de.wedoany.com-Bericht: Ein vom Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) koordiniertes Forschungsprojekt hat durch den Einsatz neuartiger Niedrigtemperaturumwandlungs (LTT)-Zusatzwerkstoffe als Schweißzusätze die Ermüdungsfestigkeit von Schweißnähten an hochfesten Stahlkomponenten von Offshore-Windkraftanlagen um 50 bis 140 % gesteigert. Offshore-Windkraftanlagen bestehen aus zahlreichen geschweißten Bauteilen, die extremen zyklischen Belastungen durch Wind und Wellen ausgesetzt sind, insbesondere im Bereich der Schweißnähte. Traditionell verändert der Schweißprozess die Mikrostruktur des Materials und erzeugt schädliche Zug-Eigenspannungen, die das Leichtbaupotenzial hochfester Stähle einschränken.
Das Forschungsteam verwendete spezielle LTT-Zusatzwerkstoffe, die während des Abkühlens die Mikrostruktur der Schweißnaht verändern, die Zug-Eigenspannungen deutlich reduzieren und in einigen Fällen sogar vorteilhafte Druck-Eigenspannungen erzeugen, die der Bildung von Ermüdungsrissen entgegenwirken. Die Untersuchungen konzentrierten sich auf typische hochfeste Stahlkomponenten mit zusätzlichen strukturellen Verstärkungen, die zu den am stärksten ermüdungsbeanspruchten Teilen von Turm und Tragstruktur der Windkraftanlage gehören. Je nach Konstruktion und Schweißnahtgeometrie wurde die Ermüdungsfestigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Schweißnähten um 50 bis 140 % erhöht. Besonders effektiv erwies sich das strategische Aufbringen einer zusätzlichen LTT-Schweißraupe im spannungskonzentrierten Bereich der Schweißnaht.
„Insbesondere bei Offshore-Windkraftanlagen ist die Ermüdungsfestigkeit der Schweißnähte ein entscheidender Faktor für die Lebensdauer“, erklärt Martin Hübner, Hauptautor der Studie am Kompetenzzentrum Wind@BAM. „Unsere Ergebnisse zeigen das Potenzial, höhere Lasten und größere Anlagen sicher zu realisieren, ohne auf zeitaufwändige und teure Nachbehandlungsverfahren angewiesen zu sein.“ Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass die gewünschte Wirkung direkt während des Schweißprozesses erzielt wird, wodurch zusätzliche Arbeitsschritte entfallen und es für industrielle Anwendungen attraktiv wird. Mit Blick auf die Zukunft eröffnet der gezielte Einsatz von LTT-Zusatzwerkstoffen auch Möglichkeiten für die Reparatur und Nachrüstung bestehender Schweißnähte.
Derzeit werden die Ergebnisse in Expertengremien und Ausschüssen diskutiert, um eine Aufnahme in regulatorische Standards zu prüfen. Die Erkenntnisse sind nicht nur für die Windkraftanlagenfertigung relevant, sondern auch für den Maschinenbau, den Stahlbau, die Automobiltechnik sowie für die großen Spezialkrane, die für den zukünftigen Windparkbau erforderlich sind. Das Projekt wurde in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (Fraunhofer IWM) und dem Forschungsverband des Deutschen Verbands für Schweißen und verwandte Verfahren (DVS) durchgeführt und im Rahmen des Programms Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.
