Soldadura TIG

Actualizado Mayo 2020
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Técnicas y requerimientos para soldadura TIG

Última Actualización Mayo 2020


TIG: Tungsten Inert Gas

TIG: Tungsten Inert Gas, es un procedimiento de soldadura por arco eléctrico que utiliza un electrodo no consumible de tungsteno (o una aleación) con una protección gaseosa para el arco que se forma entre el electrodo y la pieza a soldar. El material de aporte es opcional en este procedimiento de soldadura.

El término adoptado por la AWS es Gas Tungsten Arc Welding (GTAW).

El gas de protección tiene por objetivo es desplazar el aire, para eliminar la posibilidad de contaminación de la soldadura por el oxígeno y nitrógeno presentes en la atmósfera. Como gas de protección se puede utilizar Argón, Helio, o una mezcla de ambos.

La característica más importante que ofrece este procedimiento es que puede fabricarse una soldadura de alta calidad en todos los metales, incluyendo aquellos difíciles de soldar, como también para soldar metales de espesores delgados y para depositar cordones de raíz en unión de cañerías.

Las soldaduras fabricadas con sistema TIG presentan una mayor resistencia mecánica y una mayor resistentes a la corrosión y mayor ductilidad que las realizadas con electrodos convencionales.  

Cuando se necesita alta calidad y mayores requerimientos de acabado superficial se hace necesario utilizar el sistema TIG para lograr soldaduras homogéneas, de buena apariencia y con un acabado completamente liso.

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Esquema General Maquina TIG.

Generalidades

El material de aporte es añadido manualmente por el operador o por un alimentador de alambre. El gas aporta protección a la junta y al electrodo durante el proceso. 

El gas de protección puede ser helio, argón o una mezcla de ambos.

Las ventajas del proceso:

  • Ofrece gran calidad de acabado y precisión.
  • Permite un mejor control de puntos.
  • Aspecto de los cordones más estéticos.
  • Proceso libre de humos o vapores.
  • Proceso libre de chisporroteo.
  • Proceso libre de fundente y escoria.
  • Permite soldar acero aleados más que otros procesos.
  • Proceso continuo ya que el material de aporte se suministra constantemente y evita interrupciones para hacer cambio de electrodos.

Desventajas del TIG

Las desventajas del proceso son las siguientes:

  • Menor velocidad de avance que otros procesos.
  • La cantidad de material de aporte es menor que otros procesos.
  • La cantidad de radiación UV es mayor que la generada en otros procedimientos.
  • Los equipos son más costosos que los utilizados para otros procesos de soldadura.
  • Se requiere de una gran habilidad del operario.

Comparación Uso de Gases

ArgónHelio
Buen encendido del arcoMayor velocidad de avance del proceso
Ofrece buena acción de limpiezaIncrementa la penetración
Buena estabilidad del arcoDificulta el encendido del arco
Cono del arco concentradoLa acción limpiadora es menor
El arco requiere menores voltajesEstabilidad con menor amperaje
Flujo de gas 10 – 30 ft3/hrArco requiere mayores voltajes
 Requiere mayores flujos de gas
 Más costos que el argón

Mezcla de argón y helio

  • Mejora la velocidad de avance en un 100% sobre el uso de argón solamente.
  • Mejora la penetración en un 100% en comparación con el argón.
  • Las propiedades de limpieza son similares al Argón.
  • Mejora el encendido del arco en un 100% en comparación con el Helio.
  • Mejora la estabilidad del arco en un 100% en comparación con el Helio.
  • El arco del cono es más concentrado que cuando se utiliza solo Helio.
  • Los voltajes requeridos son el promedio en comparación de utilizar argón o helio puro.
  • El flujo de gas es mayor que utilizar solo argón.
  • El costo del proceso es más alto que utilizar Argón.
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Un soldador realizando una soldadura TIG

Electrodo de Tungsteno

La soldadura es un proceso de fabricación que requiere una temperatura lo suficientemente alta para fundir el metal sin que el electrodo sea afectado ya que se trata de un electrodo no consumible, en el caso de la TIG.

Para responder esta interrogante, se da en la forma como circula la corriente a través del arco. El arco eléctrico está conformado por un cátodo (polo negativo) y un ánodo (polo positivo) y el plasma (flama).

Los electrodos de tungsteno tienen la particularidad que pueden ser de cualquier polaridad, positiva o negativa dependiendo de cómo sea su conexión a la fuente de poder.

Cuando la conexión del electrodo es de polaridad positiva, al encender el arco los electrones que introducen la corriente al sistema bombardean el electrodo, cuando entran en contacto con la superficie del tungsteno. Los electrones chocan contra los átomos que se encuentran a su paso y ceden una parte de su energía. El calor se acumula en el tungsteno por tanto se calienta y en consecuencia se funde.

La conexión del electrodo se hace al terminal negativo, los electrones abandonan el electrodo y fluyen a través del arco hacia el charco de soldadura. De esta forma los electrones absorben energía del electrodo, en consecuencia este se enfría.

Es importante destacar que la polaridad negativa del electrodo de Tungsteno, se requiere de una mayor cantidad de calor para fundir el metal. La diferencia entre ambas polaridades para el electrodo, influye en la capacidad de hacer circular la corriente a través del electrodo.

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¿Sabías qué?

El término fue  adoptado por la AWS es Gas Tungsten Arc Welding (GTAW)

Debemos de contar que cuanto mayor sea la cantidad de electrones que abandonen la superficie del electrodo, mayor será el efecto refrigerante en consecuencia se enfría con mayor rapidez.

Para mejorar la capacidad emisiva del Tungsteno se añadieron varios tipos de recubrimientos, entre ellos Torio o Zirconia (óxido de circonio). Ambas sustancias son excelentes emisoras de electrones, por tanto la tensión o voltaje necesario para desprender los electrones se reduce en comparación con el uso de Tungsteno puro, consecuencia la temperatura de operación disminuye.

Otra de las bondades de los revestimientos de torio y Zirconia es que incrementan la capacidad de conducción de electricidad y estabilizan el arco, facilitando el encendido del arco.

La temperatura de fusión del Tungsteno puro es menor que la temperatura de fusión de los electrodos revestidos con Torio o Zirconia. 

Si el Tungsteno llegase a fundirse este formaría una bola de metal fundido en la punta del electrodo. Si el electrodo fundido está limpio y libre de contaminantes y el gas de protección está limpio el aspecto de la bola es lisa y redonda. Por el contrario si el electrodo está contaminado con material proveniente del charco o con el material de aporte consecuencia de utilizar un gas de mala calidad, el arco se torna inestable y el aspecto de la bola de Tungsteno no será liso u homogéneo tampoco limpio. 

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Electrodos de tungsteno.

La designación de los electrodos TIG según la AWS utilizan las siglas EWP, donde:

E: Electrodo

W: Wolframio (tungsteno)

P: Puro

Los revestimientos de torio o zirconia incrementan la temperatura de fusión del electrodo, por lo tanto no forman la bola lisa que se formase si el Tungsteno se utilizara en forma pura. La alta temperatura de fusión evita que el electrodo se contamine con metal líquido proveniente del charco o material de aporte. 

Para evitar cualquier riesgo de contaminación se recomienda evitar sumergir la punta del electrodo en el charco.

En cuanto a la selección del material de revestimiento, desde el punto de vista técnico no existen limitantes, la selección se base exclusivamente en criterios económicos.

Identificación de los electrodos.

En el sistema TIC los electrodos identificados con 2 siglas dependiendo de su composición química:

WP: Electrodos de tungsteno puros.

Electrodos WT: recubiertos con aleación de torio, son ligeramente radioactivos.

Electrodos WZ: recubiertos con zirconio.

Electrodos WL: recubrimiento de óxido de lantano.

Electrodos WC: recubiertos con óxido de cerio.

Electrodos WS: Composición distinta no normalizada.

De acuerdo a su composición los electrodos TIG se identifican por colores.

DesignaciónPeso Óxido (%)OxidoColor
EWP--Verde
EWL 151,4 – 1,6LaOro
EWL 201,80-2,20LaAzul Oscuro
EWC 201,80-2,20CeGris
EWTh-11ThAmarillo
EWTh-22ThRojo
EWZr ZrCafé

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Truco de Experto

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Soldador Experto.

Los diámetros más comunes para los electrodos TIC son: 1.6 mm (1/16"), 2.4 mm (3/32"), 3.2 mm (1/8") y la longitud estándar: 3" y 7.

La selección de los electrodos depende del tipo de material que se vaya a soldar, en la siguiente tabla resume los electrodos recomendados para cada tipo de material y las variables de soldadura.

MaterialElectrodoGasTipo CorrientePenetración
Aluminio y sus AleacionesWArgónCAAFMedia
Acero InoxidableW-ThArgónCCENAlta
Acero al CarbonoW-ThArgón / HelioCCENAlta
CobreW-ThArgón / HelioCCENAlta
NiquelW-ThArgónCCENAlta
MagnesioWArgónCAAFMedia

CAAF: Corriente alterna alta frecuencia.

CCEN: Corriente continúa electrodo negativo.

Además, del tipo de material a soldar, otro factor a considerar es el espesor de la chapa. Con el tipo y material y espesor se escoge un tipo de electrodo, asociado a este hay un tipo de corriente para cada tipo de electrodo.

En cuanto  a la intensidad de corriente, para un electrodo de tamaño determinado, la mayor demanda es para los electrodos de corriente directa polaridad negativa, luego la intensidad se reduce para los electrodos de corriente alterna y mucho menor para los electrodos de corriente directa con polaridad positiva.

  Corriente Directa (A)Corriente Alterna (A)
 Diámetro BoquillaPolaridad Directa Polaridad Inversa 

Onda

Sin balance

Onda Balanceada
mminchPlgCCENCCEP
0,250,011/4Max 15 Max 15Max 15
0,500,021/45-20 5-1510-20
1,00,043/815-80 10-6020-30
1,61/163/870-15010-2050-10030-80
2,43/32½150-25015-30100-16060-130
3,21/8½250-40025-40150-210100-180
4,05/32½400-50040-55200-275160-240
4,83/165/8500-75055-80250-350190-300
6,41/43/4750-110080-125325-450325-450

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Materiales utilizados para la soldadura TIG

Notas:

Todos los valores se basan en argón como gas protector.

El uso de corriente continua se limita a los electrodos EWCe-2, EWLa-1 EWTh-2.

El uso de corriente alterna se limita a los electodos EWP.

La tabla presenta algunos valores típicos para uso con Argón como gas de protección. Existen otros factores que deben tomarse en cuenta para la selección de los electrodos TIG.

Los electrodos de Tungsteno puro generalmente se utilizan con corriente alterna, con onda balanceada o continua con alta frecuencia estabilizada. La capacidad de conducir corriente de los electrodos de Tungsteno puro es menor que los electrodos con aleaciones. 

Otro aspecto importante en la soldadura TIG es la polaridad del arco. Cuando se utiliza corriente alterna se combinan los beneficios de ambas polaridades. La capacidad de conducir corriente se ubica entre la polaridad negativa y a positiva. Cuando se utiliza corriente alterna de onda balanceada, esto significa que ambas polaridades poseen la mismas corrientes promedio, la capacidad del electrodo es menor que si cuando se utiliza corriente alterna convencional.

La tendencia de los electrones a mantener frio el electrodo permite que el arco funcione por mucho más tiempo en polaridad directa. Mientras que a la corriente alterna se desbalancea en mayor razón hacia la polaridad directa que la inversa. Por este motivo las fuentes de poder TIG, son diseñadas para funcionar bajo ese desbalance natural de la corriente alterna. 

La forma de las puntas de los electrodos juega un papel determinante en el funcionamiento del arco. La razón de ello es que los electrones pueden saltar con mayor facilidad de un extremo de punta aguda que de un extremo con punta roma.

Para dar mantenimiento a los electrodos y mantener las puntas afiladas es recomendable utilizar un disco para esmeril exclusivo para los electrodos a fin de evitar contaminación de partículas de otros metales.

Las puntas deben ser esmeriladas en dirección longitudinal del electrodo y nunca deben ser colocadas perpendicularmente al disco de esmeril. La longitud de la punta debe ser entre 1,5 y 4 veces el diámetro del electrodo.

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Soldador Tig.

El Arco

El arco del electrodo de Tungsteno a diferencia de los otros procesos es libre de humo (visible) y flama, aparece un punto brillante en la punta del electrodo de tono rojo. Si la polaridad utilizada es directa aparece un punto brillante en el extremo de la pieza conocido como mancha del cátodo. Este es el punto en el cual los electrones abandonan el electrodo y transportan  la corriente del arco produciendo el enfriamiento del Tungsteno.

Cuando se trabaja con polaridad inversa (electrodo positivo) la corriente debe reducirse, en este caso los electrones conducen mayor corriente al arco, por lo tanto el calor en la punta del electrodo aumenta la temperatura y puede fundirlo y desprenderlo.

No existe una forma evidente de diferenciar las corrientes directas de electrodo positivo o electrodo negativo en el arco. 

Cuando se trabaja con aluminio, aparece una capa de óxido permanente aun siendo limpiado, cuando se utiliza corriente directa electrodo positivo el arco elimina el óxido durante la soldadura.

La acción de limpieza se basa en la vaporización de una fracción del aluminio ubicada debajo de la capa de óxido, al expandirse el vapor arrastra la capa de óxido eliminándola.

Ruido del Arco

Cuando se utiliza corriente alterna se produce un zumbido, debido a las contracciones y expansiones por el cambio de polaridad. Cuando el arco pasa polaridad positiva a negativa o viceversa, el arco se apaga dos veces por cada ciclo. 

Cuando ocurre el apagado del arco, genera un impulso de presión que empuja del gas de protección hacia afuera, lo que genera el zumbido típico del TIG que se escucha fuerte cuando la intensidad de corriente es alta.

Efecto del Material

En la soldadura TIG, el tipo de material determina que tan fácil puedan fluir los electrones del material hacia el electrodo o viceversa. Para tener un arco estable el material debe ser homogéneo, cualquier contaminación por mínima que sea, por ejemplo grasa, puede afectar la estabilidad del arco. Esto implica que la limpieza del material y el porta electrodos debe ser muy cuidadosa y detallada.

Equipo TIG

El equipo TIC, está conformado por una fuente de poder, una antorcha con electrodo de Tungsteno, conexión de puesta a tierra, cilindro de gas (generalmente argón) presurizado y un sistema de control de amperaje (operado con un pedal).

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Equipo TIC (Tomado de Guidelines For Gas Tungsten Arc Welding (GTAW), Miller Welds)

El proceso de soldadura TIC difiere del MIG básicamente en que el electrodo no es consumible, el material de aporte no forma parte del sistema ya que es suministrado manualmente al charco de soldadura y es suministrado de manera opcional.

A diferencia de los otros procesos el encendido del arco depende del accionamiento del control de frecuencia eléctrica mediante un pedal, por lo que el operador (soldador) requiere de mayores habilidades que los otros procesos ya que implica el uso de ambas manos y un pie. Una mano controla la antorcha otra el suministro del material de aporte y un pie para la regulación de la frecuencia de la corriente.

Control Frecuencia Amp
Frecuencia de Corriente Alterna Escalonada.

Una ventaja del proceso TIC, es que la antorcha es mucho más liviana que un porta electrodos para proceso SMAW o MIG, esto le permite al soldador desempeñarse en las tareas por mucho más tiempo sin que aparezcan señales de agotamiento físico.

Cuando se trata de equipos para producción en serie, las máquinas TIC están provistas de un sistema de enfriamiento para mantener la temperatura de la antorcha en niveles tolerables para la mano del soldador. El sistema de enfriamiento consta de un tanque con agua filtrada y una bomba de circulación.  El agua circula a través de la antorcha y absorbe calor enfriándola y retorna al tanque. 

Cuando el volumen del tanque de agua no es suficientemente grande para enfriar el agua de retorno, se requiere un sistema de enfriamiento adicional conformado por un intercambiador con un ventilador.

Los equipos TIG tienen una demanda de energía mayor que el resto de los procesos, para accionamiento de la fuente de poder, sistema de enfriamiento (bomba intercambiador forzado), adicionalmente el sistema de control de frecuencia hace que estos equipos sean utilizados en talleres y fábricas. 

El proceso TIC, es utilizado mayormente en la industria automotriz para la fabricación de autos de carrera, con helio como gas de protección. Adicionalmente, las habilidades del soldador y el adiestramiento requeridos limitan el uso de este proceso a soldadores calificados. 

La soldadura TIC es ideal para la soldadura de chapas delgadas sin embargo, cuando se emplea para chapas gruesas se puede configurar el equipo para que el electrodo funciones en forma de arco, que puede resultar mucho más rápido de esta forma.

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Forma enumerada de los equipos utilizados para la Soldadura TIG.

El cambio de configuración de un sistema TIC al modo de arco eléctrico, requiere un ajuste en la fuente de poder y la conexión del cable de la antorcha a una salida de corriente dispuesta para ese fin, adicionalmente el sistema de control de frecuencia queda desactivado y el soldador debe ajustar el amperaje requerido por el arco.

Con los avances tecnológicos los equipos TIC han evolucionado y los equipos con capacidad industrial, provistos de sistemas de enfriamiento por agua, se han convertido en equipos más accesibles desde el punto de vista económico, más compactos, equipados con sistemas enfriados por aire, con suministro de energía eléctrica monofásica y niveles de tensión de 220 Voltios. Estos aspectos han reducido los costos de los equipos hasta 1/3 del costo de los equipos industriales. 

Por las razones antes expuestas, en la actualidad existen pequeños talleres con capacidad para instalar sistemas TIC (GTAW) y ofrecer una alta calidad en soldaduras, con acabados de calidad industrial y capacidad para fabricación de soldaduras en metales no ferrosos como por ejemplo el aluminio y en algunos casos fundición de aluminio.

Las máquinas portátiles modernas pueden resultar muy rentables en casos donde se requieren realizar tareas de reparaciones de piezas de aluminio agrietadas, bloques de aluminio (automotrices)  en lugar de reemplazar las piezas dañadas. Esas máquinas pueden desempeñar los mismos trabajos de las máquinas de capacidad industrial a menor costo inicial.

Los equipos portátiles, si bien es cierto que resultan muy económicos sus componentes eléctricos tienen una vida útil menor a la de los equipos industriales, que están diseñados y construidos para tareas producción en línea y una vida útil más prolongada.

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"El proceso TIC, es utilizado mayormente en la industria automotriz para la fabricación de autos de carrera, con helio como gas de protección. Adicionalmente, las habilidades del soldador y el adiestramiento requeridos limitan el uso de este proceso a soldadores calificados. "

Soldador experto.

Algunos fabricantes ofrecen un juego o Kit de adaptación para que máquinas MIG puedan ser utilizadas como sistemas TIC. Caso contrario existen otros adaptadores o convertidores para antorchas y sistemas de suministros de materiales de aporte para que máquinas MIG puedan ser utilizadas como sistemas MIG, con la salvedad que esta conversión pueda resultar más costosa que comprar un equipo TIC portátil.

Aún con la disponibilidad actual de las máquinas TIC portátiles más accesibles en el mercado, resulta poco rentable para la mayoría de los soldadores o talleres pequeños. Porque para desarrollar la suficiente destreza para fabricar soldaduras de óptima calidad; el soldador necesita de práctica constante, en la mayoría de los casos no existen suficientes trabajos para que las habilidades del soldador puedan mejorar con la práctica. 

La mayoría de las reparaciones a nivel doméstico o de talleres, requieren un calidad modesta de acabado y la estética o apariencia es un factor opcional, considerando que los costos de los equipos TIC es en promedio el doble de cualquier otro sistema, resultan que las alternativas de utilizar MIG o soldadura oxiacetilénica resultan más rentables. 

Una de las desventajas más destacada del sistema TIG (GTAW), es que es un proceso muy lento y emplearlo en construcción de edificaciones puede resultar poco rentable, por el contrario un equipo MIG portátil resulta una alternativa más conveniente en estos casos, ya que es un proceso más rápido.

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Equipo de protección para los soldadores.

Es importante que los soldadores, sobre todo los menos expertos, tengan especial atención al concepto de ciclo de trabajo, el cual puede resultar confuso. Los equipos de tamaño industrial, son ensamblados utilizando componentes eléctricos diseñados para operar por largos periodos de tiempo sin que se sobrecalienten. 

Por el contrario los equipos portátiles están limitados para operar por largos periodos de tiempo, motivado a que los componentes internos de bajo costo, están desprovistos de sistemas de enfriamiento entre otros.

El ciclo de trabajo es un valor cuantificable expresado en porcentaje (%) y se refiere a la capacidad de operación de una máquina en una prueba de laboratorio durante un periodo de diez minutos. Por ejemplo un equipo con 45% de ciclo de trabajo es capaz de operar continuamente durante 4’:30” de un total de 10’. 

Es decir transcurrido 4’:30” de operación continua el equipo es necesario dejar el equipo en vacío o suspender la soldadura por un periodo de 5’:30” para continuar la soldadura, con la finalidad que los componentes internos puedan enfriarse. 

La capacidad de corriente de una fuente de poder para soldadura la determina la máxima temperatura que alcanza cada componente interno y dicha temperatura es función de la corriente elevada al cuadrado que circula por el sistema.

A mayor tamaño y/o capacidad de los equipos a escala industrial, en consecuencia son más costosas, tendrán ciclos de trabajos más altos debido a la naturaleza del trabajo que desempeñan. En casos excepcionales los equipos operados por sistemas robóticos y/o automáticos deben ser ensamblados con componentes para un 100% de ciclos de trabajos, aunque es poco usual debido a lo costoso que pueden resultar.

Otro aspecto importante de destacar es que los ciclos de trabajo varían inversamente proporcional  con la intensidad de corriente; es decir a mayor amperaje (intensidad de corriente) menor será el ciclo de trabajo.

Cuando los requerimientos de intensidad de corriente son muy altos, debido al espesor de las piezas a soldar, se debe considerar el % de ciclo de trabajo a la intensidad de corriente de operación. Generalmente el costo de los equipos TIC (GTAW) se incrementan proporcionalmente con el ciclo de trabajo. El desempeño de los sistemas TIC se pueden comparar grosso modo, cotejando los ciclos de trabajo en el nivel de amperaje de mayor frecuencia de uso.  

Una característica que debe evaluarse previo a la compra de un sistema TIC si está provisto, cuál es la configuración del circuito de protección de sobrecalentamiento o si está provisto de alarmas visuales o sonoras. Algunos sistemas automáticamente se apagan cuando el circuito se sobrecalienta se activa debido a una alta temperatura de cualquiera de los componentes internos. 

Producto recomendado

A continuación encontrarás el enlace directo a uno de los productos más recomendados, la máquina para soldar HITBOX con antorcha TIG con grosor 0.3-5 mm y aplicación del diámetro del electrodo (MM) 2- 3.2 mm

Máquina de soldadura TIG portátil 200 amperios

Increíble máquina para soldar, recomendada por su potencia y con antorcha TIG. Uso fácil con corriente estable.

Bibliografía

[1] Jay Storer and John H Haynes. The Haynes Welding Manual. 1994.

[2] Indura. Manual de soldadura.

[3] Miller Welds. Guidelines To Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) 2003.

[4] Lincoln Electric. Electrodos revestidos. Catálogo.

[5] AWS. WELDING ENCYCLOPEDIA Eighteenth Edition Editado por ROBERT L. O’BRIEN. 1997.

[6] ASM International. Volume 6 Welding, Brazing and Soldering. 1993.

[7] Koell Hoffer. Manual de soldadura. Editorial Limusa. 5ta edición.



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