Processus de soudage à haute efficacité pour tôles d'acier très épaisses de 34 à 80 mm (technologie combinée FCAW+EGW)

1. Contexte : Goulots d’étranglement du soudage traditionnel de plaques épaisses dans la construction navale

Les grands porte-conteneurs adoptent un acier extra-épais à haute résistance pour les pièces structurelles centrales de la coque en raison de caractéristiques de charge de contrainte élevées. Le soudage électro-gaz (EGW) traditionnel à fil unique ne prend en charge qu'une épaisseur de plaque maximale de 32 à 33 mm, ce qui ne peut pas répondre à la demande de traitement des plaques d'acier à coque très épaisses. Bien que l'EGW à double fil puisse atteindre une épaisseur de 70 mm, il apporte un apport thermique extrêmement élevé, et seul l'acier dédié résistant à l'apport thermique élevé peut correspondre à ce processus, ce qui augmente considérablement le coût d'approvisionnement en matériaux.

Si le soudage multi-passes multicouches par soudage à l'arc fourré conventionnel (FCAW) est adopté pour des joints bout à bout verticaux épais sans plaques d'acier spéciales, le cycle de production sera extrêmement long et retardera sérieusement l'avancement de la construction. Pour résoudre le conflit entre la limite d'épaisseur, l'adaptabilité des matériaux et l'efficacité du soudage, une nouvelle technologie de soudage combinée FCAW+EGW est développée pour les tôles d'acier lourdes de 34 à 80 mm.

Le déroulement du processus : effectuez d'abord le formage d'un seul côté par FCAW sur la surface structurelle, puis mettez en œuvre le soudage EGW sur la surface non structurelle, combinant l'avantage du formage arrière du FCAW et l'efficacité de dépôt ultra-élevée de l'EGW.

2 spécifications techniques de base du soudage combiné FCAW+EGW

2.1 Plage d'épaisseur de plaque applicable

Ce procédé hybride cible des tôles d'acier de 34 à 80 mm d'épaisseur. La limite inférieure est l'épaisseur maximale de l'EGW monofilaire standard, et la limite supérieure correspond aux plaques de coque latérales les plus épaisses utilisées dans les porte-conteneurs traditionnels, couvrant la plupart des scénarios de soudage structurel lourd dans la construction navale.

2.2 Principe de correspondance d'épaisseur

Lors de la conception de la configuration de soudage en couches, deux facteurs essentiels doivent être équilibrés : maximiser les avantages de haute efficacité de l'EGW et contrôler la différence du volume total de métal déposé des deux côtés dans une plage raisonnable pour éviter une déformation asymétrique grave du soudage.

2.3 Conception optimisée des joints et des rainures

1. Angle de rainure : le côté FCAW adopte une rainure modérément rétrécie (X ± 5 °) pour réduire le volume de remplissage ; Le côté EGW définit des angles variables en fonction de l'épaisseur de la plaque : Y ± 5 ° pour les plaques de 30 à 50 mm, Z ± 5 ° pour les plaques de 51 à 80 mm afin de réduire la consommation d'apport de soudage.

2. Écart de racine : tolérance d'écart unifiée G ± 2 mm pour satisfaire simultanément aux exigences de fonctionnement des deux processus de soudage.

3. Bande de support : les bandes de support triangulaires conventionnelles sont incompatibles avec cette structure de rainure ; des bandes de support à barres rondes sont nécessaires, dont le diamètre est sélectionné en fonction du jeu d'assemblage réel.

2.4 Règles d'exploitation des travaux de construction sur site

1. Formation spéciale des opérateurs : même les techniciens ayant une expérience approfondie du soudage EGW pour les tôles moyennes ont besoin d'une formation ciblée. La logique de contrôle du bain de fusion et de fonctionnement du balancement du fil diffère considérablement lors du soudage de plaques ultra-épaisses.

2. Fin de l'inspection non destructive : tous les segments de démarrage/arrêt de soudure doivent être inspectés par RT ou UT. Les défauts trouvés doivent être éliminés par gougeage à l’air et réparés avec FCAW ou SMAW.

3. Languette de ruissellement et de ruissellement : les languettes doivent avoir une longueur d'au moins 50 mm, avec une épaisseur et une forme de rainure identiques correspondant au métal de base pour éviter les défauts d'extrémité.

4. Protection contre le vent : le flux d'air perturbe le gaz de protection et introduit de l'azote dans le bassin en fusion, provoquant des pores et une dégradation des propriétés mécaniques des joints. Les pare-vents sont obligatoires pendant la construction.

3 Norme de test de qualification de processus

3.1 Conditions d'essai

Toutes les éprouvettes et consommables de soudage correspondants sont conformes aux normes de construction navale ; la position de soudage est verticale 3G et les enregistrements complets des paramètres sont conservés. Les tests sont encadrés par des enquêteurs des sociétés de classification LR et CCS.

3.2 Résultats des tests non destructifs

• PT : Les bords de la surface de soudure sont lisses, sans fissures, pores ou défauts de contre-dépouille.

• UT : Toutes les soudures d'essai répondent pleinement à la norme d'acceptation ISO 5817 Grade B.

• MT : Aucun défaut linéaire souterrain ou superficiel détecté sur les surfaces de soudure avant et arrière.

3.3 Données de test des propriétés mécaniques

Les essais de traction, de flexion latérale, d'impact à basse température et de dureté sont effectués en totale conformité avec les exigences des spécifications marines :

1. Test de traction : quatre éprouvettes atteignent une résistance à la traction de 580 à 595 MPa, toutes se cassant sur le métal de base au lieu du joint soudé.

2. Test de pliage latéral (D=40 mm, pliage à 180°) : Les quatre échantillons réussissent sans fissures.

3. Résistance aux chocs de -20 ℃ : le centre de soudure, la ligne de fusion et la ligne de fusion extérieure de 2/5 mm dépassent tous de loin la valeur minimale requise de 34J, montrant une excellente résistance aux fissures à basse température.

3.4 Conclusion sur la qualification formelle

Tous les indicateurs de test non destructifs et mécaniques répondent aux normes marines LR et CCS, et le procédé de soudage combiné FCAW+EGW réussit la qualification de procédure officielle.

4 Comparaison de l'efficacité du soudage

Prenez une soudure bout à bout verticale de 1 mètre comme objet de comparaison :

• Soudage traditionnel multi-passes FCAW double face : Temps de travail total 250 minutes

• Processus combiné FCAW+EGW : section FCAW 125 minutes + section EGW 18 minutes = total 143 minutes

  La technologie hybride innovante réduit le temps de construction de près de 43 %, augmentant considérablement le débit des ateliers de coques en tôles épaisses.

5Conclusion

Le procédé de soudage combiné FCAW+EGW résout parfaitement les trois principaux problèmes du soudage vertical des plaques épaisses : limitation de l'épaisseur d'un seul EGW, restriction du matériau à apport de chaleur élevé et faible efficacité du soudage multicouche entièrement FCAW. Il conserve la capacité de formation de dos stable du soudage au fil fourré tout en tirant parti du taux de dépôt ultra-élevé du soudage électro-gaz, permettant ainsi un double gain d'efficacité de production et de performances de joint.

Dans la production navale réelle, un contrôle strict de la précision du traitement des rainures, du jeu d'assemblage, de l'adéquation des consommables de soudage et des paramètres de fonctionnement standardisés est la condition préalable à une application massive et stable de ce processus. Si vous avez besoin de schémas de processus de soudage hybrides de plaques épaisses personnalisés pour des projets de construction navale ou de structures en acier lourd, contactez l'équipe technique au heavth.com pour une correspondance complète des paramètres et des conseils sur les processus.