Projet Resurgam : les grands défis des chantiers navals en soudage par friction malaxage (FSW) sur acier.

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.

navire FSW

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 du projet.

Projet Resurgam : entre soudage FSW et chantiers navals

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.

project resurgam FSW

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 :

  • Les dégagements de fumée : le FSW ne produit en effet que très peu de fumée. Lors de soudage traditionnel à l’arc électrique, des rejets de chrome hexavalent surgissent. Ce qui ne se produit pas lors d’une opération de soudage par friction malaxage.
  • L’apport de matières  : contrairement au soudage à l’arc électrique (SAW), le soudage par friction malaxage ne nécessite aucune matière supplémentaire. Ces matières ne seront pas consommées et ne nécessiteront donc pas d’être traité comme des déchets, ce qui réduit donc ainsi à la fois les coûts d’extraction et diminue parallèlement l’impact environnemental.
  • L’efficacité énergétique : en utilisant le soudage par friction malaxage (FSW), ce sont des économies en termes d’émissions de CO2 que le projet Resurgam cherche également à mettre en place avec le concours de l’Union Européenne.
    efficacité énergétique FSW

    Le FSW en production et maintenance navale : des gains économiques considérables.

    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 par friction malaxage (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 :

    • Soudage par friction malaxage : 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.

    Le soudage par friction malaxage de l'aluminium à l'acier

    • Maintenance des coques de bateaux : le soudage par friction malaxage 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 forte charge, la broche de soudage par friction malaxage (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 CN.

    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).

    broche FSW à haute charge

    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 :

     

    • Au niveau du coulisseau : nouveau système de refroidissement via des canaux d’eau provenant d’un groupe de froid externe qui envoi de l’eau réfrigérée en forme de serpentin pour couvrir la surface du coulisseau.
    • Sur l’arbre broche (système tournant) : tout le défi reposait sur le refroidissement de cette partie. Étant un système tournant, nos ingénieurs Stirweld ont pensé un système de refroidissement composé de chambres étanches tout autour de la broche. Les chambres étant fermées par des joints, de l’eau réfrigérée inonde ces chambres le long d’un circuit venant ainsi refroidir le système.
    • Système de refroidissement par air : troisième et dernier système de refroidissement. Comme les précédentes versions, de l’air vient souffler tout en périphérie de l’outil au niveau de la friction entre la pièce et l’application évitant ainsi quelques défauts connus en FSW.

    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 :

     

    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.

    Pour aller plus loin sur le soudage par friction malaxage FSW : 

    – Le soudage par friction-malaxage : un cost-killer dans l’industrie aéronautique

    – Plaque froide usinée soudée par FSW : la réponse aux challenges de la gestion thermique

    – 4 éléments essentiels pour une soudure FSW de très haute qualité

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