激光复合焊接新方法：风力发电钢构塔生产成本与排放降低90%

2023-08-07 09:28

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。

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。