Proceso de soldadura de alta eficiencia para placas de acero extragruesas de 34 a 80 mm (tecnología combinada FCAW+EGW)

1. Antecedentes: cuellos de botella en la soldadura tradicional de placas gruesas en la construcción naval

Los grandes buques portacontenedores adoptan acero extragrueso de alta resistencia para las piezas estructurales de la mitad del casco debido a las características de carga de alta tensión. La soldadura electrogas (EGW) tradicional de un solo hilo solo admite un espesor máximo de placa de 32 a 33 mm, lo que no puede satisfacer la demanda de procesamiento de placas de acero de casco súper gruesas. Aunque el EGW de doble alambre puede alcanzar un rango de espesor de 70 mm, aporta un aporte de calor extremadamente alto, y solo el acero dedicado resistente a un alto aporte de calor puede igualar este proceso, lo que aumenta considerablemente el costo de adquisición del material.

Si se adopta la soldadura multicapa convencional de arco con núcleo fundente (FCAW) para juntas a tope verticales gruesas sin placas de acero especiales, el ciclo de producción será extremadamente largo y retrasará gravemente el progreso de la construcción. Para resolver el conflicto entre el límite de espesor, la adaptabilidad del material y la eficiencia de la soldadura, se desarrolla una novedosa tecnología de soldadura combinada FCAW+EGW para placas de acero pesadas de 34 a 80 mm.

El flujo del proceso: primero complete el conformado de un solo lado mediante FCAW en la superficie estructural, luego implemente la soldadura EGW en la superficie no estructural, combinando la ventaja del contraformado de FCAW y la eficiencia de deposición ultra alta de EGW.

2 especificaciones técnicas principales de la soldadura combinada FCAW+EGW

2.1 Rango de espesor de placa aplicable

Este proceso híbrido tiene como objetivo placas de acero de 34 a 80 mm de espesor. El límite inferior es el espesor máximo de EGW estándar de un solo cable, y el límite superior coincide con las placas laterales del casco más gruesas utilizadas en los principales buques portacontenedores, cubriendo la mayoría de los escenarios de soldadura estructural pesada en la construcción naval.

2.2 Principio de igualación de espesores

Al diseñar el diseño de soldadura en capas, se deben equilibrar dos factores principales: maximizar las ventajas de alta eficiencia de EGW y controlar la diferencia del volumen total de metal depositado en ambos lados dentro de un rango razonable para evitar una deformación asimétrica severa de la soldadura.

2.3 Diseño optimizado de juntas y ranuras

1. Ángulo de ranura: El lado FCAW adopta una ranura moderadamente estrecha (X±5°) para reducir el volumen de llenado; El lado EGW establece ángulos variables según el espesor de la placa: Y±5° para placas de 30 a 50 mm, Z±5° para placas de 51 a 80 mm para reducir el consumo de relleno de soldadura.

2. Espacio de raíz: Tolerancia de espacio unificado G±2 mm para satisfacer los requisitos de operación de ambos procesos de soldadura simultáneamente.

3. Tira de respaldo: Las tiras de respaldo triangulares convencionales son incompatibles con esta estructura de ranura; Se requieren tiras de respaldo de barra redonda, con un diámetro seleccionado de acuerdo con el espacio libre de montaje real.

2.4 Reglas de operación de construcción en el sitio

1. Formación especial de operadores: incluso los técnicos con experiencia madura en soldadura EGW para chapas medianas necesitan una formación específica. El control del baño fundido y la lógica de operación de oscilación del alambre difieren mucho cuando se sueldan placas ultragruesas.

2. Finalizar la inspección no destructiva: Todos los segmentos de inicio/parada de soldadura deben ser inspeccionados por RT o UT. Los defectos encontrados se eliminarán mediante ranurado con aire y se repararán con FCAW o SMAW.

3. Lengüetas de entrada y salida: Las pestañas deben tener al menos 50 mm de largo, con espesor y forma de ranura idénticos al metal base para evitar defectos en los extremos.

4. Protección contra el viento: el flujo de aire altera el gas protector e introduce nitrógeno en la piscina fundida, provocando poros y degradando las propiedades mecánicas de las juntas. Las barreras contra el viento son obligatorias durante la construcción.

3 Estándar de prueba de calificación de procesos

3.1 Condiciones de prueba

Todas las piezas de prueba y consumibles de soldadura combinados cumplen con los estándares de construcción naval; La posición de soldadura es vertical 3G y se conservan los registros de parámetros completos. Las pruebas son supervisadas por inspectores de las sociedades de clasificación LR y CCS.

3.2 Resultados de las pruebas no destructivas

• PT: Los bordes de la superficie de soldadura son lisos, sin grietas, poros ni defectos de socavación en la superficie.

• UT: Todas las soldaduras de prueba cumplen plenamente con el estándar de aceptación ISO 5817 Grado B.

• MT: No se detectaron defectos lineales superficiales o subsuperficiales en las superficies de soldadura delantera y trasera.

3.3 Datos de prueba de propiedades mecánicas

Las pruebas de tracción, flexión lateral, impacto a baja temperatura y dureza se llevan a cabo en total conformidad con los requisitos de las especificaciones marinas:

1. Prueba de tracción: Cuatro muestras de prueba alcanzan una resistencia a la tracción de 580 a 595 MPa, todas se fracturan en el metal base en lugar de en la junta soldada.

2. Prueba de flexión lateral (D=40 mm, flexión de 180°): Las cuatro muestras pasan sin grietas.

3. Resistencia al impacto de -20 ℃: el centro de soldadura, la línea de fusión y la línea de fusión exterior de 2/5 mm superan con creces el valor mínimo requerido de 34 J, lo que muestra una excelente resistencia al agrietamiento a baja temperatura.

3.4 Conclusión de Calificación Formal

Todos los indicadores de pruebas mecánicas y no destructivas cumplen con los estándares marinos LR y CCS, y el proceso de soldadura combinado FCAW+EGW pasa la calificación de procedimiento oficial.

4 Comparación de eficiencia de soldadura

Tome una soldadura a tope vertical de 1 metro como objeto de comparación:

• Soldadura multipasada tradicional FCAW de doble cara: Tiempo total de trabajo 250 minutos

• Proceso combinado FCAW+EGW: tramo FCAW 125 minutos + tramo EGW 18 minutos = total 143 minutos

  La innovadora tecnología híbrida acorta el tiempo de construcción en casi un 43 %, aumentando significativamente el rendimiento de los talleres de cascos de placa gruesa.

5 Conclusión

El proceso de soldadura combinado FCAW+EGW resuelve perfectamente los tres principales puntos débiles de la soldadura vertical de placas gruesas: limitación de espesor de EGW único, restricción de material de alta entrada de calor y baja eficiencia de la soldadura multicapa FCAW completa. Conserva la capacidad estable de formación posterior de la soldadura con alambre tubular y al mismo tiempo aprovecha la tasa de deposición ultra alta de la soldadura electrogas, logrando ganancias duales de eficiencia de producción y rendimiento de la unión.

En la producción naval real, el control estricto de la precisión del procesamiento de ranuras, la holgura de montaje, la combinación de consumibles de soldadura y los parámetros de operación estandarizados es el requisito previo para la aplicación masiva estable de este proceso. Si necesita esquemas personalizados de procesos de soldadura híbrida de placas gruesas para proyectos de construcción naval o estructuras de acero pesado, comuníquese con el equipo técnico en heavth.com para obtener una comparación completa de parámetros y orientación sobre el proceso.