最近,德国联邦材料研究与测试研究所(BAM)风能技术中心的一组科学家开发了一种使用激光复合焊接的方法,能够更快、更经济地制造风力发电钢构塔。据悉,这种方法将焊接成本降低了90%,同时减少了风力发电塔生产过程中90%的二氧化碳排放量。
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具体而言,这种新方法将一座120米高的现代风力发电钢铁塔的焊接时间减少了8倍(从96小时减少到不到12小时);同时,它还可以将过程能耗从4000千瓦时减少到900千瓦时。
突破厚度限制,焊接质量更上一层楼
如今常见的现代化风力发电钢铁塔总长度约为700米,由厚达30毫米的钢板通过几层焊缝紧密连接而成。过去,人们通常使用埋弧焊来进行这项操作,但这种方法需要长达100小时才能完成。按此推算,这也将德国剩余的四个生产基地的产能限制在了每年约520座钢构塔,仅达到德国政府对陆上风能扩张目标的一半左右。在这种不够高效的情况下,当下德国较多的钢塔还是从中国引进的。
过去20余年以来,激光复合焊接(一般是激光束和电弧焊接的组合)已被用于快速加工处理焊缝,而且几乎不需要返工。它最初应用于汽车工业,能够连接厚度为1-3mm的金属板,随后开始在造船工业也大展拳脚,且零件加工厚度已经达到10mm。
目前,激光复合焊接技术只需要一个焊接层,这是它的优势之一。但是,到目前为止,它只被行业批准用于12毫米厚的板材焊接。这是因为当焊接较厚的板材时,由于重力的作用,焊缝下方的液化金属会形成液滴,这既会危及焊缝的稳定性,又会带来昂贵耗时的返工工序。
近年来,德国联邦材料研究与测试研究所(BAM)的研究人员已经开发出一种解决方案来解决这个长期存在的问题。它包括在焊接区域安装一个电磁铁系统,通过产生所谓的洛伦兹力来抵消重力的影响,防止焊缝处形成液滴状缺陷。这项创新能够在使用激光复合焊接快速连接厚钢板的同时,不影响焊接的稳定性。
电磁激光复焊新方案,场景更丰富
他们开发的激光复合焊接新方法使用电磁铁来抵消重力的影响,以防止焊缝上形成液滴状缺陷。
据悉,BAM风能能力中心的4位科学家正在建立他们自己的衍生公司来商业化这项技术,目标是在未来两年内将其发展成一个可销售的工业系统。
负责这家新公司研发的Fatma Akyel解释称:“专家们已经证实,我们的系统将有望颠覆风能行业。与此同时,风力发电钢构塔只是我们这项创新的应用领域之一。这一技术在将厚壁钢板连接在一起的许多场景中都颇具潜力,包括氢气管道的建设,液化气/化学品的容器,船舶和桥梁的建设。”
目前,这项工作已经得到了德国联邦经济和气候行动部(BMWK)的EXIST资助计划的支持。除了加速风力发电场的生产,这项技术还可以为游轮、管道、燃气轮机、油箱和许多其他工业结构的制造节省时间和资金。
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