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最近，德國聯(lián)邦材料研究與測試研究所(BAM)風能技術(shù)中心的一組科學(xué)家開發(fā)了一種使用激光復(fù)合焊接的方法，能夠更快、更經(jīng)濟地制造風力發(fā)電鋼構(gòu)塔。據(jù)悉，這種方法將焊接成本降低了90％，同時減少了風力發(fā)電塔生產(chǎn)過程中90％的二氧化碳排放量。
具體而言，這種新方法將一座120米高的現(xiàn)代風力發(fā)電鋼鐵塔的焊接時間減少了8倍(從96小時減少到不到12小時)；同時，它還可以將過程能耗從4000千瓦時減少到900千瓦時。
突破厚度限制，焊接質(zhì)量更上一層樓
如今常見的現(xiàn)代化風力發(fā)電鋼鐵塔總長度約為700米，由厚達30毫米的鋼板通過幾層焊縫緊密連接而成。過去，人們通常使用埋弧焊來進行這項操作，但這種方法需要長達100小時才能完成。按此推算，這也將德國剩余的四個生產(chǎn)基地的產(chǎn)能限制在了每年約520座鋼構(gòu)塔，僅達到德國政府對陸上風能擴張目標的一半左右。在這種不夠高效的情況下，當下德國較多的鋼塔還是從中國引進的。
過去20余年以來，激光復(fù)合焊接(一般是激光束和電弧焊接的組合)已被用于快速加工處理焊縫，而且?guī)缀醪恍枰倒?。它最初?yīng)用于汽車工業(yè)，能夠連接厚度為1-3mm的金屬板，隨后開始在造船工業(yè)也大展拳腳，且零件加工厚度已經(jīng)達到10mm。
目前，激光復(fù)合焊接技術(shù)只需要一個焊接層，這是它的優(yōu)勢之一。但是，到目前為止，它只被行業(yè)批準用于12毫米厚的板材焊接。這是因為當焊接較厚的板材時，由于重力的作用，焊縫下方的液化金屬會形成液滴，這既會危及焊縫的穩(wěn)定性，又會帶來昂貴耗時的返工工序。
近年來，德國聯(lián)邦材料研究與測試研究所(BAM)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種解決方案來解決這個長期存在的問題。它包括在焊接區(qū)域安裝一個電磁鐵系統(tǒng)，通過產(chǎn)生所謂的洛倫茲力來抵消重力的影響，防止焊縫處形成液滴狀缺陷。這項創(chuàng)新能夠在使用激光復(fù)合焊接快速連接厚鋼板的同時，不影響焊接的穩(wěn)定性。
電磁激光復(fù)焊新方案，場景更豐富
他們開發(fā)的激光復(fù)合焊接新方法使用電磁鐵來抵消重力的影響，以防止焊縫上形成液滴狀缺陷。
據(jù)悉，BAM風能能力中心的4位科學(xué)家正在建立他們自己的衍生公司來商業(yè)化這項技術(shù)，目標是在未來兩年內(nèi)將其發(fā)展成一個可銷售的工業(yè)系統(tǒng)。
負責這家新公司研發(fā)的Fatma Akyel解釋稱：“專家們已經(jīng)證實，我們的系統(tǒng)將有望顛覆風能行業(yè)。與此同時，風力發(fā)電鋼構(gòu)塔只是我們這項創(chuàng)新的應(yīng)用領(lǐng)域之一。這一技術(shù)在將厚壁鋼板連接在一起的許多場景中都頗具潛力，包括氫氣管道的建設(shè)，液化氣/化學(xué)品的容器，船舶和橋梁的建設(shè)。”
目前，這項工作已經(jīng)得到了德國聯(lián)邦經(jīng)濟和氣候行動部(BMWK)的EXIST資助計劃的支持。除了加速風力發(fā)電場的生產(chǎn)，這項技術(shù)還可以為游輪、管道、燃氣輪機、油箱和許多其他工業(yè)結(jié)構(gòu)的制造節(jié)省時間和資金。
原標題:激光復(fù)合焊接新方法：風力發(fā)電鋼構(gòu)塔生產(chǎn)成本與排放降低90%
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