Soldadura láser híbrida de uniones a tope de planchas de acero naval en grandes espesores

Resumen

La unión de chapas planas es una de las primeras etapas del proceso de fabricación de grandes embarcaciones, siendo crítico en el flujo productivo durante la construcción del buque. La línea de fabricación de paneles planos se constituye habitualmente por una serie de etapas secuenciadas donde se deben soldar planchas a tope para formar paneles planos de mayor tamaño, para posteriormente incorporar perfiles longitudinales que se sueldan al paño plano mediante uniones en T, y rigidizar la estructura. Estas uniones se realizan habitualmente con procesos tradicionales como la soldadura por arco sumergido (SAW) o soldadura por arco eléctrico con gas protector (GMAW). En general, estos procesos de unión convencionales presentan velocidades de soldadura relativamente bajas, y aportes térmicos elevados, lo que se suele traducir en altas deformaciones. En la actual Tesis Doctoral Industrial se plantea como alternativa el proceso de soldadura híbrida láser-arco (HLAW) para la unión a tope y en T de estructuras navales. HLAW es una tecnología estable que integra las ventajas de los procesos de soldadura láser y de soldadura por arco eléctrico. HLAW proporciona una alta calidad y velocidad de soldadura, mediante un bajo aporte térmico que genera bajas distorsiones, lo que promueve una mayor productividad en su aplicación en la industria. Retos actuales de esta tecnología se centran en soldar en una sola pasada altos espesores y en soldar perfiles en T en posiciones industriales reales. El presente estudio de investigación surge para profundizar en el conocimiento experimental y mejorar la aplicación de esta tecnología en uniones en una sola pasada a tope y en T de 8 y 15 mm de espesor, en el sector naval. Para ello, se ha realizado un estudio del estado del arte de la tecnología, se han realizado pruebas experimentales y se han desarrollado simulaciones mediante FEM. Para cada configuración de soldadura, se han analizado y ajustado los diferentes parámetros del proceso HLAW. Para verificar que las uniones cumplen con los requerimientos de calidad de la normativa naval, se han llevado a cabo estudios de caracterización detallada de defectos, morfología y microestructura de las soldaduras, y se han realizado ensayos para la evaluación de las propiedades mecánicas. La principal línea de investigación de la presente Tesis se ha centrado en el aumento de la velocidad de soldadura del proceso HLAW en una sola pasada en configuraciones de proceso (posicionamiento de piezas) de aplicación industrial, verificándose la calidad de las uniones. En la presente tesis doctoral se han conseguido obtener soldaduras HLAW a tope en una sola pasada sin gap en posición de soldeo PA/1G en acero naval EH36 de 8 mm y de 15 mm de espesor. Asimismo, se obtienen por primera vez uniones en T en ambos espesores con penetración completa en posición PB/2F en una sola pasada sin gap, con una preparación de bordes rectos. Estos estudios muestran velocidades de soldadura para ambas configuraciones de hasta 2.2 m/min, velocidades muy superiores a las reportadas anteriormente en la literatura. Se ha comprobado que, para estas configuraciones de soldadura en ambos espesores, se superan los requisitos de calidad aplicables en la industria naval. El presente estudio revela que el proceso HLAW puede emplearse con éxito para obtener soldaduras a tope y en T de alta calidad utilizando la configuración industrial con bordes rectos sin separación, en posiciones de soldeo PA/1G para uniones a tope y PB/2F en el caso de uniones en T.