I ricercatori del Federal Institute for Materials Research and Testing hanno dimostrato che speciali materiali d’apporto per la saldatura possono aumentarne significativamente la resistenza a fatica, allungando la vita utile delle torri delle turbine eoliche offshore.
Un team di ricercatori coordinato dal Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) ha scoperto che speciali materiali d’apporto per la saldatura possono aumentarne significativamente la resistenza a fatica, allungando la vita utile delle torri delle turbine eoliche offshore. Nei test su componenti di acciaio ad alta resistenza, questi materiali, chiamati materiali d’apporto a bassa temperatura di trasformazione (LTT) sono più resistenti dal 50 al 140% rispetto alle saldature convenzionali, a seconda del design e della geometria del cordone.
Le turbine eoliche offshore sono costituite da numerosi componenti saldati e sono esposte a carichi estremi dovuti al vento e alle onde marine, che generano sollecitazioni cicliche che interessano in particolare i cordoni di saldatura. Finora queste condizioni sono state considerate un fattore critico, soprattutto per gli acciai ad alta resistenza, poiché il processo di saldatura stesso altera la microstruttura del materiale e genera dannose tensioni residue di trazione. Per motivi di sicurezza, le normative vigenti hanno finora consentito di sfruttare solo in misura limitata il potenziale di leggerezza costruttiva di questi acciai.
I materiali d’apporto a bassa temperatura di trasformazione, studiati nel progetto collaborativo coordinato da BAM, sono leghe speciali che modificano la microstruttura del cordone di saldatura durante il raffreddamento riducendo significativamente le tensioni residue di trazione. In alcuni casi, si generano persino tensioni residue di compressione favorevoli, che contrastano la formazione di cricche da fatica.
Componenti di acciaio usati nelle turbine eoliche offshore
I ricercatori del Federal Institute for Materials Research and Testing hanno studiato componenti tipici di acciaio ad alta resistenza con rinforzi strutturali aggiuntivi, come quelli utilizzati nelle torri e nelle strutture di supporto delle turbine eoliche. Questi componenti sono soggetti alle maggiori sollecitazioni da fatica. A seconda del progetto e della geometria della saldatura, la resistenza a fatica è stata aumentata dal 50 al 140% rispetto alle saldature convenzionali. Un ulteriore cordone di saldatura LTT, strategicamente posizionato nella zona di saldatura maggiormente sollecitata, si è rivelato particolarmente efficace: “Soprattutto nelle turbine eoliche offshore, la resistenza a fatica delle saldature è un fattore decisivo per la durata di vita. I nostri risultati dimostrano la possibilità di realizzare in sicurezza turbine di dimensioni maggiori e con carichi più elevati, senza ricorrere a processi di post-saldatura lunghi e costosi” spiega Martin Hübner, autore principale dello studio del Centro di Competenza Wind@BAM.
Un vantaggio fondamentale di questo concetto è che l’effetto desiderato viene ottenuto direttamente durante la saldatura, eliminando fasi di lavorazione aggiuntive, così da rendere la sua applicazione particolarmente interessante per l’industria. In prospettiva, l’utilizzo mirato di materiali d’apporto LTT apre anche la strada alla riparazione e al miglioramento delle saldature esistenti.
I risultati sono attualmente oggetto di discussione in gruppi di esperti e comitati per valutare la possibilità di integrarli nelle normative. Le scoperte sono rilevanti non solo per la costruzione di turbine eoliche, ma anche per l’ingegneria meccanica, le costruzioni di acciaio e l’ingegneria automobilistica, ma anche per le grandi gru specializzate necessarie per l’installazione dei futuri parchi eolici.
Il progetto è stato realizzato in collaborazione con l’Istituto Fraunhofer per la Meccanica dei Materiali (IWM) e l’Associazione di Ricerca della Società Tedesca per la Saldatura e i Processi Affini (DVS) ed è stato finanziato dal Ministero Federale dell’Economia e dell’Energia nell’ambito del programma di Ricerca Collaborativa Industriale (IGF).
Foto: BAM
