TY - JOUR A1 - Brauser, Stephan A1 - Weber, Gert A1 - Rethmeier, Michael T1 - Potenzial optischer Dehnungsfeldmessung zur Charakterisierung der Eigenschaften von Widerstandspunktschweißverbindungen N2 - Die Ermittlung lokaler Werkstoffkennwerte im Schweißbereich ist für die Auslegung sicherheitsrelevanter Bauteile insbesondere durch Finite-Elemente-Berechnungen von großer Bedeutung. Konventionelle Prüfmethoden können lediglich globale Kennwerte bereitstellen, die jedoch gerade für die Berechnung widerstandspunktgeschweißter Bauteile häufig nicht ausreichen, da diese durch das Vorliegen örtlich eng begrenzter Fügezonen gekennzeichnet sind. Moderne Prüfmethoden wie die optische Dehnungsfeldmessung ermöglichen hingegen eine orts- und zeitkonkrete Bestimmung der Werkstoffkenndaten. Um das Potenzial optischer Dehnungsfeldmessungen für das Charakterisieren des lokalen Werkstoffverhaltens von Punktschweißverbindungen zu ermitteln, wurden Scherzugversuche sowie Zugversuche an widerstandspunktgeschweißten hochfesten Stählen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen das hohe Potenzial dieses Verfahrens sowohl für die Quantifizierung des lokalen Dehnungsverhaltens im Fügebereich als auch für die Ermittlung lokaler Werkstoffkenndaten. PY - 2010 SN - 0036-7184 VL - 62 IS - 9 SP - 496 EP - 500 PB - Verl. für Schweißen u. Verwandte Verfahren, DVS-Verl. CY - Düsseldorf AN - OPUS4-22163 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Bachmann, Marcel A1 - Kising, Pascal A1 - Yang, Fan A1 - Rethmeier, Michael T1 - Prediction of weld pool and keyhole geometries in high-power laser beam welding through a physics-informed generative artificial intelligence approach N2 - The weld pool and keyhole geometries are critical characteristics in evaluating the stability of the high-power laser beam welding (LBW) process and determining the resultant weld quality. However, obtaining these data through experimental or numerical methods remains challenging due to the difficulties in experimental measurements and the high computational demands of numerical modelling. This paper presents a physics-informed generative approach for predicting weld pool and keyhole geometries in the LBW process. With the help of a well experimentally validated numerical model considering the underlying physics in the LBW, the geometries of the weld pool and keyhole under various welding conditions are calculated, serving as the dataset of the generative model. A Conditional Variational Autoencoder (CVAE) model is employed to generate realistic 2D weld pool and keyhole geometries from the welding parameters. We utilize a β-VAE model with the Evidence Lower Bound (ELBO) loss function and include Kullback-Leibler divergence annealing to better optimize model performance and stability during training. The generated results show a good agreement with the ground truth from the numerical simulation. The proposed approach exhibits the potential of physics-informed generative models for a rapid and accurate prediction of the weld pool geometries across a diverse range of process parameters, offering a computationally efficient alternative to full numerical simulations for process optimization and control in laser beam welding processes. T2 - International Congress of Applications of Lasers & Electro-Optics 2025 CY - Orlando, USA DA - 12.10.2025 KW - Laser beam welding KW - Generative artificial intelligence KW - Machine learning KW - numerical simulation PY - 2025 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-65075 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Chen, Ji A1 - Schwenk, Christopher A1 - Wu, Chuan Song A1 - Rethmeier, Michael T1 - Prediction of weld pool shape and influence of joint preparation angle for new gas metal arc welding processes N2 - This article studies the three dimensional transient weld pool dynamics and the influence of joint preparation angle on welding of low carbon structural steel plates using the ForceArc® process. ForceArc is a new gas metal arc welding technology which allows adequate fusion and penetration with a smaller V groove angle. This enhances welding efficiency significantly because of reduction of layers and low material consumption. The deformation of the weld bead is calculated with an accurate coupling of the heat transfer with fluid flow through continuity, momentum and the energy equations combined with the effect of droplet impingement, gravity, electromagnetic force, buoyancy, drag forces and surface tension force (Marangoni effect). Four different angles of V groove are employed with the same welding parameters and their influence on the weld pool behavior and weld bead geometry is calculated and analyzed, to allow subsequent calculations of residual stress and distortion of the workpiece. Such a simulation is an effective way to study welding processes because the influence of all the welding parameters can be analyzed separately with respect to thermal cycle, weld bead formation, and the microstructure of the weld. Good agreement is shown between the predicted and experimentally determined weld bead dimensions. It was found that with a larger groove angle, the penetration depth increases. Furthermore, a higher wire feeding rate is needed to fill the larger groove. The model presented can be used for further analyses of GMAW processes as well as input data for the numerical calculation of welding induced residual stresses and distortions using Computational Weld Mechanics CWM. T2 - JOM-16 - 16th International Conference on the Joining of Materials CY - Tisvildeleje, Denmark DA - 10.05.2011 KW - Numerical simulation KW - Gas metal arc welding KW - Weld pool shape KW - Fluid flow KW - V groove PY - 2011 SN - 87-89582-19-5 IS - JOM 7 / J15 SP - 1 EP - 13 AN - OPUS4-23984 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Straße, Anne A1 - Bakir, Nasim A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael ED - Schmidt, M. ED - Vollertsen, F. ED - Schmidt, B. M. T1 - Preliminary study to investigate the applicability of optical strain measurement technique for the detection of hot cracks in laser metal deposited layers N2 - Laser metal deposition (LMD) as an additive manufacturing technique became increasingly important in recent years and thus the demand for component safety. This is the reason, for the need for reliable in-situ defect detection techniques. For laser beam weld seams an optical measurement technique based on an optical flow algorithm was successfully used to define the critical straining conditions that lead to hot cracking. This algorithm was adapted for bead-on-plate weld seams on LMD deposited layers of IN718 alloy while performing external strain on the specimen in an externally loaded hot cacking test facility. The resulting transversal hot cracks along the weld seam were localized via X-Ray inspection and the type of cracking confirmed by Scanning Electron Microscopy (SEM). The strain distribution was measured in the vicinity of the solidification front and correlated to the detected hot cracks. Based on the results this technique could be adopted for LMD experiments. T2 - 12th CIRP Conference on Photonic Technologies [LANE 2022] CY - Fürth, Germany DA - 04.09.2022 KW - Laser Metal Deposition (LMD) KW - Strain measurement KW - Optical flow KW - Critical strain PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-556445 DO - https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.08.034 VL - 111 SP - 335 EP - 339 PB - Elsevier B.V. CY - Amsterdam AN - OPUS4-55644 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Lemke, Josefine A1 - Höfemann, Matthias A1 - Biegler, Max A1 - Rethmeier, Michael T1 - Process strategies for optimizing the cooling behaviour of laser-welded Tailor Welded Blanks made of advanced high strength steels (AHSS) N2 - AHSS with 1000 MPa tensile strength show promising properties for the use in Tailor Welded Blanks (TWBs) to locally strengthen car body parts. Challenges in laser beam welding of the sheets are hardness-drops and -peaks in the heat-affected zone (HAZ) and weld, which cause risks during cold-forming. This happens due to rapid cooling caused by laser welding. A numerical approach aiming for slower cooling rates in the weld region is presented in this article. Laser welded sheets served as reference for setting up a process simulation. Models for pre-heating and a coaxial setup with power split were set up. A correlation between cooling-rate and hardness in the joining zone was established and applied to the modelled strategy. Splitting the power led to a slightly narrower weld seam and experimental pre-heating of the sheets to 600 °C could lower total seam hardening. It achieved a homogenization of the fusion zone. KW - AHSS KW - Laser welding KW - Tailor Welded Blanks KW - Hardness KW - FEM KW - HAZ PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-622324 DO - https://doi.org/10.1016/j.procir.2024.08.176 VL - 124 SP - 570 EP - 573 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-62232 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Marko, A. A1 - Bähring, S. A1 - Raute, J. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Prognose von Qualitätsmerkmalen durch Anwendung von KI-Methoden beim Directed 10 Energy Deposition N2 - Dieser Beitrag enthält die Ergebnisse eines im Rahmen der DVS Forschung entwickelten Ansatzes zur Qualitätssicherung im Directed Energy Deposition. Es basiert auf der Verarbeitung verschiedener während des Prozesses gesammelter Sensordaten unter Anwendung Künstlicher Neuronale Netze (KNN). So ließen sich die Qualitätsmerkmale Härte und Dichte auf der Datenbasis von 50 additiv gefertigten Probenwürfel mit einer Abweichung < 2 % vorhersagen. Des Weiteren wurde die Übertragbarkeit des KNN auf eine Schaufelgeometrie untersucht. Auch hier ließen sich Härte und Dichte hervorragend prognostizieren (Abweichung < 1,5 %), sodass der Ansatz als validiert betrachtet werden kann. KW - Kl KW - Directed Energy Depositio KW - Qualitätssicherung PY - 2022 SN - 0036-7184 VL - 74 IS - 10 SP - 672 EP - 679 PB - DVS Media CY - Düsseldorf AN - OPUS4-56284 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Bachmann, Marcel A1 - Rethmeier, Michael A1 - Meng, Xiangmeng T1 - Project title: Multi-physical simulation of the influence of an auxiliary magnetic field on the process porosity formation during high-power laser beam welding N2 - In this project, a multiphysically coupled numerical model will be developed to quantitatively describe porosity reduction in high-power laser beam welding of up to 10 mm thick AlMg3 using an oscillating magnetic field. The aim is to gain fundamental insights into the physical dependencies of the introduced electromagnetic forces on the melt pool behavior and the reduction of porosity. With the help of the numerical model, the transient, multi-coupled, three-dimensional problem of heat transfer, liquid flow, free surface deformation, and magnetic induction is to be solved, taking into account temperature-dependent material properties. The numerical modelling of the heat source will integrate all relevant physical mechanisms, for instance, multiple reflections of the laser radiation by an advanced ray tracing model, as well as local Fresnel absorption at the keyhole wall. This allows an analysis of the keyhole fluctuations, which have a dominant influence on the formation of process spores during deep penetration welding, based on physical principles. In addition, further physical factors such as the ablation pressure of the evaporating metal, the Laplace pressure, and Marangoni shear stresses are also to be integrated into the model. To evaluate the pore formation and reduction by means of the electromagnetic forces introduced in the molten pool, suitable models for describing the movement of the pores in the melt are to be developed. For the process pores, their movement can be implemented by tracking their surface under consideration of their internal pressure and temperature. With the help of the simulation model, all key factors for the formation of process pores during laser beam welding of the used aluminum alloy, as well as their avoidance, can be decoupled and analyzed. Accompanying welding tests are planned at BAM on a 20 kW fiber laser and a 16 kW disk laser. The magnetic flux density will be up to 500 mT at a maximum frequency of 5 kHz. The experimental results, in particular temperature measurements, weld cross sections, computer tomography, and X-ray examinations, will be used to verify the multiphysical model and its calibration. Moreover, the models will be validated and quantified by in situ high-speed imaging of the keyhole dynamics in a metal/quartz glass configuration with keyhole illumination by a diode laser coaxial to the processing laser. On the basis of the numerical and experimental results, the dependencies between applied magnetic field, melt pool behavior, and porosity formation will be revealed in this project. KW - Laser beam welding KW - Electromagnetic weld pool control KW - Numerical simulation KW - Process porosity PY - 2026 DO - https://doi.org/10.34657/27669 SP - 1 EP - 14 AN - OPUS4-65335 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rethmeier, Michael A1 - Gook, Sergej A1 - Gumenyuk, Andrey ED - Turichin, G. T1 - Prospects of application of laser-GMA hybrid welding for manufacturing of large diameter longitudinal welded high strength steel pipes N2 - To a large extend, longitudinally welded large-diameter pipes are used for modern oil- und gas-pipelines. Thereby the mostly applied base materials are made from the API-steels X65 and X70. Constantly increasing natural gas and oil delivery rates demand advancements of the assigned materials. Wall thickness minimization or operating pressure increase is achieved by material Substitution, e.g. employment of a high strength Steel grade API-X80, API-X100 or API-X120. For the production of such pipes a large plate is first formed to an open ring. Subsequent, it is continuously tacked along its longitudinal gap by means of a GMA-process. In the further process, the remaining double-sided joint gaps are filled up by cost-intensive multiple-wire submerged arc welding (SAW) processes. The GMA-tack weld is being completely remelted in the process. The maximal root face is dependent on the welding process and which is currently 8 mm. The innovative laser hybrid welding technology offers a significant increase in the full penetrated root face and welding speed, compared to conventional wielding technologies. It means for the pipe production, that the amount of SAW filier layers will be reduced and, parallel to that, the increased welding speed will led to the shortening of the production cycle for the longitudinal welded pipes. T2 - VII. International scientific and technical conference 'Beam technologies & laser application' CY - Saint-Petersburg, Russia DA - 18.09.2012 KW - High strength steel KW - Laser hybrid welding KW - Modified spray arc KW - Longitudinal weld KW - Pipeline PY - 2013 SP - 130 EP - 140 PB - Publishing house SPbSPU AN - OPUS4-28040 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Raute, Julius A1 - Schmidt, Jonathan A1 - Jokisch, Torsten A1 - Biegler, Max A1 - Rethmeier, Michael T1 - Prozessführung und erreichbare Nahtqualitäten: Elektronenstrahlschweißen von additiv gefertigtem Inconel 939 N2 - Additive Fertigungstechnologien wie das Laser-Pulverbett-Verfahren bieten großes Potenzial für die Fertigung von Neu und Ersatzteilen für stationäre Gasturbinen aus Nickelsuperlegierungen wie Inconel 939 (IN939). Um die Integration in bestehende Baugruppen zu ermöglichen und Bauraumbeschränkungen zu überwinden, muss die Prozesskette der additiven Fertigung um geeignete Fügetechniken erweitert werden. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich daher mit dem Schweißen von Inconel 939. Hierbei werden Bleche aus Gussmaterial und der additiven Herstellung mittels Laser im Pulverbett beim Elektronenstrahlschweißen verglichen. Im Fokus der Untersuchung stehen die erreichbare Nahtqualität im Hinblick auf geometrische Unregelmäßigkeiten sowie innere Defekte in Form von Mikrorissen in der Wärmeeinflusszone. Bei der Auswertung der geschweißten Proben zeigen sich keine Unterschiede in der Ausbildung der Nahtform zwischen dem additiv gefertigten Material und dem Gusswerkstoff. Für beide Materialien ließ sich bei hohen Vorschubgeschwindigkeiten von 20 mm/s die höchste Bewertungsgruppe für Strahlgeschweißte Nähte nach DIN EN ISO 13919-1 erreichen. Unabhängig von der Herstellungsart zeigen beide Materialien eine Zunahme der Rissneigung mit steigendem Vorschub. Das Material aus der additiven Herstellung weist aufgrund seiner Mikrostruktur insgesamt jedoch deutlich weniger Mikrorisse auf, was Potenzial für die Anwendung in der Praxis eröffnet. KW - Elektronenstrahlschweißen KW - PBF-LB/M KW - Inconell939 PY - 2025 UR - https://www.schweissenundschneiden.de/artikel/prozessfuehrung-und-erreichbare-naht-qualitaeten-elektronenstrahlschweissen-von-additiv-gefertigtem-inconel-939 DO - https://doi.org/10.53192/SUS202510 VL - 77 IS - 10 SP - 2 EP - 8 PB - DVS Media Verlag CY - Eltville am Rhein, Deutschland AN - OPUS4-64300 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Rethmeier, Michael A1 - Biegler, M. A1 - Javaheri, E. T1 - Qualifizierung der instrumentierten Eindringprüfung zur Kennwertermittlung für hochfeste Stähle mit Schweißungen N2 - Der Einsatz von hochfesten Stählen im Karosseriebereich des Automobilbaus hat während der letzten Jahre stark zugenommen. Hierzu zählen Dual- und Komplexphasenstähle, welche durch Kombination unterschiedlicher Gefügebestandteile auch deren Vorteile kombinieren, sowie TRIP (TRansformation Induced Plasticity) und Mangan-Bor Stähle, welche sehr gute Umformeigenschaften mit hohen Festigkeiten durch Martensitbildung bei der Umformung kombinieren. TWIP (Twinning Induced Plasticity) Stähle erreichen ähnliche Effekte durch forcierte Zwillingsbildung. Die Ursachen für den Einsatz dieser Stähle liegen in dem Potential dieser Materialien zur Gewichts- und Kostenreduzierung, bei gleichzeitiger Erhöhung der Fahrgastsicherheit. Auf Grund der prinzipiell gegebenen Schweißeignung dieser Stähle, werden die klassischen Fügeverfahren im Karosseriebau wie das kostengünstige und effektive Widerstandspunktschweißen, das Metall-Schutzgas (MSG)-Schweißen oder das Laserschweißen angewendet. Allerdings treten teilweise Herausforderungen, beispielsweise durch Gefügeveränderungen in den Fügestellen auf, die zu ungewollten Aufhärtungen oder Erweichungen führen. In diesem Projekt wird ein Verfahren entwickelt, mit welchem die lokalen Werkstoffeigenschaften von im Automobilbau typischen Werkstoffen und deren Fügestellen bestimmt werden können. Relevante Kennwerte sind in erster Linie das SpannungsDehnungs-Verhalten der verschiedenen Zonen einer Schweißverbindung; relevante Zonen wiederum sind neben dem Grundwerkstoff die Wärmeeinflusszone und das Schweißgut. Zu diesem Zweck wird das Verfahren der instrumentierten Eindringprüfung für den Einsatz bei hochfesten Stählen weiterentwickelt. Zunächst werden hierzu Zugversuche an einfachen Grundwerkstoffgeometrien durchgeführt. Im Anschluss wird die optische Dehnungsfeldmessung an stark taillierten, geschweißten Zugversuchsproben durchgeführt. Die Taillierung dient dem Zweck, die WEZ auch mittels WPS über den gesamten Querschnitt der Probe erzeugen zu können, bzw. im Versuch auch Dehnungen in den relevanten Bereichen herbeizuführen. Das im Projekt angewendete Auswerteverfahren, welches auf nichtlinearen Regressionsmodellen in Form von künstlichen, neuronalen Netzwerken beruht, ermöglicht die Vorhersage des Festigkeitsverhaltens des Werkstoffes anhand der gemessenen Krafteindringwegdaten. KW - Eindringprüfung KW - Hochfester Stahl KW - Prüfverfahren PY - 2020 SN - 978-3-946885-98-6 SP - 1 EP - 164 PB - Forschungsvereinigung Stahlanwendungen AN - OPUS4-57322 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -