Development of a robust welding process for electron beam welding of thick plates for construction of offshore wind turbines

Due to its high energy intensity and the associated high welding depth, electron beam welding is particularly suitable for welding steel plates with high wall thicknesses. These are used, for example, in offshore wind power systems. However, due to the cooling conditions, the required cold toughness for offshore applications is often not achieved. The aim is to develop S355 ML steels - within the EN10025 4 standard - for welding monopiles for wind turbines. For this purpose, three parameters with different energy input are developed on three steels. The tests are carried out on plates with a wall thickness of 80 mm, whereby a full penetration weld must be achieved. The resulting top and bottom bead of the welds meet the standard DIN EN ISO 13919-1. The parameters have an energy per unit length of 9.5 kJ mm-1 to 15.5 kJ mm-1. The resulting weld seams have an average width of 5.5 mm to 7.5 mm, and burn-off of the manganese alloy element is observed, particularly on the top side of the seam. In addition, T8/5 times close to the weld seam of 11 s to 27 s are estimated using a simulation. Durch die hohe Energieintensit & auml;t und damit einhergehende hohe Einschwei ss tiefe eignet sich das Elektronenstrahlschwei ss en besonders f & uuml;r das Verschwei ss en von Grobblechen mit hohen Wandst & auml;rken, die beispielsweise bei Offshore-Windenergieanlagen zum Einsatz kommen. Allerdings wird durch die Abk & uuml;hlbedingungen die geforderte Kaltz & auml;higkeit f & uuml;r den Offshore-Einsatz oft nicht erreicht. Das Ziel ist die Entwicklung von St & auml;hlen S355 ML - innerhalb der Norm EN10025 4 - f & uuml;r das Schwei ss en von Monopiles f & uuml;r Windenergieanlagen. Dazu werden drei Parameter mit unterschiedlicher Energieeinbringung an drei St & auml;hlen entwickelt. Die Untersuchungen wurden an St & auml;hlen mit einer Wandst & auml;rke von 80 mm durchgef & uuml;hrt, wobei eine vollst & auml;ndige Durchschwei ss ung sichergestellt werden muss. Die resultierende Ober- und Unterraupen der Schwei ss n & auml;hte entsprechen der Norm DIN EN ISO 13919-1. Die Parameter haben eine Streckenenergie von 9.5 kJ mm-1 bis 15.5 kJ mm-1. Die resultierenden Schwei ss n & auml;hte weisen eine gemittelte Breite von 5,5 mm bis 7,5 mm auf, insbesondere an der Nahtoberseite wird ein Abbrand des Legierungselements Mangan festgestellt. Zus & auml;tzlich werden durch eine Simulation T8/5-Zeiten nahe an der Schwei ss naht von 11 s bis 27 s abgesch & auml;tzt. To produce offshore wind turbines, steels that are suitable for welding with the electron beam welding process are to be developed. For this purpose, three parameters for welding 80 mm thick steel plates in a single welding pass are developed. image