Processo de soldagem de alta eficiência para chapa de aço extraespessa de 34–80 mm (tecnologia combinada FCAW + EGW)

1. Antecedentes: Gargalos da soldagem tradicional de placas grossas na construção naval

Grandes navios porta-contêineres adotam aço extra-espesso de alta resistência para peças estruturais do casco médio devido às características de carga de alta tensão. A soldagem eletrogás tradicional de fio único (EGW) suporta apenas uma espessura máxima de placa de 32–33 mm, o que não pode atender à demanda de processamento de placas de aço de casco superespessas. Embora o EGW de fio duplo possa atingir uma faixa de espessura de 70 mm, ele traz uma entrada de calor extremamente alta, e apenas o aço dedicado com alta resistência à entrada de calor pode corresponder a esse processo, o que aumenta muito o custo de aquisição de material.

Se a soldagem multicamada convencional de soldagem por arco fluxado (FCAW) for adotada para juntas verticais espessas sem placas de aço especiais, o ciclo de produção será extremamente longo e atrasará seriamente o progresso da construção. Para resolver o conflito entre limite de espessura, adaptabilidade do material e eficiência de soldagem, uma nova tecnologia de soldagem combinada FCAW+EGW foi desenvolvida para chapas de aço pesadas de 34 a 80 mm.

O fluxo do processo: Conclua primeiro a conformação unilateral por FCAW na superfície estrutural e, em seguida, implemente a soldagem EGW na superfície não estrutural, combinando a vantagem de conformação posterior do FCAW e a eficiência de deposição ultra-alta do EGW.

2 especificações técnicas principais de soldagem combinada FCAW + EGW

2.1 Faixa de espessura de placa aplicável

Este processo híbrido tem como alvo placas de aço com espessura de 34 a 80 mm. O limite inferior é a espessura máxima do EGW de fio único padrão, e o limite superior corresponde às placas laterais do casco mais espessas usadas em navios porta-contêineres convencionais, cobrindo a maioria dos cenários de soldagem estrutural pesada na construção naval.

2.2 Princípio de correspondência de espessura

Ao projetar o layout de soldagem em camadas, dois fatores principais devem ser equilibrados: maximizar as vantagens de alta eficiência do EGW e controlar a diferença do volume total de metal depositado em ambos os lados dentro de uma faixa razoável para evitar deformação assimétrica severa da soldagem.

2.3 Projeto otimizado de juntas e ranhuras

1. Ângulo da ranhura: O lado FCAW adota uma ranhura moderadamente estreita (X±5°) para reduzir o volume de enchimento; O lado EGW define ângulos variáveis ​​com base na espessura da placa: Y±5° para placas de 30–50 mm, Z±5° para placas de 51–80 mm para reduzir o consumo de material de soldagem.

2. Folga raiz: Tolerância de folga unificada G±2mm para satisfazer os requisitos de operação de ambos os processos de soldagem simultaneamente.

3. Faixa de apoio: As tiras de apoio triangulares convencionais são incompatíveis com esta estrutura de ranhura; são necessárias tiras de suporte de barra redonda, com diâmetro selecionado de acordo com a folga real de montagem.

2.4 Regras de Operação de Construção no Local

1. Treinamento especial do operador: Mesmo os técnicos com experiência madura em soldagem EGW para chapas médias precisam de treinamento específico. O controle da poça fundida e a lógica de operação de oscilação do fio diferem muito na soldagem de placas ultragrossas.

2. Inspeção Final Não Destrutiva: Todos os segmentos de início/parada de soldagem devem ser inspecionados por RT ou UT. Os defeitos encontrados deverão ser removidos por goivagem a ar e reparados com FCAW ou SMAW.

3. Aba de entrada e saída: As abas devem ter pelo menos 50 mm de comprimento, com espessura idêntica e forma de ranhura correspondente ao metal base para evitar defeitos nas extremidades.

4. Proteção à prova de vento: O fluxo de ar perturba o gás de proteção e introduz nitrogênio na poça derretida, causando poros e degradando as propriedades mecânicas das juntas. Barreiras contra o vento são obrigatórias durante a construção.

3 Padrão de Teste de Qualificação de Processo

3.1 Condições de Teste

Todas as peças de teste e consumíveis de soldagem correspondentes atendem aos padrões de construção naval; a posição de soldagem é vertical 3G e os registros completos dos parâmetros são mantidos. Os testes são supervisionados por topógrafos das sociedades classificadoras LR e CCS.

3.2 Resultados de Testes Não Destrutivos

• PT: As bordas da superfície de solda são lisas, sem rachaduras superficiais, poros ou defeitos de corte inferior.

• UT: Todas as soldas de teste atendem totalmente ao padrão de aceitação ISO 5817 Grau B.

• MT: Nenhum defeito linear de subsuperfície ou de superfície detectado nas superfícies de solda frontal e posterior.

3.3 Dados de Teste de Propriedade Mecânica

Os testes de tração, curvatura lateral, impacto em baixa temperatura e dureza são realizados em total conformidade com os requisitos das especificações marítimas:

1. Teste de tração: Quatro amostras de teste atingem resistência à tração de 580–595MPa, todas fraturadas no metal base em vez da junta soldada.

2. Teste de flexão lateral (D=40mm, flexão de 180°): Todas as quatro amostras passam sem rachaduras.

3. Resistência ao impacto de -20 ℃: Centro de solda, linha de fusão e linha de fusão externa de 2/5 mm excedem em muito o valor mínimo exigido de 34J, mostrando excelente resistência a trincas em baixa temperatura.

3.4 Conclusão Formal da Qualificação

Todos os indicadores de testes mecânicos e não destrutivos atendem aos padrões marítimos LR e CCS, e o processo de soldagem combinado FCAW+EGW passa na qualificação do procedimento oficial.

4 Comparação de eficiência de soldagem

Tome uma solda de topo vertical de 1 metro como objeto de comparação:

• Soldagem multipasse tradicional FCAW frente e verso: Tempo total de trabalho 250 minutos

• Processo combinado FCAW+EGW: seção FCAW 125 minutos + seção EGW 18 minutos = total 143 minutos

  A inovadora tecnologia híbrida reduz o tempo de construção em quase 43%, aumentando significativamente o rendimento das oficinas de cascos de chapa grossa.

5 Conclusão

O processo de soldagem combinado FCAW + EGW resolve perfeitamente os três principais pontos problemáticos da soldagem vertical de placas espessas: limitação de espessura EGW única, alta restrição de material de entrada de calor e baixa eficiência da soldagem multicamadas FCAW completa. Ele mantém a capacidade de formação posterior estável da soldagem com fio fluxado enquanto aproveita a taxa de deposição ultra-alta da soldagem eletrogás, alcançando ganhos duplos de eficiência de produção e desempenho da junta.

Na produção real de navios, o controle rigoroso da precisão do processamento de ranhuras, folga de montagem, correspondência de consumíveis de soldagem e parâmetros de operação padronizados é o pré-requisito para a aplicação em massa estável deste processo. Se você precisar de esquemas personalizados de processo de soldagem híbrida de chapa grossa para projetos de construção naval ou de estruturas metálicas pesadas, entre em contato com a equipe técnica em heavth.com para correspondência completa de parâmetros e orientação do processo.