TY - CONF A1 - Putra, Stephen Nugraha A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Bachmann, Marcel A1 - Rethmeier, Michael T1 - Der Einfluss verschiedener räumlicher Diskretisierungsansätze des Ray-Tracing-Verfahrens bei der Simulation des Laserstrahltiefschweißen N2 - Die Wärmeverteilung des Lasers beim Laserstrahltiefschweißen ist für die Formgebung der Dampfkapillare und für die Schweißbaddynamik entscheidend. In dieser Arbeit werden die Laserwärmeverteilung und deren Einflüsse auf die Schweißbadtiefe sowie -breite numerisch anhand des Ray-Tracing-Verfahrens analysiert. Hierbei wird der La-serstrahl in mehreren Strahlenbündeln bzw. Subrays unterteilt. Diesbezüglich soll der Pfad der Subrays präzis be-rechnet werden, um die Dynamik der Dampfkapillare und des Schweißbades eines realen Schweißprozesses rich-tig abzubilden. Zu diesem Zweck beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Genauigkeitsverbesserung der Kontaktposition und der Reflexionsrichtung der Subrays auf der freien Oberfläche anhand der Level-Set-Methode. Um die Güte dieses Simulationsansatzes zu gewährleisten, wurde eine Gegenüberstellung mit den zwei klassischen Ray-Tracing-Verfahren mittels drei verschiedenen Benchmark-Testreihen durchgeführt. Anschließend wurden die Versuchsergebnisse zur Validierung der implementierten numerischen Ansätze verwendet. Im Rahmen dieser Arbeit kann es gezeigt werden, dass unterschiedliche Wärmeverteilung aufgrund der verschiedenen Ray-Tracing-Verfahren deutlich zu erkennen ist, welche wiederum die Schweißbaddynamik sowie die lokalisierte Dampfkapil-lardynamik stark beeinflussen. Ferner wurde es bestätigt, dass die implementierte Level-Set-Methode zu einer ge-naueren Ermittlung der Kontaktposition und der Reflexionsrichtung der Subrays und somit zu einer Verbesserung der simulierten Schmelzkontur führt. T2 - 43. Assistentenseminar Füge- und Schweißtechnik CY - Schwarzenberg/Erzgebirge, Germany DA - 27.09.2022 KW - Laser beam welding KW - Ray tracing method KW - Weld pool dynamics KW - Numerical modeling PY - 2023 UR - https://www.dvs-media.eu/de/neuerscheinungen/4584/43.-assistentenseminar-fuegetechnik SN - 978-3-96144-212-6 VL - 386 SP - 91 EP - 102 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-59119 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Gook, Sergej A1 - El-sari, Bassel A1 - Biegler, Max A1 - Rethmeier, Michael T1 - Application of AI-based welding process monitoring for quality control in pipe production N2 - The paper presents the experimental results into the development of a multi-channel system for monitoring and quality assurance of the multi-wire submerged arc welding (SAW) process for the manufacture of large diameter pipes. Process signals such as welding current, arc voltage and the acoustic signal emitted from the weld zone are recorded and processed to provide information on the stability of the welding process. It was shown by the experiments that the acoustic pattern of the SAW process in a frequency range between 30 Hz and 2.5 kHz contains the most diagnostic information. The on-line quality assessment of the weld seam produced is carried out in combination with methods of artificial intelligence (AI). From the results obtained, it can be concluded that the use of the latest concepts in welding and automation technology, combined with the high potential of AI, can achieve a new level of quality assurance in pipe manufacturing. KW - Submerged arc welding KW - Artificial intelligence KW - High-strength fine-grain steels KW - Quality control PY - 2024 DO - https://doi.org/10.37434/tpwj2024.06.01 SN - 0957-798X IS - 6 SP - 3 EP - 8 PB - The Paton Publishing House AN - OPUS4-61000 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Neumann, Benedikt A1 - Biegler, Max A1 - Goecke, Sven-Frithjof A1 - Rethmeier, Michael T1 - Detektion von Bindefehlern beim DED-Arc T1 - Detection of Lack of Fusion during DED-Arc N2 - Based on artificial intelligence (AI) developed for monitoring arc welding, this article presents a deep neural network for monitoring lack of fusion defects in wire arc additive manufacturing of aluminium. The aim is to detect defects in built-up volumes on the basis of weld source data. These can be successfully processed by the algorithm presented and a trained AI. The achieved accuracy of the network is 90 percent. N2 - In dem Beitrag wird aufbauend auf Machine-Learning-Modellen, welche bereits zum Überwachen des Schutzgasschweißen erforscht wurden, ein tiefes neuronales Netz (DNN) zum Monitoring beim DED-Arc von Aluminium vorgestellt. Ziel ist die Detektion von Bindefehlern in den aufgebauten Volumina auf Grundlage von in Echtzeit gemessenen Schweißstromquellensignalen. Es werden Merkmalsvariablen durch Vorverarbeitung extrahiert sowie die Korrelation zwischen den Merkmalsvariablen und den Defekten analysiert. Durch den vorgestellten Algorithmus werden diese automatisiert als Input an ein DNN übergeben. Das entwickelte und trainierte neuronale Netz erkennt anhand signifikanter Merkmale aus den Strom- und Spannungsdaten Bindefehler mit einer Genauigkeit von ca. 90 Prozent. KW - DED-Arc KW - Aluminiumschweißen KW - Bindefehler KW - Prozessüberwachung KW - Maschinelles Lernen KW - Deep Neural Network PY - 2024 DO - https://doi.org/10.1515/zwf-2024-1107 VL - 8 SP - 577 EP - 583 PB - Walter de Gruyter GmbH AN - OPUS4-61630 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rethmeier, Michael T1 - Single pass laser vacuum welding of thick steel plates using electromagnetic support N2 - The increasing demand for renewable energy produced by offshore wind turbines goes along with an increased demand in the production of offshore wind turbine foundations, so called “monopiles”, which are made by joining thick metal sheets. The industrial standard of multi-layer submerged arc welding (SAW) for joining of thick metal sheets is the current bottleneck in the production of monopiles. A possible increase in productivity by the implementation of high-power laser welding in a newly developed mobile vacuum chamber (MoVac) and an electromagnetic root support is the subject of this study. Single run butt welds are performed in flat position on S355 mild steel of thicknesses up to 80 mm using a disc laser system with 1030 nm wavelength and a maximum output of 60 kW. The laser optic is fixed on the MoVac-System which is held and manipulated by an articulated robot. T2 - 13th CIRP Conference on Photonic Technologies [LANE 2024] CY - Fürth, Germany DA - 16.09.2024 KW - Laser beam welding KW - Laser welding with mobile vacuum PY - 2024 AN - OPUS4-62416 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Marquardt, R. A1 - Gook, S. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Handgeführtes Laserstrahlschweißen am T-Stoß eines niedrig legierten Stahls N2 - Das handgeführte Laserstrahlschweißen gewinnt in der Industrie zunehmend an Bedeutung, da die hohe Produktivität und die einfache Handhabung Unternehmen wirtschaftliche Vorteile bieten. Derzeit ist der Einsatz in der Industrie jedoch auf Teile mit ästhetischen Anforderungen beschränkt, die häufig aus hochlegiertem Stahl bestehen. Um das Handschweißen mit Laserstrahl auch für Bauteile aus kostengünstigen Stähle mit guten mechanischen Eigenschaften einsetzen zu können, untersucht diese Studie den Einfluss des Schutzgases auf die Porosität am mikrolegierten Stahl HX340LAD mit einer Dicke von 1,5 mm. Getestet wurden die Gase Argon, Stickstoff, CO2 sowie Mischungen aus Argon und CO2 an T-Stöße mit Zusatzdraht. Die Qualifizierung der Porosität erfolgte gemäß DIN EN ISO 13919-1 an Querschliffen als auch mittels Röntgenuntersuchung. Die Ergebnisse zeigen, dass für diesen Stahl die Bewertungsgruppe B mittels CO2 als Schutzgas erreicht werden kann. Stickstoff führt zu Gruppe C, Argon zu D. KW - Handgeführtes Laserstrahlschweißen KW - HHLW KW - Stahl KW - Laser PY - 2025 VL - 2025 IS - 06 SP - 44 EP - 47 PB - DVS Media AN - OPUS4-63345 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Marquardt, R. A1 - Osayi, J. A1 - Kmieciak, S. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Verschleißschutz einer Schneckengeometrie durch funktional gradierte Materialien N2 - Hochbelastete Stahlbauteile lassen sich durch Auftragen von Kobalt-Chrom Legierungen vor Verschleiß schüt-zen. Die plötzliche Änderung der Materialeigenschaften führt jedoch zu Spannungen und Rissen im Anbindungs-bereich. Daraus resultierende Abplatzungen stellen eine Gefahr für die Funktionsfähigkeit der Maschine und damit für Mensch und Umwelt dar. Um die Belastbarkeit der Schutzschicht zu verbessern, kann die Anbindung durch einen gradierten Materialübergang optimiert werden. Diese funktional gradierten Materialien können mit-tels pulverbasiertem Directed Energy Deposition aufgetragen werden. Die Methodik zum Aufbau und zur Quali-tätssicherung solcher Materialien wurde in vorangegangenen Arbeiten für dickwandige Geometrien gezeigt. Für dünnwandige Geometrien ist die Anwendbarkeit bisher unzureichend untersucht worden. Diese Arbeit zeigt am Beispiel einer dünnwandigen gradierten Schneckengeometrie die Einsatzfähigkeit der Methodik. Dafür wird die Gefügestruktur der Gradierung auf Fehler untersucht und der Härteverlauf gemessen. Außerdem wird die relative Dichte anhand eines bereits trainierten neuronalen Netzes vorhergesagt und mit einer Porositätsuntersuchung verglichen. T2 - 14. Tagung Verschleiß- und Korrosionsschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen CY - Halle (Saale), Germany DA - 12.06.2024 KW - Directed Enery Deposition KW - Funktionally Graded Material KW - Additive Manufacturing KW - DED KW - FGM KW - AM PY - 2024 AN - OPUS4-62688 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rethmeier, Michael A1 - Gook, Sergej A1 - Biegler, Max A1 - Gumenyuk, Andrey T1 - Anwendung einer Kombination aus Laserhybrid- und Unterpulverschweißen zum Fügen dicker Bleche aus Schiffbaustahl EH36 N2 - In diesem Beitrag wird ein Schweißverfahren vorgestellt, mit dem 30 mm dicke Bleche aus Schiffbaustahl EH36 effizient und werkstoffgerecht gefügt werden können. Die wirtschaftlichen Vorteile des Verfahrens ergeben sich aus dem Wegfall der aufwendigen Kantenvorbereitung und der Reduzierung des Schweißzusatzbedarfs. Die Stumpfschweißnähte werden in einer Lagen-/Gegenlage-Technik durch Laserhybridschweißen und Unterpulverschweißen ausgeführt. Dabei erfolgt die Laserhybridschweißung als Einschweißung mit einer Tiefe von etwa 25 mm, während die Unterpulvernaht als zweiter Durchgang auf der gegenüberliegenden Seite des Bauteils mit einer Einschweißtiefe von 8 mm aufgebracht wird. Die Überlappung der beiden Lagen gewährleistet einen geschlossenen Nahtquerschnitt. Dank der partiellen Durchschweißung der Laserhybridnaht entfällt die Notwendigkeit zur Wurzelformierung. Darüber hinaus bietet die Prozesskombination eine höhere Toleranz gegenüber Ungenauigkeiten in der Kantenvorbereitung, was die Prozesskomplexität reduziert. Der Einsatz dieses robusteren Verfahrens, das weniger von einer präzisen Kantenvorbereitung abhängig ist, erleichtert die Produktionsvorbereitung, minimiert die Fehleranfälligkeit und senkt die Nachbearbeitungskosten. Dies macht das Laserhybridschweißen besonders attraktiv für Anwendungen im Schiffbau. T2 - 22. Tagung Schweißen in der maritimen Technik und im Ingenieurbau CY - Hamburg, Germany DA - 13.05.2025 KW - Laserhybridschweißen KW - Unterpulverschweißen KW - Kerbschlagbiegeversuch PY - 2025 SP - 87 EP - 98 PB - DVS – Deutsche Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e. V AN - OPUS4-63342 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bachmann, Marcel A1 - Putra, Stephen Nugraha A1 - Yang, Fan A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Pusbatzkies, Pablo A1 - Rethmeier, Michael T1 - Elucidation of the Laser Beam Energy Attenuation by the Vapor Plume Formation during High Power Laser Beam Welding N2 - In high-power laser beam welding, a common phenomenon is the formation of a keyhole caused by the rapid evaporation of the material. Under atmospheric pressure, this evaporation generates a vapor plume that interacts with the laser beam, leading to energy attenuation and scattering of the laser radiation along its path. These interactions affect the stability of the process and the overall weld quality. This study investigates the influence of the vapor plume on the weld pool and keyhole dynamics during high-power laser beam welding of AlMg3 aluminum alloy through experimental and numerical approaches. The primary goal is to identify key vapor plume characteristics, particularly its length fluctuations, and to improve the accuracy of the numerical models. To achieve this, an algorithm was developed for the automated measurement of the vapor plume length using high-speed imaging and advanced data processing techniques. The measured plume length is then used to estimate the additional vapor heating and laser energy attenuation using the Beer–Lambert law. A refined numerical CFD model, incorporating 3D transient heat transfer, fluid flow, and ray tracing, was developed to evaluate the vapor plume’s impact. Results show that already the time-averaged plume length effectively captures its transient influence and aligns well with experimental weld seam geometries. Additionally, energy scattering and absorption caused by the vapor plume led to a wider weld pool at the top surface. The study also shows an increased percentage of keyhole collapses due to the reduced laser power absorption at the keyhole bottom, further highlighting the importance of accurately modeling vapor plume effects. T2 - International Congress of Applications of Lasers & Electro-Optics 2025 CY - Orlando, USA DA - 12.10.2025 KW - Laser beam welding KW - Vapor plume formation KW - Weld pool KW - Keyhole dynamics KW - Numerical modeling PY - 2025 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-64817 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - El-Sari, B. A1 - Biegler, M. A1 - Gook, S. A1 - Rethmeier, Michael T1 - KI zur Prozessüberwachung im Unterpulverschweißen N2 - Beim Unterpulverschweißen sind die Prozessgeräusche ein Indikator für eine gute Fügequalität. Diese Beurteilung kann i.d.R. nur von einer erfahrenen Fachkraft durchgeführt werden. Eine kürzlich entwickelte künstliche Intelligenz kann automatisch das akustische Prozesssignal anhand vortrainierter Merkmale klassifizieren und die Fügequalität anhand des Geräuschs beurteilen. Der Algorithmus, einmal richtig trainiert, kann den Prüfaufwand beim Unterpulverschweißen deutlich reduzieren. KW - Unterpulverschweißen KW - Künstliche Intelligenz KW - Prozessüberwachung KW - Körperschall PY - 2024 SP - 1 EP - 2 AN - OPUS4-59483 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gook, Sergej A1 - El-Sari, Bassel A1 - Üstündag, Ömer A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael A1 - Biegler, Max T1 - Kombination des Laserhybridschweißens und UP-Engspaltschweißens für dickwandige Bauteile zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit N2 - Dieser Beitrag befasst sich mit der Entwicklung eines wirtschaftlichen und robusten Verfahrens zum Schweißen dicker Stahlbleche. Es werden Ergebnisse für das Fügen von Blechen im Dickenbereich von 25 mm bis 80 mm vorgestellt. Die 30 mm dicken Schweißnähte konnten im Stumpfstoß in zwei Durchgängen unter Verwendung des Laserhybridschweißens und des Unterpulverschweißens (UP) geschweißt werden. Das Laserhybridschweißen wird als Einschweißung mit einer Tiefe von ca. 25 mm ausgeführt. Die UP-Lagen werden auf der gegenüberliegenden Seite des Blechs aufgebracht. Bei richtiger Wahl der Schweißparameter wird der Nahtquerschnitt durch eine sichere Überlappung beider Lagen geschlossen. Bei Blechdicken über 30 mm ist eine Kantenvorbereitung erforderlich, die eine Ausführung der UP-Fülllagen in Engspalttechnik ermöglicht. Die Vorteile der vorgeschlagenen Prozesskombination liegen darin, dass die Nahtwurzel der Laserhybridnaht nicht geformt werden muss. Defekte in der Wurzel der Laserhybrideinschweißung können durch die UP-Lagen effektiv beseitigt werden. Das Verfahren bietet eine hohe Stabilität des Schweißprozesses in Bezug auf die Qualität der Blechkanten. Plasmageschnittene Kanten konnten ohne Bindefehler geschweißt werden. Die erreichte Nahtqualität wurde durch zerstörende und zerstörungsfreie Prüfungen bestätigt. T2 - Innovationstag 2024 CY - Düsseldorf, Germany DA - 10.04.2024 KW - Laserhybridschweißen KW - Windturm KW - Dickblech KW - Unterpulverschweißen PY - 2024 SN - 978-3-96144-253-9 VL - 391 SP - 186 EP - 194 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-60031 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Strobl, Dominic A1 - Unger, Jörg F. A1 - Chady, G. A1 - Klawoon, Alexander A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael A1 - Robens-Radermacher, Annika T1 - Efficient bead-on-plate weld model for parameter estimation towards effective wire arc additive manufacturing simulation N2 - Despite the advances in hardware and software techniques, standard numerical methods fail in providing real-time simulations, especially for complex processes such as additive manufacturing applications. A real-time simulation enables process control through the combination of process monitoring and automated feedback, which increases the flexibil- ity and quality of a process. Typically, before producing a whole additive manufacturing structure, a simplified experiment in form of a bead-on- plate experiment is performed to get a first insight into the process and to set parameters suitably. In this work, a reduced order model for the transient thermal problem of the bead-on-plate weld simulation is devel- oped, allowing an efficient model calibration and control of the process. The proposed approach applies the proper generalized decomposition (PGD) method, a popular model order reduction technique, to decrease the computational effort of each model evaluation required multiple times in parameter estimation, control and optimization. The welding torch is modeled by a moving heat source, which leads to difficulties separating space and time, a key ingredient in PGD simulations. A novel approach for separating space and time is applied and extended to 3D problems allowing the derivation of an efficient separated representation of the tem- perature. The results are verified against a standard finite element model showing excellent agreement. The reduced order model is also leveraged in a Bayesian model parameter estimation setup, speeding up calibrations and ultimately leading to an optimized real-time simulation approach for welding experiment using synthetic as well as real measurement data. KW - Ermüdung PY - 2023 DO - https://doi.org/10.5281/zenodo.7456813 PB - Zenodo CY - Geneva AN - OPUS4-59651 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bakir, Nasim A1 - Üstündag, Ömer A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Observation of the weld pool shape in partial penetration welding and its influence on solidification crack formation for high-power laser beam welding N2 - In this study, steel-glass experiments were conducted to observe the melt pool geometry using a high-speed camera. The high-speed recordings and optical flow analysis show that two main flows take place in form of vortices. The lower vortex drives the melt backwards from the front keyhole wall and thus causes an extension of the melt pool, which is called bulging. This bulging promotes solidification cracking by forming a closed area filled with melt and the accumulation of impurities in the final solidification phase, resulting in low-melting phases which are under tensile stress at the end of solidification. T2 - Lasers in Manufacturing Conference 2021 CY - Online meeting DA - 21.06.2021 KW - Laser beam welding KW - Weld pool shape KW - Solidification craking KW - Partial penetration PY - 2021 SP - 1 EP - 5 AN - OPUS4-53587 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Marquardt, R. A1 - Osayi, J. A1 - Kmieciak, S. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Verschleißschutz einer Schneckengeometrie durch funktional gradierte Materialien N2 - Hochbelastete Stahlbauteile lassen sich durch Auftragen von Kobalt-Chrom Legierungen vor Verschleiß schützen. Die plötzliche Änderung der Materialeigenschaften führt jedoch zu Spannungen und Rissen im Anbindungsbereich. Daraus resultierende Abplatzungen stellen eine Gefahr für die Funktionsfähigkeit der Maschine und damit für Mensch und Umwelt dar. Um die Belastbarkeit der Schutzschicht zu verbessern, kann die Anbindung durch einen gradierten Materialübergang optimiert werden. Diese funktional gradierten Materialien können mittels pulverbasiertem Directed Energy Deposition aufgetragen werden. Die Methodik zum Aufbau und zur Qualitätssicherung solcher Materialien wurde in vorangegangenen Arbeiten für dickwandige Geometrien gezeigt. Für dünnwandige Geometrien ist die Anwendbarkeit bisher unzureichend untersucht worden. Diese Arbeit zeigt am Beispiel einer dünnwandigen gradierten Schneckengeometrie die Einsatzfähigkeit der Methodik. Dafür wird die Gefügestruktur der Gradierung auf Fehler untersucht und der Härteverlauf gemessen. Außerdem wird die relative Dichte anhand eines bereits trainierten neuronalen Netzes vorhergesagt und mit einer Porositätsuntersuchung verglichen. T2 - 14. Tagung Verschleiß- und Korrosionsschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen CY - Halle a. d. Saale, Germany DA - 12.06.2024 KW - Directed Enery Deposition KW - Funktionally Graded Material KW - Additive Manufacturing KW - DED KW - FGM KW - AM PY - 2024 SP - 1 EP - 7 PB - SLV Halle AN - OPUS4-60721 LA - deu 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 - JOUR A1 - Raute, Julius A1 - Beret, Alexander A1 - Biegler, Max A1 - Rethmeier, Michael T1 - Ökobilanzierung in der additiven Fertigung – Laser- vs. Elektronenstrahl N2 - Die additive Fertigung gewinnt für industrielle Anwendungen zunehmend an Bedeutung. In diesem Zusammenhang sind Verfahren der Directed Energy Deposition (DED) besonders gefragt, um hohe Aufbauraten zu erreichen. Neben den bekannten laserstrahlbasierten Verfahren hat auch der Elektronenstrahl die industrielle Marktreife erreicht. Das Wire Electron Beam Additive Manufacturing bietet zum Beispiel Vorteile bei der Verarbeitung von Kupferwerkstoffen. In der Literatur wird die höhere Energieeffizienz und die daraus resultierende Verbesserung der CO2-Bilanz des Elektronenstrahls hervorgehoben. Es fehlt jedoch an praktischen Studien mit Messdaten, um das Potenzial der Technologie zu quantifizieren. In dieser Arbeit wird eine vergleichende Ökobilanz zwischen der additiven Fertigung mit Draht und Elektronenstrahl (DED-EB) und der additiven Fertigung mit Laserstrahl und Pulver (DED-LB) durchgeführt. Dazu werden die Ressourcen für die Herstellung ermittelt, ein Testbauteil mit beiden Verfahren hergestellt und der gesamte Energieverbrauch gemessen. Die Umweltauswirkungen werden dann mit den Faktoren Treibhauspotenzial (GWP100), Ozonbildungspotenzial (POCP), Versauerungspotenzial (AP), Eutrophierungspotenzial (EP) abgeschätzt. Es zeigt sich, dass das Wire Electron Beam Additive Manufacturing durch einen deutlich geringeren Energiebedarf gekennzeichnet ist. Darüber hinaus gewährleistet die Verwendung von Draht eine größere Ressourceneffizienz, was zu insgesamt besseren Ökobilanzergebnissen führt. KW - Ökobilanzierung (LCA) KW - Additive Fertigung KW - Directed Energy Deposition KW - Kupfer KW - Wire Electron Beam Additive Manufacturing PY - 2024 SP - 26 EP - 32 AN - OPUS4-62234 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rethmeier, Michael T1 - Laser and hybrid welding with ultra high power lasers N2 - Welding with high-power lasers has a history of over 30 years. With the introduction of high-powerCO2 lasers, the subject was investigated as early as the 1990s as part of various research projects. A renewed interest in the subject was awakened with the market launch of high-brilliance, high-power fibre and disc lasers at the beginning of the 2000s. In industrial production, the use of high-power lasers for welding shipbuilding constructions at the same time as for mobile crane construction is mainly associated with low-alloy high-strength steels with a maximum wall thickness of 15 mm. The use of high-power multi 10kW lasers for even greater sheet thicknesses (20mm-100 mm) promises significantly greater advantages [1]. For these wall thicknesses the economic, technological and ecological advantages of the process over conventional welding methods become especially clear and visible [2]. Despite numerous research projects on this topic, laser technology still faces a number of hurdles that need to be overcome. The new lasers with scalable laser powers up to 100 kW and the application of an electromagnetic weld pool support as well as local vacuum environment widen the possible application range tremendously. In this contribution, the authors address the technical solutions for high-power laser beam welding in the field of thick sheet metal applications, highlight the technological and normative challenges in the industrial implementation of the process and present a perspective for the first concrete applications in the field of off-shore wind energy. T2 - Stuttgarter Laser Tage CY - Stuttgart, Germany DA - 04.06.2024 KW - High-power laserbeam welding KW - Thick plates KW - Electromagnetic weld pool support PY - 2024 AN - OPUS4-62412 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rethmeier, Michael T1 - Single pass laser vacuum welding of thick steel plates using electromagnetic support N2 - The increasing demand for renewable energy produced by offshore wind turbines goes along with an increased demand in the production of offshore wind turbine foundations, so called “monopiles”, which are made by joining thick metal sheets. The industrial standard of multi-layer submerged arc welding (SAW) for joining of thick metal sheets is the current bottleneck in the production of monopiles. A possible increase in productivity by the implementation of high-power laser welding in a newly developed mobile vacuum chamber (MoVac) and an electromagnetic root support is the subject of this study. Single run butt welds are performed in flat position on S355 mild steel of thicknesses up to 80 mm using a disc laser system with 1030 nm wavelength and a maximum output of 60 kW. The laser optic is fixed on the MoVac-System which is held and manipulated by an articulated robot. T2 - 13th CIRP Conference on Photonic Technologies [LANE 2024] CY - Furth, Germany DA - 15.09.2024 KW - Laser beam welding KW - Laser welding with mobile vacuum PY - 2024 AN - OPUS4-62413 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Putra, Stephen Nugraha A1 - Bachmann, Marcel A1 - Rethmeier, Michael T1 - Parametric study of the laser energy absorption in high-power laser beam welding N2 - Laser energy absorption on the keyhole wall is decisive for the thermodynamic behavior and the resultant weld properties in the high-power laser beam welding process. However, its highly transient nature on a microsecond scale makes the quantitative analysis challenging. In this paper, the influence of the relevant welding parameters on laser energy absorption is studied statistically by utilizing multiphysical modeling, in which the three-dimensional transient keyhole dynamics and thermo-fluid flow are calculated. A dynamic mesh adaption technique and a localized level-set-based ray-tracing method are employed to improve the model accuracy further. The results show that the focus position has a remarkable effect on the time-averaged laser absorption, and in contrast, the laser energy distribution regime is only slightly influenced by the welding speed in the studied parameter range (1.5–3.0 m/min). The absorption ratio of the laser energy on the keyhole front wall decreases with increasing welding speed and increases with upward-moving focus positions. The comparison between the calculated results and the experimental measurements ensures the validity of the proposed model. T2 - International Congress of Applications of Lasers & Electro-Optics 2024 CY - Los Angeles, CA, USA DA - 03.11.2024 KW - Laser beam welding KW - Laser energy absorption KW - Multiphysics modeling KW - Parametric study KW - Weld pool PY - 2024 SP - 1 EP - 8 AN - OPUS4-61629 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rethmeier, Michael T1 - Kombination des Laserhybridschweißens und UP-Engspaltschweißens für dickwandige Bauteile zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit N2 - Dieser Beitrag befasst sich mit der Entwicklung eines wirtschaftlichen und robusten Verfahrens zum Schweißen dicker Stahlbleche. Es werden Ergebnisse für das Fügen von Blechen im Dickenbereich von 25 mm bis 80 mm vorgestellt. Die 30 mm dicken Schweißnähte konnten im Stumpfstoß in zwei Durchgängen unter Verwendung des Laserhybridschweißens und des Unterpulverschweißens (UP) geschweißt werden. Das Laserhybridschweißen wird als Einschweißung mit einer Tiefe von ca. 25 mm ausgeführt. Die UP-Lagen werden auf der gegenüberliegenden Seite des Blechs aufgebracht. Bei richtiger Wahl der Schweißparameter wird der Nahtquerschnitt durch eine sichere Überlappung beider Lagen geschlossen. Bei Blechdicken über 30 mm ist eine Kantenvorbereitung erforderlich, die eine Ausführung der UP-Fülllagen in Engspalttechnik ermöglicht. Die Vorteile der vorgeschlagenen Prozesskombination liegen darin, dass die Nahtwurzel der Laserhybridnaht nicht geformt werden muss. Defekte in der Wurzel der Laserhybrideinschweißung können durch die UP-Lagen effektiv beseitigt werden. Das Verfahren bietet eine hohe Stabilität des Schweißprozesses in Bezug auf die Qualität der Blechkanten. Plasmageschnittene Kanten konnten ohne Bindefehler geschweißt werden. Die erreichte Nahtqualität wurde durch zerstörende und zerstörungsfreie Prüfungen bestätigt. T2 - Innovationstag 2024 - Transfertage der Fügetechnik CY - Düsseldorf, Germany DA - 10.04.2024 KW - Laserhybridschweißen KW - Wirtschaftlichkeit KW - UP-Engspaltschweißen PY - 2024 AN - OPUS4-62222 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rethmeier, Michael T1 - AI-based welding process monitoring for quality control in the manufacture of large-diameter pipes N2 - The paper presents the experimental results into the development of a multi-channel system for monitoring and quality assurance of the multi-wire submerged arc welding (SAW) process for the manufacture of large diameter pipes. Process signals such as welding current, arc voltage and the acoustic signal emitted from the weld zone are recorded and processed to provide information on the stability of the welding process. It was shown by the experiments that the acoustic pattern of the SAW process in a frequency range between 30 Hz and 2.5 kHz contains the most diagnostic information. In the spectrogram of the acoustic signal, which represents the time course of the frequency spectrum of the welding process, the formation of weld irregularities such as undercuts could be reliably identified. The on-line quality assessment of the weld seam produced is carried out in combination with methods of artificial intelligence (AI). From the results obtained, it can be concluded that the use of the latest concepts in welding and automation technology, combined with the high potential of AI, can achieve a new level of quality assurance in pipe manufacturing. T2 - Pipeline Technology Conference 2024 CY - Berlin, Germany DA - 08.04.2024 KW - Process monitoring KW - Submerged arc welding KW - Acoustic signal KW - Artificial intelligence KW - Quality control PY - 2024 AN - OPUS4-62225 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Neumann, B. A1 - Gottschalk, G.-F. A1 - Biegler, M. A1 - Goecke, S.-F. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Detektion von Bindefehlern mittels neuronaler Netze bei DED-Arc/M von Aluminium anhand von Echtzeit- Schweißstromquellendaten N2 - Mit der Anwendung des Schutzgasschweißens für additive Strukturen wird aufbauend auf Machine-Learning-Modellen, welche bereits zum Überwachen beim Verbindungsschweißen erforscht wurden, ein tiefes neuronales Netz (DNN) zum Monitoring beim DED-Arc/M von Aluminium vorgestellt. Ziel des Machine Learning Modells ist das Identifizieren von Bindefehlern in den aufgebauten Volumina mit prozessbegleitend gemessenen Schweißstromquellensignalen als Input. Es werden durch Algorithmen Merkmalsvariablen in der Vorverarbeitung der Daten extrahiert und die Korrelation zwischen den Merkmalsvariablen und den Bindefehlern analysiert. Durch den vorgestellten Algorithmus werden diese automatisiert als Input an ein DNN übergeben. Diese Arbeit untersucht die Genauigkeit der Klassifizierung von verschiedenen DNN-Architekturen mit jeweils 4 verdeckten Schichten. Als Trainings- und Testsatz werden randomisiert extrahierte Merkmale von defektfreien und fehlerhaften Proben verwendet, wobei Bindefehler zum Teil absichtlich provoziert werden. Das entwickelte neuronale Netz erkennt anhand signifikanter Merkmale aus den Strom- und Spannungsdaten Bindefehler mit einer Genauigkeit von ca. 90%. T2 - 45. Assistentenseminar Füge- und Schweißtechnik CY - Niederaudorf, Germany DA - 09.11.2024 KW - DED-Arc/M KW - Aluminiumschweißen KW - Prozessüberwachung KW - Machine Learning KW - Deep Neural Network KW - Bindefehler PY - 2025 SP - 139 EP - 144 PB - DVS Media GmbH AN - OPUS4-64838 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rethmeier, Michael A1 - El-Sari, Bassel A1 - Biegler, Max A1 - Gook, Sergej T1 - AI-based welding process monitoring for quality control in the manufacture of large-diameter pipes N2 - The paper presents the experimental results into the development of a multi-channel system for monitoring and quality assurance of the multi-wire submerged arc welding (SAW) process for the manufacture of large diameter pipes. Process signals such as welding current, arc voltage and the acoustic signal emitted from the weld zone are recorded and processed to provide information on the stability of the welding process. It was shown by the experiments that the acoustic pattern of the SAW process in a frequency range between 30 Hz and 2.5 kHz contains the most diagnostic information. In the spectrogram of the acoustic signal, which represents the time course of the frequency spectrum of the welding process, the formation of weld irregularities such as undercuts could be reliably identified. The on-line quality assessment of the weld seam produced is carried out in combination with methods of artificial intelligence (AI). From the results obtained, it can be concluded that the use of the latest concepts in welding and automation technology, combined with the high potential of AI, can achieve a new level of quality assurance in pipe manufacturing. T2 - Pipeline Technology Conference 2024 CY - Berlin, Germany DA - 08.04.2024 KW - Process monitoring KW - Submerged arc welding KW - Acoustic signal KW - Artificial intelligence PY - 2024 UR - https://www.pipeline-conference.com/abstracts/ai-based-welding-process-monitoring-quality-control-large-diameter-pipe-manufacturing SP - 1 EP - 9 AN - OPUS4-62226 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Akyel, Fatma A1 - Gook, Sergej A1 - Üstündag, Ömer A1 - Bakir, Nasim A1 - Brunner-Schwer, Christian A1 - Rethmeier, Michael T1 - Hochleistungs-Lichtbogenschweißen von dicken Stahlblechen mit elekt-romagnetischer Schweißbadunterstützung N2 - Das Unterpulverschweißen (UP) ist das Lichtbogenschweißverfahren mit der höchsten Abschmelzrate. Beim Schweißen von dicken Blechen ist dieses Verfahren jedoch besonders für die Wurzellage von Nachteil. Voll-ständiges Umschmelzen ohne extremen Wurzeldurchhang oder ein Austropfen der Schmelze ist ohne weitere Hilfsmittel schwer zu erreichen. Aus diesem Grund werden Pulver-, Kupfer-, keramische Badstützen oder Ble-che zur Vermeidung des Wurzeldurchhangs verwendet. Bei der Verwendung von Kupfer- oder Keramikstützen beeinflusst beispielsweise die Diffusion chemischer Elemente in die Schweiß- oder Schmelzlinie die mecha-nischen Eigenschaften der Schweißnaht. All diese Badstützen erfordern zusätzliche Schritte zur Vorbereitung und Entfernung sowie zur Reinigung der Schweißwurzel. Die Verwendung einer elektromagnetischen Bad-stütze hat dagegen viele Vorteile. Der Magnet kommt nicht mit dem Werkstück in Kontakt, sodass ein zusätz-licher Schritt des Entfernens nicht erforderlich ist. Versuche mit Laserstrahlschweißen oder Laserhybrid-schweißen haben bereits erstmalig gezeigt, dass Blechdicken bis 30 mm einlagig einseitig geschweißt werden können und zusätzlich ein Spalt oder Kanterversatz von bis zu 2 mm überbrückt werden können. In dieser Arbeit wird die elektromagnetische Badstütze für den UP-Prozess eingesetzt. Die Wurzellage wird an 15 mm dicken Blechen mit einer Spaltgröße von 2 mm geschweißt. Die Verwendung eines elektromagnetischen Sys-tems stellt hier sicher, dass die Schmelze nach oben gedrückt und in Position gehalten wird. Ferner kann die Schweißtiefe entsprechend den magnetischen Parametern angepasst werden. Dieses Verfahren kann die Produktivität im Schweißbereich von vielen Betrieben deutlich steigern und Kosten gleichzeitig senken und kann dazu beitragen, diese Arbeitsplätze in Deutschland zu sichern. T2 - DVS CONGRESS 2024 Große Schweißtechnische Tagung CY - Erfurt, Germany DA - 16.09.2024 KW - Unterpulverschweißen KW - Hochleistungs-Lichtbogenschweißen PY - 2024 SN - 978-3-96144-269-0 VL - 395 SP - 134 PB - DVS Media CY - Düsseldorf AN - OPUS4-61613 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rethmeier, Michael A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Quiroz Penaranda, Vanessa T1 - Investigation on laser beam welding of high-manganese austenitic and austenitic-ferritic stainless steels PY - 2012 SN - 0005-111x SN - 0005-2302 VL - 1 IS - 705 SP - 12 EP - 17 CY - Kiev, Ukraine AN - OPUS4-27209 LA - rus 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 - CONF A1 - Reisgen, U. A1 - Olschok, S. A1 - Backhaus, A. A1 - Rethmeier, Michael A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Tölle, Florian T1 - Reduction of weld residual stresses with the electron beam N2 - High weiding residual stresses can cause Service life reducing consequences. Even though many processes have been developed to reduce these stresses, they are only applicable for wider welds and simple component geometries or are cost-intensive, respectively. This work introduces a possibility to reduce the weid residual stresses by means of the electron beam. The same tool is used for the production of the welded seam and the weid residual stresses are reduced touchless, in a multiple-process technique or in a second working step. Other process steps, spanning orshifting of the component or even additional machines are no longer required when this rnethod is used. Via beam oscillation and multiple-process technique, the defocused electron beam produces thermal fields in transversal and lateral distance to the welded seam which impose compressive stress on the ambient material. With the help of adjusted heating fields in defined distance from the weid seam, the residual stresses in the weld seam are, e.g. in the case of ferritic Steel, reduced by up to 73%. In this work, the basic mechanism for stress relief is introduced and also the influence of different process Parameters, e.g. beam power, deflection parameters, diameter of the defocused electron beam and work distances between thermal fields and welded seams exert on the reduction of residual stresses. Moreover, different results made with ferritic and austenitic Steel are presented in the form of linear and circumferential welds. T2 - 2nd International electron beam welding conference (IEBW) CY - Aachen, Germany DA - 26.03.2012 PY - 2012 SN - 978-3-87155-299-1 N1 - Serientitel: DVS-Berichte – Series title: DVS-Berichte VL - 285 SP - 128 EP - 132 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-26110 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Polami, S.M. A1 - Rethmeier, Michael A1 - Schmid, A. T1 - Friction welding of drive pinions for heavy-duty trucks N2 - Um das Gewicht der Komponenten in schweren Lastkraftwagen zu reduzieren, werden neue konstruktive und fertigungstechnische Lösungen für das Antriebskegelrad der Hinterachse untersucht. Ein naheliegen Ansatz ist, das Bauteil hohl auszuführen. Dazu bietet sich an, die hohle Welle und den Kegelstumpf zunächst als Einzelteile zu fertigen und über eine geeignete Fügetechnik zum Antriebskegelrad (Rohteil) zu verbinden. Eine mit Hilfe der FEM-Simulation durchgeführte Festigkeitsberechnung wird für die unterschiedlichen Bauteilvarianten ausgewertet. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass die im Bereich der Verzahnung eingeleitete Betriebsbelastung in den kritischen Werkstückzonen gut ausgehalten wird. Auch die Variante mit einer neuen, ..aufgleitenden" Reibschweißmethode zeigt durchaus zufriedenstellende Ergebnisse. Darüber hinaus werden die Mikrostrukturen der Fügeverbindungen untersucht. N2 - In Order to reduce the weight of components in heavy-duty trucks, new geometries and production technologies for rear axle drive pinions are tested. One obvious approach is to design the component as a hollow part. The hollow shaft and the bevel are produced individually and then joined to the drive pinion (raw part) by a suitable weiding technology. A strength calculation of the various geometries is evaluated using FEM Simulation. The results illustrate that the working load applied near the gear teeth is withstood in the critical zones of the work-piece. The variant using a new joint-site structure method for friction weiding also showed satisfactory results. In addition, the microstructures of the joints are examined. T2 - 5. VDI-Fachtagung Welle-Nabe-Verbindungen CY - Nürtingen, Germany DA - 25.09.2012 PY - 2012 SN - 978-3-18-092176-1 SN - 0083-5560 N1 - Serientitel: VDI-Berichte – Series title: VDI-Berichte VL - 2176 SP - 211 EP - 219 PB - VDI-Verl. CY - Düsseldorf AN - OPUS4-27749 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Müller, Vinzenz A1 - Klement, Oliver A1 - Sander, Steffen A1 - Biegler, Max A1 - Rethmeier, Michael T1 - Recycling of Stainless Steel Milling Chips for Additive Manufacturing: A Three-Stage Comminution Approach Using a Fine Impact Mill N2 - The production of conventional metal powders for additive manufacturing process is energy intensive and costly. This study introduces a sustainable alternative by recycling stainless steel milling chips as feedstock for laser-powder directed energy deposition. The recycling process employs a three-stage mechanical comminution method utilizing a fine impact mill UPZ100 from Hosokawa Alpine AG. Characterization of the resulting powders is conducted through particle morphology analysis, flowability tests, and mechanical property assessments. The chip-derived powders exhibit comparable aspect ratios and sphericity to conventional water atomized powders, though with reduced flowability due to a pronounced fine fraction content. Elevated levels of oxides are observed, leading to the formation of an oxide layer on specimen blocks, without impairing the mechanical properties. Analyses of porosity, microstructure, and hardness indicate no significant differences when compared to conventional powders from water or gas atomization. This recycling approach not only mitigates waste but also enhances the potential for a circular and sustainable manufacturing process in the additive manufacturing industry and beyond. KW - Directed Energy Deposition KW - Recycling KW - Stainless steel KW - Comminution KW - Powder characteristics PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-652037 DO - https://doi.org/10.1088/1757-899X/1332/1/012014 SN - 1757-8981 VL - 1332 IS - 1 SP - 1 EP - 7 PB - IOP Publishing AN - OPUS4-65203 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Stelling, Karen A1 - Lammers, Marco A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Böllinghaus, Thomas A1 - Rethmeier, Michael T1 - Laser Plasma Hybrid Welding of Austenitic Stainless Steels - Phenomena of Process Instability N2 - Laser plasma hybrid welding has been proved to be a very stable hybrid welding process and welds of high quality can be produced, especially if high surface quality and low spattering is demanded such as in welding fabrication of high alloyed austenitic stainless steels. In particular cases, even though welds display high outer quality, X-ray examinations revealed weld defects which may range from low porosity to blowhole-like cavities. The phenomena and the main influencing parameters such as arc current, welding speed and focal point position are discussed. Parameter fields will be suggested for welding plates of different austenitic stainless steel grades with thicknesses ranging from 3 to 8 mm. The results are based on welding experiments carried out using a 4.4 kW diode pumped Nd:YAGlaser. Thus, also the influence of the feeding fibre diameter has been investigated and it was found that the resulting beam shape has a major effect on the welding performance. T2 - 60th IIW Annual Assembly CY - Dubrovnik, Croatia DA - 2007-07-01 KW - Laser KW - Plasma KW - Hybrid welding KW - Pores KW - Cavities KW - Root dropping KW - Austenitic steel PY - 2007 IS - IV-933-07 SP - 1 EP - 14 PB - International Institute of Welding CY - Paris AN - OPUS4-18677 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Marquardt, R. A1 - Gook, S. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Handgeführtes Laserstrahlschweissen am T-Stoss eines niedrig legierten Stahls N2 - Das handgeführte Laserstrahlschweißen gewinnt in der Industrie zunehmend an Bedeutung, da die hohe Produktivität und die einfache Handhabung Unternehmen wirtschaftliche Vorteile bieten. Derzeit ist der Einsatz in der Industrie jedoch auf Teile mit ästhetischen Anforderungen beschränkt, die häufig aus hochlegiertem Stahl bestehen. Um das Handschweißen mit Laserstrahl auch für Bauteile aus kostengünstigen Stähle mit guten mechanischen Eigenschaften einsetzen zu können, untersucht diese Studie den Einfluss des Schutzgases auf die Porosität am mikrolegierten Stahl HX340LAD mit einer Dicke von 1,5 mm. Getestet wurden die Gase Argon, Stickstoff, CO2 sowie Mischungen aus Argon und CO2 an T-Stöße mit Zusatzdraht. Die Qualifizierung der Porosität erfolgte gemäß DIN EN ISO 13919-1 an Querschliffen als auch mittels Röntgenuntersuchung. Die Ergebnisse zeigen, dass für diesen Stahl die Bewertungsgruppe B mittels CO2 als Schutzgas erreicht werden kann. Stickstoff führt zu Gruppe C, Argon zu D. KW - Handgeführtes Laserstrahlschweißen, HHLW, Stahl, Laser KW - HHLW KW - Stahl KW - Laser PY - 2025 SP - 22 EP - 25 PB - Schweizerischer Verein für Schweisstechnik SVS AN - OPUS4-65041 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rethmeier, Michael T1 - Anwendung einer Kombination aus Laserhybrid- und Unterpulverschweißen zum Fügen dicker Bleche aus Schiffbaustahl EH36 N2 - In diesem Beitrag wird ein Schweißverfahren vorgestellt, mit dem 30 mm dicke Bleche aus Schiffbaustahl EH36 effizient und werkstoffgerecht gefügt werden können. Die wirtschaftlichen Vorteile des Verfahrens ergeben sich aus dem Wegfall der aufwendigen Kantenvorbereitung und der Reduzierung des Schweißzusatzbedarfs. Die Stumpfschweißnähte werden in einer Lagen-/Gegenlage-Technik durch Laserhybridschweißen und Unterpulverschweißen ausgeführt. Dabei erfolgt die Laserhybridschweißung als Einschweißung mit einer Tiefe von etwa 25 mm, während die Unterpulvernaht als zweiter Durchgang auf der gegenüberliegenden Seite des Bauteils mit einer Einschweißtiefe von 8 mm aufgebracht wird. Die Überlappung der beiden Lagen gewährleistet einen geschlossenen Nahtquerschnitt. Dank der partiellen Durchschweißung der Laserhybridnaht entfällt die Notwendigkeit zur Wurzelformierung. Darüber hinaus bietet die Prozesskombination eine höhere Toleranz gegenüber Ungenauigkeiten in der Kantenvorbereitung, was die Prozesskomplexität reduziert. Der Einsatz dieses robusteren Verfahrens, das weniger von einer präzisen Kantenvorbereitung abhängig ist, erleichtert die Produktionsvorbereitung, minimiert die Fehleranfälligkeit und senkt die Nachbearbeitungskosten. Dies macht das Laserhybridschweißen besonders attraktiv für Anwendungen im Schiffbau. T2 - 22. Tagung Schweißen in der maritimen Technik und im Ingenieurbau CY - Hamburg, Germany DA - 13.05.2025 KW - Kerbschlagbiegeversuch KW - Laserhybridschweißen KW - Unterpulverschweißen PY - 2025 AN - OPUS4-65073 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 - JOUR A1 - Müller, Vinzenz A1 - Fasselt, Janek Maria A1 - Klötzer-Freese, Christian A1 - Kruse, Tobias A1 - Kleba-Ehrhardt, Rafael A1 - Biegler, Max A1 - Rethmeier, Michael T1 - Recycling nickel aluminium bronze grinding chips to feedstock for directed energy deposition via impact whirl milling: Investigation on processability, microstructure and mechanical properties N2 - During the production of ship propellers, considerable quantities of grinding chips from nickel aluminium bronze areproduced. This paper examines the mechanical comminution of such chips via impact whirl milling and the utilization of twochip-powder batches as feedstock for a laser-based directed energy deposition process. The materials are characterized viadigital image analysis, standardized flowability tests, scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopyand are compared to conventional, gas atomized powder. The specimens deposited via directed energy deposition areanalyzed for density, hardness and microstructure and tensile properties for vertical and horizontal build up directions arecompared. At elevated mill rotation speeds, the comminution with impact whirl milling produced rounded particles, favorableflow properties and particle size distribution, making them suitable to deposit additive specimens. The microstructureexhibited characteristic martensitic phases due to the high cooling rates of the additive manufacturing process. The presenceof ceramic inclusions was observed in both the powder and on the tensile fracture surfaces, partly impairing the mechanicalproperties. However, specimens in the vertical build-up direction (Z) showed competitive tensile results, with 775 MPa intensile strength, 455 MPa in yield strength and 12.6 % elongation at break. The findings of this study indicate that recyclingof machining chips to additive manufacturing feedstock can be a viable option for reducing material costs and environmentalimpact. KW - Nickel aluminium bronze KW - Grinding chips KW - Recycling KW - Directed energy deposition KW - Material characterization PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-651214 DO - https://doi.org/10.1016/j.addma.2025.104804 SN - 2214-8604 VL - 105 SP - 1 EP - 9 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-65121 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Huo, Wenjie A1 - Schmies, Lennart A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael A1 - Wolter, Katinka T1 - An illumination based backdoor attack against crack detection systems in laser beam welding N2 - Deep neural networks (DNNs) have been wildly used in engineering and have achieved state-of-the-art performance in prediction and measurement tasks. A solidification crack is a serious fault during laser beam welding and it has been proven to be successfully detected using DNNs. Recently, research on the security of DNNs is receiving increasing attention because it is necessary to explore the reliability of DNNs to avoid potential security risks. The backdoor attack is a serious threat, where attackers aim to inject an inconspicuous pattern referred to as trigger into a small portion of training data, resulting in incorrect predictions in the reference phase whenever the input contains the trigger. In this work, we first generate experimental data containing actual cracks in the welding laboratory for training a crack detection model. Then, targeting this scenario, we design a new type of backdoor attack to induce the model to predict the crack as a normal state. Considering the stealthiness of the attack, a common phenomenon during the welding process, illumination, is used as the backdoor trigger. Experimental results demonstrate that the proposed method can successfully attack the crack detection system and achieve over 90% attack success rate on the test set. T2 - 8th ML4CPS 2025 – Machine Learning for Cyber-Physical Systems CY - Berlin, Germany DA - 06.03,2025 KW - System security KW - Welding crack detection KW - Backdoor attack KW - Deep neural networks PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-651357 DO - https://doi.org/10.24405/20021 VL - 2025 SP - 12 EP - 21 PB - Universitätsbibliothek der HSU/UniBw H CY - Hamburg AN - OPUS4-65135 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Chaurasia, Prashant Kumar A1 - Fabry, Çağtay A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - Tandem-GMAW: advanced pulsed and short cicuiting process mode experimental data N2 - This dataset consists of raw recordings for 5 Tandem gas metal arc welding experiments (Tandem-GMAW / T-GMAW). KW - T-GMAW KW - High power welding KW - Deposition efficiency KW - Life Cycle Assessment PY - 2025 DO - https://doi.org/10.5281/zenodo.17951724 PB - Zenodo CY - Geneva AN - OPUS4-65206 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Chaurasia, Prashant Kumar A1 - Cagtay, Fabry A1 - Andreas, Pittner A1 - Rethmeier, Michael T1 - Automated in situ monitoring and analysis of process signatures and build profiles during wire arc directed energy deposition N2 - Wire arc directed energy deposition (DED-Arc) is an emerging metal additive manufacturing process to build near-net shaped metallic parts in a layer-by-layer with minimal material wastage. Automated in situ monitoring and fast-responsive analyses of process signatures and deposit profiles during DED-Arc are in ever demand to print dimensionally consistent parts and reduce post-deposition machining. A comprehensive experimental investigation is presented here involving real-time synchronous measurement of arc current, voltage, and the deposit profile using a novel multi-sensor monitoring framework integrated with the DED-Arc set-up. The recorded current–voltage transients are used to estimate the time-averaged arc power, and energy input in real time for an insight of the influence of wire feed rate and printing travel speed on the deposit characteristics. A unique attempt is made to represent the geometric profiles of the single-track deposits in a generalized mathematical form corresponding to a segmented ellipse, which has exhibited the minimum root-mean-square error of 0.03 mm. The dimensional inconsistency of multi-track deposits is evaluated quantitatively in terms of waviness using build profile monitoring and automated estimation, which is found to increase with an increase in step-over ratio and energy input. For the multi-track mild steel deposits, the suitable range of step-over ratio for the minimum surface waviness is observed to lie between 0.6 and 0.65. Collectively, the proposed framework of synchronized process monitoring and real-time analysis provides a pathway to achieve dimensionally consistent and defect-free parts, and highlights the potential for closed-loop control systems for a wider industrial application of DED-Arc. T2 - IIW Annual Assembly 2025 CY - Genova, Italy DA - 23.06.2025 KW - Additive Manufacturing KW - Arc welding KW - Real-time monitoring and control KW - Dimensional inconsistency KW - DED-arc PY - 2025 AN - OPUS4-65231 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pittner, Andreas A1 - Fabry, Cagtay A1 - Thiele, Marc A1 - Artinov, Antoni A1 - Rethmeier, Michael T1 - Automated Arc Welding and Sensor Based Quality Assessment for Enhancing Fatigue Strength and Structural Reliability of Offshore Wind Turbine Supports N2 - Offshore wind energy plays a crucial role in achieving a carbon dioxide free industrial sector in the coming decades. However, foundation systems for offshore wind turbines significantly impact the overall installation process, posing technical and regulatory challenges. Adopting lightweight design principles in steel construction such as dissolved load bearing structures in jacket foundations offers substantial potential for reducing resource consumption, particularly steel usage. This presentation explores the complete digitalization of welding manufacturing and testing processes, enabling fully automated production and data driven quality assessment of tubular nodes, which are vital components of jacket foundations. The study also investigates the relationship between seam geometry and fatigue strength inspired by bionic design principles. The results demonstrate that tubular nodes can be welded entirely automatically, accommodating geometric tolerances, and that seam geometries ca n be precisely manufactured according to suggestions from e.g. numerical models or other sources . These advancements significantly enhance the fatigue strength and service life of offshore wind turbine support structures. T2 - IIW Annual Assembly 2025 CY - Genova, Italy DA - 23.06.2025 KW - Automated gas metal arc welding KW - Quality assessment and control KW - Support structures KW - Fatigue PY - 2025 AN - OPUS4-65232 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Quiroz Penaranda, Vanessa A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Investigations on laser beam welding of high-manganese austenitic and austenitic-ferritic stainless steels N2 - 4.4 kW Nd:YAG laser and 5 kW CO2 laser were applied to welding 1.5 mm stainless steel sheets in CW mode. Manganese austenitic and lean duplex steels were selected as test materials and for comparison with Standard austenitic and Duplex steels. The influence of main laser welding Parameters on process stability and resulting weld quality, as well as the effects of weld edge preparation on the weld appearance and quality levels, were investigated. The welded joints obtained were subjected to radiographic tests for detection of internal imperfections, tensile and potentiodynamic tests were performed to evaluate the mechanical and corrosion properties. The results provide an insight into the advantages and limitations of the laser beam welding process for joining high-manganese alloyed stainless steels. Conditions for the production of defect-free and corrosion-resistant welds having good mechanical properties could be determined. KW - Laser welding KW - CO2- and Nd:YAG laser KW - Stainless austenitic and duplex steels KW - Higher manganese content KW - Process stability KW - Shielding atmosphere KW - Weld metal KW - Microstructure KW - Mechanical properties KW - Corrosion resistance PY - 2012 SN - 0957-798X VL - 1 SP - 10 EP - 14 PB - E. O. Paton Electric Welding Institute of the National Acad. of Sciences of Ukraine CY - Kyïv AN - OPUS4-27062 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bevilacqua, Tommaso A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Habibi, Niloufar A1 - Hartwig, Philipp A1 - Klawonn, Axel A1 - Lanser, Martin A1 - Rethmeier, Michael A1 - Scheunemann, Lisa A1 - Schröeder, Jöerg T1 - Large-scale thermo-mechanical simulation of laser beam welding using high-performance computing: A qualitative reproduction of experimental results N2 - Laser beam welding (LBW) is a non-contact joining technique that has gained significant importance in modern industrial manufacturing. One potential problem, however, is the formation of solidification cracks, which particularly affects alloys with a pronounced melting range. The aim of the present work is the development of computational methods and software tools to numerically simulate LBW. In order to obtain a sufficiently accurate solution, a large number of finite elements has to be used. Therefore, a highly parallel scalable solver framework, based on the software library PETSc, was used to solve this computationally challenging problem on a high-performance computing architecture. Finally, the experimental results and the numerical simulations are compared. They are found to be in good qualitative agreement, which confirms the validity of the numerical simulations and allows for a better interpretation of the experimentally observed strain distribution. KW - Laser beam welding KW - Termo-mechanical processes KW - Solidification cracking KW - High-performance computing KW - Domain decomposition methods PY - 2025 DO - https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.108827 SN - 2590-1230 SP - 1 EP - 33 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-65290 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Üstündag, Ö. A1 - Avilov, V. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Full penetration hybrid laser arc welding of up to 28 mm thick S355 plates using electromagnetic weld pool support N2 - The laser hybrid welding process offers many advantages regarding deep penetration, increased welding velocity and with the help of the supplied filler wire an improved bridgeability to gap and misalignment tolerances. High power laser systems with a power of approx. 30 kW are already available on the market. Nevertheless, multi-layer technology with an arc process is still used for welding of plates from a thickness from 20 mm. A potential cause is the process instability with increasing laser power. It is inevitable that gravity drop-out due to the high hydrostatic pressure at increasing wall thickness especially at welding in flat position and with a low welding speed. The surface tension decreases with increasing root width resulting from low welding velocities. To prevent such inadmissible defects of the seam a use of weld pool support is required. Usual weld pool support systems such as ceramic or powder supports require a mechanical detachment which is time-consuming. The electromagnetic weld pool support system described in this work shows an alternative weld pool support which works contactless. It is based on generating Lorentz forces in the weld pool due to oscillating magnetic field and induced eddy currents. This innovative technology offers single pass welds up to 28 mm in flat position and reduced welding velocity with a laser power of just 19 kW. It also leads to improved mechanical-technological properties of the seams because of the slow cooling rate. With usage of an electromagnetic weld pool support the limitation of the hybrid laser arc welding process in the thick sheet metal will be extend. KW - Electromagnetic weld pool support KW - Hybrid laser arc welding KW - Thick-walled steel KW - Single pass welding PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-468276 DO - https://doi.org/10.1088/1742-6596/1109/1/012015 SN - 1742-6596 VL - 1109 SP - 1 EP - 7 PB - IOP Publ. AN - OPUS4-46827 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Jonietz, Florian A1 - Ziegler, Mathias A1 - Myrach, Philipp A1 - Suwala, H. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Untersuchung von Punktschweißverbindungen mit aktiver Thermografie N2 - Widerstandspunktschweißen ist insbesondere im Automobilbau eine der wichtigsten Fügetechniken. Bislang erfolgt die Qualitätssicherung überwiegend durch stichprobenartige zerstörende Prüfung. Eine zerstörungsfreie Prüftechnik würde neben der Reduzierung der Prüfkosten auch eine Optimierung des Punktschweißverfahrens bedeuten, da prinzipiell jeder Schweißpunkt geprüft werden könnte und somit auch eine Reduzierung der Anzahl der Schweißpunkte möglich ist. Es wird ein Verfahren vorgestellt, bei dem die Punktschweißverbindung zwischen zwei Stahlblechen optisch auf einer Blechseite mittels Laser oder Blitzlicht erwärmt wird. Die aufgeschmolzene Zone, die sogenannte Schweißlinse, stellt dabei neben der mechanischen Verbindung auch eine Wärmebrücke zwischen den beiden verschweißten Blechen dar, die bei diesem Verfahren ausgenutzt wird. Durch den verbesserten thermischen Kontakt zwischen den verschweißten Blechen an der Schweißlinse kontrastiert diese deutlich mit dem umgebenden Blechmaterial, bei dem der Wärmeübertrag zwischen den Blechen vergleichsweise gering ist. Dieser Kontrast im thermischen Verhalten kann mittels zeitabhängiger Thermografie gemessen werden. Durch das hier vorgestellte Verfahren kann mittels aktiver Thermografie sowohl in Transmissions- als auch in Reflexionsanordnung die Größe des thermischen Kontaktes zwischen den beiden Blechen ermittelt werden, welche ein Maß für die Größe der Schweißlinse und damit für die qualitative Güte der Schweißung darstellt. Ein Vorteil des entwickelten Verfahrens ist seine Anwendbarkeit auf Bleche ohne Oberflächenbehandlung. T2 - DACH-Jahrestagung 2015 CY - Salzburg, Austria DA - 11.05.2015 PY - 2015 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-343476 UR - http://www.ndt.net/?id=19068 SN - 1435-4934 VL - 21 IS - 4 SP - 1 EP - 7 PB - NDT.net CY - Kirchwald AN - OPUS4-34347 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Sproesser, G. A1 - Change, Y.-J. A1 - Pittner, Andreas A1 - Finkbeiner, M. A1 - Rethmeier, Michael ED - Stark, R. ED - Bonvoisin, J. ED - Seliger, G. T1 - Sustainable technologies for thick metal plate welding N2 - Welding is the most important joining technology. In the steel construction industry, e.g. production of windmill sections, welding accounts for a main part of the manufacturing costs and resource consumption. Moreover, social issues attached to welding involve working in dangerous environments. This aspect has unfortunately been neglected so far, in light of a predominant focus on economics combined with a lack of suitable assessment methods. In this chapter, exemplary welding processes are presented that reduce the environmental and social impacts of thick metal plate welding. Social and environmental Life Cycle Assessments for a thick metal plate joint are conducted for the purpose of expressing and analysing the social and environmental impacts of welding. Furthermore, it is shown that state-of-the-art technologies like Gas Metal Arc Welding with modified spray arcs and Laser Arc-Hybrid Welding serve to increase social and environmental performance in contrast to common technologies, and therefore offer great potential for sustainable manufacturing. KW - Human health G. KW - Life cycle assessment (LCA) KW - Arc welding KW - Laser arc-hybrid welding KW - Resource efficiency KW - Social life cycle assessment (SLCA) PY - 2017 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-390025 SN - 978-3-319-48513-3 SN - 978-3-319-48514-0 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-319-48514-0 SN - 2194-0541 SN - 2194-055X SP - 71 EP - 84 PB - Springer CY - Cham, Switzerland AN - OPUS4-39002 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Artinov, Antoni A1 - Bakir, Nasim A1 - Bachmann, Marcel A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Na, S.-J. A1 - Rethmeier, Michael T1 - On the search for the origin of the bulge effect in high power laser beam welding N2 - The shape of the weld pool in laser beam welding plays a major role to understand the dynamics of the melt and its solidification behavior. The aim of the present work was its experimental and numerical investigation. To visualize the geometry of the melt pool in the longitudinal section a butt joint configuration of 15 mm thick structural steel and transparent quartz glass was used. The weld pool shape was recorded by means of a high-speed video camera and two thermal imaging MWIR and VIS cameras. The observations show that the dimensions of the weld pool vary depending on the depth. The regions close to the surface form a teardrop shaped weld pool. A bulge-region and its temporal evolution were observed approximately in the middle of the depth of the weld pool. Additionally, a transient numerical simulation was performed until reaching a steady state to obtain the weld pool shape and to understand the formation mechanism of the observed bulging phenomena. A fixed keyhole with an experimentally obtained shape was used to represent the full-penetration laser beam welding process. The model considers the local temperature field, the effects of phase transition, thermo-capillary convection, natural convection and temperature-dependent material properties up to evaporation temperature. It was found that the Marangoni convection and the movement of the laser heat source are the dominant factors for the formation of the bulging-region. Good correlation between the numerically calculated and the experimentally observed weld bead shapes and the time-temperature curves on the upper and bottom surface were found. T2 - International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics (ICALEO®) CY - Orlando, USA DA - 14.10.2018 KW - Bulging effect KW - High power laser beam welding KW - Numerical modelling KW - Solidification cracking PY - 2019 SP - 1 EP - 8 AN - OPUS4-47139 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Artinov, Antoni A1 - Bachmann, Marcel A1 - Rethmeier, Michael T1 - A theoretical study of influence of electromagnetic stirring on transport phenomena in wire feed laser beam welding N2 - The additional element from the filler wire in the laser beam welding is usually distributed inhomogeneously in the final weld due to the high solidification rate of weld pool. It has been found that the electromagnetic stirring produced by an external oscillating magnetic field can enhance the material mixing in the weld pool to achieve a more uniform element distribution. However, the magnetic field has a highly non-linear and multi-coupled interaction with the weld pool behavior, which makes the quantitative explanation of the physical mechanism difficult. In this study, the effect of electromagnetic stirring on the transport phenomena in the wire feed laser beam welding is investigated by a numerical modelling. A 3D transient multi-physical model considering the magnetohydrodynamics, heat transfer, fluid flow, keyhole dynamics and element transport is developed. The multiple reflections and the Fresnel absorption of the laser on the keyhole wall are calculated using the ray tracing method. The numerical results show that a Lorentz force produced by the oscillating magnetic field and its induced eddy current gives significant influence on the transport phenomena in the molten pool. The forward and downward flow is enhanced by the electromagnetic stirring, which homogenizes the distribution of the additional elements from a nickel-based filler wire in a steel weld pool. The numerical results show a good agreement with the high-speed images of the molten pool, the fusion line from the optical micrograph and the element distribution from the energy dispersive X-ray spectroscopy. This work provides a physical base for the electromagnetic-controlled laser beam welding and some guidance for the selection of electromagnetic parameters. T2 - ICALEO 2019 CY - Orlando, US DA - 07.10.2019 KW - Magnetohydrodynamics KW - Molten pool dynamics KW - Element transport KW - Laser beam welding PY - 2019 AN - OPUS4-49300 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Artinov, Antoni A1 - Karkhin, V. A1 - Bakir, Nasim A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Bachmann, Marcel A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Lamé curves approximation for the assessment of the 3-D temperature distribution in keyhole mode welding processes N2 - A novel approach for the reconstruction of an equivalent volumetric heat source from a known weld pool shape is proposed. It is based on previously obtained weld pool geometries from a steady-state thermo-fluid dynamics simulation. Hereby the weld pool dimensions are obtained under consideration of the most crucial physical phenomena, such as phase transformations, thermo-capillary convection, natural convection and temperature-dependent material properties. The algorithm provides a time and calibration efficient way for the reproduction of the weld pool shape by local Lamé curves. By adjusting their parameters, the identification of the finite elements located within the weld pool is enabled. The heat input due to the equivalent heat source is assured by replacing the detected nodes’ temperature by the melting temperature. The model offers variable parameters making it flexible and adaptable for a wide range of workpiece thicknesses and materials and allows for the investigation of transient thermal effects, e.g. the cooling stage of the workpiece. The calculation times remain acceptably short especially when compared to a fully coupled process simulation. The computational results are in good agreement with performed complete-penetration laser beam welding experiments. T2 - ICALEO 2019 - 38th International congress on applications of lasers & electro-optics CY - Orlando, FL, USA DA - 07.10.2019 KW - Weld pool shape approximation KW - Keyhole mode laser beam welding KW - Numerical simulation KW - Superelliptic Lamé curves PY - 2019 UR - http://icaleo.conferencespot.org/2019-proceedings?qr=1 SN - 978-1-940168-1-42 SP - Paper # Macro 1002 AN - OPUS4-49310 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Artinov, Antoni A1 - Karkhin, V. A1 - Bachmann, Marcel A1 - Rethmeier, Michael T1 - Mathematical modeling of the geometrical differences between the weld end crater and the steady-state weld pool N2 - The geometrical characteristics of the weld end crater are commonly used for the validation of numerical results in welding simulation. A semi-analytical model calculating the cooling stage of the welding process after the moving energy source is turned off has been developed. A solution for various combinations of heat sources and workpieces has been found. The theoretical limits for the heat transfer of the absorbed energy during cooling in a thin plate and a semi-infinite body were studied. It is shown that after turning off the energy source, an additional melting of the base material in longitudinal direction may occur. The developed technique is applied to complete-penetration keyhole laser beam welding of a 2 mm thick austenitic chromium-nickel 316L steel plate at a welding speed of 20 mm/s and a laser power of 2.3 kW. The results show a theoretical increase of the weld end crater length in comparison to the length of the steady-state weld pool of up to 19 %. A shift of the centre of the end crater, in which the solidification of the liquid metal ends, towards the tail of the end crater relative to the axis of the heat source at the time of its termination, was computed. The speed and the direction of crystallization of the molten material in the weld pool and the end crater were found to be different. A good agreement between the computational results and the welding experiments was achieved. T2 - ICALEO 2019 - The International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics (Proceedings) CY - Orlando, FL USA DA - 07.10.2019 KW - Keyhole mode welding KW - Weld pool shape KW - End-crater KW - Heat conduction PY - 2019 UR - http://icaleo.conferencespot.org/2019-proceedings?qr=1 SN - 978-1-940168-1-42 SP - 1 EP - 8 AN - OPUS4-49344 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schaumann, P. A1 - Schürmann, K. A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - Automatically Welded Tubular X-Joints - Welding Procedure and Prediction of the Technical Fatigue Crack Location N2 - To increase the competitiveness of jacket substructures compared to monopiles a changeover from an individual towards a serial jacket production based on automated manufactured tubular joints combined with standardized pipes has to be achieved. Therefore, this paper ad-dresses the welding process of automated manufactured tubular X-joints. Additionally, fatigue tests of the automatically welded tubular joints are presented focusing on the location of the technical fatigue crack. The detected location of the technical crack is compared to numerical investigations predicting the most fatigue prone notch con-sidering the structural stress approach as well as the notch stress ap-proach. T2 - 29th International Ocean and Polar Engineering Conference CY - Honolulu, Hawaii, USA DA - 16.06.2019 KW - Notch stress approach KW - Tubular X-joints KW - Automated manufacturing KW - Fatigue tests KW - Structural stress approach PY - 2019 SN - 978-1-880653-85-2 SP - 4098 EP - 4105 AN - OPUS4-51848 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schaumann, P. A1 - Schürmann, K. A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - Automatically Welded Tubular X Joints for Jacket Substructures – Prediction of the Technical Fatigue Crack Location N2 - To increase the competitiveness of jacket substructures compared to monopiles a changeover from an individual towards a serial jacket production based on automated manufactured tubular joints combined with standardized pipes has to be achieved. Therefore, this paper addresses fatigue tests of automatically welded tubular X-joints focusing on the location of the technical fatigue crack. The detected location of the technical crack is compared to numerical investigations predicting the most fatigue prone notch considering the structural stress approach as well as the notch stress approach. Besides, the welding process of the automated manufactured tubular X-joints is presented. T2 - Nordic Steel 2019 CY - Copenhagen, Denmark DA - 18.09.2019 KW - Automated arc welding KW - Fatigue tests KW - Tubular X-joints KW - Technical crack detection KW - Local fatigue approaches PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-518490 DO - https://doi.org/10.1002/cepa.1140 VL - 3 IS - 3-4 SP - 823 EP - 828 PB - Wiley-VCH Verlag GmbH on behalf of Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG CY - Berlin AN - OPUS4-51849 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Artinov, Antoni A1 - Bachmann, Marcel A1 - Rethmeier, Michael T1 - Äquivalente Wärmequellenmodellierung beim Hochleistungslaserstrahlschweißen dicker Bleche N2 - Der vorgestellte Modellierungsprozess dient zur Abschätzung einer geeigneten äquivalenten Wärmequelle und Berechnung des thermischen Verhaltens beim Laserstrahlschweißen. Die Methode Kombiniert die Vorteile von gägngigen Simulationsverfahren und reduziert die berücksichtigte Anzahl an physikalischen Aspekten und Kalibrierungsparameter. Durch die modellierten physikalischen Phänomene konnten die Informationen über die Strömung im Schmelzbad und dessen Einfluss auf die resultierende lokale Temperaturverteilung und folglich auf das transiente Temperaturfeld gewonnen werden. Dadurch wurde die Simulatioszeit(inkl. Kalibrierungsaufwand) auf weniger als einen Tag Rechenzeit verringert. T2 - 38. Assistentenseminar Füge- und Schweißtechnik CY - Rabenau, Germany DA - 06.10.2017 KW - Äquivalente Wärmequelle KW - Bewegtes Gitter KW - Hochleistungslaserstrahlschweißen KW - Prozesssimulation KW - Knotenweise Zwangsbedingungen PY - 2019 SN - 978-3-96144-028-3 VL - 342 SP - 66 EP - 76 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-47699 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Spranger, Felix A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Rethmeier, Michael T1 - Anwendung der Laserimplantation zur Strukturierung verschleißgefährdeter Werkzeuge N2 - In einer Vielzahl technischer Anwendungen spielt die Aufrechterhaltung eines definierten Reibungs- und Verschleißverhaltens zwischen bewegten Oberflächen für die Sicherheit und Funktionalität eine ent-scheidende Rolle. Die Oberflächentechnik versucht durch geeignete Verfahren die Randschichten zu ertüchtigen, um Reibung und Verschleiß zu kontrollieren. Eine Verbesserung der Materialeigenschaften kann durch flächige Beschichtungen erreicht werden. Zusätzlich ermöglichen Oberflächenstrukturierun-gen breite Möglichkeiten zur Beeinflussung des Schmierungszustandes bzw. der Kontaktbedingungen. Neben Negativstrukturen bieten ebenfalls erhabene Mikrostrukturen großes Potenzial zur Beeinflussung des tribologischen Verhaltens. Ihr Einsatz ist aber aufgrund der besonderen Verschleißproblematik er-habener Strukturen momentan limitiert, so dass in der Regel zusätzliche verschleißreduzierende Be-schichtungen notwendig werden. In diesem Beitrag wurde das Verfahren der Laserimplantation angewandt, mit dem erhabene und sepa-rierte Oberflächenstrukturen hoher Verschleißfestigkeit in einem Fertigungsschritt erzeugbar sind. Das Verfahren basiert auf einem lokalisierten Dispergieren von Hartstoffpartikeln. Hierfür wurde erstmalig ein gepulster Faserlaser mit hoher Strahlqualität zur Erzeugung punkt- und linienförmiger Mikrostrukturen angewandt. Versuche wurden auf dem Kaltarbeitsstahl X153CrMoV12 unter Anwendung von Titandibo-rid als Hartstoff durchgeführt. Anhand von Härtemessungen konnte gezeigt werden, dass sowohl punkt- als auch linienförmige Strukturen mit Härten über 1000 HV1 und einer feinkörnigen Mikrostruktur mit feinverteilten Hartstoffpartikeln herstellbar sind. Des Weiteren war es möglich, die Implantgeometrien, welche an Querschliffen und durch Weißlichtinterferometeraufnahmen erfasst wurden, durch die Puls-leistung und Pulsdauer zu steuern. T2 - 38. Assistentenseminar Füge- und Schweißtechnik CY - Rabenau, Germany DA - 06.10.2017 KW - Laserimplantation PY - 2019 UR - https://www.dvs-media.eu/de/neuerscheinungen/3646/38.-assistentenseminar-fuegetechnik SN - 978-3-96144-028-3 VL - 342 SP - 24 EP - 34 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-47637 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fritzsche, André A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Rethmeier, Michael T1 - Elektromagnetische Porenreduktion beim Laserstrahlschweißen von Aluminium-Druckgusslegierungen N2 - Innerhalb der vorliegenden Untersuchung wurde ein elektromagnetisches Schmelzbadbeeinflussungssys-tem zur Reduktion des Porenanteils beim Laserstrahlschweißen von Aluminium-Druckguss verwendet. Hierbei wird der Unterschied der elektrischen Leitfähigkeiten zwischen Gas- bzw. Lufteinschlüssen und geschmolzenem Aluminium gezielt genutzt, um die im Schmelzbad eingeschlossenen Poren während des Laserstrahlprozesses zur Oberfläche zu verdrängen. Die dafür erforderlichen Lorentzkräfte werden durch ein oszillierendes Magnetfeld erzeugt. Bei den Laserstrahlschweißversuchen handelt es sich um Ein-schweißungen in Wannenlage (PA-Position) von 6 mm dickem Aluminium-Druckguss AC-AlSi9MnMg. Über einen zuvor optimierten Laserschweißprozess wurde durch zusätzlichen Einsatz eines elektromag-netischen Feldes dessen Wirkung hinsichtlich des Porengehaltes und der Oberflächenrauheit untersucht. Die Auswertung der Schweißnähte erfolgte anhand von Querschliffaufnahmen, Röntgenbildern sowie Computer-Tomographie (CT) Aufnahmen. In Abhängigkeit von der verwendeten magnetischen Fluss-dichte konnte eine Reduktion des Porenanteils von bis zu 75 % erzielt werden, wobei vor allem großvolu-mige Poren erfolgreich aus dem Schmelzbad entfernt werden konnten. Zudem konnte eine Reduktion der Oberflächenrauigkeit von ebenfalls bis zu 75 % erreicht werden. T2 - Assistentenseminar 2017 der Wissenschaftlichen Gesellschaft Fügetechnik e.V. im DVS CY - Rabenau bei Dresden, Sachsen, Germany DA - 06.09.2017 KW - Laserstrahlschweißen KW - Aluminium-Druckguss KW - Auftriebskräfte KW - Elektromagnetische Porenreduktion PY - 2019 SN - 978-3-96144-028-3 VL - 342 SP - 103 EP - 110 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-47622 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gook, Sergej A1 - Üstündag, Ömer A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Vermeidung von Schweißimperfektionen im Überlappbereich bei laserstrahlhybridgeschweißten Rundnähten N2 - Die Laserstrahl-Hybrid-Schweißtechnologie erweist sich in der schweißtechnischen Fertigung immer mehr als innovative Alternative gegenüber anderen Schweißverfahren. Obwohl das Laserstrahl-Hybridschweißverfahren viele wirtschaftliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Schweißverfahren aufweist, wie z.B. große Einschweißtiefe und dadurch eine reduzierte Anzahl von Schweißlagen, geringe thermische Belastung des Grundwerkstoffes aufgrund reduziertem Wärmeeintrag, konnte das Schweißverfahren überwiegend für das Schweißen von Längsnähten demonstriert werden. Eine Vielzahl von Schweißaufgaben, z.B. beim Schweißen von Segmenten von Windkraftanlagen oder dem Orbitalschweißen beim Verlegen von Großrohrleitungen sieht vor, dass die zu schweißenden Bauteile mit einer Rundnaht zusammengefügt werden. Die schweißtechnische Herausforderung ist hier, dass beim Schließen einer Rundnaht mit der Entstehung eines fehlerbehafteten Überlappbereiches zu rechnen ist. Ein zentrales Problem im Überlappbereich einer laserstrahl- sowie laserhybridgeschweißten Rundnaht ist die Bildung von Imperfektionen wie Poren, Rissen sowie die Bildung eines Endkraters, welcher als geometrische Kerbe wirkt. Bisher liegen keine universellen Lösungen zur fehlerfreien Ausführung von geschlossenen Rundnähten beim Laserstrahl-Hybridschweißen vor. Diese Studie befasst sich mit der Entwicklung eines Verfahrens, mit dem die Entstehung von o.g. Schweißimperfektionen vermieden wird. Die Strategie der Prozessführung beim Schließen der Rundnaht sieht hervor, dass ein fehlerfreier Überlappbereich durch die Kontrolle der Erstarrungsbedingungen am Schweißnahtende erreicht werden kann. Die kontrollierte Wärmeführung wird durch eine Anpassung der Parameter von beiden beteiligten Schweißprozessen, dem Laserstrahl- sowie MSG-Schweißprozess realisiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Serie von Schweißversuchen an 9,5 mm dicken Rohabschnitten aus hochfestem Pipelinestahl X100Q mit Variation der Prozessparameter wie der Laserleistung, der Defokussierung des Laserstrahls sowie der Endkraterfüllzeit im Überlappbereich der Rundnaht durchgeführt. Nachfolgend werden die erzielten Ergebnisse dargestellt und diskutiert. T2 - DVS-Studentenkongress 2019 CY - Dusseldorf, Germany DA - 16.09.2019 KW - Laserstrahlschweißen KW - Laserhybridschweißen KW - Rundnaht KW - Endkrater KW - Überlappbereich KW - Defokussierung PY - 2019 SP - 370 EP - 378 AN - OPUS4-49242 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Biegler, M. A1 - Khazan, P. A1 - Gazen, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Improvement of numerical simulation model setup and calculation time in additive manufacturing-laser-metal-deposition components with an advanced modelling strategy N2 - Rapid localized heating and cooling during additive manufacturing using laser deposition method (LMD) lead to loss of dimensional accuracy as well as cracking of built parts. Finite-Element welding simulations allow prediction of geometrical deviations and accumulated residual stresses as well as their optimization before conducting experiments. Due to the great length of stacked welds, calculation times for fully transient thermomechanical simulations are currently long, the calculation stability suffers from the high number of contact bodies in the model and the modelling effort is high, as the geometries need to be sliced and positioned layer-wise. In this contribution, an integrated modelling approach is demonstrated for a thin-walled LMD component made from 30 layers of 1.4404 (316L) stainless steel: Instead of the layer-by-layer modelling strategy commonly found in the literature, the whole component mesh is kept in one piece and the fully transient, layer-by-layer material deposition is implemented via element sets. In contrast to prior simulations, nonlinear contact between the layers does not have to be considered, significantly decreasing calculation times. The calculated distortions are compared to recently published, in-situ digital image correlation (DIC) measurements as well as numerical simulations conducted with the established layer-wise modelling strategy to judge result quality. Finally, the improvement in calculation time and ease-of-use is compared between both modelling approaches and conclusions regarding future usage for industrial-scale components are drawn. T2 - 12th International Seminar ‘Numerical Analysis of Weldability' CY - Graz, Austria DA - 23.09.2018 KW - Additive Manufacturing KW - Laser Metal Deposition KW - Distortion simulation KW - Calculation time KW - Directed energy deposition KW - Efficient modelling PY - 2019 SN - 978-3-85125-615-4 SN - 978-3-85125-616-1 DO - https://doi.org/10.3217/978-3-85125-615-4-52 SN - 2410-0544 VL - 2019 SP - 979 EP - 1003 PB - Verlag der Technischen Universität Graz CY - Graz AN - OPUS4-49274 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Biegler, M. A1 - Wang, J. A1 - Graf, B. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Automated tool-path generation for rapid manufacturing and numerical simulation of additive manufacturing LMD geometries N2 - In additive manufacturing (AM) Laser Metal Deposition (LMD), parts are built by welding layers of powder feedstock onto a substrate. Applications for steel powders include forging tools and structural components for various industries. For large parts, the choice of tool-paths influences the build-rate, the part performance and the distortions in a highly geometry-dependent manner. With weld-path lengths in the range of hundreds of meters, a reliable, automated tool path generation is essential for the usability of LMD processes. In this contribution, automated tool-path generation approaches are shown and their results are discussed for arbitrary geometries. The investigated path strategies are the classical approaches: “Zig-zag-” and “contour-parallel-strategies”. After generation, the tool-paths are automatically formatted into g-code for experimental build-up and ASCII for a numerical simulation model. Finally, the tool paths are discussed in regards to volume-fill, microstructure and porosity for the experimental samples. This work presents a part of the IGF project 18737N “Welding distortion simulation” (FOSTA P1140) T2 - 4th European Steel Technology and Application Days CY - Dusseldorf, Germany DA - 24.06.2019 KW - Additive manufacturing KW - Directed Energy Deposition KW - Path planning KW - DED KW - Mechanical properties KW - Porosity PY - 2019 SP - 1 AN - OPUS4-50045 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - El-Sari, B. A1 - Biegler, M. A1 - Graf, B. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Numerische Simulation einer AM-Prozesskette im DED Auftragschweißen N2 - Das DED Auftragschweißen ist ein additives Fertigungsverfahren für Metalle, bei dem das Material schichtweise auf ein Substrat aufgetragen wird. Die schnellen Temperaturzyklen rufen Spannungsgradienten im Bauteil hervor. Der schichtweise Aufbau der Bauteile verursacht eine anisotrope Mikrostruktur. Mittels nachgelagerter Wärmebehandlung können diese Effekte verringert werden. Im anschließenden Schritt der Prozesskette wird das additiv hergestellte Bauteil mittels Drahterodieren von dem Substrat abgetrennt. In diesem Beitrag wird eine thermo-mechanische Simulation der gesamten Prozesskette vorgestellt, welche den additiven Aufbau, Wärmebehandlung und das Abtrennen vom Substrat beinhaltet. Anstelle der in der Literatur üblichen schichtweisen Modellierungsstrategie für die DED Simulation wird das gesamte Bauteil in einem Stück vernetzt und der vollständig transiente, schichtweise Materialauftrag über Elementgruppen realisiert. Im Gegensatz zu früheren Simulationen muss der nichtlineare Kontakt zwischen den Schichten nicht berücksichtigt werden, was die Rechenzeiten deutlich verkürzt. Das Modell wurde validiert mittels Abgleiches des Verzugs aus Simulation und Experiment. Die Proben, bestehend aus DIN 1.4404 (AISI 316L), wurden nach jedem Prozessschritt 3D gescannt um den Verzug zu quantifizieren. Zusätzlich wurden Querschnitte und Härtetests nach Vickers von unterschiedlich behandelten Proben durchgeführt, um den Effekt der Wärmebehandlung auf die Mikrostruktur und die Härte des Bauteils zu untersuchen. T2 - 20. Roundtable Simulating Manufacturing CY - Marburg, Germany DA - 22.05.2019 KW - Numerische ISmulation KW - DED KW - AM KW - Laser-Pulver-Auftragschweißen PY - 2019 SP - 1 EP - 14 AN - OPUS4-50046 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Häberle, Nicolas A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - Abschlusspräsentation SimCoLas Verbundprojekt -- Arbeitspakete BAM N2 - Die Präsentation gibt einen Überblick bezüglich der von der BAM im Rahmen des SimCoLas Verbundprojekts durchgeführten Arbeiten zum Thema "Photonische Prozessketten". Die numerisch abgebildete Prozesskette Tiefziehen/Laserstrahlschweißen wird darsgestellt und diskutiert. Fokus der Diskussion ist die entwickelte Methodik zur konsistenten Abbildung numerischer Prozessketten mit der Applikation Heissrisskritikalität beim Laserstrahlschweißen. T2 - Verbundprojekt SimCoLas Abschlusstreffen CY - Robert Bosch GmbH Corporate Research Centre, Renningen bei Stuttgart, Germany DA - 13.06.2019 KW - Laserstrahlschweißen KW - Heissrisse KW - Prozesskette PY - 2019 AN - OPUS4-50033 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Rethmeier, Michael A1 - Biegler, M. T1 - Qualifizierung der Schweißstruktursimulation für die wirtschaftliche Bearbeitung additiver fertigungstechnischer Fragestellungen am Beispiel des Laserpulverauftragschweißens N2 - Additive Fertigungsverfahren, speziell das selektive Laserschmelzen sowie das Laserpulverauftragsschweißen, ermöglichen eine enorme Steigerung der Flexibilität und erlauben Kleinserienteile mit hoher Genauigkeit und geringen Kosten herzustellen. Für den erfolgreichen wirtschaftlichen Einsatz dieser neuartigen Fertigungsverfahren spielt die Einhaltung des First-time-right-Prinzips eine entscheidende Rolle: Bauteile sollten bereits im ersten Versuch allen Anforderungen genügen. Aufgrund der jungen Geschichte dieses Fertigungszweigs und der damit einhergehenden fehlenden Erfahrungen und Richtlinien ist diese elementare Forderung heute nur in wenigen Fällen realisierbar. Die geforderten Qualitätsstandards können aktuell nur über experimentelle Iterationsschleifen eingehalten werden, sodass das große Potential einer flexiblen und schnellen Fertigung in erheblichem Maß reduziert wird. Die Komplexität der gefertigten Bauteile und die des Prozesses an sich lassen eine erfahrungsbasierte Vorhersage der Verzüge und Eigenspannungen kaum zu. Zudem werden auch in Zukunft Richtlinien und Normen nicht das komplette Anwendungsspektrum abbilden können. Die eigenspannungsbedingten Verzüge spielen demnach eine bedeutende Rolle und stellen zusammen mit dem Erreichen der Maßhaltigkeit eine entscheidende technologische Herausforderung beim Einsatz additiver Fertigungsverfahren dar. Die numerische Simulation ermöglicht die Vorhersage von Bauteilverzügen und –spannungen und kann durch virtuelle Abprüfung von Herstellstrategien die Anzahl von Experimente reduzieren. Bisherige numerische Betrachtungen von zusatzwerkstoffbasierten Verfahren, zu denen unter anderem das Laserpulverauftragschweißen (LPA) gehört, beschränkten sich primär auf akademische Beispiele mit geringer Komplexität. Für die Simulation von konkreten Anwendungsfällen auf Bauteilebene liegen bisher keine validierten, numerischen Methoden und Ansätze vor, die eine wirtschaftliche Anwendung der Schweißsimulation ermöglichen. Dieses Projekt wird Simulationsmodelle zur numerischen Betrachtung komplexer additiv gefertigter Bauteile entwickeln. Dafür wird der Prozess in vereinfachten Simulationen nachgebildet und anhand von Experimenten validiert. Anschließend werden Methoden zur automatisierten Pfadgenerierung für komplexe Bauteile erprobt und in der Simulation implementiert. Schließlich werden zur Reduktion der Rechenzeit verschiedene Methoden zur Vereinfachung evaluiert und verglichen. Das Ziel ist die Steigerung der Verlässlichkeit in der Simulation, um prädiktive Aussagen über die Qualität additiv gefertigter Bauteile zu ermöglichen. KW - Schweißstruktursimulation KW - LPA KW - Additive Manufacturing PY - 2019 SN - 978-3-96780-042-5 SP - 1 EP - 106 PB - Forschungsvereinigung Stahlanwendungen AN - OPUS4-57321 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schnieder, V. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Additive Fertigung von Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen aus den Elementpulvern mittels Laserpulverauftragschweißen N2 - Additive Fertigungsverfahren gewinnen aufgrund der schnellen, flexiblen und kosten-günstigen Fertigung von Bauteilen zunehmend an Bedeutung. Das Laserpulverauf-tragschweißen (LPA) wurde anfangs hauptsächlich als Beschichtungsverfahren ein-gesetzt. Diese Technologie bewerkstelligt aber auch das Reparieren von verschlisse-nen Bauteilen, sodass diese zeitsparend und ressourcenschonend erneuert werden können. Die hohe Aufbaurate, die flexible Pulverzusammensetzung sowie die hohe Endkonturnähe ermöglichen heutzutage die Entwicklung und additive Fertigung von neuen Materialien, wie zum Beispiel Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen. T2 - 39. Assistentenseminar CY - Eupen, Germany DA - 12.09.2018 KW - Laserpulverauftragschweißen PY - 2019 SN - 978-3-96144-070-2 SP - 27 EP - 33 PB - DVS Media GmbH AN - OPUS4-51316 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Javaheri, E. A1 - Pittner, Andreas A1 - Graf, B. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Instrumented indentation technique and its application for the determination of local material properties of welded steel structures N2 - The determination of mechanical properties of welded Steel structures such as strength or ductility is a subject of high interest for the majority of Companies in the area of metal Processing. The material Parameters can be obtained by performing the tensile test on the samples made from a part of a component. In some cases, it is highly expensive to produce the tensile specimens especially from the weld metal, which contains different type of microstructure such as weld seam or heat affected zone in an extremely small area. Therefore, a method is described in this paper to determine the material Parameters of high strength Steel structures and welded joints locally and without any additional effort to perform the tensile test. In this method, instrumented indentation technique (IIT), an indenter is pushed on the flat surface of a specimen in a certain period of time and simultaneously the applied force and the corresponding indentation path are measured. The data related to the force-indentation diagram is given as input to an artificial neural network (ANN) to obtain the material Parameters. The ANN can be trained by generating the large qualitative data sets with numerical Simulation of the IIT procedure. The Simulation must be run several times with the different material model parameter sets to generate the numerous force-indentation diagrams as the inputs of ANN. Then, the trained ANN is validated by performing the IIT on the welded joints and comparing the obtained material Parameters from ANN with the tensile test. Consequently, the mechanical properties of welded joints can be determined by performing the IIT and evaluating the resulting data by the ANN. T2 - 39. Assistentenseminar CY - Eupen, Germany DA - 12.09.2018 KW - Steel PY - 2019 SN - 978-396144-070-2 SP - 146 EP - 152 PB - DVS Media GmbH AN - OPUS4-51317 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Frei, J. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Resistance spot welding under external load for evaluation of LME susceptibility of zinc coated advanced high strength steel sheets N2 - Some zinc coated advanced high strength steels (AHSS), under certain manufacturing conditions, are known to be prone to liquid metal embrittlement (LME) during resistance spot welding. LME is an undesired phenomenon, which can cause both surface and internal cracks in a spot weld, potentially influencing its strength. An effort is made to understand influencing factors of LME better, and evaluate geometry-material combinations regarding their LME susceptibility. Manufacturers benefit from such knowledge because it improves the processing security of the materials. The experimental procedure of welding under external load is performed with samples of multiple AHSS classes with strengths up to 1200 MPa, including dual phase, complex phase and TRIP steels. This way, externally applied tensile load values are determined, which cause liquid metal embrittlement in the samples to occur. In the future, finite element simulation of this procedure gives access to in-situ stress and strain values present during LME formation. The visualization improves the process understanding, while a quantification of local stresses and strains allows an assessment of specific welded geometries. T2 - ESDAD 2019 CY - Dusseldorf, Germany DA - 24.06.2019 KW - RSW KW - LME KW - Advanced high strength steel KW - Testing method KW - Zinc coated steel PY - 2019 AN - OPUS4-49079 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Üstündag, Ö. A1 - Gook, S. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Laserhybridschweißen von dickwandigen Stählen mit elektromagnetischer Schmelzbadunterstützung N2 - Die steigenden Anforderungen in Hinsicht auf Sicherheitsfaktoren von gefügten Bauteilen führen zu einer Zunahme der zu schweißenden Bauteildicken. Das Laserstrahl-Lichtbogen-Hybridschweißverfahren – verbreitet im industriellen Einsatz vor allem im Schiffs- und Windkraftanlagenbau – ermöglicht das einlagige Fügen von dickwandigen Strukturen. Eine Herausforderung stellt das Schweißen von dickwandigen Bauteilen mit reduzierter Geschwindigkeit in Wannenlage (PA-Position) da. Sie ist aufgrund des erhöhten hydrostatischen Druckes und die daraus resultierenden Tropfenbildung an der Wurzelseite bedingt realisierbar. Die im Rahmen dieser Studie eingesetzte elektromagnetische Schmelzbadunterstützung wirkt dem gravitationsbedingten Austropfen der Schmelze entgegen und kompensiert den hydrostatischen Druck. Dabei werden unterhalb der Schweißzone mit Hilfe eines extern angelegten oszillierenden Magnetfeldes Wirbelströme im Werkstück induziert, die eine nach oben gerichtete Lorentzkraft erzeugt. Die Lorentzkraft wirkt dem hydrostatischen Druck entgegen und stellt einen sicheren Schweißprozess ohne Tropfenbildung dar. Mit dem Hybridschweißverfahren mithilfe der elektromagnetischen Schmelzbadunterstützung gelingt es mit einem 20-kW Faserlaser bis zu 30 mm dicke Bleche in einer Lage zu schweißen. Bei 25 mm dicken einlagig geschweißten Platten aus S355 konnte ein Spalt bis 1 mm und ein Kantenversatz bis zu 2 mm sicher überbrückt werden. Die Reduzierung der Schweißgeschwindigkeit hat eine Verringerung der notwendigen Laserleistung zur Folge und begünstigt außerdem die mechanisch-technologischen Eigenschaften, infolge der reduzierten Abkühlgeschwindigkeit. Durch die geringe Martensitbildung führt dies zu einer Verbesserung der Kerbschlagzähigkeit. T2 - 19. Tagung in Hamburg - DVS CY - Hamburg, Germany DA - 24.04.2019 KW - Laser-Hybridschweißen KW - Elektromagnetische Schmelzbadunterstützung KW - Schweißen von kaltzähen Stählen PY - 2019 SP - 34 EP - 46 PB - DVS AN - OPUS4-47918 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Stankevich, S. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Straße, Anne A1 - Rethmeier, Michael ED - Reisgen, U. ED - Schmidt, M. ED - Zaeh, M. ED - Rethmeier, Michael T1 - Measurement of thermal cycle at multi-pass layer build-up with different travel path strategies during DLMD process N2 - The shape of the parts, created by the technology of direct laser metal deposition (DLMD), is influenced by various parameters, for example, the power and diameter of the laser source spot. The contribution of energy from the laser affects the temperature distribution in the formed layers. The changing temperature in the working area entails a Change in the geometry of the layers and affects the stability of the process. In this paper, experiments on the measurement of temperature cycles in the DLMD process with different directions of the filling track are carried out. An infrared camera was used to measure thermal cycles. The calibration of the acquired data (i.e. correspondence table between the intensity of thermal radiation of the material and the absolute temperature) was done with help of two-color pyrometer ex situ and in situ measurements. The experiments are carried out on two materials 316L and Inconel 718. The effect of the maximum temperature on the layer height is shown, and thermal cycles in the formation of layers for different filling strategies are presented. T2 - Laser in Manufacturing Conference 2019 CY - Munich, Germany DA - 24.06.2019 KW - Thermography KW - Direct Laser Metal Deposition PY - 2019 SP - 1 EP - 9 AN - OPUS4-48716 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Brunner-Schwer, C. A1 - Graf, B. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Laser-Plasma-Hybrid-Cladding: Possibilities in the combination 2 of arc and laser for deposition welding N2 - Plasma-Transferred-Arc (PTA) welding is a process that enables high deposition rates, but also causes increased thermal load on the component. Laser based Direct Energy Deposition (DED) welding, on the other hand, achieves a high level of precision and thus comparatively low deposition rates, which can lead to high processing costs. Combining laser and arc energy aims to exploit the respective advantages of both technologies. In this study, different possibilities of this process combination are presented using a PTA system and a 2 kW disk laser. This includes the combination in a common process zone as a highspeed plasma laser cladding technology (HPLC), which achieves process speeds of 10 m/min. Besides that it is being examined whether a pre-running plasma arc can be used to coat difficult-to-weld rail steel with a carbon content of 0.8 % due to a preheating effect. Furthermore, a smoothing of the coating by a plasma arc following the laser is investigated. T2 - Lasers in Manufacturing 2019 CY - Munich, Germany DA - 24.06.2019 KW - Plasma-Transferred-Arc KW - Direct Energy Deposition KW - highspeed plasma laser cladding KW - deposition welding PY - 2019 SP - 1 EP - 9 AN - OPUS4-48724 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bakir, Nasim A1 - Biltgen, J. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Influence of Partial Penetration Laser Hybrid Welding Parameters on the Solidification Cracking for Thick-Walled Structures N2 - In this study, the influence of the welding speed and the arc power on the solidification crack formation for partial penetration laser hybrid welded Thick-Walled plates were investigated. Experimentally, a linear correlation between the welding velocity and the crack number was observed. That is by reducing the welding velocity the crack number was reduced. The reduced welding velocity showed a strong impact on stress, as the model demonstrated a very lower stress amount in comparison to the reference case. The reduction of the welding speed could be a helpful technique to reduce the hot cracking. The wire feed speed showed a very slight influence on the crack formation. That can be returned to the large distance between the critical region for cracking and the arc region. T2 - Lasers in Manufacturing Conference 2019 CY - Munich, Germany DA - 24.06.2019 KW - Hybrid laser-arc welding KW - Solidification cracking KW - Thick-walled steel KW - Numerical simulation PY - 2019 SP - 1 EP - 7 PB - WLT Wissenschaftliche Gesellschaft Lasertechnik e.V AN - OPUS4-48733 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Spranger, Felix A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Rethmeier, Michael T1 - Laserimplantation von TiB2-Partikeln in X153CrMoV12 Kaltarbeitsstahl und Ihr Einfluss auf die Materialeigenschaften N2 - Die Laserimplantation erlaubt die Herstellung verschleißbeständiger, erhabener Mikrostrukturen (Implants) auf Stahloberflächen durch ein diskontinuierliches Dispergieren von keramischen Partikeln mittels gepulster Laserstrahlung. Durch die flexible Anordnung separierter Implants zu komplexen Mustern erlaubt das Verfahren eine gezielte Oberflächenstrukturierung zur Beeinflussung des Reibungs- und Verschleißverhaltens. Insbesondere erwies sich Titandiborid (TiB2) als Implantationsmaterial für geeig-net, da eine Manipulation der Implantgeometrie in einem breiten Bereich vorgenommen werden konnte, ohne dass Materialdefekte wie Risse oder Poren auftraten. Ziel der Untersuchungen war es, den Einfluss implantierter TiB2-Partikel auf die Materialeigenschaften von X153CrMoV12 zu ermitteln. Hierfür wurden im Rahmen der Arbeit die Laserparameter (Pulsleistung und -dauer) in einem breiten Parameterfeld variiert und vergleichende Untersuchungen an TiB2 implan-tierten Zonen sowie an punktuell umschmelzstrukturierten Zonen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass eine reine Umschmelzstrukturierung zu einer deutlichen Reduktion der Oberflächenhärte aufgrund erhöhter Restaustenitgehalte (γR) führt. Im Gegensatz dazu führt das Laserimplantieren von TiB2-Partikeln zu einer deutlichen Härtesteigerung in den kuppel- oder ringförmigen Implants. Härtewerte von bis zu 1800 HV1 resultieren aus dispergierten TiB2-Primärpartikeln sowie in-situ ausgeschiedenen Se-kundärphasen, durch die der Restaustenitanteil zudem deutlich reduziert wird. T2 - 39. Assistentenseminar Füge- und Schweißtechnik CY - Eupen, Belgium DA - 12.09.2018 KW - Laserimplantation KW - TiB2 KW - AISI D2 KW - Laserdispergieren PY - 2019 SN - 978-3-96144-070-2 VL - Band 356 SP - 51 EP - 59 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-48751 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Artinov, Antoni A1 - Bachmann, Marcel A1 - Karkhin, Victor A1 - Rethmeier, Michael ED - Sommertisch, C. ED - Enzinger, N. ED - Mayr, P. T1 - A novel approach for calculating the thermal cycle of a laser beam welding process using a stationary CFD model N2 - This work aims to find the thermal cycles during and after fusion welding through simulation by first calculating the resulting local temperature field in the quasi-stationary part of the process. Here complete-penetration keyhole laser beam welding with a laser power of 18 kW on a 15 mm thick slab of a low-alloyed steel at a welding speed of 2 m/min is considered. In order to physically depict the laser material interaction a multi-physics numerical model including the effects of phase transformation, thermo-capillary convection, natural convection and temperature-dependent material properties up to evaporation temperature is developed. It uses a fixed keyhole geometry with a right truncated circular cone shape to introduce the laser beam energy to the workpiece. In a subsequent study, the resulting local temperature field is then used as an equivalent heat source in order to predict the unsteady thermal cycle during and after fusion welding. The translational movement of the laser beam through the workpiece is represented by a moving mesh approach. For the simulation, stationary heat transfer and fluid dynamics are described by a system of strongly coupled partial differential equations. These are solved with the commercial finite element software COMSOL Multiphysics 5.0. The results of the numerical simulation are validated by experiments, where the weld bead shapes and the thermal cycles show good correlation. T2 - 12th International Seminar "Numerical Analysis of Weldability" CY - Graz, Austria DA - 24.09.2018 KW - Equivalent heat source KW - Process simulation KW - Laser beam welding KW - Transient heat transfer KW - Moving mesh PY - 2019 SN - 978-3-85125-616-1 VL - 12 SP - Chapt. VI, 694 EP - 710 PB - Verlag der Technischen Universität Graz AN - OPUS4-48817 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Bachmann, Marcel A1 - Rethmeier, Michael T1 - Gekoppelte numerische Untersuchung der Bildung von Mittelrippendefekten beim Hochleistungslaserstrahlschweißen N2 - Die Entstehung von Erstarrungsrissen stellt ein in der Schweißtechnik lange bekanntes Problem dar. Diese prozessseitige Herausforderung ist selbst nach dem heutigen Wissenstand schwer zu beherrschen und gefährdet die Sicherheit der gefügten Bauteile. Dieses Problem erweist sich als besonders schwierig beim einlagigen Hochleistungslaserstrahlschweißen von Metallteilen hoher Blechstärke, welche eine essentielle Rolle in vielerlei industriellen Anwendungen spielen. Gegenstand des hier bearbeiteten Forschungsprojekts war die numerische Untersuchung der Entstehungsmechanismen des Mittelrippendefekts beim Laserstrahlschweißen niedriglegierter Stähle. Mittels mehrerer gekoppelter Simulationen, für welche sowohl kommerziellen Softwares, wie COMSOL Multiphysics und ANSYS, als auch in-house entwickelte Programme eingesetzt worden sind, wurden die am stärksten ausgeprägten Mechanismen der Erstarrungsrissbildung und deren Zusammenspiel aufgeklärt. Begleitend zur Simulation wurden mehrere experimentelle Untersuchungen für den niedriglegierten Baustahl S355 an den Blechdicken 12 mm und 15 mm zu deren Validierung durchgeführt. Die Ergebnisse der Simulation des Kristallwachstums, der Diffusion und der Makroseigerung von Schwefel zeigen, dass die Risse für bestimmte Werkstoffe mit einer hohen Konzentration an Verunreinigungen hauptsächlich metallurgisch bedingt entstehen können. Allerdings zeigte die Untersuchung des Einflusses der Ausbauchung (Bulging) im Mittenbereich der Schweißnaht auf das transiente Temperaturfeld und die transienten Transversalspannungen im risskritischen Bereich auch, dass die Rissbildung nicht nur metallurgisch bedingt und insbesondere auch für aus metallurgischer Sicht eigentlich rissunkritische Materialien auftreten kann. Der Bulging-Bereich hat sich in der Untersuchung als besonders kritisch in allen Teilen der Simulationskette gezeigt. Die Einflüsse dieser geometrischen Besonderheit konnten bei allen physikalischen Teilaspekten der Problematik als heißrissinduzierend identifiziert werden. Von besonderer Bedeutung wird an dieser Stelle das erkannte Zusammenspiel dieser Einflüsse hervorgehoben. Bisher wurde die Bildung der Erstarrungsrisse hauptsächlich durch einen einzelnen physikalischen Aspekt, wie z.B. rein metallurgisch oder rein thermomechanisch bedingt, isoliert betrachtet. Die gewonnen Erkenntnisse über die Einflüsse des Bulgings auf die unterschiedlichen Teilaspekte zeigen deutlich, dass alle Entstehungsmechanismen auch die Schmelzbadgeometrie als Ursprung haben. Von dieser hängen die transienten Temperatur- und Spannungsfelder, die Kristallwachsrichtung, die Erstarrungsgeschwindigkeit und die Konzentration von Verunreinigungen, welche zur Entstehung von niedrigschmelzenden Phasen führt, ab. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens sind vielfach in referierten Zeitschriften und auf Fachtagungen veröffentlicht worden. Hervorzuheben dabei ist der „Best Presentation Award“ auf der LANE Conference 2018 in Fürth, wodurch die Thematik einem breiten Publikum bekannt gemacht werden konnte. KW - Laserstrahlschweißen KW - Mittelrippendefekt KW - Simulation PY - 2019 SP - 1 EP - 14 AN - OPUS4-49516 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Uhlmann, E. A1 - Düchting, J. A1 - Petrat, T. A1 - Graf, B. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Heat treatment of SLM-LMD hybrid components N2 - Additive manufacturing is no longer just used for the production of prototypes but already found its way into the industrial production. However, the fabrication of massive metallic parts with high geometrical complexity is still too time-consuming to be economically viable. The combination of the powder bed-based selective laser melting process (SLM), known for its geometrical freedom and accuracy, and the nozzle-based laser metal deposition process (LMD), known for its high build-up rates, has great potential to reduce the process duration. For the industrial application of the SLM-LMD hybrid process chain it is necessary to investigate the interaction of the processes and its effect on the material properties to guarantee part quality and prevent component failure. Therefore, hybrid components are manufactured and examined before and after the heat treatment regarding the microstructure and the hardness in the SLM-LMD transition zone. The experiments are conducted using the nickel-based alloy Inconel 718. T2 - LiM 2019 CY - München, Germany DA - 23.06.2019 KW - Additive Manufacturing KW - Selective Laser Melting KW - Hybrid components KW - Inconel 718 KW - Laser Metal Deposition PY - 2019 SP - 1 EP - 9 AN - OPUS4-48410 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Üstündag, Ö. A1 - Gook, S. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Mechanical Properties of Single-pass Hybrid Laser Arc Welded 25 mm Thick-walled Structures Made of Fine-grained Structural Steel N2 - The presented study deals with the performing and mechanical testing of single pass hybrid laser-arc welds (HLAW) on 25 mm thick plates made of steel grade S355J2. One of the challenges have to be solved at full penetration HLAW of thick plates is the drop formation occurring due to the disbalances of the forces acting in the keyhole and on the melt pool surface. Such irregularities mostly limit the use of high-power laser beam welding or HLAW of thick-walled constructions. To overcome this problem, an innovative concept of melt pool support based on generating Lorentz forces in the weld pool is used in this work. This method allows to perform high quality welds without sagging even for welding of 25 mm thick plates in flat position at a welding speed of 0.9 m min-1. For the obtain of full penetrated welds a laser beam power of 19 kW was needed. A high V-impact energy of up to 160 J could be achieved at the test temperature of 0 °C. Even at the most critical part in the weld root an impact energy of 60 J in average could be reached. The tensile strength of the weld reaches that of the base material. An introduce of the HLAW process with electromagnetic support of the melt pool in the industrial practice is an efficient alternative to the time- and cost-intensive arc-based multi-layer welding techniques which are established nowadays for joining of thick-walled constructions. KW - Mechanical Properties KW - Hybrid Laser Arc Welding KW - Thick-walled Structures KW - Fine-grained Steel PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1016/j.promfg.2019.08.016 SN - 2351-9789 VL - 36 SP - 112 EP - 120 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-48969 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Üstündag, Ö. A1 - Gook, S. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Investigation of the mechanical properties of single-pass hybrid laser-arc welded thick X120 pipeline steel plates N2 - With global increases in clean energy demand, the natural gas is gaining in importance. Pipelines are the safest and most cost-effective way of transporting natural gas. Due to high transport volume and resulting high operation pressure, the demand for ultra-high strength steel grades such as X120 is very strong. As a result of the fact that these steels are produced by thermo-mechanical controlled processing, the welding process must be selected accordingly. Based on investigations, a high heat input such as by submerged arc welding process leads to softening in the weld metal and loss of strength whereas pure laser beam welding results in high cooling rates and deteriorate toughness of the weld metal. The objective of this research is to investigate the influence of heat input to mechanical properties of hybrid laser-arc welded pipeline steels of grade X120. Test specimens with a thickness of 20 mm could be welded without preheating in a single-pass with different welding velocities to observe the largest possible parameter window of the heat input. The achieved V-notch impact energy for hybrid laser-arc welded samples was 144±37 J at a testing temperature of -40 °C. With a tensile strength of 930±4 MPa the requirements of API 5L was achieved. To prevent gravity drop-outs at the slow welding speeds, an electromagnetic weld pool support system was used, which works contactless and is based on generating Lorentz forces. It was therefore possible to control the cooling rate in order to meet the requirements of the mechanical properties. By adapting the electromagnetic weld pool support to the laser and laser hybrid welding process, the application potential of these technologies for industrial implementation can be drastically increased. T2 - 14th Pipeline Technology Conference CY - Berlin, Germany DA - 18.03.2019 KW - Mechanical properties KW - Hybrid laser arc welding KW - Pipeline steel X120 PY - 2019 UR - https://www.pipeline-conference.com/conferences/14th-pipeline-technology-conference-2019 SN - 2510-6716 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-48970 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gook, S. A1 - El-Batahgy, A. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Hybrid laser arc welding of thick plates X8Ni9 for LNG tank construction N2 - Results of experimental investigations of the relationship between laser-hybrid welding process parameters, type of the filler metal and the mechanical properties of the welds made from 9% nickel cryogenic steel X8Ni9 are discussed. The results contribute to the development and conversion in the industrial practice a new laser beam-based welding technology for the automated manufacturing of LNG tanks. The remarkable heterogeneity in the chemical composition of the weld metal as well as an insufficient impact toughness could be indicated by using austenitic filler wire. The most promising results were achieved by applying 11%Ni filler wire, which is similar to the base material. A correlation between impact toughness and wire feeding speed could be shown. The highest impact toughness was 134 J at -196°C. The laser-hybrid welds passed the tensile test. The failure stress of 720 MPa with a fracture location in the base metal was achieved for all samples tested. T2 - Lasers in Manufacturing Conference 2019 CY - Munich, Germany DA - 24.06.2019 KW - X8Ni9 KW - Hybrid Laser Arc Welding KW - Cryogenic Steel KW - Low Temperature Toughness PY - 2019 SP - 1 EP - 11 PB - WLT Wissenschaftliche Gesellschaft Lasertechnik e.V. AN - OPUS4-48972 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Üstündag, Ö. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Single-pass Hybrid Laser Arc Welding of Thick Materials Using Electromagnetic Weld Pool Support N2 - Hybrid laser-arc welding process allows single-pass welding of thick materials, provides good quality formation of joints with minimal thermal deformations and a high productivity in comparison with arc-based welding processes. Nevertheless, thick-walled steels with a thickness of 20 mm or more are still multi-pass welded using arc welding processes, due to increased process instability by increasing laser power. One limitation factor is the inadmissible formation of gravity drop-outs at the root. To prevent this, an innovative concept of electromagnetic weld pool support is used in this study. With help of such system a stable welding process can be established for 25 mm thick steel plates and beyond. Sound welds could be obtained which are tolerant to gaps and misalignment of the welded parts. The adaptation of this system to laser and hybrid laser-arc welding process can dramatically increase the potential field of application of these technologies for real industrial implementation. T2 - Lasers in Manufacturing Conference 2019 CY - Munich, Germany DA - 24.06.2019 KW - Full Penetration KW - Hybrid Laser Arc Welding KW - Electromagnetic Weld Pool Support KW - Thick Materials PY - 2019 SP - 1 EP - 8 PB - WLT Wissenschaftliche Gesellschaft Lasertechnik e.V. AN - OPUS4-48971 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rethmeier, Michael T1 - Mechanical Properties of Single-pass Hybrid Laser Arc Welded 25 mm Thick-walled Structures Made of Fine-grained Structural Steel N2 - The presented study deals with the performing and mechanical testing of single pass hybrid laser-arc welds (HLAW) on 25 mm thick plates made of steel grade S355J2. One of the challenges have to be solved at full penetration HLAW of thick plates is the drop formation occurring due to the disbalances of the forces acting in the keyhole and on the melt pool surface. Such irregularities mostly limit the use of high-power laser beam welding or HLAW of thick-walled constructions. To overcome this problem, an innovative concept of melt pool support based on generating Lorentz forces in the weld pool is used in this work. This method allows to perform high quality welds without sagging even for welding of 25 mm thick plates in flat position at a welding speed of 0.9 m min-1. For the obtain of full penetrated welds a laser beam power of 19 kW was needed. A high V-impact energy of up to 160 J could be achieved at the test temperature of 0 °C. Even at the most critical part in the weld root an impact energy of 60 J in average could be reached. The tensile strength of the weld reaches that of the base material. An introduce of the HLAW process with electromagnetic support of the melt pool in the industrial practice is an efficient alternative to the time- and cost-intensive arc-based multi-layer welding techniques which are established nowadays for joining of thick-walled constructions. T2 - 17th Nordic Laser Materials Processing Conference - NOLAMP17 CY - Trondheim, Norway DA - 27.08.2019 KW - Full Penetration KW - Hybrid Laser Arc Welding KW - Electromagnetic Weld Pool Support KW - Thick Materials PY - 2019 AN - OPUS4-48977 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rethmeier, Michael T1 - Avoidance of end crater imperfections at high-power laser beam welding of closed circumferential welds N2 - The present work deals with the development of a strategy for the prevention of end crater defects in high-power laser welding of thick-walled circumferential welds. A series of experiments were performed to understand the influence of the welding parameters on the formation of end crater defects such as pores, cracks, excessive root-side drop-through and shrinkage cavities in the overlap area. An abrupt switch-off of the laser power while closing the circumferential weld leads to a formation of a hole which passes through the whole welded material thickness. A laser power ramp causes solidification cracks which are initiated on the transition from full-penetration mode to partial penetration. Strategies with a reduction of the welding speed shows a creation of inadmissible root sagging. Defocusing the laser beam led to promising results in terms of avoiding end crater defects. Cracks and pores in the overlap area could be effectively avoided by using defocusing techniques. A strategy for avoiding of end crater imperfections was tested on flat specimens of steel grade S355J2 with a wall thickness of 10 mm and then transferred on the 9.5 mm thick pipe sections made of high-strength steel X100Q. T2 - The 72nd IIW Annual Assembly and International Conference 2019 CY - Bratislava, Slovakia DA - 07.07.2019 KW - End crater KW - Laser beam welding KW - Circumferential welds PY - 2019 AN - OPUS4-48976 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rethmeier, Michael T1 - Single-pass Hybrid Laser Arc Welding of Thick Materials Using Electromagnetic Weld Pool Support N2 - Hybrid laser-arc welding process allows single-pass welding of thick materials, provides good quality formation of joints with minimal thermal deformations and a high productivity in comparison with arc-based welding processes. Nevertheless, thick-walled steels with a thickness of 20 mm or more are still multi-pass welded using arc welding processes, due to increased process instability by increasing laser power. One limitation factor is the inadmissible formation of gravity drop-outs at the root. To prevent this, an innovative concept of electromagnetic weld pool support is used in this study. With help of such system a stable welding process can be established for 25 mm thick steel plates and beyond. Sound welds could be obtained which are tolerant to gaps and misalignment of the welded parts. The adaptation of this system to laser and hybrid laser-arc welding process can dramatically increase the potential field of application of these technologies for real industrial implementation. T2 - Lasers in Manufacturing Conference 2019 CY - Munich, Germany DA - 24.06.2019 KW - Full Penetration KW - Hybrid Laser Arc Welding KW - Electromagnetic Weld Pool Support KW - Thick Materials PY - 2019 AN - OPUS4-48975 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Artinov, Antoni A1 - Bachmann, Marcel A1 - Rethmeier, Michael T1 - A theoretical study of influence o f electromagnetic stirring on transport phenomena in wire feed laser beam welding N2 - The additional element from the filler wire in the laser beam welding is usually distributed inhomogeneously in the final weld due to the high solidification rate of weld pool. It has been found that the electromagnetic stirring produced by an external oscillating magnetic field can enhance the material mixing in the weld pool to achieve a more uniform element distribution. However, the magnetic field has a highly non-linear and multi-coupled interaction with the weld pool behavior, which makes the quantitative explanation of the physical mechanism difficult. In this study, the effect of electromagnetic stirring on the transport phenomena in the wire feed laser beam welding is investigated by a numerical modelling. A 3D transient multi-physical model considering the magnetohydrodynamics, heat transfer, fluid flow, keyhole dynamics and element transport is developed. The multiple reflections and the Fresnel absorption of the laser on the keyhole wall are calculated using the ray tracing method. The numerical results show that a Lorentz force produced by the oscillating magnetic field and its induced eddy current gives significant influence on the transport phenomena in the molten pool. The forward and downward flow is enhanced by the electromagnetic stirring, which homogenizes the distribution of the additional elements from a nickel-based filler wire in a steel weld pool. The numerical results show a good agreement with the high-speed images of the molten pool, the fusion line from the optical micrograph and the element distribution from the energy dispersive X-ray spectroscopy. This work provides a physical base for the electromagnetic-controlled laser beam welding and some guidance for the selection of electromagnetic parameters. T2 - ICALEO 2019 - 38th International congress on applications of lasers & electro-optics CY - Orlando, FL, USA DA - 07.10.2019 KW - Magnetohydrodynamics KW - Molten pool dynamics KW - Element transport KW - Laser beam welding PY - 2019 SN - 978-1-940168-1-42 SP - Paper # Macro 403 AN - OPUS4-49664 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rethmeier, Michael T1 - Vermeidung von Schweißimperfektionen im Überlappbereich bei laserstrahlhybrid-geschweißten Rundnähten N2 - Schwerpunkte: Strategie zur Vermeidung von Schweißimperfektionen im Überlappbereich beilaserhybridgeschweißten Rundnähten für 9.5 mm dicke Rohre. Anpassung der Laserleistung in Kombination mit der Defokussierung des Laserstrahls sowie einer Endkraterfüllung am Ende der Schweißnaht führte zu einer besseren Nahtausbildung. Herausrampung der Energie des Schweißprozesses, sodass ein Übergang von Durchschweißung zu einer Einschweißung mit gewünschter kelchförmiger Nahtgeometrie stattfand. Einstellung eines Wärmestaus durch Defokussierung und Verschiebung des Laserstrahls führt zu einem gut ausgebildeten Überlappbereich ohne Poren, Risse. Schweißungen an Rohrabschnitten mit einer max. Wandstärke von 15 mm, bei gegebenenfalls weiteren Parameteranpassungen. T2 - DVS Congress 2019 CY - Rostock, Germany DA - 16.09.2019 KW - Rundnähte KW - Laserhybridschweißen KW - Endkrater PY - 2019 AN - OPUS4-49895 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fritzsche, André A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Rethmeier, Michael T1 - Influence of welding parameters on electromagnetic supported degassing of die-casted and wrought aluminum N2 - The paper describes a systematic investigation of the EM influenced laser beam welding of the aluminum die casting alloy AlSi12(Fe) in comparison to a reference material, a wrought aluminum alloy AlMg3. By using of a face centred CCD test plan, the influencing variables laser power, welding velocity and magnetic flux density are varied with regard to their influence on the remaining porosity. The global pore fraction of the weld seams was analyzed by X-ray images with ImageJ. This enabled a qualitatively very good regression model to be derived for the respective material, which identifies the dominant influencing variables. The results prove, statistically verified, for the investigated parameter range, that - the magnetic flux density is the main cause for the porosity reduction, - the porosity rises with increasing laser power the porosity in the weld seams rises, - the influence of the welding velocity is negligible, - the pore quantity in wrought alloy is more strongly minimized by the magnetic flux density than in die casting, - the porosity decreases due to the EM influence by approx. 70 % compared to the unaffected welds. This effect is emphasized by the contour line charts, which illustrate the relationship between laser power and magnetic flux density. With the exception of the quadratic influence of B at the wrought alloy, the statistical correlation shows a linear development of the respective influence variables for both aluminum alloys. In order to investigate these deviations, further simulations with a focus on weld pool geometry and weld pool flow are to be performed. In addition, the welding results can be classified in accordance with DIN EN ISO 13919-2 in the highest evaluation group B for AlMg3 and in evaluation group C for AlSi12(Fe) by applying a magnetic flux density of 350 mT. The analysis of the CT images at constant laser power and welding velocity allows a direct comparison both between the two alloys and also as a function of the magnetic flux density with regard to the number and size of pores. An increase in the magnetic flux density leads to a significant decrease in the number and volume of pores, which can be seen more clearly in wrought alloy than in die casting. Very acceptable results can be achieved for both materials and different welding parameters. This successfully demonstrates the desired process robustness and functionality of the EM system for practical applications. For subsequent investigations of overlap joints, the lowest possible laser power and a high magnetic flux density are recommended. T2 - 38th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics CY - Orlando, FL, USA DA - 07.10.2019 KW - AISI D2 KW - Laser implantation KW - Surface texturing KW - TiB2 PY - 2019 SN - 978-1-940168-1-42 SP - Paper Macro 1202 AN - OPUS4-50009 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Petrat, T. A1 - Brunner-Schwer, C. A1 - Graf, B. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Microstructure of Inconel 718 parts with constant mass energy input manufactured with direct energy deposition N2 - The laser-based direct energy deposition (DED) as a technology for additive manufacturing allows the production of near net shape components. Industrial applications require a stable process to ensure reproducible quality. Instabilities in the manufacturing process can lead to faulty components which do not meet the required properties. The DED process is adjusted by various parameters such as laser power, velocity, powder mass flow and spot diameter, which interact with each other. A frequently used comparative parameter in welding is the energy per unit length and is calculated from the laser power and the velocity in laser welding. The powder per unit length comparative parameter in the DED process has also be taken into account, because this filler material absorbs energy in addition to the base material. This paper deals with the influence of mass energy as a comparative parameter for determining the properties of additively manufactured parts. The same energy per unit length of 60 J/mm as well as the same powder per unit length of 7.2 mg/mm can be adjusted with different parameter sets. The energy per unit length and the powder per unit length determine the mass energy. The laser power is varied within the experiments between 400 W and 900 W. Energy per unit length and powder per unit length are kept constant by adjusting velocity and powder mass flow. Using the example of Inconel 718, experiments are carried out with the determined parameter sets. In a first step, individual tracks are produced and analyzed by means of micro section. The geometry of the tracks shows differences in height and width. In addition, the increasing laser power leads to a higher dilution of the base material. To determine the suitability of the parameters for additive manufacturing use, the individual tracks are used to build up parts with a square base area of 20x20 mm². An investigation by Archimedean principle shows a higher porosity with lower laser power. By further analysis of the micro sections, it can be seen that at low laser power, connection errors occur between the tracks. The results show that laser power, velocity and powder mass flow have to be considered in particular, because a constant mass energy can lead to different geometric as well as microscopic properties. KW - Direct energy deposition KW - Porosity KW - Inconel 718 KW - Additive manufacturing KW - Laser metal deposition PY - 2019 SN - 2351-9789 SP - 1 EP - 12 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-50007 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schaumann, P. A1 - Schürmann, K. A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - Automatically Welded Tubular X-Joints for Jacket Substructures N2 - To increase the competitiveness of jacket substructures compared to monopiles a changeover from an individual towards a serial jacket production based on automated manufactured tubular joints combined with standardized pipes has to be achieved. Therefore, this paper addresses fatigue tests of automatically welded tubular X-joints focusing on the location of the technical fatigue crack. The detected location of the technical crack is compared to numerical investigations predicting the most fatigue prone notch considering the structural stress approach as well as the notch stress approach. Besides, the welding process of the automated manufactured tubular X-joints is presented. KW - Tubular X-joints KW - Fatigue tests KW - Technical crack detection KW - Local fatigue spproaches PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-513228 DO - https://doi.org/10.1002/cepa.1140 VL - 3 IS - 3-4 SP - 823 EP - 828 PB - Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG CY - Berlin AN - OPUS4-51322 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Rethmeier, Michael A1 - Schwenk, Christopher A1 - Heinze, Christoph T1 - Optimierung von Verzug und Eigenspannungen beim Schweißen dickwandiger Bauteile N2 - Die Schweißsimulation dickwandiger Bauteile stellt aufgrund der erhöhten Komplexität der thermophysikalischen und thermomechanischen Vorgänge beim Mehrlagenschweißen hohe Anforderungen an kommerziell verfügbare Schweißsimulationssoftware. Das umfasst die während des Fügeprozesses induzierten Verzüge und Eigenspannungen in das gefertigte Bauteil, welche zur Beurteilung der Fertigungsqualität von großer Bedeutung sind. Gerade in dickwandigen Bauteilen ist der Spannungszustand sowohl bedingt durch die konstruktive Steifigkeit der einzelnen Bauteile sowie der gesamten Baugruppe als auch aufgrund zusätzlicher externer Einspannvorrichtungen bei der Fertigung überaus komplex. Hinzu kommen bei Werkstoffen mit Phasenumwandlung noch die metallurgisch verursachten Spannungszustände und bei mehrlagig ausgeführten Schweißverbindungen die wiederholte thermische und umwandlungsbedingte Spannungsausbildung, so dass eine überschlägige Abschätzung des gesamten Verformungs- und Spannungszustandes auch für Experten in der Regel nicht mehr möglich ist. Die vorherrschenden Verformungen und Spannungen bestimmen jedoch maßgeblich die Eigenbeanspruchung der Schweißkonstruktion und damit deren Belastbarkeit im Betrieb. Eine genaue Kenntnis dieser Daten würde wertvolle Informationen zur Qualitätsoptimierung des Endproduktes liefern. KW - Schweißsimulation KW - Eigenspannungen KW - Verzug KW - Validierung KW - Sysweld KW - Mehrlagenschweißen PY - 2011 SN - 978-3-937567-98-3 SN - 3-937567-98-4 SP - 1 EP - 160 PB - Verlag und Vertriebsgesellschaft mbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-23350 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 -