Progetto Resurgam: le principali sfide per i cantieri navali nella saldatura Friction Stir Welding dell’acciaio
I cantieri navali e i costruttori navali devono affrontare numerose sfide nel migliorare la produzione e la manutenzione delle navi ad alta tecnologia. La saldatura Friction Stir Welding (FSW), le cui prestazioni sono ormai comprovate, offre una risposta a queste sfide.
Il progetto Resurgam, ideato specificatamente per affrontare le problematiche relative alla saldatura nel settore navale, mira a integrare la saldatura Friction Stir Welding con alta produttività. Questo progetto, sostenuto da numerosi attori europei, sta per rivoluzionare il mondo della saldatura nel settore navale, e Stirweld contribuisce a questa rivoluzione.
Che cos’è il progetto Resurgam? Presentazione, obiettivi e sfide del progetto
Progetto Resurgam: tra la saldatura Friction Stir Welding e i cantieri navali
Il progetto Resurgam è un progetto europeo nell’ambito di Orizzonte 2020 (o H2020). Questo programma europeo di ricerca e sviluppo riunisce competenze multidisciplinari e complementari per consentire l’utilizzo della saldatura Friction Stir Welding (Friction Stir Welding, FSW) in applicazioni su larga scala, in particolare nei cantieri navali. I membri del progetto Resurgam sono operatori europei del settore della costruzione e della manutenzione navale, organismi di ricerca specializzati e PMI specializzate nello sviluppo rapido di prototipi di materiali.
Gli attori coinvolti nel progetto Resurgam dispongono di competenze complementari volte a promuovere la competitività dei cantieri navali e dei costruttori navali di piccole e medie dimensioni sui mercati internazionali. Attualmente, i cantieri navali e i costruttori navali incontrano difficoltà nella produzione e nella manutenzione di navi di grandi dimensioni e ad alta tecnologia a causa della mancanza di capacità e risorse. La competitività dei mercati internazionali promossa dal progetto Resurgam consente di rispondere a tali problemi. Pertanto, il progetto Resurgam mette a disposizione di tutti gli attori del mercato internazionale le tecnologie avanzate e le risorse necessarie per la costruzione, la manutenzione e il rinnovamento di navi ad alta tecnologia.
L’ambiente, un pilastro fondamentale del progetto Resurgam
Uno degli obiettivi principali del progetto è migliorare le prestazioni ambientali dei costruttori navali e dei cantieri navali. Grazie all’integrazione dell’uso della tecnologia FSW nei cantieri navali e presso i costruttori navali, l’impatto ambientale subirà un miglioramento significativo in relazione a tre parametri fondamentali:
FSW nella produzione e nella manutenzione navale: notevoli vantaggi economici
Oltre ai reali benefici ambientali di questo nuovo progetto Resurgam, si possono ottenere anche notevoli vantaggi economici.
Infatti, l’assemblaggio degli scafi navali mediante saldatura Friction Stir Welding potrebbe consentire un risparmio fino al 15% e ridurre i tempi di produzione fino al 31% (fonte: resurgamproject.eu). Ciò rappresenta un risparmio annuo non inferiore a 893 milioni di euro sui costi di produzione e manutenzione in Europa.
Le soluzioni tecniche offerte dalla saldatura Friction Stir Welding (FSW) sull’acciaio
La saldatura Friction Stir Welding (FSW) è una tecnica di saldatura ad alta integrità, che non comporta alcuna fusione del materiale. Le saldature vengono realizzate allo stato solido, ovvero senza raggiungere il punto di fusione del materiale di base. La saldatura si ottiene tramite deformazione meccanica, mentre l’utensile rotante penetra nel materiale e avanza lungo l’area da saldare. Con questo processo vengono rispettate tutte le caratteristiche delle applicazioni, pertanto i difetti sono molto rari se vengono rispettati i parametri di saldatura.
Nel progetto Resurgam si stanno studiando nuove tecnologie per contribuire alla trasformazione dei processi di saldatura e alla rivoluzione nel mondo della costruzione e della manutenzione navale attraverso la saldatura Friction Stir Welding (FSW). Queste nuove tecnologie possono essere suddivise in 3 aree:
Saldatura Friction Stir Welding: dall’alluminio all’acciaio
Le attuali soluzioni di saldatura Friction Stir Welding (FSW) sono ideali per la saldatura di componenti in alluminio. Nei cantieri navali, gli scafi sono realizzati in acciaio, un materiale puro che è molto più spesso, resistente e anche molto più duro. Mentre il punto di fusione dell’alluminio si aggira intorno ai 660 °C, quello dell’acciaio è di 1300 °C.
Il primo obiettivo del progetto Resurgam era quindi quello di sviluppare nuove soluzioni di saldatura per agitazione con attrito in grado di resistere a tali punti di fusione. La sfida consisteva inoltre nel determinare quali materiali ibridi fossero in grado di resistere all’usura e all’abrasione nelle applicazioni con l’acciaio.
Manutenzione degli scafi delle navi: saldatura subacquea Friction Stir Welding eseguita da un robot
Una delle sfide del progetto consisteva inoltre nello sviluppare una nuova tecnologia che consentisse di effettuare interventi di manutenzione subacquea per riparazioni in mare o in spazi ristretti, utilizzando la saldatura Friction Stir Welding sull’acciaio.
È stato progettato un prototipo di robot subacqueo ROV intelligente dotato di un mandrino FSW per eseguire interventi di manutenzione sugli scafi delle navi senza doverli estrarre dal mare. Si tratta di una rivoluzione nel settore, che porterà a importanti progressi tecnologici ma anche a notevoli vantaggi economici. Questo robot telecomandato (ROV) è inoltre dotato di telecamere a scansione laser, in grado di individuare potenziali danni e di ne valutare l’entità. Un modo efficiente per individuare ed eseguire le riparazioni necessarie.
Costruzione dello scafo di un’imbarcazione in acciaio con la tecnica FSW
Gli scafi delle navi sono costituiti da pannelli piatti in acciaio delle dimensioni di 12 m per 3 m. L’assemblaggio di questi pannelli dà origine agli scafi delle navi. Fino ad oggi, l’assemblaggio di questi scafi veniva effettuato mediante saldatura ad arco elettrico, con alcuni svantaggi e difetti che ne derivavano.
Grazie a queste nuove tecnologie di saldatura FSW sull’acciaio, l’assemblaggio dei pannelli sarà di qualità nettamente superiore, con una maggiore resistenza meccanica e senza deformazioni. Questi giunti vengono realizzati direttamente su grandi centri di lavorazione dotati di un mandrino per saldatura Friction Stir Welding appositamente progettato per la saldatura FSW sull’acciaio.
La testa FSW per impieghi gravosi, il mandrino per saldatura Friction Stir Welding (FSW) appositamente progettato per l’acciaio, prodotto da Stirweld
Un nuovo design speciale Resurgam per il mandrino FSW ad alto carico
Dopo le teste di saldatura Friction Stir Welding Stirweld V3 e V4, è ora disponibile il mandrino FSW per carichi elevati. In pratica, il principio di funzionamento delle teste è lo stesso: un albero rotante azionato da un mandrino a controllo numerico.
Il cambiamento principale riguarda la forma della testata e i sistemi di raffreddamento. Le prime testate erano quadrate, mentre la nuova testata FSW è cilindrica, caratteristica importante per il sistema di raffreddamento. Inoltre, va sottolineata la sua nuova dimensione, poiché la nuova testata per impieghi gravosi è 2,5 volte più grande rispetto ai modelli precedenti.
Un nuovo sistema di raffreddamento per la FSW sull’acciaio
Come accennato in precedenza, la saldatura dell’acciaio è più complessa rispetto a quella dell’alluminio a causa della temperatura di saldatura e del punto di fusione del materiale in questione. Per adattarsi a questa nuova configurazione, i team di Stirweld hanno dovuto ideare un nuovo sistema di raffreddamento. Il punto di fusione dell’acciaio è di 1300 °C, contro i 660 °C dell’alluminio. La sfida consisteva quindi nel riprogettare il sistema di circolazione dell’acqua refrigerata che raffredda il processo di saldatura Friction Stir Welding (FSW).
Le teste di saldatura Friction Stir Welding V3 e V4 sviluppate da Stirweld sono attualmente dotate di un sistema di raffreddamento.
Con i nuovi parametri di saldatura per l’acciaio, la velocità di rotazione è notevolmente più elevata e, di conseguenza, genera temperature più elevate sulla testa. Tutti i sistemi di raffreddamento sono stati quindi rivisti e ottimizzati:
Nuovi sviluppi tecnici a supporto delle nuove configurazioni FSW
Oltre ai nuovi sistemi di raffreddamento, il nuovo mandrino FSW per carichi elevati ha dovuto essere adattato sotto diversi aspetti tecnici per tenere conto di una serie di nuovi fattori, quali le capacità di carico.
Infatti, essendo l’acciaio più pesante dell’alluminio, le capacità di carico della testa FSW per la saldatura Friction Stir Welding sull’acciaio erano troppo limitate. È stato introdotto un nuovo sistema di scorrimento a cuscinetti a sfere, a differenza del sistema a binario presente sulle altre versioni. Sulle teste FSW V3 o V4, la capacità di forza di forgiatura era rispettivamente di 18.000 newton e 25.000 newton per l’alluminio. Per l’acciaio, la nuova testa FSW e il suo sistema di scorrimento a cuscinetti a sfere sono in grado di esercitare forze di carico pari a 50.000 newton, ovvero 5.000 kg.
Un progetto europeo che riunisce numerosi soggetti
Il progetto Resurgam è un progetto europeo nell’ambito del programma “Orizzonte 2020” (H2020). Ha inoltre ricevuto finanziamenti dal programma di ricerca e innovazione della Commissione europea ai sensi dell’accordo di sovvenzione n. 101007005.
In questo progetto, numerosi attori e partner con competenze complementari consentono lo sviluppo e l’innovazione di queste nuove tecnologie:
- EWF
- Elemento Sei
- ESI
- Quarto
- Università di Limerick
- TSA
- TWI
- Università di Lancaster
- Aclunaga
- Aister
- Progetto Ned
- TU Delft
- Stirweld
Un progetto che continua a evolversi e a innovare grazie a questi attori che, nel prossimo futuro, rivoluzioneranno la saldatura Friction Stir Welding (FSW) sull’acciaio in molti altri settori industriali.
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