Nombreux sont les défis sur les chantiers navals et pour les constructeurs navals dans l’amélioration de la fabrication et de l’entretien de navires de hautes technologies. Le soudage par friction malaxage (FSW) dont les performances sont maintenant prouvées apporte des réponses à ces challenges.
Le projet Resurgam créé spécialement pour les problématiques de soudage dans le secteur naval, ambitionne d’intégrer des systèmes de soudage par friction malaxage à haute productivité sur l’acier dans les chantiers navals européens et chez les constructeurs. Ce projet soutenu par de nombreux acteurs européens, est sur le point de révolutionner le soudage dans le monde naval, et Stirweld contribue à cette révolution.
Qu’est-ce que le projet Resurgam ? Présentation, objectifs et enjeux d’un projet innovant
Projet Resurgam : quand les chantiers navals rencontrent le FSW
Le projet Resurgam est un projet européen Horizon 2020 (ou H2020). Ce programme européen de recherche et de développement réunit des expertises multidisciplinaires et complémentaires afin de permettre l’utilisation du soudage par friction malaxage ou FSW sur des applications d’envergure ; les chantiers navals. Les membres du projet Resurgam sont des acteurs européens de la construction et de la maintenance navals, des organismes de recherche spécialisés ainsi que des PME spécialisées dans le développement rapide de matériels prototypes.
Les acteurs réunis pour le projet Resurgam présentent des expertises complémentaires permettant de favoriser la compétitivité des marchés internationaux des chantiers navals et des constructeurs de petite et moyenne taille. Actuellement, pour les chantiers et constructeurs navals il est difficile de fabriquer et d’entretenir de grands navires de haute technologie en raison du manque de capacités et du manque de ressources. La compétitivité des marchés internationaux favorisée par le projet Resurgam permet donc de répondre à ces problématiques pour ainsi, ouvrir à tous les acteurs du marché mondial, les technologies et ressources de pointes nécessaires pour la fabrication, la maintenance et la rénovation de navires hautes technologies.
L’environnement, un pilier du projet Resurgam
Un point central du projet concerne l’amélioration de la performance environnementale des constructeurs navals et des chantiers navals. En intégrant la pratique du FSW dans les chantiers et chez les constructeurs navals, l’impact environnemental sera considérablement amélioré, et ce, sur 3 paramètres majeurs :
Au-delà des réels bénéfices environnementaux qu’engendrent les actions de ce nouveau projet Resurgam, ce sont également des gains économiques non-négligeables qui seront réalisés.
En effet, l’assemblage des coques de bateaux par soudage par friction malaxage permettrait de réaliser jusqu’à 15% d’économies et réduirait les temps de fabrication jusqu’à 31% (source : resurgamproject.eu). Cela représente pas moins de 893 M€ d’économies annuelles sur les coûts de production et maintenance en Europe.
Les solutions techniques apportées par le soudage FSW sur acier
Le soudage par friction malaxage (FSW) est pour rappel, une technique de soudage à haute intégrité, sans aucune fusion de matière. Les soudures sont réalisées à l’état solide, c’est-à-dire sans atteindre le point de fusion du matériau de base. Le soudage est réalisé par déformation mécanique lors que l’outil mis en rotation plonge dans la matière et avance le long de la zone à souder. Par ce procédé, toutes les caractéristiques des applications sont respectées, les défauts sont de ce fait très peu nombreux si les paramètres de soudage sont respectés.
À l’occasion du projet Resurgam, de nouvelles technologies sont étudiées afin de contribuer à la transformation des process de soudage et à la révolution dans le monde de la construction et de la maintenance navale, grâce au soudage par friction malaxage (FSW). Ces nouvelles technologies se divisent en 3 axes et les voici.
Soudage FSW : de l’aluminium à l’acier
Les solutions actuelles de soudage par friction malaxage (FSW) sont idéales pour souder des pièces en aluminium. Sur les chantiers navals, les coques de bateaux sont réalisées en acier, un matériau pur, beaucoup plus épais, plus résistant et beaucoup plus dur aussi. Alors que le point de fusion de l’aluminium est autour des 660°C, celui de l’acier est lui de 1300°C.
Le premier objectif du projet Resurgam a donc été de développer de nouvelles solutions de soudage par friction malaxage capables de résister à de tels points de fusion. Le défi étant également de déterminer quels matériaux hybrides résisteraient à l’usure et l’abrasion, sur des applications en acier.
Maintenance des coques de bateaux : le soudage FSW sous l’eau par robot
L’un des enjeux du projet était également de développer une nouvelle technologie permettant d’effectuer des maintenances sous l’eau pour des réparations en mer ou bien dans des espaces confinés grâce au soudage par friction malaxage sur acier.
Un prototype de robot ROV sous-marin intelligent intégrant une broche FSW a été pensé afin de réaliser la maintenance des coques de bateaux, et ce, sans avoir à les sortir de mer. Une révolution dans le secteur permettant de grandes avancées technologiques mais également, des gains économiques considérables. Ce robot télécommandé (ROV) est également équipé de caméras d’imagerie laser, capable d’identifier des dommages potentiels et leur ampleur. Un moyen efficace d’identifier et d’exécuter des réparations nécessaires.
Construction de coque de bateaux en acier grâce au FSW
Les coques de bateaux sont constituées de panneaux plats en acier de 12m par 3m. L’assemblage de ces panneaux forme in fine les coques de navires. Jusqu’à aujourd’hui, l’assemblage de ces coques se faisait par soudure à l’arc électrique avec de ce fait, dont certains inconvénients et défauts qui en découlent. à tableau comparatif soudage à l’arc/FSW.
Avec ces nouvelles technologies de FSW sur acier, l’assemblage des panneaux sera de bien meilleure qualité, avec une meilleure résistance mécanique et sans déformation. Ces assemblages se font directement sur centre d’usinage de grandes tailles équipés d’une broche de soudage par friction malaxage spécialement pensée pour le soudage FSW sur l’acier.
La tête FSW à forte charge, la broche de soudage FSW spécialement conçue pour l’acier made by Stirweld
Un nouveau design spécial Resurgam pour la broche FSW à forte charge
Après les têtes de soudage par friction malaxage Stirweld V3 puis V4, c’est au tour de la broche FSW à forte charge de voir le jour. Sur le principe, les concepts de broches sont les mêmes : un arbre tournant entrainé par une broche d’un centre d’usinage.
La grande nouveauté réside dans la forme de la tête ainsi que dans les systèmes de refroidissement. En effet, les premières têtes étaient au format carré, la nouvelle broche FSW estelle de forme cylindrique, cette forme a toute son importance, notamment pour le système de refroidissement. Aussi, nous devons mentionner ses nouvelles proportions, puisque la nouvelle tête à forte charge est 2,5 fois plus grosse que ses prédécesseurs.
Un nouveau système de refroidissement pour le FSW sur l’acier
Comme évoqué précédemment, souder de l’acier est plus complexe que de souder de l’aluminium du fait de la température de soudage et du point de fusion de l’application. Pour s’adapter à ce nouveau paramétrage, les équipes de Stirweld ont dû réinventer un nouveau système de refroidissement. Le point de fusion de l’acier est de 1300°C contre 660°C pour de l’aluminium. Le challenge était donc de revoir le système de circulation d’eau réfrigéré qui permet de refroidir le système soudage par friction malaxage (FSW).
Les broches de soudage par friction malaxage V3 et V4 développés par Stirweld sont actuellement équipées d’un système de refroidissement.
Avec les nouveaux paramètres de soudage permettant de souder de l’acier, la vitesse de rotation est beaucoup plus importante et engendre donc des températures beaucoup plus élevées sur la broche. L’ensemble des systèmes de refroidissements ont alors été revus et maximisés :
Des nouveaux aménagements techniques pour supporter de nouveaux paramétrages FSW
En plus de nouveaux systèmes de refroidissements, il a fallu adapter la nouvelle broche FSW à forte charge sur différents points techniques afin de s’adapter à plusieurs nouveaux facteurs, comme les capacités de charge.
En effet, l’acier étant plus lourd que l’aluminium les capacités de charges de la tête FSW pour le soudage par friction malaxage sur de l’acier étaient trop limités. Un nouveau système de glissière à billes a été mis en place, contre un système de rails sur les autres versions. Sur les broches FSW V3 ou V4, la capacité de force de forge étaient respectivement de 18 000 newtons et de 25 000 newtons pour de l’aluminium. Pour de l’acier, la nouvelle broche FSW et son système de coulissements à billes pour acier sont capables de supporter 50 000 newtons, soit des forces de charge de 5000 kg.
Un projet Européen réunissant de nombreux acteurs
Le projet Resurgam est un projet Européen Horizon 2020 (H2020). A noter également qu’il a reçu un financement du programme de recherche et d’innovation de la Commission européenne dans le cadre de la convention de subvention n°101007005.
Dans ce projet, de nombreux acteurs et partenaires aux spécialités complémentaires permettent de développer et d’innover ces nouvelles technologies :
- EWF
- Element Six
- ESI
- Forth
- University of Limerick
- TSA
- TWI
- Lancaster Uniiversity
- Aclunaga
- Aister
- Ned-Project
- TU Delft
- Stirweld
Un projet qui ne cesse d’avancer et d’innover avec ces acteurs qui permettront dans un avenir très proche, de révolutionner le soudage par friction malaxage (FSW) sur de l’acier, et ce, dans de nombreux autres domaines industriels.
Vous souhaitez en savoir plus sur ce projet et sur le soudage FSW de l’acier ?
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