Dokument-ID Dokumenttyp Autoren/innen Persönliche Herausgeber/innen Haupttitel Abstract Auflage Verlagsort Verlag Herausgeber (Institution) Erscheinungsjahr Titel des übergeordneten Werkes Jahrgang/Band ISBN Veranstaltung Veranstaltungsort Beginndatum der Veranstaltung Enddatum der Veranstaltung Ausgabe/Heft Erste Seite Letzte Seite URN DOI Lizenz Datum der Freischaltung OPUS4-37161 Zeitschriftenartikel Frei, J.; Suwala, H.; Gumenyuk, Andrey; Rethmeier, Michael Bestimmung der Rissanfälligkeit von hochfesten Stählen beim Widerstandspunktschweißen Die stetig zunehmenden Anforderungen an Kraftstoffverbrauch, Schadstoffemission, sowie passive Sicherheit haben die Automobilindustrie vor Herausforderungen gestellt, die nur durch einen konsequenten Einsatz moderner hochfester Stahlwerkstoffe zu bewältigen sind. Obgleich eine generelle Eignung dieser Stähle für das Widerstandspunktschweißen (WPS) gegeben ist, kann es durch verschiedene externe Einflüsse im betrieblichen Umfeld zur Rissbildung in der Schweißverbindung kommen. Der Einfluss dieser Risse auf die mechanischen Eigenschaften ist derzeit nicht hinreichend genau erfasst, so dass häufig die Vorgabe einer rissfreien Schweißverbindung besteht. Die Kenntnis der Rissanfälligkeit der verarbeiteten Materialkombinationen sowie von ungünstigen Schweißparametern ist daher für viele Unternehmen von erheblicher wirtschaftlicher Bedeutung. Im Rahmen des FOSTA Projekts P921 „Entwicklung eines Verfahrens zur Bestimmung der Rissanfälligkeit von hochfesten Stählen beim Widerstandspunktschweißen" wurde ein Ansatz zur Bestimmung der Rissanfälligkeit von WPS-Verbindungen hochfester Stähle entwickelt. Mittels einer hydraulischen Vorrichtung unter Zugbelastung wurden geschweißte, rissbehaftete Proben optisch ausgewertet. Das Verfahren ist geeignet, um ein Werkstoffranking bezüglich der Rissanfälligkeit beim Widerstandspunktschweißen für Werkstoffe aufzustellen. München Carl Hanser Verlag 2016 Mechanical Testing 58 7-8 612 616 10.3139/120.110904 2016-08-23 OPUS4-36377 Zeitschriftenartikel Frei, J.; Rethmeier, Michael; Alexandrov, B. T. Low heat input gas metal arc welding for dissimilar metal weld overlays part I: the heat-affected zone Dissimilar metal weld overlays of nickel base alloys on low alloy steel components are commonly used in the oil and gas, petro-chemical, and power generation industries to provide corrosion and oxidation resistance in a wide range of service environments and temperatures. Traditionally, weld overlays are produced using cold or hot wire gas tungsten arc welding (GTAW). Potential advantages of cold metal Transfer (CMT) welding, a low heat input gas metal arc welding process, over the conventional GTAW in production of weld overlays were evaluated. Metallurgical characterization was performed on CMT overlays of Alloy 625 filler metal on Grade 11 and Grade 22 steels. Significant grain refinement was found in the high temperature HAZ compared to the traditional coarse-grained HAZ in arc welding. Evidences of incomplete carbide dissolution, limited carbon diffusion, and incomplete transformation to austenite were also found. These phenomena were related to high heating and cooling rates and short dwell times of the high-temperature HAZ in austenitic state. Tempering effects in the steel HAZ were identified, showing a potential for development of CMT temperbead procedures. Based on the results of this study, the steel HAZ regions in CMT overlays were classified as high-temperature HAZ and intercritical HAZ. Heidelberg, Germany Springer 2016 Welding in the World 60 3 459 473 10.1007/s40194-016-0306-z 2016-06-07 OPUS4-38747 Zeitschriftenartikel Frei, J.; Rethmeier, Michael Rethmeier, Michael Einfach anwenderfreundlich - Numerische Simulation von Fügestellen Ob in der Automobilindustrie, beim Rohrleitungs- oder beim Kraftwerksbau - anspruchsvolle und hochwertige Fügeverbindungen entscheiden oft über die Qualität des Endproduktes. Um z. B. das Verzugsverhalten von Karosseriebauteilen vorab einschätzen zu können, setzen Hersteller auf die numerische Simulation der geschweißten Komponenten. Besondere Aufmerksamkeit gilt hier den Fügestellen. Da diese oft nur wenige Millimeter klein sind, kommen konventionelle Prüfverfahren wie der Zugversuch hier jedoch nicht ohne weiteres in Frage. Forscher des Fraunhofer IPK untersuchen deshalb eine alternative Methode, um die negativen Begleiterscheinungen des thermischen Schweißens im Vorfeld am PC zu analysieren und nötige Gegenmaßnahmen ableiten zu können. 2016 Futur 2 14 15 2016-12-20 OPUS4-44721 Zeitschriftenartikel Frei, J.; Alexandrov, B. T.; Rethmeier, Michael Low heat input gas metal arc welding for dissimilar metal weld overlays part II: the transition zone Dissimilar metal weld overlays (DMWOL) of nickel base alloys on low alloy steel components are commonly used in the oil and gas, petrochemical, and power generation industries to provide corrosion and oxidation resistance in a wide range of service environments and temperatures. Traditionally, dissimilar weld overlays are produced using cold or hot wire gas tungsten arc welding. This study aims to identify and evaluate potential advantages of low heat input gas metal arc welding processes over the conventional gas tungsten arc welding in the production of dissimilar weld overlays. In order to evaluate the quality of these overlays regarding resistance against hydrogen-assisted cracking, their transition zone region is investigated in this part of the publication series. Metallurgical characterization, including energy-dispersive x-ray spectroscopy, is performed on Alloy 625/grade 22 steel overlays. The transition zone is characterized by a narrow planar growth zone and steep compositional gradients from the fusion boundary towards the weld metal. Evidence of low carbon contents in the planar growth zone, as well as for carbide precipitation in the cellular growth zone was found. The microstructure in the transition zone region of the fusion zone shows characteristics known to be suitable for good resistance against hydrogen embrittlement. Heidelberg, Germany Springer 2018 Welding in the World 62 2 317 324 10.1007/s40194-017-0539-5 2018-04-19 OPUS4-44921 Vortrag Frei, J. Susceptibility of zinc coated, 800 MPa class dual phase steel sheets to liquid metal embrittlement during resistance spot welding Cracking mechanism is proven to be liquid metal embrittlement. Method is suitale for Determination of LME susceptibility. Formation of LME is highly dependent on temperature fields, influenced by wlding curren (high influence) and electrode wear (low influence). Hot-dip galvanized material causes highest electrode wear - potentially beneficial in combination with low welding currents (lower current density) regarding LME. Other methods to reduce current density like Change of electrode cap shape may be beneficial. Critical loadcases are between 50% and 60% of the material's yield strength (valid only for tested materials, coatings and the Parameter choices). -> Only externally applied tensile stress is known 2018 Automotive Circle Bad Nauheim, Germany 11.04.2018 12.04.2018 2018-05-17 OPUS4-49079 Vortrag Frei, J.; Biegler, M.; Rethmeier, Michael Resistance spot welding under external load for evaluation of LME susceptibility of zinc coated advanced high strength steel sheets Some zinc coated advanced high strength steels (AHSS), under certain manufacturing conditions, are known to be prone to liquid metal embrittlement (LME) during resistance spot welding. LME is an undesired phenomenon, which can cause both surface and internal cracks in a spot weld, potentially influencing its strength. An effort is made to understand influencing factors of LME better, and evaluate geometry-material combinations regarding their LME susceptibility. Manufacturers benefit from such knowledge because it improves the processing security of the materials. The experimental procedure of welding under external load is performed with samples of multiple AHSS classes with strengths up to 1200 MPa, including dual phase, complex phase and TRIP steels. This way, externally applied tensile load values are determined, which cause liquid metal embrittlement in the samples to occur. In the future, finite element simulation of this procedure gives access to in-situ stress and strain values present during LME formation. The visualization improves the process understanding, while a quantification of local stresses and strains allows an assessment of specific welded geometries. 2019 ESDAD 2019 Dusseldorf, Germany 24.06.2019 2019-10-14 OPUS4-48096 Zeitschriftenartikel Frei, J.; Alexandrov, B.; Rethmeier, Michael Low heat input gas metal arc welding for dissimilar metal weld overlays part III: hydrogen-assisted cracking susceptibility Dissimilar metal weld overlays of nickel-base alloys on low-alloy steel components are commonly used in the oil and gas, petrochemical, and power generation industries to provide corrosion and oxidation resistance in a wide range of service Environments and temperatures. Traditionally, dissimilar weld overlays are produced using cold or hot wire gas tungsten arc welding. This study aims to identify and evaluate potential advantages of low heat input gas metal arc welding processes over the conventional gas tungsten arc welding in the production of such overlays. Parts I and II of this publication series described characteristics of the heat-affected zone and the transition zone region of alloy 625 on grade 22 steel overlays. These results indicate a good resistance against hydrogen-assisted cracking, which is being verified within this third part of the publication series. To determine the hydrogen-assisted cracking susceptibility, welded samples are tested using the delayed hydrogen-assisted cracking test. Fractography is performed using scanning electron microscopy along with energy dispersive spectroscopy. The results confirm the suitability and efficiency of low heat input gas metal arc welding for dissimilar weld overlays. Variation of the postweld heat treatment procedure bears potential for improvement in this respect. Springer 2019 Welding in the World 63 3 591 598 10.1007/s40194-018-0674-7 2019-05-29 OPUS4-49833 Zeitschriftenartikel Böhne, Chr.; Meschut, G.; Biegler, M.; Frei, J.; Rethmeier, Michael Prevention of liquid metal embrittlement cracks Advanced high strength steels are usually coated by a zinc layer for an increased resistance against corrosion. During the resistance spot welding of zinc coated steel grades, liquid metal embrittlement (LME)mayoccur. As a result, cracking inside and around the spot weld indentation is observable. The extent of LME cracks is influenced by a variety of different factors. In this study, the impact of the used electrode geometry is investigated over a stepwise varied weld time. A spot welding finite element simulation is used to analyse and explain the observed effects. Results show significant differences especially for highly increased weld times. Based on identical overall dimensions, electrode geometries with a larger working plane allow for longer weld times, while still preventing LME within the investigated material and maintaining accessibility. Taylor & Francis 2019 Science and technology of welding and joining 25 4 303 310 10.1080/13621718.2019.1693731 2019-12-02 OPUS4-39577 Zeitschriftenartikel Meschut, G.; Janzen, V.; Rethmeier, Michael; Gumenyuk, Andrey; Frei, J. Charakterisierung des Bruch- und Festigkeits verhaltens von widerstandspunktgeschweißten Aluminiumverbindungen Die Reduktion des Fahrzeuggewichts ist ein wesentlicher Ansatz zur Ver-ringerung des Energie- und Ressourcenverbrauchs und damit zur Senkung der CO2-Emissionen im Automobilbau. In der Karosserieentwicklung kann der vermehrte Einsatz von Aluminiumwerkstoffen einen bedeutenden Beitrag dazu leisten. Im preissensitiven Umfeld des Karosseriebaus etabliert sich das bei Stahlanwendungen genutzte Widerstandspunktschweißen zunehmend auch für Aluminiumverbindungen. Verfahrensbedingte Herausforderungen, wie verkürzte Elektrodenstandzeiten und mangelnde Kenntnis über den Einfluss von Imperfektionen auf die Festigkeit, begrenzen dennoch die Weiterverbreitung des Verfahrens und stellen die Prozessrobustheit insgesamt in Frage. Im Rahmen des hier vorgestellten Forschungsvorhabens wurden das Auftreten verschiedener Brucharten experimentell untersucht und Prognosefunktionen zur Abschätzung der Tragfähigkeit von Widerstandspunktschweißverbindungen unter verschiedenen Belastungsfällen erstellt. Anschließend wurde der Einfluss von Oberflächenrissen und Rissen in der Schweißlinse auf die Scherzugfestigkeit sowohl experimentell als auch simulativ analysiert. DVS Media GmbH 2017 Schweißen und Schneiden 69 3 126 133 2017-03-28 OPUS4-43189 Beitrag zu einem Tagungsband Frei, J.; Rethmeier, Michael Overview and new developments in research on resistance spot welding of advanced high strength steels The safe joining of new, freshly developed steel types keeps challenging the industry-and is assumed to go on in doing so. In the body-in-white production, these materials are mainly joined using resistance spot welding. During the past ten years, various investigations on resistance spot welding of advanced high strength steels have been carried out at Fraunhofer IPK and the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM). This paper aims to give an overview about both the top former and recent studies and results. The investigated topics are the influences of manufacturing conditions as initial gaps and restraints on spot welds, their impact on the fatigue strength of a joint and the cracking-wise safe weldability of AHSS. Caused by non-ideal manufacturing conditions, cracks in spot welds (e.g. caused by liquid metal embrittlement) are still regarded as a potential risk in industrial practice. Therefore, a method to evaluate the safe weldability regarding the cracking susceptibility was developed for AHSS. The method is easy to perform, even without expensive laboratory equipment. It allows the end user to establish a material ranking regarding the cracking susceptibility of the handled steels. Recently, coupled thermo-mechanical finite element modelling has been used to describe critical stress-strain conditions responsible for the occurrence of liquid metal embrittlement, and to improve the understanding of the process. 2017 The 5th International Conference on Steels in Cars and Trucks The 5th International Conference on Steels in Cars and Trucks Amsterdam-Schiphol, The Netherlands 19.06.2017 21.06.2017 1 8 2017-12-04 OPUS4-39651 Forschungsbericht Rethmeier, Michael; Suwala, H.; Frei, J. Entwicklung eines Verfahrens zur Bestimmung der Rissanfälligkeit von hochfesten Stählen beim Widerstandspunktschweißen Die stetig zunehmenden Anforderungen hinsichtlich geringeren Kraftstoffverbrauchs, verminderter Schadstoffemission sowie der Erhöhung der passiven Sicherheit haben die Automobilindustrie vor Herausforderungen gestellt, denen nur durch einen konsequenten Einsatz moderner Stahlwerkstoffe zu begegnen ist. Die komplexe Gefügestruktur sowie die besonderen mechanischen Eigenschaften dieser Werkstoffe verursachen jedoch eine erhöhte Neigung zur Ausbildung von Rissen insbesondere bei Widerstandspunktschweißverbindungen.Insbesondere für kleine und mittelständische Unternehmen, die keine zeitaufwendigen und teuren Voruntersuchungen bezüglich der Rissanfälligkeit von Stählen während des Widerstandspunktschweißens durchführen können, ist zum Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit die Kenntnis der Rissanfälligkeit einer von ihnen zu verarbeitenden Materialkombination von erheblicher Bedeutung. Durch eine einfach durchzuführende, werkstoffunabhängige Methode zur Bestimmung der Rissanfälligkeit beim Widerstandspunktschweißen, kann den KMUs die Möglichkeit zur schnellen und kostengünstigen Bewertung der Verarbeitungssicherheit zu verarbeitender Materialverbindungen bereitgestellt werden. Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung einer einfachen und fertigungsnahen Methode zur Bestimmung der Rissanfälligkeit hochfester Stähle während des Widerstandspunkschweißens, die auf der gezielten, reproduzierbaren Erzeugung von Rissen basiert. Es wurde eine solche Prüfmethodik entwickelt, die auf einfach durchzuführenden experimentellen Versuchen basiert. Zu untersuchende Proben werden während des Schweißvorgangs mit einer Zugkraft belastet. Hierfür wird eine hydraulische Vorrichtung genutzt, die taillierte Flachzugproben mit definierter Kraft beaufschlagt. Infolge dessen stellt sich ein Spannungszustand ein, der die Rissbildung begünstigt. Somit können ausreichende Rissentstehungsraten erzielt werden, die eine vergleichende Beurteilung der resultierenden Risslängen zwischen den Werkstoffen zulassen. Die einfache, mobile Zugvorrichtung ermöglicht eine Nutzung der bestehenden Anlagentechnik. Durch eine Normierung der resultierenden Risslängen auf die Streckgrenze des Werkstoffs und die belastete Querschnittsfläche lassen sich ein Werkstoffranking beziehungsweise eine Klassifizierung der Rissanfälligkeit der untersuchten hochfesten Materialkombinationen erstellen. Auch zukünftig entwickelte Stahlwerkstoffe potentiell höherer Festigkeiten können untersucht werden. Weiterhin kann die entwickelte Methode als Grundlage für die Gewinnung von Basisdaten zur Untersuchung verschiedener Rissentstehungsarten während des Widerstandspunktschweißens eingesetzt werden. Düsseldorf Verlag und Vertriebsgesellschaft mbH FOSTA 2017 Forschung für die Praxis P 921 921 978-3-946885-09-2 1 78 2017-04-04 OPUS4-47236 Zeitschriftenartikel Frei, J. Alexandrov, B. T.; Rethmeier, Michael Low heat input gas metal arc welding for dissimilar metal weld overlays part III: hydrogen-assisted cracking susceptibility Dissimilar metal weld overlays of nickel-base alloys on low-alloy steel components are commonly used in the oil and gas, petrochemical, and power generation industries to provide corrosion and oxidation resistance in a wide range of service Environments and temperatures. Traditionally, dissimilar weld overlays are produced using cold or hot wire gas tungsten arc welding. This study aims to identify and evaluate potential advantages of low heat input gas metal arc welding processes over the conventional gas tungsten arc welding in the production of such overlays. Parts I and II of this publication series described characteristics of the heat-affected zone and the transition zone region of alloy 625 on grade 22 steel overlays. These results indicate a good resistance against hydrogen-assisted cracking, which is being verified within this third part of the publication series. To determine the hydrogen-assisted cracking susceptibility, welded samples are tested using the delayed hydrogen-assisted cracking test. Fractography is performed using scanning electron microscopy along with energy dispersive spectroscopy. The results confirm the suitability and efficiency of low heat input gas metal arc welding for dissimilar weld overlays. Variation of the postweld heat treatment procedure bears potential for improvement in this respect. Springer 2018 Welding in the World 1 8 10.1007/s40194-018-0674-7 2019-01-23 OPUS4-45775 Zeitschriftenartikel Frei, J.; Rethmeier, Michael Susceptibility of electrolytically galvanized dual-phase steel sheets to liquid metal embrittlement during resistance spot welding Modern advanced high-strength steel sheets for automotive applications are mostly zinc coated for corrosion resistance. However, the presence of zinc can—besides its positive effects—increase the material's susceptibility to liquid metal embrittlement (LME) during resistance spot welding (RSW). Zinc and its eutectics are, due to their low melting point, present in liquid state during the welding process. This fact can, in combination with other factors like tensile strains or stresses, lead to the formation of brittle, intergranular cracks in the weld, and heat-affected zone. This phenomenon is commonly called liquid metal embrittlement. In order to understand the process from a practical perspective, one must learn what factors facilitate it. In this study, industry-relevant parameters are investigated regarding their influence on the occurrence of LME, embodied by the formation of surface cracks. It was found that electrode wear has less of an influence on the cracking susceptibility than welding current or tensile stresses. Finite element analysis is believed to provide a powerful tool in order to gain insights on the formation process. Modeling of the process shows promising initial results, revealing the underlying local stress and strain fields, unmeasurable with common techniques. Springer 2018 Welding in the World 62 5 1031 1037 10.1007/s40194-018-0619-1 2018-08-23 OPUS4-47747 Zeitschriftenartikel Frei, J.; Biegler, M.; Rethmeier, Michael; Böhne, Ch.; Meschut, G. Investigation of liquid metal embrittlement of dual phase steel joints by electro-thermomechanical spot-welding simulation A 3D electro-thermomechanical model is established in order to investigate liquid metal embrittlement. After calibration to a dual phase steel of the 1000 MPa tensile strength class, it is used to analyse the thermo-mechanical system of an experimental procedure to enforce liquid metal embrittlement during resistance spot welding. In this procedure, a tensile stress level is applied to zinc coated advanced high strength steel samples during welding. Thereby, liquid metal embrittlement formation is enforced, depending on the applied stress level and the selected material. The model is suitable to determine and visualise the corresponding underlying stresses and strains responsible for the occurrence of liquid metal embrittlement. Simulated local stresses and strains show good conformity with experimentally observed surface crack locations. Taylor & Francis 2019 Science and technology of welding and joining 24 7 624 633 10.1080/13621718.2019.1582203 2019-04-10