TY - JOUR A1 - Hensel, J. A1 - Kromm, Arne A1 - Nitschke-Pagel, T. A1 - Dixneit, Jonny A1 - Dilger, K. T1 - Capability of martensitic low transformation temperature welding consumables for increasing the fatigue strength of high strength steel joints N2 - The use of low transformation temperature (LTT) filler materials represents a smart approach for increasing the fatigue strength of welded high strength steel structures apart from the usual procedures of post weld treatment. The main mechanism is based on the effect of the low start temperature of martensite formation on the stress already present during welding. Thus, compressive residual stress formed due to constrained volume expansion in connection with phase transformation become highly effective. Furthermore, the weld metal has a high hardness that can delay the formation of fatigue cracks but also leads to low toughness. Fundamental investigations on the weldability of an LTT filler material are presented in this work, including the characterization of the weld microstructure, its hardness, phase transformation temperature and mechanical properties. Special attention was applied to avoid imperfections in order to ensure a high weld quality for subsequent fatigue testing. Fatigue tests were conducted on the welded joints of the base materials S355J2 and S960QL using conventional filler materials as a comparison to the LTT filler. Butt joints were used with a variation in the weld type (DY-weld and V-weld). In addition, a component-like specimen (longitudinal stiffener) was investigated where the LTT filler material was applied as an additional layer. The joints were characterized with respect to residual stress, its stability during cyclic loading and microstructure. The results show that the application of LTT consumables leads to a significant increase in fatigue strength when basic design guidelines are followed. This enables a benefit from the lightweight design potential of high-strength steel grades. KW - Low transformation temperature KW - Welding KW - Fatigue strength KW - Residual stress PY - 2020 DO - https://doi.org/10.3139/120.111562 VL - 62 IS - 9 SP - 891 EP - 899 PB - Carl Hanser Verlag AN - OPUS4-51180 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Dixneit, Jonny A1 - Vollert, F. A1 - Kromm, Arne A1 - Gibmeier, J. A1 - Hannemann, Andreas A1 - Fischer, Tobias A1 - Kannengießer, Thomas T1 - In situ analysis of the strain evolution during welding using low transformation temperature filler materials N2 - Compared to conventional welding consumables using low transformation temperature (LTT) filler materials is an innovative method to mitigate tensile residual stresses due to delayed martensite transformation of the weld. For the effective usage of LTT filler materials, a deeper understanding of the complex processes that lead to the final residual stress state during multipass welding is necessary. Transformation kinetics and the strain evolution of multi-pass welds during welding were investigated in situ at the beamline HEMS@PETRAIII, Germany. Compared to conventional welds, the total strain was reduced and compression strain was achieved when using LTT filler materials. For an optimal use of the LTT effect in the root of multi-pass welds, the alloying concept must be adapted taking care of dilution. KW - Low transformation temperature filler materials KW - Synchrotron diffraction KW - Phase transformation KW - Multi-pass welding KW - ADXRD PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1080/13621718.2018.1525150 SN - 1362-1718 SN - 1743-2936 VL - 24 IS - 3 SP - 243 EP - 255 PB - Taylor & Francis AN - OPUS4-46039 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne A1 - Dixneit, Jonny A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Hensel, J. A1 - Eslami-Chalandar, H. A1 - Nitschke-Pagel, T. A1 - Dilger, K. T1 - Schwingfestigkeitsverbesserung hochfester Schweißverbindungen mit Hilfe neuartiger LTT-Zusatzwerkstoffe N2 - Die Verwendung von LTT-Zusatzwerkstoffen stellt einen alternativen Ansatz zu den sonst üblichen Verfahren der Schweißnahtnachbehandlung zur Schwingfestigkeitserhöhung geschweißter Stahlkonstruktionen dar. Der wesentliche Wirkmechanismus beruht auf der Beeinflussung des Eigenspannungszustands durch die niedrige Martensitstarttemperatur bereits während des Schweißens. Dadurch werden die Druckeigenspannungen aus der behinderten Volumenausdehnung infolge Phasenumwandlung voll wirksam. Weiter weist die Schweißnaht eine hohe Härte auf, die die Schwingrissbildung verzögern kann, allerdings auch zu einer niedrigen Kerbschlagarbeit führt. Im ersten Teil dieses Beitrages werden grundlegende Untersuchungen zur schweißtechnischen Verarbeitung eines LTT-Zusatzwerkstoffes präsentiert. Dies beinhaltet zunächst die Sicherstellung der Schweißbarkeit sowie die Charakterisierung der Schweißgefüge und deren Härte mit dem Ziel, reproduzierbare Verbindungseigenschaften für die nachfolgende Schwingfestigkeitsprüfung herzustellen. Der zweite Teil des Beitrages beschäftigt sich mit den dazugehörigen Schwingfestigkeitsuntersuchungen an den Stählen S355J2 und S960Q unter Verwendung konventioneller Zusatzwerkstoffe im Vergleich zum LTT-Zusatz. Das verwendete Schweißdetail ist eine Verbindungsschweißung am Stumpfstoß unter Variation der Schweißnahtausführung (DY-Naht und V-Naht). Weitergehend wird eine bauteilähnliche Probe (die Längssteife) untersucht, bei der der LTT-Zusatzwerkstoff als zusätzliche Schweißlage aufgebracht wurde. Neben der Schwingfestigkeit werden die Schweißnähte hinsichtlich der Eigenspannungen, der Eigenspannungsstabilität im Schwingversuch sowie metallografisch charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen, dass LTT-Zusatzwerkstoffe unter Einhaltung wesentlicher Konstruktionsrichtlinien zu einem deutlichen Anstieg der Schwingfestigkeit führen. Dadurch kann das Leichtbaupotential hochfester Stahlgüten genutzt werden. T2 - DVS Congress CY - Friedrichshafen, Germany DA - 17.09.2018 KW - Schweißen KW - Eigenspannungen KW - Schwingfestigkeit KW - LTT PY - 2018 SN - 978-3-96144-036-8 VL - 344 SP - 231 EP - 238 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-45984 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Kromm, Arne A1 - Dixneit, Jonny A1 - Dilger, K. A1 - Nitschke-Pagel, T. A1 - Hensel, J. A1 - Eslami, H. T1 - Schwingfestigkeitsverbesserung hochfester Schweißverbindungen mit Hilfe neuartiger LTT-Zusatzwerkstoffe N2 - Die Verwendung von LTT-Zusatzwerkstoffen stellt einen alternativen Ansatz zu den sonst üblichen Verfahren der Schweißnahtnachbehandlung zur Schwingfestigkeitserhöhung geschweißter Stahlkonstruktionen dar. Der wesentliche Wirkmechanismus beruht auf der Beeinflussung des Eigenspannungszustands durch die niedrige Martensitstarttemperatur bereits während des Schweißens. Dadurch werden die Druckeigenspannungen aus der behinderten Volumenausdehnung infolge Phasenumwandlung voll wirksam. Weiter weist die Schweißnaht eine hohe Härte auf, die die Schwingrissbildung verzögern kann, allerdings auch zu einer niedrigen Kerbschlagarbeit führt. Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurden grundlegende Untersuchungen zur schweißtechnischen Verarbeitung eines LTT-Zusatzwerkstoffes durchgeführt. Dies beinhaltet die Sicherstellung der Schweißbarkeit sowie die Charakterisierung der Verbindungseigenschaften. Untersuchungen zur Schweißeignung machten deutlich, dass ein sicherer Einsatz in dem für hochfeste Stähle zur Verfügung stehenden Arbeitsfenster möglich ist. Der verwendete LTT-Zusatz auf Cr-Ni-Basis lässt sich mit hoher Nahtgüte fügen. Auch die mechanischen Eigenschaften erlauben den Einsatz im Bereich hochfester Stähle mit einer Streckgrenze von 960 MPa. Entwicklungspotential gibt es hinsichtlich der Zähigkeit. Die in dieser Arbeit erreichten Kerbschlagwerte liegen deutlich unter denen kommerziell verfügbarer konventioneller Schweißgüter. Die Untersuchungen belegen, dass der Effekt der martensitischen Phasenumwandlung im gesamten Schweißgut zum Tragen kommt. Die angestrebten hohen Druckeigenspannungen finden sich vornehmlich im Schweißgutinnern. Im weiteren Vorgehen wurden Schwingfestigkeitsuntersuchungen an den Stählen S355J2 und S960Q unter Verwendung konventioneller Zusatzwerkstoffe im Vergleich zum LTT-Zusatz durchgeführt. Die verwendeten Konstruktionsdetails sind ein Stumpfstoß unter Variation der Schweißnahtausführung (DY-Naht und V-Naht), ein Kreuzstoß mit HV-Naht sowie ein Überlappstoß mit einseitig und beidseitig geschweißter Kehlnaht. Weitergehend wurde eine bauteilähnliche Probe (die Längssteife) untersucht, bei der der LTT-Zusatzwerkstoff als zusätzliche Schweißlage aufgebracht wurde. Neben der Schwingfestigkeit wurden die Schweißnähte hinsichtlich der Eigenspannungen, der Eigenspannungsstabilität im Schwingversuch sowie metallografisch charakterisiert. Eine generell positive Wirkung des LTT-Zusatzwerkstoffes im Hinblick auf die Schwingfestigkeitssteigerung kann nicht bestätigt werden. Teilweise ist eine Steigerung der Schwingfestigkeit bei Substitution konventioneller Zusatzwerkstoffe zu beobachten, teilweise zeigt sich kein Effekt. Ursächlich hierfür ist die bei manchen Stoßformen mangelnde Steifigkeit quer zur Schweißnaht, die zur Ausbildung hoher Druckeigenspannungen infolge Phasenumwandlung notwendig wäre. Die bauteilähnliche Längssteife bestätigt allerdings das grundlegende Potential der LTT-Zusatzwerkstoffe bei Vorliegen hinreichender Steifigkeit. KW - Schweißen KW - Eigenspannungen KW - Schwingfestigkeit KW - Hochfester Stahl KW - LTT PY - 2020 UR - https://matplus.shop/produkt/p-1060-schwingfestigkeitsverbesserung-hochfester-schweissverbindungen-mit-hilfe-neuartiger-ltt-zusatzwerkstoffe SN - 978-3-946885-75-7 VL - P 1060 SP - 1 EP - 123 PB - Verlag und Vertriebsgesellschaft CY - Düsseldorf AN - OPUS4-51216 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Dixneit, Jonny A1 - Kromm, Arne A1 - Hannemann, Andreas A1 - Friedersdorf, Peter A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Gibmeier, J. T1 - In-situ load analysis in multi-run welding using LTT filler materials N2 - Modifying the level of mostly detrimental welding residual stresses already during the welding process would be highly attractive as time- and cost-consuming post processing may be prevented. The nature of stress buildup during welding-associated cooling is highly affected by phase transformations. Up to now, it is not clear in which way this is applicable to real component welding exhibiting high shrinkage restraint and complex heat input. In this study, two different low transformation temperature (LTT) alloys have been investigated concerning the stress development in restrained multi-run butt welding in order to evaluate the potential of stress reduction. Pulsed gas metal arc welding (P-GMAW) welding was executed on a testing facility designed to simulate real lifelike restraint conditions of component weldments. The effect of reducedMS-temperatures and the heat control on the globally acting stresses was monitored by in-situ measurement of the reaction forces during welding fabrication. Additional local residual stress measurements allowed analyzing global as well as local loading of the welded construction. Although phase transformation has a significant influence on unloading the joint during each weld pass, the reaction stress upon cooling to room temperature seems to be determined mainly by the heat input. On the surface, low longitudinal residual stresses were observed in case of LTT whereas transverse residual stresses are less affected. T2 - 69th IIW Annual Assembly and International Conference CY - Melbourne, Australia DA - 10.07.2016 KW - Phase transformation temperature KW - Residual stress KW - Welding KW - Dilution KW - Restraint PY - 2016 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-016-0373-1 SN - 0043-2288 VL - 60 IS - 6 SP - 1159 EP - 1168 PB - Springer CY - Heidelberg AN - OPUS4-37892 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gibmeier, J. A1 - Weidemann, Jens A1 - Dixneit, Jonny A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Kromm, Arne T1 - Influence of structural stiffness on the residual stresses during welding of low transformation temperature alloys N2 - Low Transformation Temperature (LTT) alloys are high alloyed filler materials, which exhibit a martensitic phase transformation at comparatively low temperatures in order to prevent high tensile residual stresses. A number of publications have already shown that even compressive residual stresses can be observed when using LTT filler materials. Up to know it is not clear in which way this it applicable to multi-run welding exhibiting high shrinkage restraint and complex heat input. In this study the potential for stress reduction during welding of LTT alloys was studied by numerical simulation. This allows for evaluation of the stress development in every single weid run. Additionally, the impact of the structural stiffness was incorporated by modelling a special sample geometry exhibiting a high intensity of restraint. The results show that the stress formation in weid longitudinal direction is determined by the phase transformation as high compressive residual stresses were found here independent from the weid run. On the other hand the transformation induced stresses in weid transverse direction are superimposed by tensile stresses originated from shrinkage restraint. With increasing number of runs the tensile residual stress level is raised. The results were confirmed by residual stress measurements using diffraction methods. T2 - 11th International Seminar - Numerical Analysis of Weldability CY - Graz, Austria DA - 27.09.2015 KW - Influence KW - Structural stiffness KW - Residual stresses KW - Low transformation KW - Temperature alloys KW - Welding PY - 2016 SN - 978-3-85125-490-7 SN - 2410-0544 SP - 259 EP - 276 PB - Verlag der Technischen Universität Graz CY - Graz AN - OPUS4-38998 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Held, E. A1 - Ohl, H. A1 - Gibmeier, J. A1 - Dixneit, Jonny A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas ED - Petzow, G. T1 - Mikrostruktur- und Härteentwicklung in Schweißnähten mit neuartigen LTT-Schweißzusatzwerkstoffen N2 - Das Schweißen von hochfesten Stahlstrukturen ist Gegenstand aktueller Forschungsbestrebungen wobei unter anderem der Eigenspannungsausbildung eine entscheidende Rolle zugeordnet wird. Neuartige LTT (Low Transformation Temperature) Schweißzusatzwerkstoffe mit deutlich abgesenkten Martensitstarttemperaturen wurden entwickelt, um die Eigenspannungsentwicklung in der Schweißnaht durch die späte Martensitumformung während des Abkühlens des Schweißguts kontrollieren zu können. Auf diese Weise können in den Schweißnähten nicht nur Zugeigenspannungen reduziert sondern sogar gezielt Druckeigenspannungen eingebracht werden. Dies konnte bereits in verschiedenen Arbeiten zu diesem Themenkomplex gezeigt werden. Durch das gezielte Einbringen von Druckeigenspannungen in die Schweißnaht kann die Lebensdauer und die mechanische Integrität von hochfesten Schweißverbindungen ohne aufwändige mechanische oder thermische Nachbehandlungsverfahren deutlich erhöht w erden. Einen großen Einfluss auf die Eigenspannungsausbildung in Schweißnähten haben die Umwandlungstemperatur und die Schrumpfungsbehinderung bei der Abkühlung. In der vorliegenden Arbeit wird nun untersucht, wie der Grad der Einspannung sich auf die Mikrostruktur- und Härteentwicklung in Schweißnähten mit LTT -Zusatzwerkstoffen auswirkt. Der in dieser Arbeit untersuchte neuartige LTT-Schweißzusatzstoff wurde nach dem 10%Ni - 10%Cr-Konzept nach 111 ausgewählt. Die Schweißeignung des untersuchten Werkstoffes sowie die Beeinflussung der Mikrostrukturausbildung durch eine Variation des Nickelgehalt wurden bereits in vorangehenden Arbeiten eingehend untersucht. Hierbei zeigte sich, dass der Nickelgehalt einen signifikanten Einfluss auf die Martensitstarttemperatur und damit auf die lokale Mikrostrukturausbildung hat. Eine Erhöhung des Nickelgehaltes von S auf 12 Ma-% führt zu einer Verminderung der Martensitstarttemperatur von 16()°C auf etwa 60°C (bestimmt mittels in-situ Röntgenbeugungsanalysen im reinen Schweißgut). T2 - 47. Metallographie-Tagung CY - Friedrichshafen, Germany DA - 18.09.2013 PY - 2013 SN - 978-3-88355-398-6 VL - 45 SP - 297 EP - 302 AN - OPUS4-29710 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kromm, Arne A1 - Dixneit, Jonny A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Residual stress engineering by low transformation temperature alloys - state of the art and recent developments N2 - Residual stress engineering in welding becomes more and more prominent as the use of tailored materials, e.g., high-strength steels, calls for maximum utilization of the material properties. As a consequence, residual stresses have to be considered as design criterion. Moreover, it may be utilized to improve the material's performance. Low transformation temperature alloys are a smart approach to control the residual stresses already during the welding process avoiding time-consuming postweld treatments. This paper gives an overview about the progress made in research in this topic with special focus on residual stresses. Basics as well as important developments will be addressed. KW - Residual stresses KW - Martensite KW - Low temperature KW - Transformation PY - 2014 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-014-0155-6 SN - 0043-2288 SN - 1878-6669 VL - 58 IS - 5 SP - 729 EP - 741 PB - Springer CY - Oxford AN - OPUS4-31446 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Vollert, J. A1 - Dixneit, Jonny A1 - Kromm, Arne A1 - Buslaps, Th. A1 - Kannengießer, Thomas T1 - In situ EDXRD study of MAG-welding using LTT weld filler materials under structural restraint N2 - Welding using low transformation temperature (LTT) filler materials is an innovative approach to mitigate detrimental welding residual stresses without cost-intensive post weldtreatments. Due to the local Generation of compressive residual stresses in the weld line by means of a delayed martensite transformation a significant enhancement of the cold cracking resistance of highly stressed welded components can be expected. For the effective usage of These materials a deeper understanding of the microstructural evolution inside the weld material is necessary to determine the complex processes that cause the residual stress formation during welding. Solid-state phase transformation kinetics and the evolution of strain in LTT weld filler materials are monitored in-situ at the instrument ID15A at the ESRF in Grenoble, France. The transferability to real components is implemented by using a realistic MAG welding process under consideration of structural restraint. During welding of multilayer joints, the phase Transformation and phase specific strain evolution of each individual layer is investigated in transmission geometry by means of energy-dispersive X-ray diffraction EDXRD using high energy synchrotron Radiation with a counting rate of 2.5 Hz. The measurement results of a 10% Cr / 10% Ni LTT weld filler are compared to data monitored for the conventional weld filler material G89. The in-situ data clearly indicate a strong effect on the local strain evolution and the formation of compressive strain. This results from the restraint volume expansion during the postponed austenite to martensite transformation of the LTT weld filler, which counteracts the thermal shrinkage. In contrast, for the conventional weld filler material the thermal contraction strains lead to tensile residual strain during welding. Furthermore, the results of in-situ observation during welding Show that the transformation kinetic is dependent on the welding sequence. KW - High energy synchrotron diffraction KW - Low transformation temperature KW - Weld filler KW - Residual stress KW - Welding PY - 2017 DO - https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.905.107 SN - 1662-9752 VL - 905 SP - 107 EP - 113 PB - Trans Tech Publications CY - Switzerland AN - OPUS4-41806 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Dixneit, Jonny A1 - Kromm, Arne A1 - Boin, M. A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Gibmeier, J. ED - Olden, T.-M. ED - Muransky, O. Muransky ED - Edwards, L. T1 - Influence of heat control on residual stresses in low transformation temperature (LTT) large scale welds N2 - The current paper presents residual stress analyses of large scale LTT (Low Transformation Temperature) welds. LTT filler materials are specially designed for residual stress engineering by means of an adjusted martensite phase transformation. Controlling the level of mostly detrimental residual stresses already during the welding process would be highly attractive as time and cost consuming post processing may be prevented. In large scale welds the residual stress state is influenced by the heat control (e.g. interpass temperature) during welding. Therefore, welding residual stresses are studied here putting the focus on the influence of welding process parameters while joining heavy steel sections with a thickness of 25 mm. The residual stress state was determined at the top surface using X-ray diffraction as well as in the bulk by neutron diffraction. The results show that control of the interpass temperature is vital for the residual stresses present in the joints. This accounts for the top surface but is most pronounced for the bulk of the welds. While high interpass temperatures are appropriate to induce compressive residual stresses in the weld metal, low interpass temperatures favor unwanted tensile residual stresses instead. T2 - ICRS 2016 - 10th International Conference on Residual Stresses CY - Sydney, Australia DA - 03.07.2016 KW - LTT KW - Welding residual stress KW - Phase transformation KW - Interpass temperature PY - 2016 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-389628 SN - 978-1-94529117-3 SN - 978-1-94529116-6 DO - https://doi.org/10.21741/9781945291173-38 SN - 2474-395X VL - 2 SP - 223 EP - 228 PB - Materials Research Forum LLC CY - Millersville (PA), USA AN - OPUS4-38962 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -