TY - JOUR A1 - Griesche, Axel A1 - Dabah, Eitan A1 - Kardjilov, N. A1 - Hilger, A. A1 - Manke, I. A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Imaging of hydrogen in steels using neutrons N2 - We investigated the hydrogen distribution spatially and temporally in technical iron at room temperature. Samples were charged electrochemically and subsequently analysed by means of neutron radiography and tomography. The radiographic images allowed for a time-resolved analysis of hydrogen fluxes. The three-dimensional distribution of hydrogen measured by neutron tomography delivered valuable information for the damage analysis of hydrogen-induced cracks. For the first time hydrogen concentration gradients inside the material could be detect directly together with the cracks. The neutron radiography and tomography results were gained at the Research Reactor BER II of the HZB in Berlin. KW - Hydrogen embrittlement KW - Hydrogen diffusion KW - Neutron tomography KW - Blister PY - 2014 DO - https://doi.org/10.3139/146.111043 SN - 1862-5282 VL - 105 IS - 7 SP - 640 EP - 644 PB - Carl Hanser CY - München AN - OPUS4-31084 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Influence of the weld thermal cycle on residual stress evolution and cold cracking ressistance in welded high-strength steel constructions N2 - The application of high-strength fine-grained structural steels with yield stress ≥ 690 MPa permits significant weight reductions and cost savings. Since welding is the major joining technology, e.g. in mobile crane industry, the sustainable and economical application of these grades depends on the load-bearing capacity and safety of the welds. An economical processing of high-strength steels is determined above all by the avoidance of cold cracking, apart from achieving demand-oriented mechanical properlies in the weid area. High tensile residual stresses are disadvantageaus regarding the cold cracking resistance and strength of welded components. Furthermore, high restraints commonly appearing in component welds increase residual stresses. Hence, in this research the influences of heat control on residual stresses and the overall structural Ioad of welded structures were quantified. The relationship between the weid thermal cycle and the resulting residual stress under additional shrinkage restraint was analysed by a successive augmentation of the restraint intensity. This was achieved by systematic low Ioad and component weid tests. lt was observed that the heat control significantly affects the local residual stresses and the overall structural Ioad of welded structures. A high interpass temperature increases the global and local welding stresses in particular. Moreover, the transferability of experimental welding results obtained from small specimens according to applicable codes to real component geometries was investigated. With the help of these findings it is possible to improve existing heat control concepts for high-strength steel welding. T2 - 2nd METEC & ESTAD 2015 - European steel technology and application days conference CY - Düsseldorf, Germany DA - 15.06.2015 KW - Residual stresses KW - Welding KW - HEat control KW - GMAW KW - Restraint KW - High-strength steels KW - Cold cracking KW - MAG welding KW - Process parameters PY - 2015 SP - P668, 1 EP - 7 AN - OPUS4-34988 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Rhode, Michael A1 - Mente, Tobias A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Experimental and numerical characterization of hydrogen diffusion in thick-walled submerged arc welded joint of S420G2+M offshore steel grade N2 - Offshore wind turbines are an important goal in national energy strategies worldwide. Foundation structures are manufactured from submerged arc welded (SAW) plates with thicknesses up to 200 mm. In that connection, high-strength steels like the S420G2+M are more and more applied offering the possibility for increased stability and load-bearing capacity of the foundations. These offshore steel grades can show a susceptibility for delayed hydrogen assisted cold cracking of the weld joints. For that purpose, a minimum waiting time (MWT) of up to 48 h (dependent on applied standards) is recommended before non-destructive testing is allowed and conducted. But this concept is based on older steel grades that have been used for three or more decades. Nowadays, the metallurgical improvements (clean steels, proper rolling, and heat treatment) of base materials and well as welding consumables must be anticipated. Hence, the MWT concept should be critically discussed as it is assumed to be very conservative. For that reason, the focus of this study was to investigate the diffusion behavior in S420G2+M steel and its multi-layer SAW joint. Electrochemical permeation experiments were carried at room temperature. Boundary conditions were anticipated in terms of using different sample thicknesses. From the experimental data, hydrogen diffusion coefficients and absorbed diffusible hydrogen concentrations had been calculated. It was shown that hydrogen diffusion in the base material is increased compared to the weld metal. In addition, the sample thickness had a significant on the calculated diffusion coefficients. The minimum and maximum diffusion coefficients had been used for numerical modelling of the hydrogen diffusion in the welding joint. It became clear that a MWT must be always regarded together with a critical initial diffusible hydrogen concentration for the evaluation of a possible delayed cracking as diffusion times were mostly > 48 h due to the thick plates. T2 - 4th International Conference on Metals and Hydrogen - Steely & Hydrogen 2022 CY - Ghent, Belgium DA - 11.10.2022 KW - Hydrogen KW - Submerged arc welding KW - Diffusion KW - Minimum waiting time KW - Electrochemical permeation PY - 2022 SP - 1 EP - 11 CY - Ghent, Belgium AN - OPUS4-56075 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Czeskleba, Denis A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Untersuchung von Spannungsrelaxationsrissmechanismen mittels Simulation einachsiger Spannungszustände in der Grobkornzone von UP-geschweißtem CrMoV-Stahl N2 - Druckbehälter mit großen Wandstärken (250+ mm) aus hochwarmfesten, niedriglegierten Stählen werden hauptsächlich Mehrdraht-Unterpulver-(UP) geschweißt. Der damit verbundene hohe Energieeintrag führt unter anderem zu hohen lokalen Schweißeigenspannungen, welche bei unsachgemäßer Prozessführung der notwendigen Wärmenachbehandlung (PWHT) zu Spannungsrelaxationsrissen (SRR) führen. In den Bewertungskriterien zur Spannungsrelaxationsrissanfälligkeit finden weder die, mit klassischen, freischrumpfenden Schweißversuchen nicht abbildbaren, erhöhten Eigenspannungen aus der Schrumpfbehinderung der Bauteilsteifigkeit Beachtung, noch die damit einhergehenden metallurgischen Effekte wie bspw. das Ausscheidungswachstum während der PWHT und damit einhergehende Härteunterschiede an den Korngrenzen bzw. die vorzeitige Alterung durch Bildung differenter Sonderkarbide. Die Aufheizrate des PWHT als Einflussfaktor für die SRR-Bildung bleibt derzeit ebenfalls unbeachtet. Daher wurde eine Versuchsmethodik entwickelt, die eine mögliche SRR-Anfälligkeit durch die Kopplung von thermischer und mechanischer Beanspruchung untersucht. Dazu wurden Proben mit unterschiedlichen Gefügen thermisch simuliert und während des PHWT repräsentativ mit sehr hohen Lasten/Eigenspannungen mechanisch beansprucht. Dazu wurde an Kleinzugproben für das as-welded UP-Schweißgut und die thermisch simulierte GKZ eines 13CrMoV9-10 die Dehnung des Prüfbereichs bei variablen Querspannungen und Aufheizraten gemessen. Diese aufheizraten- und gefügeabhängige Längenänderung der Probe wurde durch mathematische Prozeduren analysiert. Damit war es möglich, singuläre werkstoffliche Effekte auf μm-Ebene (Ausscheidungswachstum) als summarische Längen- bzw. Volumenänderung per klassischer Kurvendiskussion zu beschreiben. Die erste und zweite Ableitung zeigten eine ausscheidungsabhängige Härtezunahme, welche von der Spannung und Aufheizrate im geringen Maß linear abhängig war. Gleichzeitig sind Volumenänderungen bei Bildung und Wachstum differenter Sonderkarbide bekannt, welche zusammen mit gefügespezifischen Untersuchungen und der neuen Versuchsmethodik zu einer verbesserten Beurteilung der SRR-Anfälligkeit von geschweißten CrMoV-Stählen beitragen sollen. Prinzipiell ist die vorgestellte Methodik jedoch werkstoff- und zustandsoffen, d.h. sowohl für Grundwerkstoff e als auch definierte Wärmebehandlungsbedingungen geeignet. Dies ermöglicht erstmals die Schaffung einer Transfergröße zwischen Labor und realen Schweißungen, unter Beibehaltung der Bauteilsteifigkeit, d.h. vereinfachte, aber realistische Eigenspannungsabbildung als Grundlage für weitergehende gefügespezifische metallurgische Effekte während des PWHT. T2 - DVS Congress 2022 CY - Koblenz, Germany DA - 19.09.2022 KW - UP-Schweißen KW - Spannungsrelaxationsriss KW - Wärmenachbehandlung KW - Ersatzgeometrie KW - Prüfverfahren PY - 2022 SN - 978-3-96144-190-7 VL - 382 SP - 69 EP - 75 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-55946 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Call for interested people to contribute to series of comprehensive papers on welding and joining of components for sustainable energy systems N2 - Joining and welding technologies are of high importance for the manufacturing of components and parts used in sustainable energy generation, conversion, and transport. In that connection, offshore and on-shore installed wind turbines are of high interest for the generation of electrical energy as well as photo-voltaic systems (solar cells). The electricity can be either directly transported or conversed via power-to-gas e.g., to hydrogen. In that scope, electrolyzer up to MW-range are of interest as well as the conver-sion back to electricity via fuel cells. In addition, hydrogen is a key element of the decarburization of in-dustries as well as the mobility sector encompassing sea, air and land transportation driven by hydrogen or its derivates. Well-known examples cover the direct reduction of iron ore to replace the conventional blast furnace process up to gas turbines or fuel cells for home-end use. All mentioned technologies re-quire reliable components, which are to a high extend dependent on joining and especially welding pro-cessing of materials. Especially, the (petro-) chemical industry has many years of experience with both materials used in hydrogen applications. The challenge is e.g., the transition to mass production of sys-tem components of electrolyzers/fuel cells and for distribution grids. At this point, the scalability of cur-rently applied joining processes often limits the economic efficiency, whereas especially laser welding or additive manufacturing will be of high interest. In that connection, it is very important to provide answers by joint research of universities, institutes, and industrial companies. Very often, solutions are already available and “just” have to be investigated and adapted for the new application, like repair welding of NG pipelines. For that reason, we want to set up a series of comprehensive papers with the aforementioned title. The idea is to get an in-depth but manageable overview of the importance of joining technologies in sustaina-ble energy generation, conversion, and transport encompassing current processes, limitations, and fur-ther perspectives. In that connection, the additive manufacturing is gaining more and more attention. If applicable, current challenges in the adaption or creation of new standards/regulations shall be addressed. T2 - IIW Intermediate Meeting, Com. II-A CY - Incheon, Republic of Korea DA - 12.03.2024 KW - Hydrogen KW - Welding KW - Comprehensive study KW - Component manufatcturing KW - Additive manufacturing PY - 2024 AN - OPUS4-59676 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin A1 - Reichel, Levin A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Modern welding processes for optimising repair welds on high strength offshore steels N2 - The successful energy transition in Germany will require offshore wind turbines with outputs >10 MW in the future. To achieve these high outputs, turbines far from coast are required with large subsea jacket structures (30 m up to 50 m) and tall towers (up to 200 m). High-strength steels with a yield strength up to 500 MPa and wall thicknesses up to 150 mm are increasingly being used for these structures. This plac-es high demands on welding manufacturing, especially for high-strength offshore steels. During the manu-facturing process detected defects by NDT require localized repair of welds by gouging and rewelding. Due to a lack of investigations, there are no repair concepts and information in standards and guidelines, par-ticularly for high-strength thick plate joints made of high-strength offshore steels. However, these are ur-gently needed to enable manufacturers, especially SMEs, to carry out safe and economical repairs. There-fore, BAM started the FOSTA project P1629 (IGF 01IF22746N) to investigate the stress-optimized repair (local gouging and welding) of high-strength thick plate joints made of offshore grades in the yield strength range off 355 to 460 MPa and similar weld metal with controlled high-performance GMAW pro-cesses and optimized narrow gouging grooves. The experimental analyses take into account the complex interaction of process, material, and design-related influences on the formation of weld induced stresses and the special microstructure of high-strength fine-grain structural steels. Welding-related material degra-dation and crack-critical residual tensile stresses need to be avoided to ensure high component safety and performance. A reduction in residual stress in the presence of high restraint conditions can be achieved by adapted heat control (if no disassembly measures are possible). The repair process involves manual thermal gouging, which allows the groove configuration to be modi-fied. Modern welding processes using high frequency arc control provide deep root penetration and focused energy input capable of welding narrow seams. A comparison was made between the traditional weld con-figuration with a wide 45° groove and transition arc welding and a narrow 30° groove with modern welding process. Even in the case of free shrinkage specimens, the narrow groove weld exhibits a significant reduc-tion of residual stresses, cf. Figure 1, especially in the HAZ and toward the adjacent base material. This can be attributed to the lower weld metal volume needed and the reduction of heat input per layer due to the controlled arc process. For the purposes of this comparison, the same weld seam build-up (but different number of layers) has been applied to both seam configurations. Note that in industrial application (manu-al welding), the wider groove would be welded with several off-center weld beads with conventional weld-ing process. In this analysis this would cause asymmetric effects regarding the residual stress state, diffi-cult to compare to each other. Component-related welding experiments on special testing equipment, adapted process and heat control concepts along with variable groove configurations will be developed and recommendations for guidelines elaborated. This is the prerequisite for fully utilizing the strength potential of high-strength steels and making a valuable contribution to the energy transition in Germany, especially for steel-processing SMEs. T2 - IIW Intermediate Meeting CII CY - Trollhättan, Sweden DA - 10.03.2025 KW - Repair welding KW - Gouging KW - Residual stress KW - Offshore wind turbines KW - High-strength steels PY - 2025 AN - OPUS4-62743 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Dittmann, Florian A1 - Varfolomeev, Igor T1 - Untersuchung der Ermüdungsfestigkeit von LTT-geschweißten Längssteifen mit variierender Nahtausführungen N2 - Low Transformation Temperature (LTT) Schweißzusätze erzeugen während der Abkühlung Druckeigenspannungen in die Schweißnaht und Wärmeeinflusszone durch eine Volumenexpansion, wodurch die Ermüdungsfestigkeit erhöht werden kann. Um das Potential dieser neuartigen Schweißzusätze besser zu quantifizieren, wurden konventionelle Längssteifen als Probenkörper verwendet, welche an den Stirnseiten mit einer LTT-Zusatznaht geschweißt wurden. Durch Variation der Schweißparameter konnten unterschiedliche Nahtformen realisiert werden. Es konnte, je nach Nahtausführung, eine Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit bei 2 Millionen Lastwechsel von 64 MPa bis 100 MPa in Gegensatz zu konventionellen Proben festgestellt werden. Somit sind LTT-Zusätze grundsätzlich geeignet, um die Ermüdungsfestigkeit zu erhöhen. T2 - Frühjahrssitzung 2025 des Fachausschusses Eigenspannungen der AWT CY - Karlsruhe, Germany DA - 07.04.2025 KW - LTT (Low Transformation Temperature) KW - Eigenspannungen KW - Ermüdungsfestigkeit KW - Aufmischung PY - 2025 AN - OPUS4-62930 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Dittmann, Florian A1 - Varfolomeev, Igor T1 - Wechselwirkung zwischen Nahtgestaltung und Ermüdungsfestigkeit in LTT-geschweißten Längssteifen N2 - Schweißzusätze mit niedriger Martensitstarttemperatur (Low Transformation Temperature, LTT) induzieren während der Abkühlphase infolge einer volumeninduzierten Martensitumwandlung Druckeigenspannungen in der Schweißnaht sowie in der angrenzenden Wärmeeinflusszone (WEZ). Diese Spannungen können zu einer signifikanten Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit führen. Zur quantitativen Bewertung des Potenzials dieser innovativen Werkstoffe wurden konventionelle Längssteifen als Versuchsproben herangezogen, bei denen an den Stirnseiten Schweißnähte unter Verwendung von LTT-Zusatzwerkstoffen appliziert wurden. Durch gezielte Variation der Schweißparameter konnten unterschiedliche Nahtgeometrien realisiert werden. In Abhängigkeit von der Nahtausführung zeigte sich bei einer Belastungszahl von 2 Millionen Zyklen eine Steigerung der Ermüdungsfestigkeit im Bereich von 64 MPa bis 100 MPa im Vergleich zu Referenzproben mit herkömmlichen Schweißzusätzen. Die Ergebnisse belegen, dass der Einsatz von LTT-Schweißzusätzen grundsätzlich geeignet ist, die Ermüdungsfestigkeit geschweißter Strukturen zu verbessern. T2 - Din Sitzung: Gemeinschaftsarbeitsausschuss NAS/NMP, Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen CY - Online meeting DA - 20.03.2025 KW - LTT (Low Transformation Temperature) KW - Eigenspannungen KW - Ermüdungsfestigkeit KW - high-strength steels PY - 2025 AN - OPUS4-62929 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Fügetechnik in Wasserstofftechnologien - Forschungsbedarf für die Branche (Kurzversion) N2 - Die Studie gibt einen kurzen Überblick über die jetzige Bedeutung der Fügetechnik in Wasserstofftechnologien und über zukünftige Forschungsbedarfe für die Branche in den einzelnen Technologiefeldern Wasserstofferzeugung, -speicherung, -transport und -nutzung. Fügetechnologien haben dabei wesentliche Bedeutung für die erfolgreiche Umsetzung von technischen Komponenten der Wasserstofftechnologien. Die Schwerpunkte bzw. Forschungsbedarfe ergeben sich bspw. durch die Erstellung neuer Infrastruktur für Wasserstoffspeicherung und -transport sowie durch Umnutzung der bestehenden Erdgasinfrastruktur. Bei der Wasserstofferzeugung und -anwendung wird z.B. die Entwicklung effiziente Massenproduktionsmethoden von Elektrolyseuren und Brennstoffzellen einen wichtigen Meilenstein bilden und laserbasierte Fügetechnologien sind hier zum Teil schon etabliert. Die additive Fertigung nimmt dabei eine Querschnittsposition ein und besitzt hohes Anwendungspotential für die Zukunft z.B. für die Fertigung von Komponenten in Gasturbinen. Aus den technischen Fragestellungen und Forschungsbedarfen ergeben sich zudem Herausforderungen für die notwendige Neu- und Weiterentwicklung von technischen Regelwerken und Normen und den Eingang in die Aus- und Weiterbildung von fügetechnischem Fachpersonal. T2 - DVS Congress 2021 CY - Online meeting DA - 14.09.2021 KW - Wasserstoff KW - Fügetechnik KW - Forschung KW - Werkstoff KW - Bedarf PY - 2021 SN - 978-3-96144-146-4 VL - 371 SP - 612 EP - 624 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-53370 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Czeskleba, Denis A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Kurzbericht zum Projekt „Entwicklung von Wärmenachbehandlungskonzepten zur Vermeidung von Spannungsrelaxationsrissen an Bauteilen aus hochwarmfesten Stählen“ (DVS-Nr. 01.2261 / IGF-Nr. 20171 N) N2 - Komponenten aus dickwandigen, hochwarmfesten CrMoV-Stählen erfordern eine anspruchsvolle UP-Schweißverarbeitung. Dabei muss die notwendige Wärmenachbehandlung der Schweißnaht (PWHT) sicher beherrscht werden. Hier kann u.U. Bauteilversagen infolge von Spannungsrelaxationsrissbildung (SRR) auftreten. Bislang erfolgt die Beurteilung der SRR-Neigung primär über Ersatzgrößen, wie temperaturbedingte Änderung der Härte und Duktilität. Die Wirkung der konstruktiven Schrumpfbehinderung einer Schweißnaht auf die SRR ist bislang völlig unbekannt. Hier setzt das Forschungsprojekt an, hinsichtlich der Gewinnung und Optimierung der Parameter für die PWHT unter realitätsnahen Bauteilsteif igkeiten (def inierte Einspannbedingung) mit dem Ziel der SRR-Vermeidung. Am Beispiel des niedriglegierten, hochwarmfesten Stahls 13CrMoV9-10 wurden UP- Schweißungen unter industriepraktischen Bedingungen freischrumpfend bzw. unter definierter Schrumpfbehinderung durchgeführt. Diese wurden mit unterschiedlichen PWHT-Szenarien (Variation der Auf heizrate und Endtemperatur) beaufschlagt. Die Ergebnisse des Projektes DVS 01.2261 / IGF 20171 N werden in diesem Beitrag vorgestellt, wie Aussagen zur SRR-Suszeptibilität in Abhängigkeit von Mikrostruktur und vorliegender mehrachsiger mechanischer Beanspruchung der Schweißnaht vor/während des PWHT. Für einen kritischen Zustand sind hohe Kräfte / Spannungen notwendig, die in freischrumpfenden Schweißversuchen u.U. nicht abbildbar sind. Die Berücksichtigung des mikrostrukturspezifischen Ausscheidungsverhaltens (in Schweißgut und Wärmeeinflusszone) unter realitätsnahen Einspannbedingungen ist für die Bewertung einer SRR-Suszeptibilität notwendig. Instrumentierte Schweißversuche unter definierter Schrumpfbehinderung ermöglichen hier das Monitoring der entstehenden Reaktionskräfte, -momente bzw. -spannungen. Ausgehend von diesem Referenzzustand erfolgte die Applikation der PWHT-Szenarien bzw. deren praktische Überprüfung. Zusätzlich wurde eine Ersatzprüfmethodik entwickelt, die die Betrachtung der mikrostrukturspezifischen SRR-Suszeptibilität unter Beibehaltung der äußeren Schrumpfbehinderung der Schweißnaht während des PWHT ermöglicht. Hierdurch wird die Bauteilübertragbarkeit ermöglicht und eine Transfergröße geschaffen, welche die Bauteilbewertung hinsichtlich der SRR-Neigung umfasst. T2 - DVS Congress 2022 CY - Koblenz, Germany DA - 19.09.2022 KW - UP-Schweißen KW - Spannungsrelaxationsriss KW - Forschungsprojekt KW - Dickblech KW - Wärmebehandlung PY - 2022 SN - 978-3-96144-190-7 SP - 76 EP - 82 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-55944 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Experimentelle Bestimmung und thermodynamische Modellierung des Ausscheidungsverhaltens in der WEZ eines S690QL bei unterschiedlichen Mikrolegierungsrouten N2 - Für eine signifikante Festigkeitssteigerung von vergüteten, hochfesten Feinkornbaustählen mit einer Normstreckgrenze > 690 MPa, ist die Zugabe von Mikrolegierungselementen, wie Nb und Ti, unerlässlich. Die Normvorgaben zur chemischen Zusammensetzung dieser Stähle (bspw. in DIN EN 10025-6) geben zur Erzielung der vorgeschriebenen Eigenschaften dabei oft nur Grenzgehalte für die Hersteller vor. Die Wirkung der Legierungselemente bzw. ihrer Karbide und/oder Nitride ist teilweise komplett konträr, insbesondere bei Auflösung und Wiederausscheidung in der WEZ bei identischem Schweißzusatz. Somit wird eine adäquate Vorhersage der Chargenabhängigkeit hinsichtlich der Schweißeignung und des Tragverhaltens der Schweißverbindung erschwert. Zuzüglich können moderne Schweißprozesse, wie MSG mit modifiziertem Sprühlichtbogen (mod. SLB) durch ihre hohe Wärmeeinwirkung die Phasenumwandlung in der Wärmeeinflusszone negativ beeinflussen. Eine unerwünschte Eigenschaft ist dabei die Erweichung (engl.: softening) der WEZ, wie auch u.U. der gegenteilige Effekt der Aufhärtung (engl.: hardening). Vor diesem Hintergrund werden im Rahmen eines DFG-Vorhabens systematisch Mikrolegierungsrouten mit variierenden Ti- und Nb-Gehalten des hochfesten und vergüteten Feinkornbaustahls S690QL untersucht. Dazu wird das MAGSchweißen mit mod. SLB verwendet, welches durch hohe Abschmelzleistung gekennzeichnet ist und schmalere Fugenöffnungswinkel (α = 30°) ermöglicht. An diesen Schweißungen wird der Effekt der metallurgischen Zusammensetzung in Kombination mit hoher Wärmeeinwirkung auf die Ausbildung einer kritischen WEZ-Gefügezone mit Erweichung und/oder exzessiver Aufhärtung untersucht. Ein besonderes Augenmerk wird auf die Phasenumwandlungen und das Ausscheidungsverhalten im Gefüge der Wärmeeinflusszone gelegt. Neben umfangreichen metallographischen Untersuchungen einzelner WEZ-Bereiche wurden, unter Variation der chemischen Zusammensetzung, thermodynamische Phasenberechnungen mittels ThermoCalc durchgeführt. Hierdurch wird ein Verständnis zur Phasentransformation und Ausscheidungswachstum und -auflösung während des Schweißens in Abhängigkeit von Temperatur und Abkühlbedingungen geschaffen. Das Ziel ist es, mittels erster Untersuchungen den Einfluss der Wärmeeinwirkung auf die Gefügeausbildung in der WEZ zu zeigen. Insbesondere wird hier auf die Auswirkung der unterschiedlichen Mikrolegierungskonzepte (Ti oder Nb) geachtet. T2 - DVS CONGRESS 2022 - Große Schweißtechnische Tagung CY - Koblenz, Germany DA - 19.09.2022 KW - WEZ-Erweichung KW - Hochfester Feinkornbaustahl KW - ThermoCalc KW - Thermodynamische Simulation KW - Mikrolegierungselemente KW - Modifizierter Sprühlichtbogen PY - 2022 SN - 978-3-96144-189-1 SN - 978-3-96144-190-7 VL - 382 SP - 131 EP - 137 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-55834 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas A1 - Griesche, Axel A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Treutler, K. A1 - Gehling, T. A1 - Eissel, A. A1 - Wesling, V. T1 - In situ Messung der chemischen Konzentration in der Schmelze während des WIG-Schweißens von Duplexstählen N2 - Duplexstähle besitzen ein zweiphasiges Gefüge und werden aufgrund ihrer verbesserten Schweißeignung gegenüber den Vollausteniten häufig im Anlagen- bzw. Apparatebau eingesetzt. Aufgrund der hohen Abkühlgeschwindigkeit und dem Abbrand von Legierungselementen kommt es zu einer Ferritisierung des Schweißguts und damit zu einer Degradation der mechanischen Eigenschaften. Zur Vorhersage des Phasenverhältnisses im Schweißgut wird das WRC1992-Diagramm genutzt. Dieses Diagramm zeigt einige Ungenauigkeiten und benötigt zur genaueren Vorhersage der Phasenverhältnisse eine Überarbeitung. Um den Einfluss einzelner Elemente auf das Schweißnahtmikrogefüge besser zu verstehen, wurden drahtförmige Schweißzusatzwerkstoffe mit dem Ferrit-Bildner Nb und dem Austenit-Bildner Cu beschichtet und für Schweißungen verwendet. Die Messmethode der Laser-induzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) bietet hier eine gute Möglichkeit der in situ Überwachung der chemischen Konzentrationen, während des WIG-Schweißens von Duplexstählen. Die LIBS-Messergebnisse, konnten mit der Ferritnummer und der Schweißnahtmikrostruktur korreliert werden. T2 - Symposium Materialtechnik der TU Clausthal CY - Clausthal-Zellerfeld, Germany DA - 23.02.2023 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - WRC 1992 diagram KW - Dduplex stainless steel KW - TIG welding PY - 2023 VL - 12 SP - 612 EP - 627 PB - Shaker CY - Aachen AN - OPUS4-57991 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Erxleben, Kjell A1 - Kaiser, Sebastian A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengiesser, Thomas A1 - Kromm, Arne T1 - In-service and repair welding of pressurized hydrogen pipelines–a review on current challenges and strategies N2 - Hydrogen is the energy carrier for a sustainable future without fossil fuels. As this requires a reliable transportation infrastructure, the conversion of existing natural gas (NG) grids is an essential part of the worldwide individual national hydrogen strategies, in addition to newly erected pipelines. In view of the known effect of hydrogen embrittlement, the compatibility of the materials already in use (typically low-alloy steels in a wide range of strengths and thicknesses) must be investigated. Initial comprehensive studies on the hydrogen compatibility of pipeline materials indicate that these materials can be used to a certain extent. Nevertheless, the material compatibility for hydrogen service is currently of great importance. However, pipelines require frequent maintenance and repair work. In some cases, it is necessary to carry out welding work on pipelines while they are under pressure, e.g., the well-known tapping of NG grids. This in-service welding brings additional challenges for hydrogen operations in terms of additional hydrogen absorption during welding and material compatibility. The challenge can be roughly divided into two parts: (1) the possible austenitization of the inner piping material exposed to hydrogen, which can lead to additional hydrogen absorption, and (2) the welding itself causes an increased temperature range. Both lead to a significantly increased hydrogen solubility in the respective materials compared to room temperature. In that connection, the knowledge on hot tapping on hydrogen pipelines is rare so far due to the missing service experiences. Fundamental experimental investigations are required to investigate the possible transferability of the state-of-the-art concepts from NG to hydrogen pipeline grids. This is necessary to ensure that no critical material degradation occurs due to the potentially increased hydrogen uptake. For this reason, the paper introduces the state of the art in pipeline hot tapping, encompassing current research projects and their individual solution strategies for the problems that may arise for future hydrogen service. Methods of material testing, their limitations, and possible solutions will be presented and discussed. KW - In-service KW - Welding KW - Hydrogen pipeline KW - Review PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-638847 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-025-02127-x SN - 0043-2288 SP - 1 EP - 24 PB - Springer Science and Business Media LLC AN - OPUS4-63884 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Liepold, Philipp A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - A Force Based Determination of Hot Cracking Susceptibility N2 - Two high-strength, low-alloy Gas Metal Arc Welding (GMAW) wires were evaluated for their susceptibility to Solidification Cracking (SC) using a modified version of the Transverse Motion Weldability (TMW) test. In theoriginal TMW test, the Transverse Displacement Speed (TDS) is varied iteratively, and crack lengths are measured in each iteration. The modified version eliminates the need for multiple runs by continuously reducing the TDS over a single run. Rather than emphasizing crack lengths, this method assesses the reaction force to the TDS, thereby determining a Critical TDS (CTDS). This critical point directly correlates with the cessation of SC growth. CTDS values were measured under a range of welding parameters, thereby demonstrating the influence of Welding speed and arc energy (U × I/welding speed) on SC susceptibility for the tested filler metals. The CTDS data obtained from this testing method have the potential to provide valuable insights for practical applications in the field. KW - Force based KW - Neural Network KW - TRS PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-640140 DO - https://doi.org/10.5781/JWJ.2025.43.4.10 SN - 2466-2100 VL - 43 IS - 4 SP - 447 EP - 457 AN - OPUS4-64014 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Czeskleba, Denis A1 - Irfan, Muhammad Dary A1 - Wandtke, Karsten A1 - Kaiser, Sebastian A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Wasserstoffdiffusion in hochfesten UP-Schweißverbindungen – einfacher als gedacht N2 - Hochfeste Baustähle werden im modernen Stahlbau aus wirtschaftlichen und konstruktiven Gründen zunehmend eingesetzt, z. B. im Gebäude-, Anlagen- oder Mobilkranbau. Durch den Einsatz von Stählen mit höheren 690 MPa) können durch die Reduzierung der Wanddicke erhebliche Gewichtsreduzierungen und geringere Verarbeitungskosten erreicht werden, insbesondere bei der Verwendung des Unterpulverschweißen (UP) durch seine hohe Abschmelzleistung. Aufgrund ihrer speziellen Mikrostruktur haben hochfeste Stähle eine begrenzte Duktilität und sind anfälliger für wasserstoffunterstützte Kaltrisse (HACC). Darüber hinaus führen große mittels UP geschweißter Blechdicken zu hohen Schweißeigenspannungen und langen Diffusionswegen für z.B. durch den Schweißprozess eingebrachten Wasserstoff. Abgesicherte Diffusionskoeffizienten für UP-Schweißungen dieser Festigkeitsklasse sind als Grundlage für die Abschätzung des Zeitintervalls einer möglichen verzögerten Kaltrissbildung oder für Nachwärmung zur Wasserstoffreduktion nur sehr begrenzt verfügbar. Aus diesem Grund wurden experimentelle Versuche zur mikrostruktur-spezifischen Diffusion in S690-Schweißungen durchgeführt. Dazu wurde ein thermomechanisch (TM) gewalzter bzw. vergüteter (QL) Zustand dieses Werkstoffs betrachtet, sowie das jeweilige charakteristische Schweißgut und WEZ. Dazu wurden den Schweißmikrostrukturen lokal Proben entnommen und über Permeations- bzw. Warmauslagerungsversuche die gefügespezifische Diffusion von Raumtemperatur bis 400°C charakterisiert. Im Gegensatz zu bekannten Effekten des Wärmebehandlungszustandes der Grundwerkstoffe auf die Diffusion in MSGSchweißverbindungen, zeigten die Wasserstoffdiffusionskoeffizienten über alle untersuchten Gefügezustände keine signifikanten Unterschiede, insbesondere nicht für die lokale WEZ diverser, untersuchter Streckenergiebereiche. Aus praktischer Anwendersicht können daher dickwandige UP-Verbindungen hinsichtlich einer verzögerten Wasserstoffdiffusion nur anhand der einfach ermittelbaren Diffusionskoeffizienten für den Grundwerkstoffkoeffizient beurteilt werden. Zudem zeigte sich, dass der unterschiedliche Walz- und Wärmebehandlungszustand (TM vs. QL) in UP-Schweißnähten eine untergeordnete Rolle für die Wasserstoffdiffusion und damit für die mögliche Zeitverzögerung der Kaltrissbildung hat. Ergänzende numerische Simulationen der Wasserstoffverteilung bestätigten das Verhalten. T2 - DVS Congress 2025 CY - Essen, Germany DA - 16.09.2025 KW - Unterpulverschweißen KW - Wasserstoffdiffusion KW - Wasserstoffunterstützte Kaltrissbildung KW - Wasserstoffrisse PY - 2025 SN - 978-3-96144-299-7 DO - https://doi.org/10.53192/DVSC20250330 VL - 401 SP - 330 EP - 340 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-64132 LA - deu 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 - JOUR A1 - Dabah, Eitan A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Mente, Tobias A1 - Beyer, Katrin A1 - Brauser, Stephan T1 - Quantification of hydrogen effective diffusion coefficients and effusion behavior in duplex stainless steel weld metals N2 - Modern methods like carrier gas hot extraction enable the quantification of dissolved hydrogen as well as the determination of the hydrogen trapping and diffusion behavior. This method was applied in order to compare for the first time the hydrogen diffusion and trapping behavior in electrochemically charged and welded duplex stainless steel (1.4462). Characteristic extraction temperatures (400, 650, and 900 °C) were used to quantify the amounts of diffusible hydrogen and trapped hydrogen for the base material and the weld metal, and in order to calculate the effective diffusion coefficients corresponding to the specific temperature. The comparison of the charging methods showed that electrochemically charged samples have a higher content of diffusible hydrogen than the welded samples. In addition, the effusion times increase in welded samples, which indicate a higher amount of trapped hydrogen. In electrochemically charged weld samples, a significant lower concentration of hydrogen was determined than in the base material. In addition, the effective diffusion coefficients were calculated for every microstructure and charging method. It was found that the base material has a higher effective hydrogen diffusion coefficient than that of the weld metal. This effect is due to the tortuous path of hydrogen diffusion in the weld metal. KW - Carrier gas hot extraction KW - Diffusion KW - Effusion KW - Hydrogen KW - Trapping PY - 2013 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-013-0051-5 SN - 0043-2288 SN - 1878-6669 VL - 57 IS - 4 SP - 561 EP - 567 PB - Springer CY - Oxford AN - OPUS4-29417 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Hensel, J. A1 - Wandtke, Karsten A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Einfluss von Wärmeführung und Bauteildesign auf die Eigenschaften und fertigungsbedingten Beanspruchungen additiv geschweißter hochfester Feinkornbaustähle N2 - Hochfeste Feinkornbaustähle verfügen über großes Potenzial für gewichtsoptimierte, effiziente Strukturen in vielen modernen Stahlkonstruktion. Weitere Effizienzsteigerungen können durch additives Fertigen sowie bionische Bauweisen erreicht werden. Hochfeste Zusatzwerkstoffe für additives MSG-Schweißen (engl.: Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM) sind bereits von den Schweißzusatzherstellern lieferbar. Eine breite industrielle Anwendung insbesondere für KMU ist aufgrund fehlender quantitativer Erkenntnisse und Richtlinien bezüglich schweißbedingter Beanspruchungen und Bauteilsicherheit während der Herstellung und des Betriebs derzeit stark limitiert. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt (FOSTA-P1380/IGF21162BG) der BAM und der TU Chemnitz werden daher die mit Eigenspannungsausbildung und der Gefahr einer Kaltrissbildung verbundenen prozess- und werkstoffbedingten sowie konstruktiven Einflüsse beim WAAM hochfester Stähle untersucht. Der vorliegende Beitrag fokussiert die Analyse der Auswirkungen von Schweißwärmeführung und Design der WAAM-Bauteile auf die Abkühlbedingungen, Gefüge, mechanisch-technologischen Eigenschaften und Eigenspannungen. Hierfür werden geometrisch definierte Probenkörper (Hohlquader) vollautomatisiert mit einem speziellen, hochfesten WAAM-Massivdraht (Streckgrenze >790 MPa) geschweißt. Die Wärmeführung und Probenabmessungen werden innerhalb eines statistischen Versuchsplans variiert. Die Schweißwärmeführung wird dabei so eingestellt, dass die t8/5-Abkühlzeiten im empfohlenen Verarbeitungsbereich (ca. 5 s bis 20 s) sichergestellt sind. Hierzu ließen sich über zusätzliche thermo-physikalische Umformsimulationen mittels Dilatometer die komplexen Wärmezyklen abbilden und die resultierende Zugfestigkeit des Schweißgutes bestimmen. Das WAAM-Schweißen komplexer Geometrien mit variierenden Schweißwärmeführungen und geometrischen Verhältnissen bzw. Wanddicken bedingt neben den Auswirkungen auf die Abkühlbedingungen, Abkühlzeiten und Gefüge deutliche Einflüsse auf die konstruktiven Steifigkeitsverhältnisse beim Schweißen. Es zeigen sich anhand der Schweißexperimente signifikante Auswirkungen durch Probenskalierung und Wärmeeinbringung auf die resultierenden lokalen Eigenspannungen. Die Folge können ungünstige Bauteileigenschaften und risskritische Zugeigenspannungen sein. T2 - DVS Congress 2022 CY - Koblenz, Germany DA - 19.09.2022 KW - MAG-Schweißen KW - Additive Fertigung KW - Eigenspannungen KW - Hochfester Stahl KW - Kaltrisssicherheit KW - Wärmeführung KW - Windenergie PY - 2022 SN - 978-3-96144-189-1 VL - 382 SP - 737 EP - 745 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-56719 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Pasternak, H. A1 - Launert, B. A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Erhöhung der Tragfähigkeit geschweißter I-Träger aus hochfestem Baustahl durch verbesserte Ansätze zur Berücksichtigung von Eigenspannungen N2 - In vielen Bereichen des modernen Stahlbaus kommen geschweißte Vollwandträger, wie I-Träger zum Einsatz. Im Gegensatz zu Walzprofilen können die Bauhöhe, die Querschnittsform und die Blechdicken an die Beanspruchung angepasst werden, wodurch sich wirtschaftliche Vorteile erzielen lassen. Dabei werden heutzutage immer häufiger hochfeste Feinkornbaustähle mit (Mindest-) Fließgrenzen bis 690 MPa eingesetzt. Zur verbesserten Ausnutzung des Tragfähigkeitspotenzials geschweißter Profile aus diesen Stählen existieren keine geeigneten Modelle zur Erfassung der schweißfertigungsbedingten Eigenspannungen an realen Komponenten. Diese Daten werden durch konservative Annahmen angenähert. Die potentielle Tragfähigkeit geschweißter Konstruktionen wird daher in der Regel unterschätzt. Die Eigenspannungsannahmen in DIN EN 1993 basieren auf starken Vereinfachungen, bspw. im Rahmen sog. „Ersatzstabnachweise“. Diese setzen die Proportionalität der Eigenspannungsamplituden zur Fließgrenze voraus. Vergleichsrechnungen mit einem parametrisierten Eigenspannungsmodell zeigten mögliche Abweichungen in den berechneten Tragfähigkeiten über mehrere Knicklinien. Die Festlegungen hinsichtlich der anzuwendenden Knicklinie beeinflussen jedoch die Blechdicken und somit in erheblichem Maße auch die Fertigungskosten. Als Optimierungsstrategie wurden in diesem Forschungsprojekt deswegen unterschiedliche anwendungsorientierte Modellansätze entwickelt, welche mithilfe nichtlinearer Traglastberechnungen, die höhere Ausnutzung von Tragfähigkeitsreserven ermöglichen sollen. Forschungsziel war somit primär die Entwicklung und Bereitstellung entsprechender Berechnungsansätze. Experimentell wurde hierzu der Eigenspannungszustand von konventionell geschweißten Strukturen am Beispiel der im Stahlbau besonders häufig verwendeten I-Träger aus zwei gängigen Baustählen, einem unlegierten Baustahl S355J2+N und einem Feinkornbaustahl S690QL, erfasst und durch numerische Schweißstruktursimulationen ergänzt. Anschließend erfolgte die Ableitung eines vereinfachten Berechnungsmodells zur weiteren Berücksichtigung in nichtlinearen Tragfähigkeitsberechnungen. Die Erkenntnisse sollen in einen entsprechenden Anwenderleitfaden, herausgegeben durch das Technical Committee 8 der Europäischen Konvention für Stahlbau, einfließen und diesbezüglich als Orientierung einer möglichen zukünftigen Anpassung der Knicklinien in DIN EN 1993-1-1 dienen. Im Projekt wurden die genannten Stähle in zwei typischen Dickenkombinationen von 25/15 mm und 20/10 mm (Gurt- und Stegbleche) zu Großprobekörpern „I-Träger“ unter industrienahen Fertigungsbedingungen mittels Metall-Aktivgasschweißen gefügt. Diese erzeugten die typischen Eigenspannungen, die in solchen Trägern nach der Fertigung vorliegen. Während des Schweißens wurden die Temperaturfelder durch Thermoelemente aufgezeichnet. Die Eigenspannungen wurden nach dem Schweißen experimentell durch eine Kombination aus mechanischem Zerlegen (Zerlegemethode) und anschließender mobiler Röntgendiffraktometrie (XRD) festgestellt. Der Einfluss der industriell üblichen Brennschnittkantenvorbereitung der Bleche auf die finalen Eigenspannungszustände wurde experimentell zusätzlich an kleinmaßstäblichen Proben untersucht. Metallographische Analysen (Schliffbilder und Härtemessungen) komplettierten das experimentelle Programm der FE 2 (BAM, Berlin). Die Ergebnisse zeigten, dass beim mechanischen Zerlegen bereits ein Großteil der Eigenspannungen herausgelöst wurde. Eine Aussage zu den nahtnahen Zugeigenspannungen war allerdings erst durch die Überlagerung mit der XRD möglich. Dabei zeigte der S690QL überwiegend ein besseres Verhalten als der S355J2+N, welches sich unter anderem in abgesenkten Zugeigenspannungen im Verhältnis zur jeweiligen Fließgrenze äußerte. Die maximalen Eigenspannungen wurden dabei zumeist in der Wärmeeinflusszone (WEZ) der Schweißnaht gemessen, unabhängig von der eingebrachten Streckenenergie oder der Festigkeit des Grundwerkstoffs. Die baupraktische Annahme, dass die maximalen Eigenspannungen in Höhe der Fließgrenze vorliegen können, wurde nur in Einzelfällen und nur für den S355J2+N bestätigt. Die experimentellen Ergebnisse zeigten für die Druckeigenspannungen ebenfalls reduzierte relative Eigenspannungswerte des S690QL. Dies zeigt die notwendige weitere Optimierung bei der Wahl der Bewertungsansätze für Eigenspannungen auf die Tragfähigkeit. Die erzeugten Messwerte dienten im weiteren Verlauf als Eingangswerte für die Modellentwicklung und die numerischen Simulationen an I-Trägern durch die FE 1 (LSH, Cottbus). Die numerischen Schweißsimulationen erfolgten in Simufact.Welding® für die Simulationsmodelle mit „klassischem“ Schweißsimulationsansatz sowie in Ansys® für vereinfachte Simulationen und Näherungsansätze. Die Modelle lieferten insgesamt vergleichbare Ergebnisse für die Längseigenspannungen mit teils jedoch erheblichen Unterschieden in den Rechenzeiten. Durch eine angepasste Vernetzung konnte die Rechenzeit in allen Fällen deutlich reduziert werden. Aufgrund der verwendeten Bauteilgrößen ist die Anwendung der Modellierung mit Volumenelementen allerdings meistens nicht praktikabel. Für typische Trägerschweißungen bieten stattdessen Querschnittsmodelle mit der Annahme eines verallgemeinerten ebenen Verzerrungszustands eine mögliche Alternative. Der Abgleich der Ergebnisse mit den Experimenten lieferte zusammenfassend überwiegend gute bis befriedigende Übereinstimmungen. Die experimentell festgestellten Tendenzen wurden dabei in allen Fällen richtig vorhergesagt. Eine umfassende Bewertung der erzielbaren Genauigkeiten war bisher nicht möglich. Dies lag einerseits daran, dass die Datendichte der mit der durch die Zerlegung gewonnen Ergebnisse gering war. Anderseits lieferten die überlagerten Ergebnisse mit der XRD in Teilen, insbesondere in den interessierenden Druckbereichen, widersprüchliche Aussagen zum Eigenspannungseinfluss, was bisher nicht abschließend geklärt werden konnte. Darüber hinaus entstanden etwaige Abweichungen in den Simulationen auch durch die zugrunde gelegten Materialdaten selbst. Diese entsprachen Standarddatensätzen aus Materialbibliotheken. Die Skalierung dieser erfolgte gleichmäßig über den gesamten Temperaturbereich. Insbesondere für den S690QL existierten zu wenige belastbare Materialkennwerte. Entsprechende Versuche konnten im Rahmen dieses Vorhabens nicht mit durchgeführt werden. Dennoch konnten hinsichtlich eines vereinfachten Berechnungsvorgehens zur Berücksichtigung der Schweißeigenspannungen in Tragfähigkeitsberechnungen einige wichtige Erkenntnisse gewonnen werden. Auf Basis der in den numerischen Schweißsimulationsmodellen ermittelten plastischen Dehnungsmuster, auch „Eigenspannungsquellen“, wurde eine vereinfachte Simulationsvorgehensweise vorgeschlagen und verifiziert. Die dabei eingeführten Vereinfachungen wurden im Hinblick auf die Berechnung ausschließlich der plastischen Längsdehnungen bzw. der Längseigenspannungen gewählt. Die Anwendbarkeit ist daher auf ausreichend lange Schweißträger mit Längsnähten beschränkt. Einige Modellmodifikationen zur weiteren Vereinfachung bzw. Modellimplementierung in die strukturmechanische Berechnung an großen Komponenten wurden vorgestellt. Abschließend erfolgt die Einstufung in eine mögliche Knicklinie auf Basis eines mittels GMNIA (geometrisch und materiell nichtlineare Analyse mit Imperfektionen) Berechnungen simulierten Streubands der Tragfähigkeiten mittels Abaqus® und Ansys®. Die anfängliche Hypothese einer günstigeren Knicklinie eines S690QL im Vergleich zum S355J2+N wurde dabei rechnerisch bestätigt. Der experimentelle Nachweis mittels entsprechender Trägerfähigkeitsversuche ist allerdings noch ausstehend. KW - Schweißeigenspannungen KW - Numerische Simulation KW - Traglastverhalten KW - I-Träger KW - Hochfeste Stähle PY - 2018 SN - 978-3-946885-32-0 VL - Forschung für die Praxis P 1035 SP - 1 EP - 144 PB - Verlag und Vertriebsgesellschaft mbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-45271 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -