TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Kromm, Arne A1 - Mente, Tobias A1 - Czeskleba, Denis A1 - Brackrock, Daniel A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Bauteilversuch zur Bewertung der wasserstoffunterstützten Rissanfälligkeit geschweißter, dickwandiger Offshore-Gründungsstrukturen N2 - Offshore-Windenergieanlagen erfordern Gründungskonzepte aus unterpulver-(UP-)geschweißten Dickblechen (bspw. der Güte S420ML). Während der Schweißfertigung kann eine zeitverzögerte wasserstoffunterstützte Kaltrissbildung auftreten, deren Bewertung aufgrund der Bauteilgröße von Offshore-Strukturen sehr komplex ist. Deswegen wurde eine bauteilähnliche Geometrie (Mock-Up) entwickelt, um reale Steifigkeitsverhältnisse auf den Labormaßstab zu übertragen. Zusätzliche Versteifungen simulieren die Wirkung einer Einspannung bzw. Schrumpfbehinderung der Schweißnaht. Über die Verwendung von Schweißpulvern mit definierter Feuchte wurden zudem ein Extremszenario der Wasserstoffaufnahme simuliert. Entsprechend der vorgegebenen Mindestwartezeit für die ZfP von bis zu 48 h wurde die Schweißnaht zerstörungsfrei mit Phased-Array-Ultraschall-Prüfung (PAUT) geprüft und die Eigenspannungen über Röntgendiffraktometrie (XRD) bestimmt. Zusätzlich wurde die Wasserstoffverteilung in der Schweißverbindung numerisch simuliert. Außer zulässigen Defekten (wie Poren), wurde keine verzögerte Kaltrissbildung in den Mock-Ups festgestellt, was auf hohe Rissbeständigkeit hindeutet. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2023 CY - Berlin, Germany DA - 23.11.2023 KW - Kaltrissbildung KW - Wasserstoff KW - Offshore KW - Schweißen KW - Bauteiltest PY - 2023 DO - https://doi.org/10.48447/WP-2023-219 SP - 316 EP - 321 CY - Berlin AN - OPUS4-58908 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Mente, Tobias A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Schaupp, Thomas A1 - Zavdoveev, Anatoly T1 - Challenges for testing hydrogen-assisted cold cracking in weld seams of high-strength steel grades N2 - Hydrogen can cause weld cold cracking even days after fabrication. In this respect, higher strength steels present a challenge to established cold crack testing. In general, the tolerable hydrogen concentration for crack prevention decreases with increasing material strength. In addition, advanced welding processes require changes in weld geometry and heat input. This directly influences the formation of crack-critical microstructures, e.g. in hardened areas of the heat-affected zone. The limits of use and application of modern cold cracking tests are evaluated by (1) the externally loaded Implant-test and (2) the self-restraint Tekken-test. In particular, external mechanical stresses, which cause additional mechanical loads on the components during welding, must be considered due to the component-specific stiffness of high-strength steels. Accompanying test methods for determining hydrogen concentration and diffusion in welds are presented, such as carrier gas hot extraction for determining hydrogen concentration (ISO 3690) or temperature-dependent diffusion coefficients. These values are of great importance for a holistic approach to the evaluation of the cold cracking sensitivity of high strength steels. KW - Hydrogen KW - Welding KW - Cold cracking test KW - High-strength steel PY - 2024 DO - https://doi.org/10.37434/tpwj2024.08.01 SN - 0957-798X VL - 2024 IS - 8 SP - 3 EP - 9 PB - International Association "Welding" CY - Kyiv, Ukraine AN - OPUS4-60946 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Mente, Tobias A1 - Richter, Tim A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Characterization of Hydrogen Diffusion in Offshore Steel S420G2+M Multi-layer Submerged Arc Welded Joint N2 - As onshore installation capacity is limited, the increase in the number of offshore wind turbines (OWT) is a major goal. In that connection, the OWTs continuously increase in size and weight and demand adequate foundations concepts like monopiles or tripods. These components are typically manufactured from welded mild steel plates with thickness up to 200 mm. The predominant welding technique is submerged arc welding (SAW). In accordance with the standards, the occurrence of hydrogen-assisted cracking is anticipated by either a minimum waiting time (MWT, before non-destructive testing of the welded joint is allowed) at ambient or a hydrogen removal heat treatment (HRHT) at elevated temperatures. The effectiveness of both can be estimated by calculation of the diffusion time, i.e., diffusion coefficients. In this study, these coefficients are obtained for the first time for a thick-walled S420G2+M offshore steel grade and its multi-layer SAW joint. The electrochemical permeation technique at ambient temperature is used for the determination of diffusion coefficients for both the base material and the weld metal. The coefficients are within a range of 1025 to 1024 mm2/s (whereas the weld metal had the lowest) and are used for an analytical and numerical calculation of the hydrogen diffusion and the related MWT. The results showed that long MWT can occur, which would be necessary to significantly decrease the hydrogen concentration. Weld metal diffusion coefficients at elevated temperatures were calculated from hydrogen desorption experiments by carrier gas hot extraction. They are within a range of 1023 mm2/s and used for the characterization of a HRHT dwell-time. The analytical calculation shows the same tendency of long necessary times also at elevated temperatures. That means the necessary time is strongly influenced by the considered plate thickness and the estimation of any MWT/HRHT via diffusion coefficients should be critically discussed. T2 - European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Process - Euromat 2021 CY - Online meeting DA - 13.09.2021 KW - Thick-walled KW - Hydrogen diffusion KW - Offshore KW - Steel KW - Submerged arc welding PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-544127 DO - https://doi.org/10.1007/s11665-022-06679-7 SN - 1059-9495 SP - 1 EP - 13 PB - Springer Nature AN - OPUS4-54412 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Kromm, Arne A1 - Mente, Tobias A1 - Brackrock, Daniel A1 - Czeskleba, Denis A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Component test for the assessment of delayed hydrogen-assisted cracking in thick-walled SAW joints for offshore applications N2 - Offshore wind turbines continuously increase in size and weight and demand adequate offshore foundations concepts like monopiles, tripods, or jackets. These components are typically constructed using submerged arc welding (SAW) with high-strength thick steel plates like the S420ML. During welding, the occurrence of delayed hydrogen-assisted cracking (HAC) must be anticipated. HAC is a critical combination of the local hydrogen concentration within a susceptible microstructure under certain mechanical load, i.e., the occurring (welding) residual stresses. The welding sequence of the thick-walled plates complicates the residual stress distribution due to the necessary repeated thermal cycling, i.e., welding seam/layer deposition to fill the joint. For that purpose, SAW with two-wire-technique was used to weld a specially designed and prototype-like mock-up of a real component with a thickness of 50 mm, filled with over 20 passes and a seam length of 1000 mm. Additional welded stiffeners simulated the effect of a high restraint, to achieve critical HAC conditions. The necessity of a minimum waiting time (MWT) before the NDT can be conducted (to exclude HAC) was critically verified by the application of ultrasonic testing of the welded joint at different time-steps of the NDT of up to 48 h after the completion welding. The residual stresses were determined by a robot XRD goniometer. Tensile residual stresses up to the yield limit are found both in the weld metal and in the heat-affected zone. Numerical modeling allowed the qualitative estimation of the hydrogen diffusion in the weld. No noticeable HAC occurrence was identified and confirms the high cracking resistance of the investigated material. Finally, the applicability of the MWT concept should be critically discussed. KW - Hydrogen KW - Cold cracking KW - Minimum Waiting Time KW - Offshore steel grade KW - Component test PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-591981 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-023-01658-5 SP - 1 EP - 15 PB - Springer Science and Business Media LLC AN - OPUS4-59198 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Mente, Tobias A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Diffusionsmessungen in UP-Mehrlagenschweißgut als effektives Tool gegen verzögerte Kaltrissbildung in Dickblechschweißungen N2 - Offshore-Windenergieanlagen bilden einen zentralen Bestandteil der zukünftigen Energieerzeugung. Hierzu notwendige Gründungs- und Turmstrukturen werden vorrangig aus UP-geschweißten Blechen aus hochfesten niedriglegierten Stählen mit Dicken bis zu 200 mm hergestellt. Die großen Blechdicken begünstigen hohe Schweißeigenspannungen und lange Diffusionswege für z. B. über den Schweißprozess eingebrachten Wasserstoff. Damit steigt das Risiko für eine wasserstoffunterstützte Kaltrissbildung (WKB) an. Zum sichereren Ausschluss von WKB in den geschweißten Komponenten wird in Abhängigkeit der Nahtgröße, Wärmeeinbringung und Stahlsorte eine Mindestwartezeit (MWZ) von bis zu 48 h empfohlen, bevor die zerstörungsfreie Prüfung durchgeführt wird. Es ist allerdings offen, ob die empfohlene MWZ zu konservativ ist. Einflüsse sind hier bspw. die schwierige Bewertung des Wasserstoffdiffusionsverhaltens im heterogenen UP-Mehrlagen-Schweißgut (SG) im Vergleich zum Grundwerkstoff (GW). Zudem sind nur sehr begrenzt H-Diffusionskoeffizienten für UP-Mehrlagen-SG als Grundlage zur Abschätzung des Zeitintervalls einer möglichen verzögerten Kaltrissbildung (somit MWZ) oder auch für Nachwärmprozeduren zur Wasserstoffreduktion (keine MWZ) verfügbar. Verlässliche H-Diffusionskoeffizienten sind daher ein adäquates Tool zur Bewertung des Risikos einer verzögerten WKB. Dieser Beitrag beschreibt Untersuchungen zur Charakterisierung der Wasserstoffdiffusionsverhalten in UP-Mehrlagen-SG eines 60 mm dicken Bleches einer Offshore-Stahlgüte. Dazu wurden Proben unterschiedlicher Dicke aus dem reinen Schweißgut extrahiert und über elektrochemische Permeation und Trägergasheißextraktion im Temperaturbereich bis 400 °C sehr interessante Ergebnisse zu den korrespondierenden Diffusionskoeffizienten erarbeitet. T2 - DVS Congress 2021 CY - Online meeting DA - 14.09.2021 KW - UP-Schweißen KW - Wasserstoff KW - Kaltriss KW - Permeation KW - Diffusion PY - 2021 SN - 978-3-96144-146-4 VL - 371 SP - 448 EP - 459 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-53369 LA - deu 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 - Mente, Tobias T1 - Gasflaschenzerknall in einer Löschanlage: Ursachen – Schadensanalyse – Prävention N2 - Schadensanalyse an einer mit Inergen gefüllten Gasflasche aus einer Löschanlage aus dem vergütetem Stahl 34CrMo4. Die Durchführung der Schadensanalyse erfolgte nach VDI 3822. Schadensursache war Spannungsrisskorrosion durch Wasserreste in Verbindung mit dem Gasbestandteil Kohlendioxid des eingefüllten Inergen. Die Wasserreste verblieben nach der hydraulischen Druckprüfung unentdeckt in der 1996 hergestellten Gasflasche. Auch bei der Erstbefüllung mit Inergen im Jahr 2003 blieben die Wasserreste unentdeckt. Nach Installation der befüllten Gasflasche in der Löschanlage im Jahr 2004 verblieb diese dort bis zum Schadensereignis im Jahr 2021. T2 - 51. VDI-Jahrestagung Schadensanalyse - Produktverbesserung durch Schadensprävention CY - Würzburg, Germany DA - 21.10.2025 KW - Gasflasche KW - Inergen-Löschanlage KW - Schadensanalyse PY - 2025 AN - OPUS4-64652 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Mente, Tobias A1 - Böllinghaus, Thomas T1 - Heat treatment effects on the reduction of hydrogen in multi-layer high-strength weld joints N2 - High-strength structural steels with yield strengths up to 1 100 MPa are used in various industrial sectors such as for the construction of cranes, pipelines and offshore structures. However, with increasing strength the ductility and deformation capacities of these materials are reduced and thus, they show an enhanced sensitivity against degradation due to hydrogen with increasing yield strength. It means they become susceptible to hydrogen-assisted cold cracking (HACC) during fabrication welding. In order to avoid such defects, the existing standards recommend preheating and/or interpass temperature, as well as post heat treatments. However, the standards relate only to steels with a maximum yield strength of Rp0.2 = 960 MPa. Hence, in welding these high-strength structural steels with yield strengths up to 1 100 MPa, it is very important to have practical guidelines for determining suitable heat treatment procedures to avoid HACC in welds, in particular in safety-relevant components. As a contribution to the further establishment of suffi cient Hydrogen-Removal Heat Treatments (HRHT), two dimensional numerical models of butt and lap joints of various thicknesses were developed. Hydrogen diffusion and the effect of different post heat treatments upon hydrogen reduction in high-strength structural steel were studied. It turned out that the hydrogen diffusion behaviour in the lap and the butt joints are quite different and that the hydrogen concentration in the lap joint can be reduced signifi cantly faster in comparison to the butt joint KW - Cold cracking KW - Heat treatment KW - High strength steels KW - Hydrogen KW - Numerical simulation KW - Structural steels PY - 2012 SN - 0043-2288 SN - 1878-6669 VL - 56 IS - 7/8 SP - 26 EP - 36 PB - Springer CY - Oxford AN - OPUS4-26055 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mente, Tobias T1 - Hohlzugprüfung - Kostengünstige Methode zur Werkstoffcharakterisierung für die Wasserstoffwirtschaft N2 - Wasserstoff ist ein notwendiger Baustein zur Erreichung zukünftiger Klimaziele. Für eine schnell hochlaufende Wasserstoffwirtschaft ist es daher notwendig sowohl bestehende Infrastruktur als auch neue Werkstoffe für den sicheren und nachhaltigen Einsatz in Wasserstofftechnologien zu qualifizieren. Die akzeptierten und standardisierten Prüfverfahren zur Ermittlung des Einflusses gasförmigen Wasserstoffs auf die mechanischen Eigenschaften metallischer Werkstoffe sind meist sehr komplex, mit hohem technologischem und finanziellem Aufwand verbunden und stehen nur Wenigen Instituten weltweit zur Verfügung. Die Hohlzugprüftechnik bietet hier eine kostengünstige und einfach zu realisierende Alternative. Mit der im Jahr 2024 erstmals veröf-fentlichten ISO 7039 wurde diese Prüftechnik auch für die Wirtschaft anwendbar gemacht. Der Standard gilt allgemein für die Prüfung mit gasförmigen Medien, weist jedoch in Bezug auf die Prüfung mit gasförmigem Wasserstoff noch einige Wissenslücken auf. Im Teilvorhaben H2HohlZug des Leitprojekt TransHyDE werden die Lücken zum Einfluss der Geometrie, Ober-flächenqualität sowie Gasreinheit in einzelnen Arbeitspaketen geschlossen und die Erkenntnisse in einen Standard überführt. T2 - 43. Vortrags- und Diskussionstagung Werkstoffprüfung 2025 - Werkstoffe und Bauteile auf dem Prüfstand CY - Dresden, Germany DA - 27.11.2025 KW - Hohlzugprüfung KW - Druckwasserstoff KW - ISO 7039 KW - H2HohlZug - TransHyDE PY - 2025 AN - OPUS4-64936 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mente, Tobias A1 - Grimault de Freitas, Tomás A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Konert, Florian A1 - Sobol, Oded A1 - Wackermann, Ken A1 - Ruchti, Peter A1 - Elsen-Humberg, Stefan A1 - Systermans, Thomas ED - Zimmermann, Martina T1 - Hohlzugprüfung als kostengünstige Methode zur Werkstoffcharakterisierung für die Wasserstoffwirtschaft N2 - Wasserstoff ist ein notwendiger Baustein zur Erreichung zukünftiger Klimaziele. Für eine schnell hochlaufende Wasserstoffwirtschaft ist es daher notwendig sowohl bestehende Infrastruktur als auch neue Werkstoffe für den sicheren und nachhaltigen Einsatz in Wasserstofftechnologien zu qualifizieren. Die akzeptierten und standardisierten Prüfverfahren zur Ermittlung des Einflusses gasförmigen Wasserstoffs auf die mechanischen Eigenschaften metallischer Werkstoffe sind meist sehr komplex, mit hohem technologischem und finanziellem Aufwand verbunden und stehen nur Wenigen Instituten weltweit zur Verfügung. Die Hohlzugprüftechnik bietet hier eine kostengünstige und einfach zu realisierende Alternative. Mit der im Jahr 2024 erstmals veröffentlichten ISO 7039 wurde diese Prüftechnik auch für die Wirtschaft anwendbar gemacht. Der Standard gilt allgemein für die Prüfung mit gasförmigen Medien, weist jedoch in Bezug auf die Prüfung mit gasförmigem Wasserstoff noch einige Wissenslücken auf. Im Teilvorhaben H2HohlZug des Leitprojekt TransHyDE werden die Lücken zum Einfluss der Geometrie, Oberflächenqualität sowie Gasreinheit in einzelnen Arbeitspaketen geschlossen und die Erkenntnisse in einen Standard überführt. T2 - 43. Vortrags- und Diskussionstagung Werkstoffprüfung 2025 - Werkstoffe und Bauteile auf dem Prüfstand CY - Dresden, Germany DA - 27.11.2025 KW - Hohlzugprüfung KW - Druckwasserstoff KW - ISO 7039 KW - H2HohlZug - TransHyDE PY - 2025 SN - 978-3-88355-454-9 SP - 11 EP - 17 PB - Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V. (DGM) CY - Dresden AN - OPUS4-64937 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -