TY - JOUR A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - Ökologische Bilanzierung von Schmelzschweißverfahren unter Berücksichtigung vor- und nachgelagerter Prozessschritte JF - Umwetlwirkungen des Schmelzschweissens N2 - Ein wesentliches Ziel der deutschen Industriepolitik besteht darin, Rahmenbedingungen zu schaffen, welche die Positionierung nachhaltiger Produkte und Prozesse innerhalb globaler Wertschöpfungsketten ermöglichen und ökoeffiziente Fertigungsprozesse langfristig sichern. In diesem Beitrag werden aktuelle Forschungsarbeiten zur Bewertung der Umweltwirkungen der schweißtechnischen Fertigungskette anhand ausgewählter Schmelzschweißverfahren unter Berücksichtigung vor- sowie nachgelagerter Fertigungsschritte dargestellt. Eine weit verbreitete und standardisierte Methode zur Abschätzung der Umweltwirkungen eines Produkts oder Prozesses ist die Ökobilanzierung. Hierbei stellen die Sachbilanzierung, das heißt die Ermittlung sämtlicher relevanter Energie- und Ressourcenverbräuche während der schweißtechnischen Fertigung, aufgrund des hohen Dokumentationsaufwands, sowie die Ableitung assoziierter Wirkkategorien das größte Hindernis für eine Etablierung und Akzeptanz der Ökobilanzierung in der Praxis dar. Gleichwohl wird seitens Unternehmen, welche als Zulieferer von OEM’s (engl.: original equipment manufacturer) agieren, die Dokumentation des fertigungsspezifischen CO2-Verbrauches gefordert. Ein weiterer Aspekt der Arbeiten beinhaltet Methoden zur automatisierten Erfassung von schweißtechnischen Produktionsdaten sowie deren Nachverfolgbarkeit. Anhand unterschiedlicher Schweißverfahren werden die aus den Produktionsdaten abgeleiteten Energie- und Ressourcenverbräuche automatisiert in die relevanten Umweltwirkungen überführt. Die analysierten Schweißprozesse umfassen dabei ein breites für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) relevantes Spektrum. Durch die softwareseitige Bereitstellung der aufgestellten Umweltprofile ist der Anwender in der Lage, Schweißprozesse unter ökologischen Aspekten zu bewerten und die effizienteste Variante zu identifizieren. KW - Umweltschutz PY - 2021 VL - 73 IS - 5 SP - 276 EP - 282 PB - DVS Media GmbH AN - OPUS4-52842 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Winterkorn, René A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - Wire arc additive manufacturing with novel Al-Mg-Si filler wire - Assessment of weld quality and mechanical properties JF - Metals N2 - Wire arc additive manufacturing enables the production of near-net shape large-volume metallic components leveraging an established industrial base of welding and cladding technology and adapting it for layer-wise material deposition. However, the complex relationship between the process parameters and resulting mechanical properties of the components still remains challenging. In case of high-strength Al-Mg-Si aluminum alloys, no commercial filler wires are yet available due the high susceptibility of solidification cracking as well as the necessary efforts to obtain acceptable mechanical properties. To address this need, we evaluated a novel filler wire based on AlMg0.7Si doped with a Ti5B1 master alloy to foster fine equiaxed grains within the deposited metal. The correlation between the process parameters and component quality was examined by analyzing the size and distribution of pores as well as the grain morphology. Furthermore, we evaluated the influence of different post-weld heat treatment strategies to achieve mechanical properties corresponding to the reference wrought material. We demonstrated that fine equiaxed grains in the weld metal reduced the susceptibility of solidification cracking significantly. The novel AlMg0.7Si-TiB (S Al 6063-TiB) filler wire facilitated wire arc additive manufacturing of high-strength aluminum components with mechanical properties that were almost as superior as the corresponding wrought base material. KW - Wire arc additive manufacturing KW - Precipitation hardening aluminum alloys KW - AlMg0.7SiTiB filler wire KW - Grain refinement KW - Mechanical properties PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-538327 DO - https://doi.org/10.3390/met11081243 SN - 2075-4701 VL - 11 IS - 8 SP - 1 EP - 13 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-53832 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Su, H. A1 - Wu, Chuan Song A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - Thermal energy generation and distribution in friction stir welding of aluminum alloys JF - Energy N2 - The accurate prediction of the thermal energy generation and distribution in friction stir welding process is of great significance for the optimization of the process parameters and the understanding of the underlying mechanisms. In this study, a new method of integrative calculation and measurement is proposed to obtain the more reasonable values of the frictional coefficient and the slip rate, which are both used to characterize the heat generation rate at the tool-workpiece contact interfaces. A three-dimensional model is established to fully couple the energy generation, heat transfer and material flow in friction stir welding of aluminum alloys. The energy produced by both interfacial friction and plastic deformation are taken into consideration. The analysis accuracy of the thermal energy generation and distribution is improved, and the distribution features of thermal energy density in the vicinity of the tool are elucidated. The predicted peak temperature values at some locations are in agreement with the experimentally measured ones. KW - Thermal energy generation KW - Energy density distribution KW - Heat transfer KW - Material flow KW - Friction stir welding PY - 2014 DO - https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.09.045 SN - 0360-5442 VL - 77 SP - 720 EP - 731 PB - Elsevier CY - Amsterdam [u.a.] AN - OPUS4-32076 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Neubert, S. A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - Strain-rate controlled Gleeble experiments to determine the stress-strain behavior of HSLA steel S960QL JF - Mechanical Testing N2 - In order to generate a material data base for computational welding mechanics, temperature and strain-rate dependent stress-strain experiments were performed by using a Gleeble®3500 testing system. The object of the investigation was HSLA transformable steel S960QL and related solid phases as bainite, martensite and austenite. For the production of these solid phases, the base material was heat treated according to an average weld temperature cycle which was extracted within the heat affected zone of a thermal numerical weld simulation of a GMA weld. The hot tensile tests were carried out via cost-saving flat specimen geometries. Two experimental series with different strain-rates were conducted, where the longitudinal strain-rate was controlled by specification of the transversal strain-rate applying Poisson’s-ratio. Subsequently, the resulting stress-strain curves were approximated in accordance with the Ramberg-Osgood-materials law. Consequently, it is shown that the temperature and strain-rate dependent stress-strain behavior of metals can be successfully characterized by means of a Gleeble®-system. However, this requires a control of the longitudinal strain-rate by specification of the transversal strain-rate. The related experimental procedure and the method of evaluation are explained in detail. With regard to all tested solid phases, a significant strain-rate dependency can only be observed upwards from temperatures of 400 °C. Based on experimental results, Ramberg-Osgood-parameters will be presented to describe the stress-strain behavior of steel S960QL and related solid phases for temperatures between 25 °C and 1200 °C. Furthermore, the use of costsaving flat specimen-geometry appears reasonable. N2 - Für die Generierung einer Materialdatenbank zur Schweißstruktursimulation wurden temperatur- und dehnratenabhängige Spannungs-Dehnungsexperimente unter Einsatz einer Gleeble® 3500-Anlage durchgeführt. Als Untersuchungsgegenstand diente der hochfeste niedriglegierte Feinkornbaustahl S960QL und seine zugehörigen Festphasen Bainit, Martensit und Austenit. Zur Herstellung dieser Festphasen wurde der Grundwerkstoff Wärmebehandlungen ausgesetzt, welche die charakteristischen Merkmale eines durchschnittlichen Schweißzeittemperaturzyklus aufweisen. Dieser Temperaturzyklus wurde aus der Wärmeeinflusszone eines numerisch nachgebildeten Temperaturfeldes einer MAG-Schweißverbindung extrahiert. Die Zugversuche wurden an einer kostengünstig herzustellenden Flachprobengeometrie durchgeführt, wobei zwei Experimentalreihen mit jeweils unterschiedlichen Dehnraten realisiert wurden. Die resultierenden Spannungs-Dehnungskurven wurden durch die Ramberg-Osgood-Beziehung approximiert. Es konnte gezeigt werden, dass das temperatur- und dehnratenabhängige Spannungs-Dehnungsverhalten von Metallen durch die Anwendung eines Gleeble®-Systems erfolgreich charakterisiert werden kann. Die Einstellung der Längsdehnrate muss dabei durch die Kontrolle der Querdehnrate unter Berücksichtigung des Poisson-Verhältnisses erfolgen. Die experimentellen Prozeduren und die zugehörigen Auswertemethodiken wurden detailliert erläutert. Für alle getesteten Festphasen wurde ein signifikanter Dehnrateneinfluss erst für Temperaturen ab 400 °C aufwärts beobachtet. Die anhand der Messergebnisse abgeleiteten Ramberg-Osgood-Parameter zur Beschreibung des Verfestigungsverhaltens für den Temperaturbereich zwischen 25 °C und 1200 °C werden vollständig präsentiert. KW - Stress-strain behavior KW - Gleeble testing KW - HSLA KW - Strain-rate KW - Numerical welding simulation KW - Transformable steels PY - 2018 DO - https://doi.org/10.3139/120.111208 SN - 0025-5300 VL - 60 IS - 7-8 SP - 733 EP - 748 PB - Carl Hanser CY - München AN - OPUS4-45791 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schempp, Philipp A1 - Cross, C.E. A1 - Pittner, Andreas A1 - Oder, Gabriele A1 - Neumann, R.S. A1 - Rooch, Heidemarie A1 - Dörfel, Ilona A1 - Österle, Werner A1 - Rethmeier, Michael T1 - Solidification of GTA aluminium weld metal: Part I - Grain morphology dependent upon alloy composition and grain refiner content JF - Welding journal KW - Aluminium KW - Gas tungsten arc welding (GTAW) KW - Grain refinement KW - Columnar to equiaxed transition (CET) KW - Epitaxial nucleation KW - Duplex nucleation theory PY - 2014 SN - 0043-2296 SN - 0096-7629 VL - 93 SP - 53-s - 59-s PB - American Welding Society CY - New York, NY AN - OPUS4-30413 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schempp, Philipp A1 - Cross, C.E. A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - Solidification of GTA aluminium weld metal: Part 2 - Thermal conditions and model for columnar-to-equiaxed transition JF - Welding journal KW - Aluminium KW - Gas tungsten arc welding (GTAW) KW - Columnar to equiaxed transition (CET) KW - Thermal analysis PY - 2014 SN - 0043-2296 SN - 0096-7629 VL - 93 IS - March SP - 69-s - 77-s PB - American Welding Society CY - New York, NY AN - OPUS4-30415 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Su, H. A1 - Wu, Chuan Song A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - Simultaneous measurement of tool torque, traverse force and axial force in friction stir welding JF - Journal of Manufacturing Processes N2 - Simultaneous measurement of the tool torque, traverse force and axial force during friction stir welding process is of great significance to the understanding of the underlying process mechanism and the optimizing of the process parameters. Different from the traditional measurement methods using load cell or rotating component dynamometer, an indirect but economical methodology is used in this study for the simultaneous measurement of the traverse force, axial force and tool torque by monitoring the output torques of the servo motors and main spindle three-phase AC induction motor inside the FSW machine. The values of the traverse force, axial force and tool torque are determined under different welding conditions, and the influencing factors are examined. The measured results in friction stir welding of AA2024-T4 aluminum alloys at different combinations of tool rotation speed and welding speed lay foundation for process optimization. KW - Friction stir welding KW - Measurement KW - Traverse force KW - Axial force KW - Tool torque PY - 2013 DO - https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2013.09.001 SN - 0278-6125 SN - 1526-6125 VL - 15 IS - 4 SP - 495 EP - 500 PB - Elsevier Ltd. CY - Dearborn, Mich., USA AN - OPUS4-29688 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Karkhin, Victor A1 - Pittner, Andreas A1 - Schwenk, Christopher A1 - Rethmeier, Michael T1 - Simulation of inverse heat conduction problems in fusion welding with extended analytical heat source models JF - Frontiers of materials science N2 - The paper presents bounded volume heat sources and the corresponding functional-analytical expressions for the temperature field. The power density distributions considered here are normal, exponential and parabolic. The sources model real heat sources like the welding arc, laser beam, electron beam, etc., the convection in the weld pool as well as the latent heat due to fusion and solidification. The parameters of the heat source models are unknown a priori and have to be evaluated by solving an inverse heat conduction problem. The functional-analytical technique for calculating 3D temperature fields in butt welding is developed. The proposed technique makes it possible to reduce considerably the total time for data input and solution. It is demonstrated with an example of laser beam welding of steel plates. KW - Laser beam welding KW - Volume heat source KW - Functional-analytical solution KW - Inverse modelling PY - 2011 DO - https://doi.org/10.1007/s11706-011-0137-1 SN - 2095-025X SN - 2095-0268 VL - 5 IS - 2 SP - 119 EP - 125 PB - Springer CY - Secaucus, N.J. AN - OPUS4-24164 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Heinze, Christoph A1 - Michael, Thomas A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - Schwierigkeiten bei der Anwendung der aktuellen Normung in Bezug auf Mikrorisse in Schweißverbindungen hochfester vergüteter Feinkornbaustähle JF - Schweißen und Schneiden : Fachzeitschrift für Schweißen und verwandte Verfahren N2 - Die aktuelle Normung bezüglich mikroskopischer Untersuchungen von Schweißverbindungen und die Zulässigkeit von Mikrorissen sowie deren Definition ist nicht eindeutig. Nach der Darstellung derzeit gültiger Normen im Bereich der Bewertung von Schweißnähten, Qualifizierung von Schweißverfahren und Ausführung von Schweißverbindungen, wird auf Grundlage aktueller Schweißversuche an hochfesten vergüteten Feinkornbaustählen die Problematik von Mikrorissen diskutiert. Offene Punkte und Fragen bzw. Verbesserungsmöglichkeiten werden aufgezeigt und zur Diskussion gestellt. Schließlich wird auf die Klärung des Einflusses von Mikrorissen auf die mechanisch- technologischen Werkstoffkennwerte der Schweißverbindung unter statischer sowie zyklischer Beanspruchung hingewiesen. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Neither the latest standardisation with regard to microscopic investigations on welded joints nor the permissibility of microcracks and their definition are unambiguous. According to the representation of currently applicable standards in the fields of the assessment of welds, the qualification of welding processes and the execution of welded joints, the problems associated with microcracks are discussed on the basis of the latest welding tests on high-strength quenched-and-tempered fine-grained structural steels. Not only outstanding points and questions but also improvement possibilities are indicated and opened for discussion. Finally, attention is drawn to the clarification of the influence of microcracks on the mechanical- technological material parameters of the welded joint subjected to both static and cyclic stresses. KW - Festigkeit KW - Hochfester Stahl KW - Normen KW - Rissbildung KW - Schweißnahtfehler KW - Werkstofffragen KW - Strength KW - High-strength steel KW - Standards KW - Crack formation KW - Weld defects KW - Material questions PY - 2012 SN - 0036-7184 VL - 64 IS - 7 SP - 412 EP - 416 PB - Verl. für Schweißen u. Verwandte Verfahren, DVS-Verl. CY - Düsseldorf AN - OPUS4-26338 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Pittner, Andreas A1 - Karkhin, Victor A1 - Rethmeier, Michael T1 - Reconstruction of 3D transient temperature field for fusion welding processes on basis of discrete experimental data JF - Welding in the world N2 - This paper presents an approach to reconstruct the three-dimensional transient temperature field for fusion welding processes as input data for computational weld mechanics. The methodology to solve this inverse heat conduction problem fast and automatically focuses on analytical temperature field models for volumetric heat sources and application of global optimisation. The important issue addressed here is the question which experimental data is needed to guarantee a unique reconstruction of the experimental temperature field. Different computational-experimental test cases are executed to determine the influence of various sets of discrete experimental data on the solvability of the optimisation problem. The application of energy distributions utilised for laser beam welding allows reconstructing the temperature field efficiently. Furthermore, the heat input into the workpiece determined by the simulation contributes to the evaluation of the thermal efficiency of the welding process. KW - Welding KW - Temperature KW - Analysis techniques KW - Optimisation KW - Laser beams KW - Hybrid laser arc welding PY - 2015 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-015-0225-4 SN - 0043-2288 SN - 1878-6669 VL - 59 IS - 4 SP - 497 EP - 512 PB - Springer CY - Oxford AN - OPUS4-33730 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -