TY - JOUR A1 - Zhang, L. A1 - Kannengießer, Thomas T1 - lnfluence of microalloy design on heat-affected zone toughness of S690QL steels JF - Welding in the World N2 - Three high-strength Nb-,.Ti- and Ti+ V-bearing S690QL steels were welded to investigate and compare the effects of microalloy addition on heat-affected zone (HAZ) toughness. Charpy V notch impact tests from three microalloyed welds under different cooling rates have been performed. Fractographic examination shows that several factors, including large-sized grain, upper bainite or hard second phase, interact to determine brittle fracture and impaired toughness in Nb-bearing weld with high heat input. In contrast to this reduced toughness, Ti-bearing welds exhibits satisfied toughness regardless of at fast or slow cooling. This is attributed to its limited austenite grain and refines favorable intragranular acicular ferrite structure. Moreover, in the case of such refined structure as matrix, TiN particles are found to be irrelevant to the facture process. The crystallographic results also confirm that high-angle boundaries between fine ferrites plates provide effective barriers for crack propagation and contribute to improved toughness. KW - High-strength steels KW - Microalloyed steels KW - Toughness KW - Cooling rate KW - Microstructure PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-018-0558-x VL - 62 IS - 2 SP - 339 EP - 350 PB - Springer CY - Heidelberg, Germany AN - OPUS4-44792 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Taparli, Ugur Alp A1 - Jacobsen, Lars A1 - Griesche, Axel A1 - Michalik, Katarzyna A1 - Mory, David A1 - Kannengießer, Thomas T1 - In situ laser-induced breakdown spectroscopy measurements of chemical compositions in stainless steels during tungsten inert gas welding JF - Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy N2 - A laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) system was combined with a bead-on-plate Tungsten Inert Gas (TIG) welding process for the in situ measurement of chemical compositions in austenitic stainless steels during welding.Monitoring the weld pool's chemical composition allows governing the weld pool solidification behavior, and thus enables the reduction of susceptibility to weld defects. Conventional inspection methods for weld seams (e.g. ultrasonic inspection) cannot be performed during the welding process. The analysis system also allows in situ study of the correlation between the occurrence ofweld defects and changes in the chemical composition in theweld pool or in the two-phase regionwhere solid and liquid phase coexist. First experiments showed that both the shielding Ar gas and the welding arc plasma have a significant effect on the selected Cr II, Ni II and MnII characteristicemissions, namely an artificial increase of intensity values via unspecific emission in the spectra. In situ investigations showed that this artificial intensity increase reached a maximum in presence of weld plume. Moreover, an explicit decay has been observedwith the termination of thewelding plumedue to infrared radiation during sample cooling. Furthermore, LIBS can be used after welding to map element distribution. For austenitic stainless steels,Mnaccumulations on both sides of theweld could be detected between the heat affected zone (HAZ) and the base material. T2 - th International Conference on Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) CY - Chamonix-Mont-Blanc, France DA - 12.09.2016 KW - LIBS KW - TIG KW - Welding KW - Austenitic KW - Stainless steels KW - Chemical composition KW - In situ KW - Measurement PY - 2018 UR - http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0584854717301064 DO - https://doi.org/10.1016/j.sab.2017.11.012 SN - 0584-8547 VL - 139 SP - 50 EP - 56 PB - Elsevier CY - Amsterdam, Niederlande AN - OPUS4-43122 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Load analyses of welded high-strength steel structures using image correlation and diffraction techniques JF - Welding in the World N2 - In an increasing number of modern steel applications, high-strength structural steel grades are demanded to meet specifications regarding a high load-bearing capacity and a low operating weight. Lightweight design rules enhance the safety requirements, especially for welded joints. Besides a higher cracking risk for high-strength steel welds, the formation of tensile residual stresses might lead to fracture due to overloading or premature failure if not adequately considered. In this study, a stress-strain analysis was conducted at component-related structures from S960QL using digital image correlation while preheating, welding and cooling adjacent to the weld seam. X-ray diffraction analysis of the local residual stresses in the weld seam showed a good comparability with global analyses using either a DIC system or a special testing facility, which allowed in situ measurements of welding loads. By analysing two different seam geometries, it could be shown that lower multi-axial stresses arise if a narrower weld groove is used. Comparative analyses revealed a direct correlation of the local residual stresses in the weld with transverse shrinkage restraint, whereas the residual stress level in the HAZ is significantly affected by the bending restraint of the weld construction and the occurring bending stresses, respectively. KW - Process parameters KW - Residual stresses KW - Restraint KW - GMAwelding KW - High-strength steels PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-018-0566-x SN - 0043-2288 SN - 1878-6669 VL - 62 IS - 3 SP - 459 EP - 469 PB - Springer CY - Berlin, Heidelberg AN - OPUS4-44270 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Formation of multi-axial welding stresses due to material behaviour during fabrication of high-strength steel components JF - Welding in the World N2 - Today, an expanding application of high-strength steels in modern welded constructions can be observed. The economical use of these steel grades largely depends on the strength and reliability of the weldments. Therefore, the special microstructure and mechanical properties of these grades have to be taken into account by keener working ranges regarding the welding parameters. However, performance and safety of welded components are strongly affected by the stresses occurring during and after welding fabrication locally in the weld seam and globally in the whole component, especially if the shrinkage and distortion due to welding are restrained. Some extensive studies describe the optimization of the welding stresses and the metallurgical effects regarding an adapted welding heat control. Lower working temperatures revealed to be particularly effective to reduce the local and global welding-induced residual stresses of the complete weld significantly. However, decreased interpass temperatures cause concurrently higher stresses during welding fabrication. This work shows strategies to reduce these in-process stresses. With help of multi-axial welding stress analyses in component-related weld tests, using a special 2-MN-testing facility, differences in stress build-up are described in detail for root welds, filler layers and subsequent cooling to ambient temperature. KW - Residual stresses KW - GMA welding KW - Restraint KW - High-strength steels KW - Process parameters PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-018-0650-2 SN - 0043-2288 SN - 1878-6669 VL - 63 IS - 1 SP - 43 EP - 51 PB - Springer AN - OPUS4-46604 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Hannemann, Andreas A1 - Kannengießer, Thomas ED - Seefeldt, Marc T1 - In-situ determination of critical welding stresses during assembly of thick-walled components made of high-strength steel T2 - Residual stresses 2018, ECRS-10 N2 - The performance and safety of welded high-strength low-alloyed steel (HSLA) components are substantially affected by the stresses occurring during and after welding fabrication, especially if welding shrinkage and distortion are severely restrained. The surrounding structure of the whole component affects loads in the far-field superimposing with welding stresses in the near-field of the weld. In this study a unique testing facility was used to restrain shrinkage and bending while analyse multiaxial far-field loads (max. 2 MN) during assembly of thick-walled component. A novel approach for the assessment of the in-situ-measured far-field data in combination with the actual weld geometry was elaborated. For the first time, analyses of the global bending moments of restrained welds based on the neutral axis of the actual weld load bearing section were achieved. Hence, far-field measurements offered the possibility to determine critical near-field stresses of the weld crosssections for the entire joining process. This work presents the approach for far-to-near field in-situ determination of stresses in detail for the 2-MN-testing system based on an extensive experimental work on HSLA steel welds, which demonstrates sources and consequences of these high local welding stresses. Thus, it was clarified, why the first weld beads are crucial regarding welding stresses and cold cracking, which is well known, but has never been measured so far. Accompanying analyses using X-ray diffraction (XRD) after welding show effects on local residual stress distributions. These analyses indicated viable prospects for stress reduction during assembly of thick-walled HSLA steel components. T2 - European Conference on Residual Stresses 2018 - ECRS-10 CY - Leuven, Belgium DA - 11.09.2018 KW - Residual stress KW - Welding KW - Large-scale test KW - X-ray diffraction KW - HSLA steel PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-466053 SN - 978-1-9452-9188-3 SN - 978-1-9452-9189-0 DO - https://doi.org/10.21741/9781945291890-30 SN - 2474-395X SN - 2474-3941 VL - 6 SP - 191 EP - 196 PB - Materials Research Forum LLC CY - Millersville, PA, USA AN - OPUS4-46605 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schaupp, Thomas A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Kaltrissbildung in Mehrlagenschweißungen - Einflussanalyse von Nahtgeometrie und Wärmeführung beim Einsatz modifizierter Sprühlichtbögen T2 - DVS-Congress 2018 - DVS-Berichte N2 - Ausgehend vom derzeit vorrangigen Einsatz in Mobilkranen, kommen höherfeste Feinkornbaustähle mit Streckgrenzen ab 960 MPa zunehmend auch in anderen modernen Stahlkonstruktionen zur Anwendung. Dies ist aufgrund aktueller Forderungen nach Energie- und Ressourceneffizienz im Sinne des konstruktiven Leichtbaus vielfach notwendig. Die Verwendung höherfester Stähle sowie deren schweißtechnische Verarbeitung, insbesondere in sicherheitsrelevanten Tragstrukturen, erfordert ein tiefgreifendes Verständnis der Zusammenhänge zwischen Schweißverfahren, Wärmeeinbringung, Abkühlbedingungen sowie den daraus resultierenden metallurgischen Vorgängen in der Schweißnaht und den nahtnahen Bereichen. Vorwiegend werden höherfeste Güten mittels MAG-Prozess geschweißt. Bedeutende Fortschritte in der Regelungstechnik führten unter den Herstellern von Schweißstromquellen in den letzten Jahren zur Entwicklung zahlreicher modifizierter Sprühlichtbogenprozesse (mod. SLB). Diese Prozesse ähneln sich in ihren Eigenschaften und ermöglichen die bekannten positiven Aspekte, wie Einsparung an Schweißzusatz sowie Schweiß- und Rüstzeit aufgrund der Möglichkeit reduzierter Nahtöffnungswinkel. Der mod. SLB bedingt zusammen mit einer anderen Nahtgeometrie veränderte Naht- und Schweißraupenquerschnitte sowie einen abweichenden Lagenaufbau. Diese wirtschaftlich-technisch attraktive Möglichkeit reduzierter Nahtöffnungswinkel findet in den Regelwerken zur schweißtechnischen Verarbeitung höherfester Feinkornbaustähle unter Vermeidung von Kaltrissbildung bisher keine Berücksichtigung. Dabei gilt es, gerade die Interaktion der Haupteinflussgrößen auf die Kaltrissbildung unter reduziertem Nahtöffnungswinkel zu betrachten. Im Rahmen zweier AiF-Forschungsvorhaben (IGF-Nr. 17.978 N, 18.596 BR) wurde daher der Einfluss der Wärmeführung anhand vergleichender Mehrlagenschweißungen mittels konventionellem Übergangslichtbogen und mod. SLB mit angepasster Nahtkonfiguration auf schweißbedingte Beanspruchungen sowie auf die Wasserstoffkonzentration im Schweißgut untersucht. T2 - DVS Congress 2018 - Große Schweißtechnische Tagung CY - Friedrichshafen, Germany DA - 17.09.2018 KW - Kaltriss KW - Hochfester Feinkornbaustahl KW - MAG-Schweißen PY - 2018 SN - 978-3-96144-036-8 VL - 344 SP - 73 EP - 78 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-45977 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schaupp, Thomas A1 - Rhode, Michael A1 - Yahyaoui, Hamza A1 - Kannengießer, Thomas ED - Duprez, Lode T1 - Hydrogen distribution in multi-layer welds of steel S960QL T2 - Proceedings of the Third International Conference on Metals & Hydrogen N2 - High-strength low-alloyed (HSLA) steels with yield strength ≥ 690 MPa have increasing importance in steel construction and civil engineering. However, weld processing of those steels is a major challenge. The susceptibility for degradation of mechanical properties of weld joints significantly increases in presence of hydrogen and can result in hydrogen assisted cracking (HAC). Generally, risk for HAC increases with increasing yield strength of HSLA steels. To minimize the incidence of HAC, it is essential to gain knowledge about both the (1) absorbed hydrogen amount and its distribution in the weld seam and (2) options to lower the amount of introduced hydrogen. Existing standards recommend heat treatment procedures (interpass temperature or post weld heat treatment) to reduce the diffusible hydrogen concentration in weldments. In this context, different weld seam geometries should be considered. For HSLA steel fabrication weld processing with seam opening angles of 45° to 60° is typical. Modern weld technologies allow welding with seam opening angles of 30° - reduced welding time and costs. In the present study, the hydrogen distribution in multi-layer welds of a 960 MPa HSLA steel was analysed. Influence of different seam opening angles as well as heat input, interpass temperature and post weld heat treatments were investigated. The welded samples were quenched in ice water immediately after welding and subsequently stored in liquid nitrogen. After defined warming up, small specimens were machined from the weld seam by water jet cutting. The diffusible hydrogen concentration was measured by carrier gas hot extraction with coupled mass spectrometer. The results showed, that low heat input and post weld heat treatment procedures can lower hydrogen concentrations in welds. Furthermore, a gradient of the hydrogen concentration was identified with increasing weld pool depth. By varying the seam opening angles different hydrogen concentrations were measured. T2 - Third International Conference on Metals & Hydrogen CY - Ghent, Belgium DA - 29.05.2018 KW - Hydrogen concentration KW - Welding KW - High-strength steel KW - Heat treatment KW - carrier gas hot extraction PY - 2018 SN - 978-9-08179-422-0 SP - P44 AN - OPUS4-45358 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schaupp, Thomas A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas ED - Lippold, J. ED - Boellinghaus, Thomas ED - Richardson, I. T1 - Influence of welding parameters on diffusible hydrogen content in high-strength steel welds using modified spray arc process JF - Welding in the World N2 - In order to satisfy the growing requirements towards lightweight design and resource efficiency in modern steel constructions, e.g., mobile cranes and bridges, high-strength steels with typical yield strength ≥ 690 MPa are coming into use to an increasing extent. However, these steels require special treatment in welding. The susceptibility for degradation of the mechanical properties in the presence of hydrogen increases significantly with increasing yield strength. In case of missing knowledge about how and the amount of hydrogen that is uptaken during welding, hydrogen-assisted cracking (HAC) can be a negative consequence. Moreover, modern weld technology like the modified spray arc process enables welding of narrower weld seams. In this context, a reduced number of weld beads, volume, and total heat input are technical and economical benefits. This work presents the influence of welding parameters on the diffusible hydrogen content in both (1) single-pass and (2) multi-layer welds. Different hydrogen concentrations were detected by varied contact tube distance, wire feed speed, arc length, and varied arc type (transitional arc and modified spray arc). The results show that all welding parameters have significant influence on the diffusible hydrogen concentration in the single-pass welds. By increasing the number of weld beads in case of multi-layer welding, the hydrogen concentration has been reduced. Whereby, differences in hydrogen concentrations between both arc types are present. KW - Hydrogen KW - MAG welding KW - High-strength steels KW - Process parameters PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-017-0535-9 SN - 0043-2288 SN - 1878-6669 VL - 62 IS - 1 SP - 9 EP - 18 PB - Springer CY - Berlin Heidelberg AN - OPUS4-43864 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schaupp, Thomas A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Burger, S. A1 - Zinke, M. A1 - Jüttner, S. T1 - Einfluss der Wärmeführung auf die Wasserstoffkonzentration in geschweißten höherfesten Feinkornbaustählen beim Einsatz modifizierter Sprühlichtbogenprozesse JF - Schweißen und Schneiden N2 - Um den wachsenden Anforderungen an den stofflichen und konstruktiven Leichtbau sowie den Forderungen nach Ressourceneffizienz Rechnung zu tragen, werden in vielen Industriebranchen zunehmend höherfeste Feinkornbaustähle mit Streckgrenzen über 690 MPa eingesetzt. Allerdings werden mit zunehmender Festigkeit deutlich höhere Anforderungen an deren schweißtechnische Verarbeitung gestellt, da die Sensibilität gegenüber einer Herabsetzung der mechanischen Eigenschaften durch den beim Schweißen aufgenommenen diffusiblen Wasserstoff mit steigender Festigkeit zunehmen kann. In den vergleichenden Untersuchungen von konventionellem Übergangslichtbogen und modifiziertem Sprühlichtbogen bei reduziertem Nahtöffnungswinkel konnte gezeigt werden, dass die Schweißprozessparameter die in das Schweißgut eingebrachte Wasserstoffkonzentration beeinflussen. Grundsätzlich ist den erarbeiteten Ergebnissen zu entnehmen, dass im Schweißgut von Stumpfstoßverbindungen mit reduziertem Nahtöffnungswinkel erhöhte mittlere Wasserstoffkonzentrationen vorliegen. Diese können mit geeigneten Wärmeführungen signifikant reduziert werden. Dabei erwies sich eine Nachwärmprozedur aus der Schweißwärme heraus als zielführend. KW - Hochfester Stahl KW - Schutzgasschweißen KW - Wärmeführung KW - Wasserstoff KW - Rissbildung PY - 2018 VL - 70 IS - 5 SP - 290 EP - 297 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-45109 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schaupp, Thomas A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Heißriss-Forschung an der BAM - Ein kleiner Überblick N2 - Die Vermeidung von Heißrissen beim Schweißen ist für die Sicherheit geschweißter Komponenten unerlässlich. Die Entstehung von Heißrissen wird durch die komplexe Interaktion von Schweißprozess, Metallurgie und der konstruktiven Umgebung beschrieben. Bislang wurden mehr als 140 Heißrisstests entwickelt, um die Neigung gegenüber einer Rissbildung festzulegen. Grundsätzlich werden diese in selbstbeanspruchende und fremdbeanspruchte Heißrisstests eingeteilt. Der Vortrag gibt einen Überblick über Forschungsthemen der BAM, welche sich in den letzten Jahren hauptsächlich mit den metallurgischen als auch mit den konstruktiven Einflüssen auf die Rissbildung beschäftigt haben. Von austenitischen und ferritischen Werkstoffen, über neuentwickelte LTT-Legierungen bis hin zur in-situ Radiographie zur Überwachung des Risswachstums während des Schweißens wird ein breites Forschungsspektrum aufgezeigt. Zum Abschluss ist ein Ausblick für zukünftige Forschungsfelder gegeben. Diese Arbeiten konzentrieren sich auf die zwei- und dreidimensionale bildliche Charakterisierung von (Mikro-)Heißrissen in innovativen Werkstoffen zur Erweiterung bestehender Modellvorstellungen zum Rissphänomen. T2 - Forschungsseminar CY - Technische Universität Clausthal, Clausthal, Germany DA - 31.01.2018 KW - Heißriss KW - Austenit KW - Ferrit KW - LTT-Legierung KW - Prüfverfahren PY - 2018 AN - OPUS4-44019 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Mente, Tobias A1 - Steppan, E. A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Steger, J. T1 - Hydrogen trapping in T24 Cr-Mo-V steel weld joints - microstructure effect vs. experimental influence on activation energy for diffusion JF - Welding in the World N2 - Hydrogen-assisted cracking is a critical combination of local microstructure, mechanical load and hydrogen concentration. Welded microstructures of low-alloyed creep-resistant Cr-Mo-V steels show different hydrogen trapping kinetics. This influences the adsorbed hydrogen concentration as well as the diffusion by moderate or strong trapping. A common approach to describe hydrogen traps is by their activation energy that is necessary to release hydrogen from the trap. In the present study, Cr-Mo-V steel T24 (7CrMoVTiB10-10) base material and TIG weld metal were investigated. Electrochemically hydrogen charged specimens were analyzed by thermal desorption analysis (TDA) with different linear heating rates. The results show two different effects. At first, the microstructure effect on trapping is evident in terms of higher hydrogen concentrations in the weld metal and increased activation energy for hydrogen release. Secondly, it is necessary to monitor the real specimen temperature. A comparison between the adjusted heating rate and the real specimen temperature shows that the calculated activation energy varies by factor two. Thus, the trap character in case of the base material changes to irreversible at decreased temperature. Hence, the effect of the experimental procedure must be considered as well if evaluating TDA results. Finally, realistic temperature assessment is mandatory for calculation of activation energy via TDA. KW - Creep-resistant steel KW - Hydrogen assisted cracking KW - Thermal desorption analysis KW - Welding KW - Microstructure KW - Diffusion PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-017-0546-6 SN - 0043-2288 SN - 1878-6669 VL - 62 IS - 2 SP - 277 EP - 287 PB - Springer CY - Berlin, Heidelberg AN - OPUS4-44505 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Kromm, Arne A1 - Schroepfer, Dirk A1 - Steger, J. A1 - Kannengießer, Thomas ED - Seefeldt, M. T1 - Residual stress formation in component related stress relief cracking tests of a welded creep-resistant steel T2 - RESIDUAL STRESSES 2018, ECRS-10 N2 - Submerged arc welded (SAW) components of creep-resistant low-alloyed Cr-Mo-V steels are used for thick-walled heavy petrochemical reactors (wall-thickness up to 475 mm) as well as employed in construction of modern high-efficient fossil fired power plants. These large components are accompanied by significant restraints during welding fabrication, especially at positions of different thicknesses like welding of nozzles. As a result, residual stresses occur, playing a domi-nant role concerning so-called stress relief cracking (SRC) typically during post weld heat treat-ment (PWHT). Besides specific metallurgical factors (like secondary hardening due to re-precipitation), high tensile residual stresses are a considerable influence factor on SRC. For the assessment of SRC susceptibility of certain materials mostly mechanical tests are applied which are isolated from the welding process. Conclusions regarding the influence of mechanical factors are rare so far. The present research follows an approach to reproduce loads, which occur during welding of real thick-walled components scaled to laboratory conditions by using tests designed on different measures. A large-scale slit specimen giving a high restraint in 3 dimensions by high stiffness was compared to a medium-scale multi-pass welding U-profile specimen showing a high degree of restraint in longitudinal direction and a small-scale TIG-re-melted specimen. The small-scale specimens were additionally subjected to mechanical bending to induce loads that are found during fabrication on the real-scale in heavy components. Results show for all three cases compa-rable high tensile residual stresses up to yield strength with high gradients in the weld metal and the heat affected zone. Those high tensile stresses can be significant for cracking during further PWHT. T2 - European Conference on Residual Stresses 2018 - ECRS-10 CY - Leuven, Belgium DA - 11.09.2018 KW - Welding KW - Residual stresses KW - Stress Relief Cracking (SRC) KW - Creep-resistant steel KW - Post Weld Heat Treatment (PWHT) PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-459683 SN - 978-1-9452-9188-3 SN - 978-1-9452-9189-0 DO - https://doi.org/10.21741/9781945291890-29 SN - 2474-395X SN - 2474-3941 VL - 6 SP - 185 EP - 190 PB - Materials Research Forum LLC CY - Millersville, PA, USA AN - OPUS4-45968 LA - eng 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 - TY - JOUR A1 - Kromm, Arne A1 - Lausch, Thomas A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Dixneit, Jonny A1 - Hannemann, Andreas A1 - Kannengießer, Thomas ED - Neu, Richard W. ED - Totten, George E. T1 - From the field to the lab: Real scale assessment of stresses in welded components JF - Materials Performance & Characterization N2 - Residual stresses are crucial when assessing the performance of welded components. The present work deals with the possibilities of transferring the real-life boundary conditions of welding, which influence the residual stress, into the laboratory. The possibilities of a test system specifically developed for this purpose with a maximum capacity of 2 MN are shown. Due to the structural design, global process, geometry and material-dependent stresses are induced, which can be simulated and quantified within the system. Additionally, X-ray diffraction can be applied to determine the resulting local residual stress distribution precisely with high spatial resolution. Two examples are presented how the conditions to be found during production are simulated in the laboratory. It is shown how welding residual stresses in high-strength steels are affected by the heat control. It was possible to clarify why elevated working temperatures significantly increase the bending stresses in the welded joint and therefore the tensile residual stresses in the heat affected zone (HAZ). The effect of a heat treatment applied under mechanical stress resulting from welding is demonstrated by the example of a creep resistant steel. Reheat cracking is significantly increased in this case compared to small scale laboratory based tests. KW - Residual stress KW - Welding KW - Large-scale test KW - Creep resistant steel KW - High strength steel PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1520/MPC20170111 SN - 2379-1365 VL - 7 IS - 4 SP - 574 EP - 593 PB - ASTM International CY - West Conchohocken AN - OPUS4-46662 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 T2 - DVS Congress 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 - CONF A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Schaupp, Thomas A1 - Rhode, Michael T1 - Metallurgische Einflüsse auf die Wasserstoffversprödung und Kaltrissneigung höherfester geschweißter Offshore-Konstruktionen für die Windenergie N2 - Bei der Fertigung dickwandiger Bauteile durch Schweißverfahren mit großen Abschmelzleistungen kommt es zu einer Wasserstoffversprödung. Diese ist abhängig von den Grundwerkstoff-Zusatzwerkstoff-Kombinationen, welche zu unterschiedlichen Ausscheidungen führen und das Diffusions- und Trappingverhalten des Wasserstoffes im Gefüge beeinflussen. Die metallurgischen Einflüsse sind bisher unbekannt. Es werden Empfehlungen zur Wärmeführung beim Schweißen abgeleitet. Hierzu ist es notwendig, die metallurgie- und mikrostrukturspezifische Wasserstoffdiffusion und -freisetzungstemperatur zu bestimmen. Die Konzepte zur Vermeidung der Kaltrissanfälligkeit werden an UP/MSG-Bauteilschweißungen entwickelt. Ziel ist die Identifikation von metallurgisch günstigen GW-Zusatz-Kombinationen zur a-priori Vermeidung zeitverzögerter wasserstoffunterstützter Kaltrissbildung geschweißter Komponenten aus modernen Stählen. T2 - Sitzung des Arbeitskreises "Fügetechnik für die Windenergie" des DVS e. V. CY - Duisburg, Germany DA - 14.02.2018 KW - Höherfester Stahl KW - Metallurgie KW - Kaltriss KW - Diffusion PY - 2018 AN - OPUS4-44258 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 JF - Science and Technology of Welding and Joining 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 -