Proyecto Resurgam: los principales retos de los astilleros en la soldadura FSW del acero
Los astilleros y los constructores navales se enfrentan a muchos retos para mejorar la fabricación y el mantenimiento de los buques de alta tecnología. La soldadura por fricción-agitación (FSW), cuyo rendimiento está ya probado, ofrece respuestas a estos desafíos.
El proyecto Resurgam, creado específicamente para los problemas de soldadura en el sector naval, tiene como objetivo integrar sistemas de soldadura por fricción-agitación de alta productividad en acero en los astilleros y constructores europeos. Este proyecto, apoyado por muchos actores europeos, está a punto de revolucionar la soldadura en el mundo naval, y Stirweld contribuye a esta revolución.
¿Qué es el proyecto Resurgam? Presentación, objetivos y retos del proyecto
Proyecto Resurgam : Presentación del proyecto
El proyecto Resurgam es un proyecto europeo Horizon 2020 (o H2020). Este programa europeo de investigación y desarrollo reúne conocimientos multidisciplinarios y complementarios para permitir el uso de la soldadura por fricción-agitación o FSW en aplicaciones a gran escala : los astilleros. Los miembros del proyecto Resurgam son actores europeos de la construcción y el mantenimiento naval, organizaciones de investigación especializadas, así como PYMEs de la industria especializadas en el desarrollo rápido de prototipos de materiales.
Los actores que participan en el proyecto Resurgam cuentan con conocimientos complementarios para fomentar la competitividad de los mercados internacionales de los astilleros y los pequeños y medianos constructores navales. En la actualidad, los astilleros y constructores navales tienen dificultades para producir y mantener grandes buques de alta tecnología por falta de capacidad y recursos. La competitividad de los mercados internacionales promovida por el proyecto Resurgam permite, pues, responder a estos problemas y abrir así a todos los actores del mercado mundial las tecnologías avanzadas y los recursos necesarios para la fabricación, el mantenimiento y la renovación de los buques de alta tecnología.
El medioambiente, un pilar del proyecto Resurgam
Uno de los objetivos principales del proyecto es mejorar el rendimiento medioambiental de los constructores y astilleros. Al integrar la práctica del FSW en los astilleros y en los constructores navales, el impacto medioambiental mejorará significativamente en 3 parámetros principales:
El FSW en la producción y el mantenimiento de buques: beneficios económicos considerables
Además de los beneficios reales para el medio ambiente de las acciones de este nuevo proyecto de Resurgam, también se pueden obtener importantes ganancias económicas.
De hecho, el ensamblaje de los cascos de los barcos mediante soldadura por fricción-agitación podría ahorrar hasta un 15% y reducir los tiempos de fabricación hasta un 31% (fuente: resurgamproject.eu). Esto representa nada menos que 893 millones de euros de ahorro anual en costes de producción y mantenimiento en Europa.
Las soluciones técnicas que aporta la soldadura por fricción-agitación (FSW) en el acero
La soldadura por fricción-agitación (FSW) es una técnica de soldadura de alta integridad, sin fusión del material. Las soldaduras se realizan en el estado sólido de los materiales haciendo que éstos se fundan durante la deformación mecánica de la fricción que realiza la herramienta FSW. Con este proceso se respetan todas las características de las aplicaciones, por lo que los defectos son muy pocos si se respetan los parámetros de soldadura.
En el proyecto Resurgam se investigan nuevas tecnologías para contribuir a la transformación de los procesos de soldadura y a la revolución en el mundo de la construcción y el mantenimiento naval mediante la soldadura por fricción-agitación (FSW). Estas nuevas tecnologías pueden dividirse en 3 áreas:
Soldadura por fricción-agitación: del aluminio al acero
Las tecnologías actuales de soldadura por fricción-agitación (FSW) son ideales para soldar piezas de aluminio. En los astilleros, los cascos se hacen de acero, un material puro mucho más grueso, más fuerte y también mucho más duro. Mientras que el punto de fusión del aluminio es de unos 660°C, el del acero es de 1300°C.
Por lo tanto, el primer objetivo del proyecto Resurgam era desarrollar nuevas tecnologías de soldadura por fricción-agitación capaces de soportar esos puntos de fusión. El reto consistía también en determinar qué materiales híbridos resistirían el desgaste y la abrasión en aplicaciones de acero.
Mantenimiento del casco de una embarcación: soldadura submarina por fricción-agitación con robot
Uno de los retos del proyecto era también desarrollar una nueva tecnología que permitiera el mantenimiento subacuático para reparaciones en el mar o en espacios reducidos mediante la soldadura por fricción-agitación en acero.
Se ha diseñado un prototipo de robot ROV submarino inteligente que incorpora un husillo FSW para realizar el mantenimiento de los cascos de los barcos sin tener que sacarlos del mar. Una revolución en el sector que permite grandes avances tecnológicos pero también considerables ganancias económicas. Este robot teledirigido (ROV) también está equipado con cámaras de imagen láser, capaces de identificar los posibles daños y su alcance. Una forma eficaz de identificar y ejecutar las reparaciones necesarias.
Construcción de cascos de barcos de acero con FSW
Los cascos de los barcos están formados por paneles planos de acero de 12 por 3 metros. El ensamblaje de estos paneles acaba formando los cascos de los barcos. Hasta hoy, el montaje de estos cascos se realizaba mediante soldadura por arco eléctrico, con ciertos inconvenientes y defectos derivados de ello. à tabla comparativa soldadura al arco/FSW
Con estas nuevas tecnologías de FSW sobre acero, el montaje de los paneles será de mucha más calidad, con mayor resistencia mecánica y sin deformaciones. Estas uniones se realizan directamente en grandes centros de mecanizado equipados con un husillo de soldadura por fricción-agitación especialmente diseñado para la FSW en acero.
El cabezal FSW de alta resistencia, el husillo de soldadura por fricción-agitación (FSW) especialmente diseñado para el acero, fabricado por Stirweld
Un nuevo diseño especial de Resurgam para el husillo FSW de alta resistencia
Tras los cabezales de soldadura por fricción-agitación Stirweld V3 y V4, ahora está disponible el husillo FSW de alta resistencia. En principio, los conceptos de husillo son los mismos: un eje giratorio accionado por un husillo CN.
El principal cambio es la forma del cabezal y los sistemas de refrigeración. Los primeros husillos eran cuadrados, el nuevo husillo FSW es cilíndrico, lo que es importante para el sistema de refrigeración. También hay que mencionar sus nuevas proporciones, ya que el nuevo cabezal de alta resistencia es 2,5 veces mayor que sus predecesores.
Un nuevo sistema de refrigeración para FSW en acero
Como se ha mencionado anteriormente, la soldadura del acero es más compleja que la del aluminio debido a la temperatura de soldadura y el punto de fusión de la aplicación. Para adaptarse a este nuevo escenario, los equipos de Stirweld tuvieron que reinventar un nuevo sistema de refrigeración. El punto de fusión del acero es de 1300°C, frente a los 660°C del aluminio. El reto consistía, por tanto, en rediseñar el sistema de circulación de agua fría que refrigera el sistema de soldadura por fricción-agitación (FSW).
Los cabezales de soldadura por fricción-agitación V3 y V4 desarrollados por Stirweld están equipados actualmente con un sistema de refrigeración.
Con los nuevos parámetros de soldadura del acero, la velocidad de rotación es mucho mayor y, por tanto, genera temperaturas mucho más elevadas en el husillo. Por ello, se han revisado y maximizado todos los sistemas de refrigeración:
Nuevas instalaciones técnicas para apoyar los nuevos escenarios de la FSW
Además de los nuevos sistemas de refrigeración, el nuevo husillo FSW de alta resistencia tuvo que ser adaptado en varios aspectos técnicos para acomodar varios factores nuevos, como las capacidades de carga.
En efecto, al ser el acero más pesado que el aluminio, las capacidades de carga del cabezal FSW para la soldadura por fricción-agitación en el acero eran demasiado limitadas. Se introdujo un nuevo sistema de deslizamiento con cojinetes de bolas, frente al sistema de raíles de las otras versiones. En los husillos FSW V2 o V4, la capacidad de fuerza de forja era de 18.000 newtons y 25.000 newtons respectivamente para el aluminio. Para el acero, el nuevo husillo FSW y su sistema de deslizamiento con cojinetes de bolas para el acero son capaces de soportar 50.000 newtons, o 5.000 kg de fuerza de carga.
Un proyecto europeo que reúne a muchos actores
El proyecto Resurgam es un proyecto europeo de Horizon 2020 (H2020). También ha recibido financiación del Programa de Investigación e Innovación de la Comisión Europea en virtud del acuerdo de subvención n°101007005.
En este proyecto, muchos actores y socios con especialidades complementarias permiten el desarrollo y la innovación de estas nuevas tecnologías:
- EWF
- Element Six
- ESI
- Forth
- University of Limerick
- TSA
- TWI
- Lancaster Uniiversity
- Aclunaga
- Aister
- Ned-Project
- TU Delft
- Stirweld
Un proyecto que sigue avanzando e innovando con estos actores que, en un futuro muy cercano, revolucionarán la soldadura por fricción-agitación (FSW) en acero en muchos otros campos industriales.
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