Quality testing of welded joints of wind towers with advanced ultrasonic techniques – a case study

• Autorzy: Bera Alicja , Górski Zbigniew , Pyszko Ryszard , Sala Jolanta , Szczurek Arkadiusz

Identyfikatory

DOI

10.32730/mswt.2024.68.3.4

Warianty tytułu

PL

Badanie jakości złączy spawanych wież wiatrowych zaawansowanymi technikami ultradźwiękowymi – studium przypadku

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The application of advanced quality control tests for welds is essential for enhancing competitiveness in the welded construction industry. The global focus on obtaining energy from alternative sources is leading to the increased production of wind towers. Improving the method of conducting inspections is necessary as wind tower structures are subject to 100% quality control of welded joints. The article presents the comparison of tests involving a model of an actual wind tower structure and ultrasonic methods, i.e. the conventional UT technique and the advanced and automated PAUT technique. An important element of the tests was the development of the instrumentation enabling the more accurate recording of the process.

PL

Zastosowanie zaawansowanych badań kontroli jakości spoin jest istotne dla podniesienia konkurencyjności w branży konstrukcji spawanych. Globalne ukierunkowanie pozyskiwania energii z alternatywnych źródeł prowadzi do zwiększenia produkcji wież wiatrowych. Konstrukcje te podlegają 100 % kontroli jakości złączy spawanych i dlatego istotne jest doskonalenie sposobu przeprowadzania kontroli. W artykule przedstawiono porównanie badań przeprowadzonych na modelu rzeczywistej konstrukcji wieży wiatrowej metodami ultradźwiękowymi: konwencjonalną techniką UT oraz techniką zaawansowaną i zautomatyzowaną PAUT. Ważnym elementem badań było opracowanie oprzyrządowania umożliwiającego doskonalszą rejestrację procesu.

Słowa kluczowe

EN

wind towers; non-destructive tests; ultrasonic test; UT; PAUT; non-conformities welding; welding defects; phased array; ultrasonic technique; Phased Array Ultrasonic Testing

PL

wieże wiatrowe; badania nieniszczące; badanie ultradźwiękowe; UT; PAUT; niezgodności spawalnicze; wady spawalnicze; technika ultradźwiękowa; szyk fazowany

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Materials Science and Welding Technologies / Technologie Materiałowe i Spawalnicze
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 68, No. 3
• Strony: art. no. 4
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Bera Alicja

• Gdańsk University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Ship Technology, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-0455-7039

autor

Górski Zbigniew

• Baltic Operator Sp. z o.o.

autor

Pyszko Ryszard

• Gdańsk University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Ship Technology, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-4097-1931

autor

Sala Jolanta

• Baltic Operator Sp. z o.o.

• https://orcid.org/0000-0001-8421-6949

autor

Szczurek Arkadiusz

• Baltic Operator Sp. z o.o.

Bibliografia

• [1] Pająk P.: Najwięksi producenci elektrowni wiatrowych. Zmiana na pozycji lidera, Gramwzielone.pl, 2023.
• [2] Rada Ministrów Rzeczypospolitej Polskiej and Ministerstwo Klimatu i Środowiska, Polityka Energetyczna Polski do 2040 r., Dziennik Urzędowy Monitor Polski, no. 22, 2021.
• [3] Bera A., Gniba R., Sala J.: Identyfikacja szans rozwoju polskiej morskiej energetyki wiatrowej, Gdańsk 2020.
• [4] Bera A., Górski Z., Pyszko R., Sala J.: Identyfikacja procesów produkcji wież wiatrowych, Gdańsk 2021.
• [5] Bazeos N., Hatzigeorgiou G.D., Hondros I.D., Karamaneas H., Karabalis D.L., Beskos D.E.: Static, seismic and stability analyses of a prototype wind turbine steel tower. Engineering Structures, 2002, vol. 24, no. 8, pp. 1015-1025, DOI: 10.1016/S0141-0296(02)00021-4.
• [6] Lavassas I., Nikolaidis G., Zervas P., Efthimiou E., Doudoumis I.N., Baniotopoulos C.C.: Analysis and design of the prototype of a steel 1-MW wind turbine tower. Engineering Structures, 2003, vol. 25, no. 8, pp. 1097-1106, DOI: 10.1016/S0141-0296(03)00059-2.
• [7] Veljkovic M., Heistermann C. i in.: High-strength tower in steel for wind turbines. Contract No RFSR-CT-2006-00031, Brussel 2006.
• [8] Nussbaumer A., Borges L., Davaine L.: Fatigue Design of Steel and Composite Structures. Ernst & Sohn, 2011.
• [9] Bzdawka K.: Structural analysis of a wind turbine tower-steel tubular towers of heights: 76.15 m and 105.0 m. MSc Thesis, Poznan 2011.
• [10] Lee K.S., Bang H.: A study on the prediction of lateral buckling load for wind turbine tower structures. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 2013, vol. 13, pp. 1829-1836, DOI: 10.1007/s12541-012-0240-y.
• [11] Thanasoulas I.D., Koulatsou K.G., Gantes C.J.: Nonlinear Numerical Simulation of Bolted Ring Flanges in Wind Turbine Towers. Proceedings of the IASS-SLTE 2014 Symposium. Shells, Membranes and Spatial Structures: Footprints, September 2014.
• [12] Baltic Operator, Zwijarki do blachy grubej. Data dostępu: 12.04.2024 https://gdanskshipyard.pl/products/wieze-wiatrowe/.
• [13] Cicero S., Lacalle R., Cicero R.: Estimation of the maximum allowable lack of penetration defects in circumferential butt welds of structural tubular towers. Engineering Structures, 2009, vol. 31, no. 9, pp. 2123-2131, DOI: 10.1016/j.engstruct.2009.03.013.
• [14] Lotsberg I.: Stress concentrations due to misalignment at butt welds in plated structures and at girth welds in tubulars. International Journal of Fatigue, 2009, vol. 31, no. 8-9, pp. 1337-1345, DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2009.03.005.
• [15] Jiang W., Fan Q., Gong J.: Optimization of welding joint between tower and bottom flange based on residual stress considerations in a wind turbine, Energy, 2010, vol. 35, pp. 461-467, DOI: 10.1016/j.energy.2009.10.012.
• [16] Veljkovic M., Feldmann M., Naumes J., Pak D., Rebelo C., Da Silva L.S.: Friction connection in tubular towers for a wind turbine, Stahlbau, 2010, vol. 79, no. 9, pp. 660-668, DOI: 10.1002/stab.201001365.
• [17] Stavridou N., Efthymiou E., Baniotopoulos C.C.: Welded connections of wind turbine towers under fatigue loading: Finite element analysis and comparative study. American Journal of Engineering and Applied Sciences, 2015, vol. 8, no. 4, pp. 489-503, DOI: 10.3844/ajeassp.2015.489.503.
• [18] Khatri D.: Structural Failures of Wind Towers and Dynamic Analysis Procedures. Los Angeles 2009.
• [19] Chou J.S., Tu W.T.: Failure analysis and risk management of a collapsed large wind turbine tower. Engineering Failure Analysis, 2011, vol. 18, no. 1, pp. 295-313, DOI: 10.1016/j.engfailanal.2010.09.008.
• [20] Lacalle R., Cicero S., Álvarez J.A., Cicero R., Madrazo V.: On the analysis of the causes of cracking in a wind tower. Engineering Failure Analysis, 2011, vol. 18, no. 7, pp. 1698-1710, DOI: 10.1016/j.engfailanal.2011.02.012.
• [21] Raftery M.: The dark side of „green”: Wind turbine accidents, injuries and fatalities raise serious safety concerns. East County Magazine, 2012.
• [22] Ragheb M.: Safety of wind systems. Wind Power Systems Course material, 2013.
• [23] Kloskowski L., Pałubicki S., Kukiełka K.: Badania nieniszczące złączy spawanych na przykładzie wybranych elementów konstrukcyjnych siłowni wiatrowych. Autobusy: technika, eksploatacja, systemy transportowe, 2015, t. 16, no. 6, pp. 113-122.
• [24] Lewandowski M., Rozbicki J., Smach H., Karwat P., Szczurek A., Sala J., Bera A.: Modelowe rozwiązania skanerów UTPA do badań spawów dla wież wiatrowych, sekcji płaskich oraz konstrukcji wielkogabarytowych on-shore/off-shore. Badania Nieniszczące i Diagnostyka, 2022, t. 1-4, pp. 89-92, DOI: 10.26357/BNID.2022.010.
• [25] PN-EN ISO 17640:2019-01: 2019. Badania nieniszczące spoin - Badania ultradźwiękowe - Techniki, poziomy badania i ocena.
• [26] PN-EN ISO 23279:2017-11: 2017. Badania nieniszczące spoin – Badania ultradźwiękowe – Charakterystyka nieciągłości w spoinach.
• [27] PN-EN ISO 11666:2018-04: 2018. Badania nieniszczące spoin – Badania ultradźwiękowe – Poziomy akceptacji.
• [28] PRS: 2021. Przepisy – Publikacja 80/P – Badania nieniszczące.
• [29] Śliwowski M.: Podstawy zawansowanej technologii phased-array. Podstawy i zastosowania, Warszawa 2021.
• [30] Śliwowski M.: Zautomatyzowane badania systemami PA + TOFD – wdrażanie i zastosowania. Badania Nieniszczące i Diagnostyka, 2022, t. 1-4, pp. 50-62. doi: 10.26357/BNID.2022.007.
• [31] PN-EN ISO 13588:2019-04: 2019. Badania nieniszczące spoin – Badanie ultradźwiękowe – Stosowanie zautomatyzowanej techniki głowicy mozaikowej.
• [32] PN-EN ISO 18563-2:2017-11: 2017. Badania nieniszczące – Charakteryzowanie i weryfikacja aparatury ultradźwiękowej z głowicami wieloprzetwornikowymi – Część 2: Głowice.
• [33] PN-EN ISO 19285:2017-11: 2017. Badania nieniszczące spoin – Badania ultradźwiękowe techniką głowicy mozaikowej (PAUT) – Kryteria akceptacji.