Barras de 100 metros soldadas por láser para imanes de fusión
Los conductores de un imán de fusión van encamisados en un perfil de acero que tiene que recorrer un kilómetro sin ninguna unión transversal, lo que es una cuestión de fabricación mucho antes que de física. En colaboración con el Swiss Plasma Center de la EPFL, integrante del consorcio EUROfusion, Montanstahl se propuso demostrar que la soldadura por láser longitudinal es industrialmente viable en un perfil así, formado por dos semicarcasas de acero inoxidable 316L soldadas simultáneamente por ambos lados. Se fabricaron tres barras de 100 metros para comprobar la integridad estructural de la unión y la repetibilidad del proceso.
Un estudio de viabilidad para un perfil de un kilómetro
El proyecto forma parte del programa de investigación y desarrollo dirigido por el Swiss Plasma Center de la EPFL como miembro del consorcio EUROfusion, cuyo trabajo se orienta al desarrollo de los superconductores para los imanes del futuro reactor de fusión DEMO Tokamak. El objetivo concreto era demostrar la viabilidad técnica e industrial de la soldadura por láser longitudinal en un perfil de un kilómetro de longitud, formado por dos semicarcasas de acero inoxidable 316L soldadas simultáneamente por ambos lados. La razón de este requisito es que un cable superconductor se introduce en su camisa a lo largo de toda su longitud, de modo que cualquier interrupción del perfil se convierte en una discontinuidad del imán. Para validar el enfoque, Montanstahl soldó tres perfiles de 100 metros cada uno, centrándose en la integridad estructural de la unión soldada y en la repetibilidad del proceso, que es la cuestión que decide si un resultado de laboratorio puede convertirse en una cadena de suministro para la generación de energía.
Cuatro problemas que solo aparecen a esta longitud
Cada dificultad de este proyecto es conocida, pero la escala la vuelve desconocida. La primera fue laminar en caliente una forma en U muy precisa en barras de 100 metros de longitud, que después se soldarían por láser, con un plano que fija la sección dentro de tres décimas de milímetro en una altura de 63 mm y una anchura de 28,8 mm. La segunda fue manipular y transportar barras de esa longitud de forma segura y controlada, ya que una sección de 100 metros flecta bajo su propio peso y puede dañarse simplemente al moverla. La tercera fue lograr una alineación precisa de las dos semicarcasas en toda la longitud, porque una desalineación de una fracción de milímetro en un punto produce localmente un cordón defectuoso aunque todo lo demás sea correcto. La cuarta fue garantizar una soldadura constante de penetración completa y alta calidad de principio a fin, que sostiene tanto la integridad estructural de la camisa como la repetibilidad que el programa necesitaba demostrar.
Contexto de aplicación
Montanstahl empezó por las propias semicarcasas, fabricando las barras mediante laminado de precisión, que proporcionó la geometría exacta y la precisión dimensional requeridas sin necesidad de estirar en frío las secciones, lo que elimina una operación que habría sido poco práctica a esta longitud. Después, los perfiles se soldaron según la especificación del proyecto, con guías a medida que mantenían las dos semicarcasas perfectamente alineadas al entrar en la zona de soldadura, de modo que la posición de la unión se controla de forma continua en lugar de fijarse una sola vez al principio. Un ensayo ultrasónico en línea supervisó el cordón de soldadura durante todo el proceso, haciendo que la calidad y la repetibilidad fueran medibles a lo largo de los 100 metros completos en lugar de deducirse a partir de muestras, un enfoque coherente con la gestión de la calidad de Montanstahl. La prueba demostró que los perfiles inox de esta longitud pueden soldarse de forma fiable, abriendo el camino a aplicaciones industriales en la tecnología de fusión. Las secciones de este tipo se desarrollan como perfiles especiales, con detalles en las Q&A técnicas.