En el ámbito de la construcción naval, la calidad de las uniones soldadas de placas gruesas afecta directamente a la seguridad, durabilidad y resistencia a la fatiga de la estructura del barco. La tecnología de formación y limpieza de raíces de soldadura de doble cara, como proceso central para la soldadura de placas gruesas (como el gran ensamblaje de secciones de barcos, cubiertas resistentes y mamparos laterales superiores en partes clave), garantiza la penetración total de la costura de soldadura y la ausencia de defectos internos al realizar la soldadura de doble cara y eliminar completamente los defectos de raíz. Este es uno de los requisitos obligatorios para la calidad de la soldadura de buques establecidos por la Sociedad de Clasificación China (CCS). Este artículo analiza sistemáticamente los requisitos de especificación, los puntos clave del proceso y las aplicaciones de ingeniería de la tecnología de formación y limpieza de raíces de soldadura de doble cara, en combinación con estándares como las 'Reglas de clasificación de buques mercantes de acero' (2021), la 'Prueba de soldadura para buques' y los 'Recipientes a presión atmosférica soldados de acero' (NB/T 47015).

I. Esencia técnica y posicionamiento normativo de la soldadura bilateral para la eliminación de raíces

La tecnología de formación de limpieza de raíces por soldadura de doble cara se refiere al proceso completo de utilizar métodos de soldadura de doble cara (como soldadura por arco sumergido, soldadura con protección de gas CO₂, etc.), después de completar la soldadura de la costura de soldadura frontal, a través de métodos mecánicos o térmicos para eliminar los defectos de porosidad de gas, escoria y no fusión en la raíz de la costura de soldadura, y luego realizar la soldadura de limpieza de raíces de la parte posterior. Su objetivo principal es garantizar que la costura de soldadura esté completamente penetrada y no tenga defectos internos, cumpliendo con los grados de calidad de soldadura (como grado A, grado B) requeridos por CCS. De acuerdo con el Artículo 2.2.4 del Capítulo 2 de la Parte 3 de las 'Especificaciones de clasificación de buques de acero' de CCS, 'Para soldaduras a tope de estructuras críticas (como vigas de casco, marcos resistentes, placas exteriores laterales, etc.) que soportan cargas estáticas o dinámicas, cuando el espesor de la placa excede el espesor efectivo de la soldadura de un solo lado especificada en la norma, se debe adoptar una soldadura de doble cara o una soldadura de penetración total equivalente a la soldadura de doble cara'. La 'formación de limpieza de raíces' es el paso clave para lograr la 'penetración total', y su calidad afecta directamente la capacidad de carga y la resistencia a la propagación de grietas de la costura de soldadura.

II. Requisitos técnicos de las especificaciones CCS para la limpieza de raíces de soldadura de doble cara

CCS ha propuesto una especificación sistemática para la tecnología de formación de holguras de raíz de soldadura de doble cara, que cubre aspectos como la selección de materiales, el diseño del bisel, el proceso de limpieza, los estándares de inspección y el control de retrabajo. Los puntos clave son los siguientes: 1. Requisitos para materiales y materiales de soldadura: el espacio libre de raíz de soldadura de doble cara es aplicable a los aceros estructurales especificados en las regulaciones CCS para estructuras de barcos (como AH32, DH36, EH36, etc., aceros de alta resistencia) y debe cumplir con los requisitos de 'Acero estructural para barcos'. Para placas con un espesor superior a 30 mm, se requiere una reinspección mediante prueba ultrasónica (UT) para garantizar que no haya delaminación, inclusiones u otros defectos (Artículo 3.2.1 de las 'Reglas de acero para la clasificación de buques').

1. Certificación del material de soldadura: los materiales de soldadura (varillas de soldadura, alambres de soldadura, fundente de soldadura) deben estar aprobados por productos CCS (como las 'Reglas de prueba para el reconocimiento de materiales de soldadura de barcos') y su resistencia debe coincidir con la del material base. Por ejemplo, al soldar acero EH36, se deben seleccionar varillas de soldadura alcalinas con bajo contenido de hidrógeno (como J507RH) o alambres de soldadura por arco sumergido de alta tenacidad (como ER50-6) para garantizar que la resistencia, tenacidad y resistencia al agrietamiento del metal de soldadura no sean inferiores a las del material base.

2. Diseño de ranura y forma de ranura de pretratamiento: según el espesor de la placa y la posición estructural, CCS recomienda utilizar ranuras en forma de X o doble V (Figura 1). Para la soldadura de doble cara, se puede reducir el riesgo de fusión incompleta de la raíz. El ángulo de ranura α suele ser de 60° a 70°, el radio de filete p ≤ 2 mm (para espesor de placa ≤ 25 mm) o p ≤ 3 mm (para espesor de placa > 25 mm) y el espacio de raíz b ≤ 2 mm (según 'Ranuras de soldadura para estructura de barco').

Requisitos de preprocesamiento: antes de soldar, es necesario limpiar la ranura y el área de 20 mm en ambos lados para eliminar impurezas como aceite, óxido y escamas de óxido (Artículo 5.2.1 de la 'Prueba de aprobación del proceso de soldadura de barcos'); para acero de alta resistencia (como EH36), se requiere precalentamiento por llama (con una temperatura de precalentamiento de ≥ 100 ℃) para reducir la velocidad de enfriamiento de la costura de soldadura y evitar grietas por frío.

3. Proceso de limpieza de raíces y especificaciones operativas Método de limpieza de raíces: Los métodos de limpieza de raíces permitidos por CCS incluyen ranurado por arco de carbón (CJP), fresado o corte por plasma. El ranurado por arco de carbón es el método preferido (debido a su bajo costo y alta eficiencia), pero los parámetros de corte con gas deben controlarse estrictamente (corriente 180-250 A, presión de aire comprimido 0,5-0,6 MPa) para evitar la formación de capas carburadas o puntos de cobre (que afectan la calidad de la soldadura posterior).

Profundidad y forma de la limpieza de la raíz: después de la limpieza de la raíz, la superficie del metal debe quedar expuesta con un brillo metálico y no debe haber defectos como fusión incompleta o inclusión de escoria en la raíz; el radio de la raíz del bisel r ≥ 2 mm (para bisel en forma de X) o r ≥ 1,5 mm (para bisel en forma de V), y el borde del filete p ≤ 1 mm (de acuerdo con GB/T 19868-2005). Para soldaduras con un espesor de placa superior a 30 mm, se recomienda realizar la limpieza de la raíz en dos etapas (limpiar hasta 2-3 mm de la superficie posterior en la primera etapa y limpiar completamente en la segunda etapa) para garantizar que la soldadura posterior se forme suavemente.

4. Soldadura posterior durante el tratamiento de soldadura y postcalentamiento: después de la limpieza de raíces, la soldadura posterior debe realizarse inmediatamente utilizando los mismos materiales y procesos de soldadura que en la parte frontal (por ejemplo, en la soldadura por arco sumergido, la corriente es de 180-220 A, el voltaje es de 28-32 V y la velocidad es de 35-45 cm/min). Asegúrese de que el espesor de la costura de soldadura de doble cara sea uniforme y que no haya socavados (la profundidad del socavado debe ser ≤ 0,5 mm y la longitud debe ser ≤ 10% de la longitud total de la costura de soldadura).

Postcalentamiento y aislamiento: para aceros de alta resistencia (como EH36) o cuando la temperatura ambiente es inferior a 5 ℃, después de completar la soldadura, se requiere un tratamiento de poscalentamiento (a una temperatura de 200 ~ 300 ℃, con un tiempo de aislamiento de 1 ~ 2 horas) para eliminar la tensión residual de la soldadura y prevenir grietas inducidas por hidrógeno (según CCS 'Especificación de clasificación de buques de acero' 3.3.4).

5. Estándares de aceptación e inspección de calidad - Pruebas no destructivas (NDT): Se deben realizar 100% pruebas radiográficas (RT) para las costuras de soldadura de soldadura de doble cara. La RT se llevará a cabo de acuerdo con GB/T 3323-2005 'Pruebas radiográficas de uniones soldadas en soldadura por fusión de metales' y se considera calificada en el nivel B (con grados de defectos que no excedan el nivel II). (También se puede realizar UT, pero no tengo mucho conocimiento al respecto. Definitivamente estudiaré más sobre cómo realiza UT la inspección cuando tenga tiempo).

Inspección de apariencia: La superficie de la costura de soldadura debe ser lisa y sin costuras, sin grietas, poros ni inclusiones de escoria. El exceso de altura debe ser de 0 a 3 mm (para ranura en forma de X) o de 0 a 4 mm (para ranura en forma de V). El ancho no debe aumentarse más de 2 mm en cada lado en comparación con la ranura (Apéndice 1 del 'Código para la clasificación de buques de acero').

6. Puntos clave para el control de calidad y problemas comunes a evitar: Limpieza insuficiente de la raíz: Esto puede resultar en una fusión incompleta en la raíz. Es necesario confirmar la profundidad de la limpieza mediante una nueva inspección UT (≥ 80% del espesor de la placa) y verificar la forma utilizando calibres especiales (como calibres de ranura).

Grietas inducidas por hidrógeno: al soldar acero de alta resistencia, es necesario controlar estrictamente la temperatura de precalentamiento (≥100 ℃) y la temperatura de la capa intermedia (≤250 ℃) para evitar grietas por frío.

Control de retrabajo: Si se detectan defectos durante la inspección, el retrabajo debe realizarse de acuerdo con los requisitos de CCS 'Prueba de calificación del proceso de soldadura para barcos' (el número de retrabajos para la misma área no debe exceder 2 veces). Después del retrabajo, se deben realizar nuevamente las pruebas UT/RT.

Conclusión

Las especificaciones técnicas establecidas por la Sociedad de Clasificación de China para el proceso de formación de limpieza de raíces con soldadura de doble cara son 'duras restricciones' para la calidad de la construcción naval. Mediante la combinación de materiales, la optimización de las ranuras, el control del proceso de limpieza de raíces e inspecciones estrictas, es posible garantizar de manera efectiva la penetración total de la costura de soldadura, mejorando así la seguridad y confiabilidad de la estructura del barco.