Репортаж от Wedoany，Исследовательский проект, координируемый Федеральным институтом испытаний и исследований материалов (BAM) Германии, позволил повысить усталостную прочность сварных швов высокопрочных стальных компонентов морских ветряных турбин на 50–140% за счет использования нового присадочного металла с низкой температурой превращения (LTT) в качестве сварочного расходного материала. Морские ветряные турбины состоят из множества сварных компонентов и подвергаются экстремальным циклическим нагрузкам от морских волн и ветра, особенно в зонах сварных швов. Традиционно сварочный процесс изменяет микроструктуру материала и создает вредные остаточные растягивающие напряжения, что ограничивает использование потенциала легкости высокопрочных сталей.
Исследовательская группа использовала специальный присадочный металл с низкой температурой превращения (LTT). Этот сплав изменяет микроструктуру сварного шва в процессе охлаждения, значительно снижая остаточные растягивающие напряжения, а в некоторых случаях создавая благоприятные остаточные сжимающие напряжения, которые противодействуют образованию усталостных трещин. Исследование проводилось на типичных высокопрочных стальных компонентах с дополнительным структурным усилением, которые являются одними из наиболее нагруженных усталостными напряжениями частей башни и опорной конструкции ветряной турбины. В зависимости от конструкции и геометрии сварного шва усталостная прочность повысилась на 50–140% по сравнению с традиционными сварными швами. Особенно эффективным оказалось нанесение дополнительного стратегически расположенного валика LTT в зоне концентрации напряжений сварного шва.
«Особенно в морских ветряных турбинах усталостная прочность сварных швов является ключевым фактором, определяющим срок службы», — объясняет Мартин Хюбнер, ведущий автор исследования из центра компетенций Wind@BAM. «Наши результаты показывают потенциал для безопасной реализации более высоких нагрузок и более крупных ветряных турбин без необходимости в трудоемких и дорогостоящих процессах послесварочной обработки». Ключевое преимущество этого процесса заключается в том, что необходимый эффект достигается непосредственно в процессе сварки, что исключает дополнительные рабочие этапы и делает его привлекательным для промышленного применения. В перспективе целенаправленное использование присадочных материалов LTT также открывает возможности для ремонта и модернизации существующих сварных швов.
В настоящее время соответствующие результаты обсуждаются в экспертных группах и комитетах для изучения возможности их включения в нормативные стандарты. Эти выводы применимы не только к производству ветряных турбин, но и к машиностроению, строительству стальных конструкций, автомобилестроению, а также к крупным специализированным кранам, необходимым для будущего строительства ветропарков. Проект выполняется в сотрудничестве с Фраунгоферовским институтом механики материалов (Fraunhofer IWM) и Исследовательским объединением Немецкого общества сварки и смежных процессов (DVS) и финансируется Федеральным министерством экономики и энергетики в рамках программы промышленных совместных исследований (IGF).
