Progetto Resurgam: le principali sfide dei cantieri navali nella saldatura per attrito (FSW) dell’acciaio.

Sono numerose le sfide che i cantieri navali e i costruttori navali devono affrontare per il miglioramento nella produzione e manutenzione delle navi all’avanguardia. La saldatura per attrito (FSW), le cui prestazioni sono ormai comprovate, offre una risposta a queste sfide.

Il progetto Resurgam, creato appositamente per affrontare i problemi di saldatura nel settore navale, mira a integrare sistemi di saldatura per attrito ad alta produttività all’acciaio nei cantieri navali europei e presso i costruttori.

Saldatura navale su acciaio

Questo progetto, promosso da numerosi attori europei, sta per rivoluzionare la saldatura nel settore navale e Stirweld ne fa parte.

Cos’è Resurgam? Presentazione, obiettivi e sfide del progetto europeo

Progetto Resurgam: tra saldatura FSW e cantieri navali

Il progetto Resurgam rientra nel programma europeo Orizzonte 2020 (o H2020). Questo programma di ricerca e sviluppo riunisce competenze multidisciplinari e complementari per ampliare l’uso della saldatura per attrito (o FSW) nelle applicazioni di grandi dimensioni: i cantieri navali. I membri del progetto Resurgam sono attori europei impegnati nel settore della costruzione e della manutenzione navale, organismi di ricerca specializzati e PMI attive nello sviluppo rapido di prototipi.

project resurgam FSW

Gli attori coinvolti nel progetto Resurgam possiedono inoltre competenze complementari per promuovere la competitività sui mercati internazionali dei cantieri navali e dei costruttori di piccole e medie imprese. Ad oggi, per i cantieri e i costruttori navali è difficile produrre e mantenere grandi navi all’avanguardia a causa della mancanza di capacità e di risorse. La competitività dei mercati internazionali promossa dal progetto Resurgam permette quindi di colmare queste mancanze, rendendo accessibili queste tecnologie e risorse innovative, necessarie alla produzione e manutenzione di navi ad alte prestazioni, a tutti gli attori del mercato mondiale.

L’ambiente, un pilastro del progetto Resurgam

Uno dei punti chiavi del progetto europeo riguarda l’ottimizzazione delle prestazioni ambientali di costruttori e cantieri navali. Integrare la tecnologia FSW ai processi di produzione e ai componenti navali migliorerà considerevolmente l’impatto ambientale su 3 parametri principali:

  • emissioni di fumi e gas: la FSW produce pochissimi fumi. Durante i processi di saldatura convenzionali ad arco sommerso, viene rilasciato cromo esavalente. Cosa che non avviene durante l’operazione di saldatura per attrito;
  • apporto di materia: al contrario della saldatura ad arco sommerso (SAW), la FSW non richiede nessun materiale supplementare. Dato che questi materiali di apporto non vengono consumati, non sarà necessario trattarne i rifiuti, riducendo così i costi di estrazione e l’impatto ambientale;
  • efficienza energetica: scegliendo la soluzione per attrito (FSW), si potranno inoltre limitare i consumi in termini di emissioni di CO2, un altro obiettivo promosso dal progetto dell’Unione Europea Resurgam.
Fornitore di saldatura per attrito nel settore navale

La FSW nella produzione e nella manutenzione navale: dei vantaggi economici notevoli

Oltre ai reali benefici ambientali derivanti dalle azioni promosse dal progetto Resurgam, dobbiamo considerare anche i notevoli vantaggi economici.

L’assemblaggio degli scafi delle navi mediante saldatura per attrito consente infatti di risparmiare fino al 15% dei costi e di ridurre i tempi di produzione fino al 31% (fonte: resurgamproject.eu). Ciò rappresenta, nel settore navale europeo, non meno di 893 milioni di euro di risparmi annuali sui costi di produzione e manutenzione.

Le soluzioni tecniche garantite dalla saldatura per attrito (FSW) applicata all’acciaio

Ricordiamo che la saldatura per attrito (FSW) è una tecnica di saldatura ad alta integrità, in cui il punto di fusione della materia non viene raggiunto. Le saldature vengono realizzate allo stato solido, o più precisamente, allo stato “pastoso”. La saldatura si ottiene per deformazione meccanica per mezzo di un utensile rotante immerso nella materia che avanza lungo l’area da saldare. Grazie a questa operazione e a un’impostazione dei parametri di saldatura corretti, le caratteristiche delle applicazioni vengono pienamente rispettate e i difetti dovuti alla saldatura notevolmente limitati.

Nell’ambito del progetto Resurgam, si stanno studiando nuove soluzioni tecnologiche per contribuire alla trasformazione dei processi di saldatura e alla conseguente rivoluzione del settore della costruzione e manutenzione navale attraverso la saldatura per attrito (FSW). Queste nuove tecnologie possono essere divise in 3 aree.

  • Saldatura per attrito: dall’alluminio all’acciaio

Le attuali soluzioni per la saldatura FSW sono ideali per saldare componenti in alluminio. Tuttavia, nei cantieri navali, gli scafi vengono realizzati in acciaio, un metallo puro, più spesso e resistente e anche molto più duro. Mentre il punto di fusione dell’alluminio è di circa 660°C, quello dell’acciaio raggiunge i 1.300°C.

Il primo obiettivo del progetto Resurgam è stato quindi quello di sviluppare nuove soluzioni di saldatura per attrito in grado di resistere a punti di fusione così elevati. A questo si aggiunge la sfida di determinare quali metalli ibridi avrebbero resistito all’usura e all’abrasione nelle applicazioni in acciaio.

Saldatura FSW acciaio/alluminio

  • Manutenzione degli scafi delle navi: la saldatura per attrito subacquea realizzata mediante robot

Un’altra sfida del progetto riguarda lo sviluppo di nuove tecnologie in grado di eseguire operazioni di manutenzione sott’acqua per le riparazioni in mare o in spazi ristretti utilizzando la saldatura per attrito su acciaio.

È stato così progettato un robot ROV subacqueo intelligente dotato di un mandrino FSW che consente di realizzare operazioni di manutenzione degli scafi senza dover estrarre la nave dall’acqua. Si tratta di una rivoluzione nel settore, che porta a importanti progressi tecnologici ma anche a notevoli vantaggi economici. Questo robot a comando remoto (ROV) è inoltre dotato di termocamere laser in grado di individuare potenziali danni e la loro entità. Un mezzo efficace per identificare ed eseguire le riparazioni necessarie.

  • Costruzione dello scafo di una nave in acciaio grazie alla saldatura FSW

Gli scafi delle navi sono costituiti da lastre in acciaio di 12 per 3 metri. L’assemblaggio di questi pannelli va a formare lo scafo delle navi. Fino ad oggi, l’assemblaggio degli scafi avveniva mediante saldatura ad arco sommersa che comportava però alcuni svantaggi e difetti. à tabella di confronto saldatura ad arco/FSW

Con le nuove tecnologie introdotte grazie alla saldatura per attrito dell’acciaio, l’assemblaggio di queste lastre garantirà una migliore qualità, una maggiore resistenza meccanica e nessuna deformazione. Questi assemblaggi vengono realizzati direttamente su centri di lavorazione di grandi dimensioni dotati di un mandrino specifico per la saldatura per attrito dell’acciaio.

La testa FSW per carichi pesanti Stirweld: il mandrino per la saldatura FSW progettato appositamente per l’acciaio

Un nuovo design del nostro mandrino FSW per carichi pesanti, specifico per il progetto Resurgam

Dopo le teste per saldatura Stirweld V3 e V4, è ora il momento del mandrino FSW per carichi pesanti. Il principio alla base dei nostri mandrini è lo stesso: un albero rotante azionato da un mandrino CN.

La grande novità risiede nella forma della testa e nel suo sistema di raffreddamento. Le prime teste erano infatti quadrate, il nostro nuovo mandrino FSW ha invece una forma cilindrica, un aspetto molto importante soprattutto in termini di raffreddamento dei componenti. Una rivoluzione anche per quanto riguarda le proporzioni in quanto la nuova testa per carichi pesanti è 2,5 volte più grande delle precedenti.

Un nuovo sistema di raffreddamento per la FSW dell’acciaio

Come abbiamo visto, la saldatura dell’acciaio è un’operazione più complessa rispetto alla saldatura dell’alluminio a causa della temperatura di saldatura e del punto di fusione della materia. Per adattarsi a questi nuovi parametri di lavorazione dell’acciaio, i team Stirweld hanno reinventato un nuovo sistema di raffreddamento. Il punto di fusione dell’acciaio è di 1.300°C contro i 660°C dell’alluminio. La sfida è stata quindi quella di rivedere il sistema di circolazione dell’acqua refrigerata impiegato per raffreddare i componenti durante l’operazione di saldatura per attrito (FSW).

Saldatura acciaio

I mandrini per saldatura FSW V3 e V4 progettati da Stirweld sono attualmente dotati di un sistema di raffreddamento.

Tuttavia, i nuovi parametri di saldatura che consentono di assemblare l’acciaio, richiedono una velocità di rotazione molto più elevata che genera, di conseguenza, temperature molto più elevate sul mandrino. Per questo, è stato necessario rivedere e ottimizzare i sistemi di raffreddamento adottati fino a quel momento:

 

  • sull’asse di scorrimento: un nuovo sistema di raffreddamento tramite canali d’acqua provenienti da un’unità di raffreddamento esterna che invia acqua refrigerata sotto forma di serpentina per coprire la superficie dell’asse di scorrimento;
  • sull’albero del mandrino (sistema rotante): il punto centrale della sfida era raffreddare questa parte. Trattandosi di un dispositivo rotante, gli ingegneri Stirweld hanno progettato un sistema di raffreddamento composto da camere stagne posizionate attorno al mandrino. Le camere, sigillate mediante giunti, vengono attraversate da acqua refrigerata lungo il circuito, permettendo così di raffreddare l’intero sistema;
  • sistema di raffreddamento ad aria: terzo e ultimo sistema di raffreddamento. Come per le versioni precedenti, anche in questo caso l’aria viene immessa lungo la sezione periferica dell’utensile, in corrispondenza del punto di attrito del componente e dell’applicazione, evitando così alcuni dei difetti noti della FSW.

Nuove caratteristiche tecniche per supportare nuovi parametri FSW

Oltre all’implementazione di nuovi sistemi di raffreddamento, è stato necessario rivedere vari punti tecnici del nuovo mandrino FSW per carichi pesanti per adattarsi a diversi nuovi fattori, come la capacità di carico.

Dato che l’acciaio è più pesante dell’alluminio, le capacità di carico delle precedenti teste Stirweld per la saldatura FSW dell’acciaio erano troppo limitate. Il sistema a ruote adottato nelle versioni precedenti è stato così sostituito con un nuovo sistema di guide di scorrimento a sfera. Sui mandrini FSW V3 e V4, la capacità di forza di saldatura era rispettivamente di 18.000 e 25.000 newton per l’alluminio. Per l’acciaio, invece, il nuovo mandrino FSW e il suo sistema di guide a sfera per l’acciaio sono in grado di sopportare 50.000 newton, ovvero forze di carico di 5.000 kg.

Resurgam: un progetto europeo che riunisce numerosi attori

Il progetto Resurgam si inserisce nel programma europeo Orizzonte 2020. Ha inoltre ricevuto finanziamenti dal programma di ricerca e innovazione della Commissione europea con l’accordo di sovvenzione n. 101007005.

Nell’ambito di questo progetto, sono numerosi gli attori e partner con specializzazioni complementari che consentono lo sviluppo e l’innovazione di queste nuove tecnologie:

 

Un progetto che continua a crescere e a innovarsi grazie a questi attori che, in un futuro molto prossimo, rivoluzioneranno la saldatura per attrito (FSW) sull’acciaio e lo faranno in molti altri settori industriali.

Per saperne di più sulla saldatura per attrito FSW:

– La saldatura per attrito per abbattere i costi nell’industri aeronautica – Stirweld

– Piastra di raffreddamento saldata mediante FSW: la soluzione alle sfide della gestione termica

– 4 fattori chiave per una saldatura FSW di alta qualità

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