手能等。 因此它是取得接头质量定量数据的主要手段。 但检验试祥已经破坏, 而实际产品仍未直接段。 但检验试祥已经破坏, 而实际产品仍未直接检检检检检验, 因此检验结果仅能提供代表性的参考信息。检验, 因此检验结果仅能提供代表性的参考信息。如何使试祥更真实地代表产品本身, 是一个复杂如何使试祥更真实地代表产品本身, 是一个复杂的数学问题。 因此在样品的分组、 取样数量和方的数学问题。 因此在样品的分组、 取样数量和方法上各专业标准均作具体现定。法上各专业标准均作具体现定。信信 撕破检验撕破检验  这是一种针对薄板点、 凸和缝焊接头的简易检这是一种针对薄板点、 凸和缝焊接头的简易检验方法, 用于粗略判断熔核大小和力学性能。验方法, 用于粗略判断熔核大小和力学性能。便于现场操作, 常用来作为确定焊接参数的前便于现场操作, 常用来作为确定焊接参数的前期筛选手段和生产中考查质量稳定性的自检手期筛选手段和生产中考查质量稳定性的自检手段。段。 低倍检验低倍检验  适用场合: 主要针对点、 凸及缝焊接头。适用场合: 主要针对点、 凸及缝焊接头。具体步骤: 磨片、 腐蚀、 读数显微镜检验检验内容检验内容检验内容:测定熔核直径、 焊透率及压痕深度等数值  具体步骤: 磨片、 腐蚀、 读数显微镜检验  检验内容: 测定熔核直径、 焊透率及压痕深度等数值 观察有无宏观缩孔、 裂纹和夹杂等缺陷的观察有无宏观缩孔、 裂纹和夹杂等缺陷的数量。数量。 金相检验金相检验  用于检验接头显微组织, 如结晶特征、 组用于检验接头显微组织, 如结晶特征、 组织形貌及微观缺陷等, 亦用于鉴别冶金缺织形貌及微观缺陷等, 亦用于鉴别冶金缺陷如裂纹、 胡须等。陷如裂纹、 胡须等。点点点、 凸和缝焊时, 一般仅作为对低倍捡验疑问的裁定手段;疑问的裁定手段;对焊时常作为重要产品的必检项目。凸和缝焊时凸和缝焊时般仅作为对低倍捡验般仅作为对低倍捡验  点、 凸和缝焊时, 一般仅作为对低倍捡验  对焊时常作为重要产品的必检项目。 电阻焊接头力学性能试验电阻焊接头力学性能试验 无损检验无损检验  无损检验以不损坏产品使用性能为前提的无损检验以不损坏产品使用性能为前提的检测方法, 可以推广到每个零件的每个焊检测方法, 可以推广到每个零件的每个焊接接头, 因此是保证产品安全的最可靠手接接头, 因此是保证产品安全的最可靠手段但在电阻焊接头中由于接头的特殊性段但在电阻焊接头中由于接头的特殊性段。 但在电阻焊接头中由于接头的特殊性,段。 但在电阻焊接头中由于接头的特殊性,仅有少量方法获得工业应用, 大多数方法仅有少量方法获得工业应用, 大多数方法处于实验研究阶段。处于实验研究阶段。 目视检验目视检验  目视检验是用小于目视检验是用小于20陷的检验。陷的检验。20倍的放大镜作外部缺倍的放大镜作外部缺  此法能发现表面裂纹、 烧穿、 压痕过深、此法能发现表面裂纹、 烧穿、 压痕过深、电极粘附焊件错位等多种外表缺陷电极粘附焊件错位等多种外表缺陷电极粘附、 焊件错位等多种外表缺陷。 同电极粘附、 焊件错位等多种外表缺陷。 同时, 从接头外形尚能对焊透情况粗略判断。时, 从接头外形尚能对焊透情况粗略判断。同同 密封性检验密封性检验  任何有密封要求的焊缝均作密封性检验。任何有密封要求的焊缝均作密封性检验。  要求作此项检验的焊缝有缝焊、 对接缝焊要求作此项检验的焊缝有缝焊、 对接缝焊和对焊几类。和对焊几类。 射线检验射线检验  射线检验在压力容器制造业广为采用, 它射线检验在压力容器制造业广为采用, 它能有效地发现焊接区的裂纹、 夹杂、 末焊能有效地发现焊接区的裂纹、 夹杂、 末焊透及缩孔等缺陷。 在电阻焊接头中, 亦可透及缩孔等缺陷。 在电阻焊接头中, 亦可用来发现裂纹、 缩孔及内部飞溅等。 点焊用来发现裂纹、 缩孔及内部飞溅等。 点焊及缝焊接头一船均用于薄板结构, 除少数及缝焊接头一船均用于薄板结构, 除少数热敏感性强的合金钢和有色合金外, 较少热敏感性强的合金钢和有色合金外, 较少出现裂纹, 其它缺陷对强度影响较少。 而出现裂纹, 其它缺陷对强度影响较少。 而影响强度最敏感的熔核大小一般用射线检影响强度最敏感的熔核大小一般用射线检验。验。 应用实例应用实例  某些铝合金在点焊过程中熔核的金属成分某些铝合金在点焊过程中熔核的金属成分产生偏析, 因而引起对射线能量吸收的差产生偏析, 因而引起对射线能量吸收的差异, 从底片上熔核边缘出现白环, 这里吸异, 从底片上熔核边缘出现白环, 这里吸收射线能力较核心部分强收射线能力较核心部分强收射线能力较核心部分强, 以此测出熔核收射线能力较核心部分强, 以此测出熔核边缘而确定其直径, 但须与压痕引起的射边缘而确定其直径, 但须与压痕引起的射线吸收差异区分开。 该法仅限用于少数几线吸收差异区分开。 该法仅限用于少数几种铝合金和镁合金。种铝合金和镁合金。以此测出熔核以此测出熔核 应用实例应用实例  焊前在板上涂一层与母材金属对射线吸收焊前在板上涂一层与母材金属对射线吸收性能差异很大的金属粉或薄箔性能差异很大的金属粉或薄箔( (称焊接过程中熔核区的焊接过程中熔核区的PKC而后从射线底片上区别出无而后从射线底片上区别出无PKC而后从射线底片上区别出无而后从射线底片上区别出无PKC为熔核。为熔核。称PKC)PKC), 在层已蒸发或挤出,PKC层之区即层之区即PKC层之区即层之区即, 在PKC层已蒸发或挤出, 超声波检验超声波检验  超声波检验主要用于厚板探伤。 在点、 缝超声波检验主要用于厚板探伤。 在点、 缝焊等的薄板焊件中未见应用报导。 在大型焊等的薄板焊件中未见应用报导。 在大型对接零件的探伤检阅中该法应用甚广. 例对接零件的探伤检阅中该法应用甚广. 例如铁路钢轨对接焊接头如铁路钢轨对接焊接头如铁路钢轨对接焊接头、 石油钻杆对接焊如铁路钢轨对接焊接头、 石油钻杆对接焊口等均采用该法。 它能发现末熔合、 夹杂口等均采用该法。 它能发现末熔合、 夹杂物和裂纹等缺陷。 但对严重影响塑性指标物和裂纹等缺陷。 但对严重影响塑性指标的灰斑缺陷尚不能用此法检验。的灰斑缺陷尚不能用此法检验。石油钻杆对接焊石油钻杆对接焊 其它检验方法其它检验方法  磁粉、 涡流和萤光磁粉、 涡流和萤光  这些方法均用于检测接头表层的缺陷, 主这些方法均用于检测接头表层的缺陷, 主要是延伸到表层的细小裂纹。要是延伸到表层的细小裂纹。 电阻焊接头的缺陷电阻焊接头的缺陷  电阻焊的缺陷按显现部位不同, 可分为外电阻焊的缺陷按显现部位不同, 可分为外表缺陷与内部缺陷。 缺陷的形成原因众多,表缺陷与内部缺陷。 缺陷的形成原因众多,分析时应抓住主导原因。分析时应抓住主导原因。由于工艺过程的差别由于工艺过程的差别由于工艺过程的差别, 在搭接接头与对接接头中产生的缺陷不尽相同, 分别叙述如接头中产生的缺陷不尽相同, 分别叙述如下:下:在搭接接头与对接在搭接接头与对接  由于工艺过程的差别, 在搭接接头与对接 搭接接头中的缺陷搭接接头中的缺陷  末熔合与未完全熔合末熔合与未完全熔合缩孔裂纹结合线伸入喷溅压痕过深  缩孔  裂纹  结合线伸入  喷溅  压痕过深 缩孔缩孔  由于金属加热时体积膨胀, 因此当熔核金由于金属加热时体积膨胀, 因此当熔核金属为液态时具有最大的体积, 冷却收缩时属为液态时具有最大的体积, 冷却收缩时如周围塑性环未及时变形使内部体积相应如周围塑性环未及时变形使内部体积相应减小, 则产生缩孔。减小, 则产生缩孔。减小, 则产生缩孔。减小, 则产生缩孔。  缩孔呈不规则的空穴, 虽会成小熔核截面,缩孔呈不规则的空穴, 虽会成小熔核截面,但对结合面的静载强度影响不大, 而对动但对结合面的静载强度影响不大, 而对动载或冲击则有一定影响。载或冲击则有一定影响。 缩孔缩孔  缩孔的产生往往与电极压力不足有关。 冷缩孔的产生往往与电极压力不足有关。 冷却时, 塑性环变形不足或不及时, 特别是却时, 塑性环变形不足或不及时, 特别是在焊接厚板、 高温强度高的材料或冷却速在焊接厚板、 高温强度高的材料或冷却速度快的材料时电极的惯性造成加压不足度快的材料时电极的惯性造成加压不足度快的材料时, 电极的惯性造成加压不足度快的材料时, 电极的惯性造成加压不足是产生缩孔的主要原因。是产生缩孔的主要原因。  点焊时可用低惯性电极和增加锻压力来克点焊时可用低惯性电极和增加锻压力来克服, 亦可采用减缓冷却速度的规范措施,服, 亦可采用减缓冷却速度的规范措施,缝焊时仅能采用后一种方案。缝焊时仅能采用后一种方案。 裂纹裂纹  裂纹产生的部位有熔核内部、 结合线上、裂纹产生的部位有熔核内部、 结合线上、热影响区及焊件表面。 其中后三个部位热影响区及焊件表面。 其中后三个部位的裂纹因形成应力集中, 危害严重, 在的裂纹因形成应力集中, 危害严重, 在承力件中不允许存在承力件中不允许存在承力件中不允许存在。 在一般焊件中,承力件中不允许存在。 在一般焊件中,熔核内部裂纹的长度应限制在不超过熔熔核内部裂纹的长度应限制在不超过熔核直径的核直径的1 1 / / 3 3。 。避免裂纹的主要措施为减缓冷却速度和及时加压, 以减小熔核结晶时的内部拉及时加压, 以减小熔核结晶时的内部拉应力。应力。在在般焊件中般焊件中  避免裂纹的主要措施为减缓冷却速度和 结合线伸入结合线伸入  当焊接高温合金或铝合金时, 如清理不佳,当焊接高温合金或铝合金时, 如清理不佳,表面将残留过厚的熔点高、 致密且硬的氧表面将残留过厚的熔点高、 致密且硬的氧化膜。 在熔核形成过程中这层氧化膜未及化膜。 在熔核形成过程中这层氧化膜未及彻底破碎, 残留在焊件表面, 不但在塑性彻底破碎, 残留在焊件表面, 不但在塑性环区界面存在, 且限制了枝晶的生长, 在环区界面存在, 且限制了枝晶的生长, 在熔核边缘形成突入熔核的晶界夹杂物, 称熔核边缘形成突入熔核的晶界夹杂物, 称结合线伸入。 因此该处应力集中, 极易在结合线伸入。 因此该处应力集中, 极易在运行时扩展成裂纹, 一般不允许存在。运行时扩展成裂纹, 一般不允许存在。 喷溅喷溅  点焊、 凸焊或缝焊时, 从焊件结合面或电点焊、 凸焊或缝焊时, 从焊件结合面或电极与焊件接触面间飞出熔化金属颗粒的现极与焊件接触面间飞出熔化金属颗粒的现象, 称为喷溅。象, 称为喷溅。喷溅处在外表将影响美观喷溅处在外表将影响美观喷溅处在外表将影响美观, 造成应力集中,严重时形成空穴称为烧穿, 会影咱使用性严重时形成空穴称为烧穿, 会影咱使用性能。能。造成应力集中造成应力集中  喷溅处在外表将影响美观, 造成应力集中, 压痕过深压痕过深  过深的压痕将引起应力集中, 降低动载性过深的压痕将引起应力集中, 降低动载性能, 应当避免。 表面压痕应不大于单板厚能, 应当避免。 表面压痕应不大于单板厚度的度的1 01 0% %- -2020%。%。避免压痕的措施是尽可能采用较硬的焊接避免压痕的措施是尽可能采用较硬的焊接避免压痕的措施是尽可能采用较硬的焊接规范及加强电极冷却, 降低焊件表面温度。规范及加强电极冷却, 降低焊件表面温度。  避免压痕的措施是尽可能采用较硬的焊接 末熔合与未完全熔合末熔合与未完全熔合  末熔合与未完全熔合是指母材与母材之间末末熔合与未完全熔合是指母材与母材之间末熔化或未完全熔化结合的部分, 是一种严重熔化或未完全熔化结合的部分, 是一种严重影响强度及密封性能的缺陷, 不允许存在于影响强度及密封性能的缺陷, 不允许存在于要求力学性能及密封性能高的零件之中。要求力学性能及密封性能高的零件之中。原因: 焊接区热输入不足及散失热量过多原因: 焊接区热输入不足及散失热量过多。凡能引发上述原因的因素均能造成此种缺陷。凡能引发上述原因的因素均能造成此种缺陷。该缺陷目前主要靠常规的破坏性检验发现,仅对少数铝或镁合金可用射线检测去发现。仅对少数铝或镁合金可用射线检测去发现。避免此种缺陷的主要手段是加强焊接参数的监控。监控。  原因: 焊接区热输入不足及散失热量过多  原因: 焊接区热输入不足及散失热量过多。  该缺陷目前主要靠常规的破坏性检验发现,  避免此种缺陷的主要手段是加强焊接参数的 电阻焊质量监测与控制电阻焊质量监测与控制 必要性必要性  在大批量生产中, 一个产品往往需...

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