Test skal dokumentere øget udmattelsesstyrke i vindmølletårne

Ved at udjævne svejsevulster er det muligt at forbedre udmattelsesstyrken i store svejste stålkonstruktioner til fx havvind-industrien. Det er i hvert fald forventningen i EUDP-projektet WindWeld – Teknologisk Institut står for testprogrammet, som skal dokumentere resultaterne.

WindWeld-projektet, som er støttet af EUDP, har som mål at forbedre udmattelseslevetiden - dvs. modstanden mod metaltræthed - i store svejste stålkonstruktioner, såsom tårne og monopæle i havvind-industrien. Forventningen er, at udmattelsesstyrken kan forbedres ved at udjævne svejsevulster, og det vil projektet demonstrere ved at udvikle en automatiseret maskine, der i industriel skala kan udjævne svejsevulsterne.

Efterfølgende skal de ’udjævnede’ svejsninger testes. Hvis de certificerende myndigheder accepterer, at de forbedrede udmattelsesegenskaber, som projektet forventer at opnå, kan udnyttes som ny designbasis, så kan stålforbruget reduceres betragteligt. Det vil give besparelser i hele værdikæden for den danske vindmølleindustri.
​​ Se hvilke typer test, vi tilbyder

Før den automatiserede udjævningssteknik kan få status af godkendt teknik i den danske vind-forsyningskæde, er det dog nødvendigt at levere en overbevisende dokumentation af de udjævnede svejsningers forlængede levetid. WindWeld-projektet inkluderer derfor et omfattende testprogram, som skal bestemme levetiden for testsvejsninger, der er behandlet med den udviklede maskine – og det er her Teknologisk Institut kommer ind i billedet.

Akkrediterede test sikrer dokumentation

Tanken bag udjævningen af svejsevulster er, at jo mere man sliber det svejsede områder, jo finere overflade får de – og dermed er der færre revner, hvori udmattelsesbrud kan starte. Men hvilken levetid kan disse svejsninger så forventes at have, når de svejste elementer er i brug?

Det skal Teknologisk Institut teste sammen med FORCE Technology, da begge GTS-institutter råder over akkrediterede testfaciliteter til at lave de udmattelsestest, som skal dokumentere den forventede levetid.  Disse test laves på mange forskellige slibninger af de svejsede områder og på forskellige overfladebehandlinger, og så sammenlignes testresultaterne efterfølgende.

I løbet af nogle timer eller dage vil der så potentielt ske en revnevækst, der gør, at revnen bliver så stor, at den er synlig – på dette tidspunkt har materialet fejlet. Revnen er forventelig, da materialet har en vis levetid, og levetiden afhænger af de laster, man pulserer imellem. Forskellen mellem lasterne afgør, hvor mange gentagelser der skal til, før revnen bliver så stor, at emnet er ødelagt. Jo højere last, jo kortere tid til forventet revne

- Rasmus Høst Pedersen, Teknologisk Institut

Selve udmattelsestesten (også kendt som levetidstesten) foregår ved, at man bearbejder nogle metal-kødben, som repræsenterer det svejste materiale. Kødbenene spændes op i en maskine, hvor de står og pulserer mellem to forskellige laster - henholdsvis trukket hårdt, aflastet og så trukket hårdt igen. Sådan står maskinen og pulserer flere gange i sekundet, og på den måde simulerer den daglig brug i accelereret tempo.

- I løbet af nogle timer eller dage vil der så potentielt ske en revnevækst, der gør, at revnen bliver så stor, at den er synlig – på dette tidspunkt har materialet fejlet. Revnen er forventelig, da materialet har en vis levetid, og levetiden afhænger af de laster, man pulserer imellem. Forskellen mellem lasterne afgør, hvor mange gentagelser der skal til, før revnen bliver så stor, at emnet er ødelagt. Jo højere last, jo kortere tid til forventet revne, fortæller Rasmus Høst Pedersen, der er prøvningsspecialist hos Teknologisk Institut.

Herefter ser man på, hvor mange gentagelser der skulle til, før revnen opstod - det er det tal, der er interessant i forhold til at fastslå den forventede levetid.

Når revnen er opstået, trækkes kødbenet over, så man på den blottede brudflade kan se, hvor revnen er starte. Er den fx startet i svejsningen eller i grundmaterialet eller et sted derimellem - og er den startet midt i svejsningen eller på overfladen som følge af overfladebehandlingen. Videoen herunder viser de store kødben, der bliver trukket over.

Mindre stålforbrug eller længere levetid

Med resultaterne fra projektet vil vindmølleproducenterne potentielt set kunne reducere stålmængden, der bliver brugt i et tårn, da man i dag typisk overdimensionerer stålmængden ved svejsninger - alternativt man vil kunne forlænge levetiden på tårnet og derved på møllen. Under alle omstændigheder bliver det lettere at vurdere, hvilke behandlinger der skal laves på det svejste tårn for at opnå den bedste levetid.

- Groft sagt kan man sige, at man kan vælge at gøre ingenting og have én levetid. Måske kan man så opnå fem års ekstra levetid ved at slibe mere på svejsningen – eller bruge mindre materiale på at opnå den samme levetid. Så der kan være mange forskellige udfald, lyder det fra Rasmus Høst Pedersen.

I dag er der standarder for, hvordan levetiden beregnes. De resultater, som Teknologisk Institut bidrager med i projektet, kan enten underbygge standarderne eller give belæg for, at man kan opnå en bedre levetid og udnyttelse af materialet – således at standarderne i dag er for konservative.

Om projektet

Partnerne i WindWeld-projektet er Siemens Gamesa, Maxars, Vattenfall Vindkraft, Ørsted Wind Power, COWI, Rambøll Danmark og DTU. Teknologisk Institut er underleverandør til projektet.

Projektet slutter i 2021.