Processo di saldatura ad alta efficienza per lamiere di acciaio extra spesse da 34–80 mm (tecnologia combinata FCAW+EGW)

1. Contesto: colli di bottiglia della tradizionale saldatura di lamiere spesse nella costruzione navale

Le grandi navi portacontainer adottano acciaio extra spesso ad alta resistenza per le parti strutturali della parte centrale dello scafo a causa delle elevate caratteristiche di carico di sollecitazione. La tradizionale saldatura elettrogas a filo singolo (EGW) supporta solo uno spessore massimo della lamiera di 32-33 mm, che non è in grado di soddisfare la domanda di lavorazione di piastre in acciaio per scafi molto spesse. Sebbene l'EGW a doppio filo possa raggiungere uno spessore di 70 mm, apporta un apporto di calore estremamente elevato e solo l'acciaio dedicato resistente ad alto apporto di calore può eguagliare questo processo, il che aumenta notevolmente i costi di approvvigionamento del materiale.

Se la saldatura multistrato multi-passaggio convenzionale con saldatura ad arco animato (FCAW) viene adottata per giunti di testa verticali spessi senza piastre di acciaio speciali, il ciclo di produzione sarà estremamente lungo e ritarderà seriamente il progresso della costruzione. Per risolvere il conflitto tra limite di spessore, adattabilità del materiale ed efficienza di saldatura, è stata sviluppata una nuova tecnologia di saldatura combinata FCAW+EGW per lamiere di acciaio pesanti da 34–80 mm.

Il flusso del processo: completare prima la formatura su un solo lato mediante FCAW sulla superficie strutturale, quindi implementare la saldatura EGW sulla superficie non strutturale, combinando il vantaggio della formatura posteriore di FCAW e l'efficienza di deposizione ultraelevata di EGW.

2 Specifiche tecniche fondamentali della saldatura combinata FCAW+EGW

2.1 Intervallo di spessore della piastra applicabile

Questo processo ibrido è destinato a lastre di acciaio di spessore compreso tra 34 e 80 mm. Il limite inferiore è lo spessore massimo dell'EGW a filo singolo standard, mentre il limite superiore corrisponde alle piastre laterali dello scafo più spesse utilizzate nelle tradizionali navi portacontainer, coprendo la maggior parte degli scenari di saldatura strutturale pesante nella costruzione navale.

2.2 Principio di corrispondenza dello spessore

Quando si progetta il layout di saldatura a strati, è necessario bilanciare due fattori fondamentali: massimizzare i vantaggi dell'alta efficienza EGW e controllare la differenza del volume totale di metallo depositato su entrambi i lati entro un intervallo ragionevole per evitare gravi deformazioni asimmetriche della saldatura.

2.3 Design ottimizzato di giunti e scanalature

1. Angolo della scanalatura: il lato FCAW adotta una scanalatura moderatamente stretta (X±5°) per ridurre il volume di riempimento; Il lato EGW imposta angoli variabili in base allo spessore della lamiera: Y±5° per piastre da 30–50 mm, Z±5° per piastre da 51–80 mm per ridurre il consumo di materiale di saldatura.

2. Root Gap: Tolleranza unificata del gap G±2mm per soddisfare i requisiti operativi di entrambi i processi di saldatura contemporaneamente.

3. Striscia di supporto: le strisce di supporto triangolari convenzionali sono incompatibili con questa struttura della scanalatura; sono necessarie strisce di supporto in barra tonda, con diametro selezionato in base all'effettivo gioco di montaggio.

2.4 Regole per le operazioni di costruzione in cantiere

1. Formazione speciale per gli operatori: anche i tecnici con matura esperienza di saldatura EGW per lamiere medie necessitano di una formazione mirata. Il controllo del bagno di fusione e la logica operativa dell'oscillazione del filo differiscono notevolmente durante la saldatura di piastre molto spesse.

2. Fine ispezione non distruttiva: tutti i segmenti di inizio/arresto della saldatura devono essere ispezionati da RT o UT. I difetti riscontrati dovranno essere rimossi mediante scriccatura d'aria e riparati con FCAW o SMAW.

3. Linguetta di scorrimento e di scarico: le linguette devono essere lunghe almeno 50 mm, con spessore identico e forma della scanalatura corrispondente al metallo base per evitare difetti alle estremità.

4. Protezione antivento: il flusso d'aria disturba il gas di protezione e introduce azoto nella vasca fusa, causando pori e proprietà meccaniche dei giunti degradate. Le barriere antivento sono obbligatorie durante la costruzione.

3 Standard di test di qualificazione del processo

3.1 Condizioni di prova

Tutti i campioni di prova e i materiali di consumo per saldatura abbinati sono conformi agli standard di costruzione navale; la posizione di saldatura è 3G verticale e vengono conservati i record completi dei parametri. I test sono supervisionati da ispettori delle società di classificazione LR e CCS.

3.2 Risultati dei test non distruttivi

• PT: i bordi della superficie di saldatura sono lisci, senza crepe superficiali, pori o difetti di sottosquadro.

• UT: tutte le saldature di prova soddisfano pienamente lo standard di accettazione ISO 5817 Grado B.

• MT: nessun difetto lineare nel sottosuolo o nella superficie rilevato sulle superfici di saldatura anteriore e posteriore.

3.3 Dati dei test sulle proprietà meccaniche

I test di trazione, piegatura laterale, impatto a bassa temperatura e durezza vengono eseguiti in piena conformità con i requisiti delle specifiche marine:

1. Test di trazione: quattro provini raggiungono una resistenza alla trazione di 580–595 MPa, tutti si fratturano sul metallo di base anziché sul giunto saldato.

2. Test di piegatura laterale (D=40mm, piegatura a 180°): tutti e quattro i campioni passano senza crepe.

3. -20°C di resistenza agli urti: il centro di saldatura, la linea di fusione e la linea di fusione esterna da 2/5 mm superano tutti di gran lunga il valore minimo richiesto di 34J, mostrando un'eccellente resistenza alle crepe a bassa temperatura.

3.4 Conclusione della qualificazione formale

Tutti gli indicatori dei test meccanici e non distruttivi soddisfano gli standard marini LR e CCS e il processo di saldatura combinato FCAW+EGW supera la qualificazione della procedura ufficiale.

4 Confronto dell'efficienza di saldatura

Prendiamo una saldatura di testa verticale di 1 metro come oggetto di confronto:

• Saldatura multipassata FCAW bifacciale tradizionale: Tempo di lavoro totale 250 minuti

• Processo combinato FCAW+EGW: sezione FCAW 125 minuti + sezione EGW 18 minuti = totale 143 minuti

  L’innovativa tecnologia ibrida riduce i tempi di costruzione di quasi il 43%, aumentando significativamente la produttività delle officine che realizzano scafi a lamiera spessa.

5 Conclusione

Il processo di saldatura combinato FCAW+EGW risolve perfettamente i tre principali punti critici della saldatura verticale di lamiere spesse: limitazione dello spessore del singolo EGW, limitazione del materiale ad elevato apporto di calore e bassa efficienza della saldatura multistrato FCAW completa. Mantiene la stabile capacità di backforming della saldatura con filo animato, sfruttando al tempo stesso il tasso di deposizione ultra elevato della saldatura elettrogas, ottenendo un doppio guadagno in termini di efficienza produttiva e prestazioni del giunto.

Nella produzione navale vera e propria, il controllo rigoroso della precisione della lavorazione delle scanalature, della distanza di assemblaggio, della corrispondenza dei materiali di consumo per saldatura e dei parametri operativi standardizzati è il prerequisito per l'applicazione di massa stabile di questo processo. Se avete bisogno di schemi di processi di saldatura ibridi personalizzati per lamiere spesse per progetti di costruzione navale o di strutture in acciaio pesante, contattate il team tecnico all'indirizzo heavth.com per la corrispondenza completa dei parametri e la guida al processo.