文章编号：１００９—４５３９（２０１７）０６—００６０—０４ ・桥梁工程・ 猛洞河特大桥全熔透焊缝现场施工质量控制 王占军 （中铁十五局集团有限公司上海２０００４０） 摘要：湖南省永吉高速公路猛洞河特大桥的钢管拱肋要现场加工焊接作业，针对主弦管间的现场对接环缝、腹杆 与连接板之间和平联杆与连接板之间的ＣＯ 气体保护焊，以实现全熔透焊为目标展开研究，从焊前准备、焊接作 业、焊后焊缝检测三方面，对全熔透焊的现场施工质量控制方法进行阐述，总结出的作业方法保证了全熔透焊的施 工质量。 关键词：钢结构桥焊缝焊接质量全熔透焊 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９—４５３９．２０１７．０６．０１４ 中图分类号：Ｕ４４５．５８３ 文献标识码：Ａ Ｓｉｔｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ Ｆｕｌｌ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ Ｗｅｌｄｉｎｇ ｏｆ Ｍｅｎｇｄｏｎｇ Ｒｉｖｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ Ｗａｎｇ Ｚｈａｎｊｕｎ （Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ １５ Ｂｕｒｅａｕ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００４０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｌｏｃａｌｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｐｉｐｅ ａｒｃｈ ｒｉｂ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｅｎｇｄｏｎｇ Ｒｉｖｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ ｌｏｃａｔｅｄ ｉｎ Ｙｏｎｇｓｈｕｎ・ Ｊｉｓｈｏｕ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ｉｎ Ｈｕｎａｎ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｗｈｏｌｅ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｗｅｌｄｉｎｇ ｏｆ ｍａｉｎ ｌｉｎｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｂｕｔｔ ｊｏｉｎｔ ｒｉｎｇ ｗｅｌｄｉｎｇ ａｎｄ ＣＯ２ ｇａｓ ｓｈｉｅｌｄｅｄ ｗｅｌｄｉｎｇ ｏｆ ｗｅｂ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｐｌａｔｅ ａｎｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｒｏｄ ｂａｓｅ，ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｗｅｌｄｉｎｇ ｏｎ— ｓｉｔｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｗｅｌｄｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｗｅｌｄ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｗｅｌｄｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌ ｓｔｕｃｔｒｕｒｅ ｂｒｉｄｇｅ；ｗｅｌｄｉｎｇ ｓｅａｍ；ｗｅｌｄｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ；ｆｕｌｌ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｗｅｌｄｉｎｇ １ 引言 近几年我国高速公路铁路建设高速发展，在一 些跨越山区、河流地区普通混凝土墩柱式桥的结构 及安全质量已不能满足我国高速公路、铁路建设的 要求。钢结构桥以其材质均匀、可靠性高、强度高、 重量轻、塑性和韧性好、具有可焊性、便于机械化制 造、安装方便、施工期限短、密封性好、耐热性好等 特点被广泛应用…。钢结构桥梁结构件间目前主 要采用栓焊结合的连接形式，因此施工过程中焊缝 的焊接质量对钢结构桥的质量至关重要。而其中 ２工程概况 湖南省永顺至吉首高速公路第三合同段猛洞 河特大桥位于湖南省湘西自治州永顺县境内，全长 ５６３．０８ ｍ。主桥主孔为２６８ ｍ上承式钢管拱桥。主 桥主拱圈由２条钢管混凝土拱肋及横撑组成，采用栓 焊结合的连接形式。拱肋为等截面四管全桁式构件， 上下弦杆之间的腹杆及平联杆采用高强螺栓栓接，内 斜撑采用焊接；两条拱肋之间的横撑及其腹杆采用焊 接，横撑与拱肋之间采用带法兰盘的构造形式栓接 （斜横撑采用带外套管的焊接方式连接）。拱上立柱 采用４肢钢管混凝土格构柱，盖梁采用钢箱截面，主 拱肋、拱上立柱和钢盖梁的钢材均采用Ｑ３４５ｑＣ钢。 其中大桥主弦管间的现场对接环缝、腹杆连接板、平 全熔透焊缝应用最为广泛且要求最高 Ｊ。 收稿日期：２０１７－０３—２５ 基金项目：中铁十五局集团有限公司科技研究开发计划项目（２０１４１３４） 联杆连接板均采用ＣＯ：气体保护焊全熔透式焊接，焊 缝共计２ ４３２条，总长３ ００２．４ ｍ。主弦管间的现场对 ＲＡＩＬＷＡＹ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０１ ７ ｆ０６Ｊ 作者简介：王占军（１９７３一），男，高级工程师，主要从事桥梁施工技术 研究。 ６０ 铁道建筑技术・桥梁工程・ 接环缝１２８条总长４４８ ｍ，腹杆连接板焊缝１ １５２条 关重要。 总长１ ７４８ ｍ，主弦管间的平联杆连接板焊缝１ １５２ 条总长８０６．４ ｍ。焊缝质量判断主要采用超声波探 ３．１．２钢构件的制作安装 在焊接过程中待焊接钢材的加工处理对焊缝 的焊接质量同样十分重要。在对钢材打坡口时要 保证坡口的切割整齐、坡口表面的平顺光滑。尽可 能采用半自动或全自动切割机进行坡口切割施工。 伤仪、射线照相及便携式磁力探伤仪对焊缝质量进 行无损检测，焊缝检测均须达到国家标准的超声波 探伤Ｉ级焊缝、射线照相Ⅱ级焊缝及磁粉检测ＩＩ级 焊缝。 本桥施工现场采用半自动切割机（ＣＧ１．１３０半自动 切割机），对于半自动切割机无法切割的采用手工 ３施工质量控制 ３．１ 焊前准备 切割 Ｊ。切割完成后的坡口进行切割波纹测量，对 大于０．８ ｍｍ的用砂轮机将坡口打磨平顺光滑。根 本桥主弦管间的现场对接环缝、腹杆连接板、 平联杆连接板为全熔透焊接，采用ＣＯ 气体保护焊 的方法进行焊接。为保证焊缝的最终焊接质量，在 焊缝施焊前主要从焊材和待焊钢构件的制作安装 两方面进行控制 Ｊ。 ３．１．１ 焊材 据现场施工情况判断，当坡口表面出现凹凸不平及 锯齿形状现象时，焊缝的内部易产生气孔、夹渣或 未熔合等缺陷。 在拼装定位过程中要严格控制待焊部位坡口 根部间的距离符合相应的国家规范和相应焊接工 艺手册的要求。本桥根据焊接工艺手册要求，现场 主弦管接长对接缝使用４ Ｘ ４０ ｍｍ钢衬垫单面烧焊 双面成型的方法，坡口根部间距控制在６—８ ｍｍ。 连接板采用反面碳弧气刨清根双面施焊的方法 。 当根部间距过小时，影响焊缝根部的焊接质量，易 造成根部未熔透等缺陷。根部间距过大施焊时难 连接板厚度为２０ ｍｍ、２４ ｍｍ、３０ ｍｍ时采用平 焊，主弦管钢板厚度为２０ ＩＴｌｍ、２４ ｍｍ、２８ ｍｍ采用 平焊与立焊相结合。在焊接前（本工程用焊机：成 都福田焊接科技有限公司生产的ＦＫＲ－５００ ＣＯ ／ ＭＡＧ气体保护焊机）要正确地选择电流电压、焊丝、 焊接速度、气体流量，详见表１。 表１ 电流电压、送丝或焊接速度、气体流量取值 度大，无法确保根部全熔透，加之钢材的热胀冷缩， 影响焊缝的收缩变形，使构件最终成型精度差。施 焊前进行三级报检，即钢构厂自检、项目部二检、监 理方三检，报检合格后通知钢构厂进行施焊。定位 完成后采用ＣＯ 气体保护焊进行定位焊。定位焊 ｆｆ ｆ ｆ 平焊 等本工程所选用焊丝是四川大西洋焊接材料股 份有限公司生产的大西洋牌药芯焊丝，焊丝规格型 号为 １．２ ｍｍ、ＣＨＴ７１１。焊丝要干燥整洁，油、锈等 位焊应距焊缝端部３０ ｍｍ以上，熔敷金属厚度为３ —的焊缝长度为５０—１００ ｍｍ，间距４００～６００ ｍｍ，定 ４ ｍｍ。定位焊不得有夹渣、气孔、焊瘤等缺陷。 定位焊如出现裂纹现象，须先查明原因，然后用碳 弧气刨清除原定位焊缝，再由装配人员重新定位。 定位工装采用气割方式拆除，切割时留有３～５ ｍｍ 必须清除干净后方可使用，对于无法清除干净的焊 丝不予以使用。焊丝在专用仓库储存，按规定烘 干、登记后领用。烘干后的焊丝随用随取，对于未 用完或从保温箱取出超过４ ｈ的要重新烘干后再 使用。ＣＯ 气体的纯度不低于９９．５％，使用前对 的余量，然后铲掉余量、砂轮磨平 Ｊ。为确保钢构 件不受损伤，严禁采用锤击法或疲劳破坏的方式进 行拆除，工艺流程如图１所示。 待焊区域应保证清洁干燥，在焊接前不得有夹 渣、油污、锈迹。为保证待焊钢材在焊接完成后质 ＣＯ：气灌倒置放水处理。使用过程中相应的ＣＯ： 气灌与氧气灌需放置在阴凉处或是不被太阳直射 的地方，以保证气罐的安全使用 Ｊ。这些细节对 焊接过程中焊接的顺利施工及焊缝的最终质量至 铁道建筑技术量的可靠性，本桥在焊接前对焊缝坡口面进行二次 打磨，打磨出金属光面 Ｊ。以避免在焊接完成后焊 缝内部产生缺陷（如夹渣、气孔等）。 ６１ ＲＡＩＬＷＡＹ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴ／ＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０７７ｆＤ６Ｊ ・桥梁工程・ 接区内的 溅物、氰化歧、废渣，采川砂轮＋／Ｌ＋Ｊ‘ 或铲除的 ‘』＝ｌ＝｛ 除｝ 净． 不 以｛ 除＿Ｆ净，埸… 现焊缝【人Ｊ部缺陷：『』、】部火 或『｝｛ｆ｛｛－溅物的仃 造 焊接Ｉ… 不卡¨窬 Ｃ＃Ｌ… 为达剑全熔透 效果并保 ｔ缝的 接顷｝｝ ，采川１背 碳弧 刨浦 然后阿施ＪＪＩ【多层多道 焊ｒ 拖焊过 ｝ｌ『』ｌ１发现焊接裂纹，不得 『Ｊ 处 ， ／艾ｌ』、Ｊ 迎 受Ｉ 人 ＩＪｌ】 ，许采取 逝、 措施．．埘 ｌｊ脱 接裂纹的焊缝 以整条 缝 深度碳弧 刨清除 ，再进行 焊接。如 仍 现类似 况１：２ｂ．ｓ￣ Ｉ｛技术主僻埘焊接 Ｉ 进 ｊ 审验ｉＩｌ！，Ｊｉ 对卡【Ｊ』、 ｔ ｌ 进行阿次 测考试。埘 耳次 接／ｆ 合格的俐材卉川，＂ 新下料装眦 场施 ２所示． ．ｃ定位装配ｄ．碳弧气刨清根 图１ 现场实景照片 ａ．砂轮札打孽 ｂ．ＣＯ，气 保扩蛘 －３．２ 焊接 ￣－图２现场实－ＢＩＩ片 一…焊缝施焊足 个施 厂过程【１Ｊ最重要的环 也足 要求最为严格的环 焊缝 接过 巾， 恪挖 制 接环境的温 度，【！Ｉｊ湿度小于８０ｑ，温度小低 ： ３．３ 焊接完成后的检测 焊缝冷却至室温 ．采』｛】砂轮机埘焊接ｊ２：＝域搜 ５ ｊ：本桥 于猛洲河岸坡 ，早晨劣 人、空 气环境 度火，ｆ１． ｆＩ．晚温度低． ．湿度大 材 受 潮，炳叶ｌ２过 巾 造成焊缝『人】部 ，Ｅ气孔，｝Ｉ＿埘焊缝 的 接施Ｊ＝有较大影ｌ 环境 Ｉｌ ／憾．Ｉ＇ｒ：低易造成 Ｉ 缝内 部ｊｆＩ现微小冷裂纹，ｉｔｌｊ＝会 热胀冷缩ｉ！／，．１ｉｆ￣Ｊｌ Ｊ，在 缝丧 故近表 ０～１００ ＵＩＩＩ ＩＪ、】 ｝ＩＩ现微细裂纹 钢结构成， 受／；ｉｑ‘会Ｊ 生应力集ｒ｝Ｊ现象 对俐结构质 缝热影响 域进行＂ 焊缝 钉 光滑， 缝 ｊ钢材连接Ｉ 进行侧滑过渡打廓，将 缝热影响 域ｌ０ ｃｍ范…１人１的钢材¨ 至金属光泽，为后续的 尤损榆洲做准箭 焊缝的外观质 检洲卜要包括焊瘤、夹渣、 己孔、 术焊满、泓焊、包ｆｆ１、咬边、 脚尺寸／ｆ 够等，质 标准 Ｉ ｌｌＬ表２要求 烨瘤、火 、咬边不大干１ ｍｎ 及微 量安个｛：ｊ，ｆ下较人隐患 。故小桥焊缝施焊过 中采 取以下力‘法：对待焊构件采用 １饥预热处 ，焊件 焊 颅热温 制 １００～１５０ ｃ（：， 缝ｌ从』ｆ｛Ｊ！Ｉｊ预热 小 ￣ＴＬＨ］砂轮机打磨；术 满、漏焊、也角、咬边大 ｒ １ ｎⅧ、 脚 寸不够技几法＂磨消除的气孔采川 （：（） 气体 护焊进行补 ．然后用砂轮机修磨匀顺 范 为板 的３倍，ｌＩ＿ 小于２００ Ｉｌｌｌｌｌ一 个熔透 缝 ：ｊ＝Ｉｌｌ接过 【ＩＩ， ｔ缝内部足 全熔 透， 嵌Ｘ－系到焊缝质 ．故 施焊过 ｆ 注意 保证熔池ｎ争 ｆ ．以避免 ｛Ｊ脱 溅、 化戍、废渣 等小利Ｉ 索，造成 缝内部缺 多道 ６２ 焊缝外观经愉验合 ，许存焊接完成２４ ｈ后对 缝做无拟测，榆洲力‘法和仪器等 见表３ 个 熔透焊缝ｌ００％进行超Ｊ ｉ波探伤榆洲 磁粉检测， 现场愉洲｝ Ｉ冬１ ３， Ｉ－ ＡＩ＇／￣ ：对接环缝靠ｔｉ佯１０％进行 ｘ射线照州＋２ｆＪＪ￣ 刈‘ｆ自愉 合恪的焊缝及时 请第：方榆 返修并复榆 待自检合卡各后通知： 由于小桥所川钢 材均址人厚度（≥２０ ｌｉｌＨ］）钢板，所以焊接均为多层 每一 焊接完成 ，川端头尖锐的小铁 符道问的约 彻底｝ｉ＇ｉ除ｒ净． ．铁道建筑技术洲・ 位进ｉ？－ｈｌｉ榆 、第 力‘愉洲以符部化全役盖，符 项愉测项¨／１ 低于２５％的抽检频率进行抽检。 ＲＡＩＬＷＡＹ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０１７ ｆＤ６Ｊ 锤将 接后的 ・桥梁工程・ 表２焊缝外观质量要求 巧 ＩＩ 横向对接弹 缝 ｔｆＬ 纵向埘接 缝、 置要角 Ｉｌ缝 他焊缝 径小Ｊ １０ ＾径小ｊ １．５ ．１５０ ，防止裂纹扩展。 ，ｆ 窬许 质ｆ 要求 每＿水１ 多于３个， 『＇ｕＪ￣ｔ 小小ｊ ２ 《焊缝无损榆测超卢愉测技术、测等级和评 定》（ＧＢ／Ｔ １１３４５—２０ｌ３）规定焊缝同一部佗的返修 次数小 超过２ ７欠 猛洞河特大桥全桥３２个吊装节段【１前已全部 安装完 。在尤损检洲过 ｔｌＩ ｝ｆ 发现４ｌ处存 受拉杆什横㈣刈接焊缝及－ 加 劲肋炳焊缝（腆板侧受拉Ｉ×＝） 咬边 受』 柯 ｆ干横向刈梭焊缝＾乏－ １］１ｌ 劲肋ｆ『ｊ 缝（腔｝反侧受压』ｘ：） 纵向对接＿殷 要，“焊缝 他焊缝 不弈许 ≤（）３ ．内部缺陷，总长ｌ８．７９一ｎ， 缝总合格牢为９９．４％ 、 对于外观不合格及榆测内部仔住缺陷的焊缝，一次 返修合十｝ｔ率１００％ ≤０ ５ ≤１ Ｏ 焊脚 ｊ 、｛ 巾 缝 ｊ￡他焊缝 ｆ『】 缝 Ｋ， Ｋ： 任意２５ ＩＩ１［１１范围内 低蔗≤２．０ Ｉ焊缝宽＾≤１２时，≤３．０ Ｉ２＜６≤２５｝ｆ寸，≤４．０ Ｂ＞２５时，￣＜４ｂ／２５ 焊波 ４ 结束语 缝的焊接质地是铡结构桥整体质 的关键 余『 需铲 对接焊缝 因此 焊缝施 过程『１１的施 质 控制极为重要 、 令熔透焊缝在施‘Ｌ过程［｝１，焊材的选择与质量控 制、构件的制造安装、焊接｝殳箭的渊试、 接面的沾 净度、焊接施工环境的控制等足造成焊缝内外缺 的主要原 ， 施Ｉ 过程叶ｌ前 格控制。 参考文献 ｔ 人民共干” 铁道部．．ｒ１３ １０２ｌ２—２００９ 铁路制挢 ｆ岛于母材０．５ 磨余 ｆ 】 占 横ｉ ，Ｊ《１ｊ接焊缝 低ｒ坶材０．３ 料１糙度Ｒａ５Ｏ 表３焊缝无损检测对照表 偷洲，Ｊ‘法 仪器名称 仪器 ‘ 检测位嚣 超声波愉测 超』 ｆ波捡测仪 ｌ，Ｘ【ｒＩ＇－３５０＋ 内郝缺陷 Ｘ射线照例榆测 ｘ时线 ｛＝Ｈ榆测仪 ＸＸ（ 一２５０５ Ｉ＾Ｉ ５缺陷 磁粉愉测 便携』 磁，Ｊ检测仪 ＣｌＩ ：一２Ａ 外＆嘶、近丧而缺 制造规范ｌ ｓ】．北京：中 铁道ｆ¨版社，２（）ｌ０：１３—１６． ［２］ 【｝Ｉ华人民共和Ｉ１ 家质 ｉ ｐ￣，－ 惜榆验检疫总局，中吲 缝尤拟 家标准化管坪委员会．ＧＢ／Ｔ Ｉ１３４５—２０Ｉ３ 准出版 ，２０１４：３０—３２． 检测趟 检测技术、检测等级和 定［Ｓ Ｊ．Ｊ匕京：【ｆｌ… 尹Ｋ ＃．ｒ 厚度钢板 而焊 熔透焊缝焊接 ［３］ 郭宏侠，ｌ技术［Ｊ］．焊毹：，２００８（６）：６９—７１． ａ．超声波探伤 罗 Ｊ静，郧皆连．俐铃拱吊装阶段 ｌＪ温喽的影 ［４］ 彭文血 ，响分析 Ｊ］．公路，２００４（３）：４５—４９． ［５］ 牡尔升．海；【Ｉ『 意桥人型钢年ｆｉ 制作技术研究［Ｊ］．铁 道建筑技术，２Ｏｌ５（１２）：３４—３７． ［６］ 倪稿海．探讨人 桥梁健 愉测概念 州 测系统没汁 ［Ｊ］．城市建没，２０１２（７）：ｌ９２—１９３． ［７］ Ｉ 典．钢僻拱混凝土的施ｌ： Ｊ］．ｆ 海科技，２０（／２ （２）：３９—４０． ［８］ 李海，张驰，柴 贸．高速铁路 稃质 尤损检测技术 埂应用 Ｊ］．铁道建筑技术，２０１５（１０）：１２２一ｌ２４． ｃ，张粉检测 图３现场检测过程照片 郑背连，、ｌＩ汝诚．钢钳混凝土拱桥的极限承载 ，［９］ 张建民，能力分析［Ｊ］．ｒｆ１南公路一ｌ ，２００４（１２）：２４—２８． 缝 部ⅡＩ －ｌ Ｉ 的返修，咒 碳弧 ｔ刨机与砂轮 机将缺 清除１ 净后，冉刚ＣＯ！气体保护焊进行焊 接，为保ｉＩＥ内部缺 返修ｆｔｕ底，返修长度大于焊缝 缺陷长度２０～５０ Ｉｎｌｔｌ；焊接裂纹清除时沿裂纹两端 各外延５０ ｎｌｌｎ，ｌ Ｌ刨出不陡于ｌ：５的斜坡，焊接坡门 要求）￣ｊｌ１）Ｖ 嘲滑，打磨掉尖『『】缺 ，焊Ｉｊ仃预热１００～ 系＿ｆ『拱桥施Ｉ：［Ｊ］．市政技 ［１０］ 高长汀．中咏式钢管混凝｛术，２０００（２）：２—９． 孙ｊ｛中．四苘溪特人桥１—９６ ｍ卜承式系ｆＩ：拱钢管混凝ｆ 拱肋施 Ｉ 技术［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１６（９）：５５－５８． ｛１交第一公路Ｉ 局有 公州．ＪＴＧ／ｑ’Ｆ５０—２０ｌＩ 公 ［１２］ ｔ路桥涵施］ 技术 范［ｓｊ．北京：人 交通Ⅲ版社， ２０１ｌ：１２６—１２７． 铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０１ ７（０６） 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