TY - JOUR A1 - Artinov, Antoni A1 - Bachmann, Marcel A1 - Rethmeier, Michael A1 - Karkhin, V. A1 - Khomich, P. T1 - Modeling of hydrodynamic and thermal processes at laser welding with through penetration N2 - A mathematical model for physical processes in fusion welding has been developed. It is based on the equivalent heat source concept and consists of two parts: thermo-hydrodynamics of the weld pool and heat conduction in the weldment outside the pool. In thermo-hydrodynamic problem, temperature – dependent material properties, keyhole shape, thermo-capillary and natural convection, phase transformations and other physical phenomena are taken into consideration. Solution of the thermo-hydrodynamic problem by the finite element method is demonstrated with keyhole laser beam welding of a 15 mm thick steel plate. Thermo-capillary convection is primarily responsible for the intricate convex-concave melt pool shape and pool enlargement near the plate surfaces. The calculated and experimental molten pool dimensions are in close agreement. KW - Laser welding KW - Weld pool modeling KW - Heat conduction KW - Greens function method PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1080/09507116.2021.1989209 SP - 1 EP - 12 PB - Taylor & Francis Group AN - OPUS4-54022 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - El-Sari, B. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Verbesserung der Vorhersagegüte von künstlichen neuronalen Netzen zum Widerstandspunktschweißen durch Auswertung des dynamischen Widerstands N2 - Das Widerstandspunktschweißen ist ein etabliertes Fügeverfahren in der Automobilindustrie. Es wird vor allem bei der Herstellung sicherheitsrelevanter Bauteile, zum Beispiel der Karosserie, eingesetzt. Daher ist eine kontinuierliche Prozessüberwachung unerlässlich, um die hohen Qualitätsanforderungen zu erfüllen. Künstliche neuronale Netzalgorithmen können zur Auswertung der Prozessparameter und -signale eingesetzt werden, um die individuelle Schweißpunktqualität zu gewährleisten. Die Vorhersagegenauigkeit solcher Algorithmen hängt von dem zur Verfügung gestellten Trainingsdatensatz ab. In diesem Beitrag wird untersucht, inwieweit die Vorhersagegüte eines künstlichen neuronalen Netzes durch Auswertung einer Prozessgröße, dem dynamischen Widerstand, verbessert werden kann. KW - Künstliche Intelligenz KW - Qualität KW - Neuronales Netz KW - Widerstandspunktschweißen PY - 2021 SP - 785 EP - 789 AN - OPUS4-53976 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Straße, Anne A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Scheuschner, Nils A1 - Altenburg, Simon A1 - Pignatelli, Giuseppe A1 - Gornushkin, Igor B. A1 - Baensch, Franziska A1 - Rethmeier, Michael T1 - In-situ Prozessüberwachung beim Laser-Pulver-Auftragschweißen (LPA) mittels Thermografie, optischer Emissionsspektroskopie (OES) und Schallemissionsanalyse (SEA) N2 - Vor allem in den letzten Jahren ist das Interesse der Industrie an der additiven Fertigung deutlich gestiegen. Die Vorteile dieser Verfahren sind zahlreich und ermöglichen eine ressourcenschonende, kundenorientierte Fertigung von Bauteilen, welche zur stetigen Entwicklung neue Anwendungsbereiche und Werkstoffe führen. Aufgrund der steigenden Anwendungsfälle, nimmt auch der Wunsch nach Betriebssicherheit unabhängig von anschließenden kostenintensiven zerstörenden und zerstörungsfreien Prüfverfahren zu. Zu diesem Zweck werden im Rahmen des von der BAM durchgeführten Themenfeldprojektes „Prozessmonitoring in Additive Manufacturing“ verschiedenste Verfahren auf ihre Tauglichkeit für den in-situ Einsatz bei der Prozessüberwachung in der additiven Fertigung untersucht. Hier werden drei dieser in-situ Verfahren, die Thermografie, die optische Emissionsspektroskopie und die Schallmissionsanalyse für den Einsatz beim Laser-Pulver-Auftragschweißen betrachtet. T2 - 41. Assistentenseminar der Füge- und Schweißtechnik CY - Magdeburg, Germany DA - 02.09.2020 KW - Laser-Pulver-Auftragschweißen (LPA) KW - Thermographie KW - Optische Emissionsspektroskopie (OES) KW - Schallemissionsanalyse (SEA) PY - 2021 SN - 978-3-96144-141-9 VL - 370 SP - 132 EP - 140 PB - DVS MEdia CY - Düsseldorf AN - OPUS4-53967 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Müller, V. A1 - Marko, A. A1 - Kruse, T. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Analysis and recycling of bronze grinding waste to produce maritime components using directed energy deposition N2 - Additive manufacturing promises a high potential for the maritime sector. Directed Energy Deposition (DED) in particular offers the opportunity to produce large-volume maritime components like propeller hubs or blades without the need of a costly casting process. The post processing of such components usually generates a large amount of aluminum bronze grinding waste. The aim of the presented project is to develop a sustainable circular AM process chain for maritime components by recycling aluminum bronze grinding waste to be used as raw material to manufacture ship Propellers with a laser-powder DED process. In the present paper, grinding waste is investigated using a dynamic image Analysis system and compared to commercial DED powder. To be able to compare the material quality and to verify DED process parameters, semi-academic sample geometries are manufactured. T2 - LiM 2021 CY - Munich, Germany DA - 21.06.2021 KW - Additive Manufacturing KW - Maritime Components KW - Powder Analysis KW - Recycling KW - Directed Energy Deposition PY - 2021 SP - 1 EP - 9 AN - OPUS4-54067 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Biegler, M. A1 - El-Sari, B. A1 - Rethmeier, Michael A1 - Finus, F. T1 - Schweißen unter Zug – LME-Eingangsprüfung für die Autoindustrie N2 - Der Trend zum Leichtbau und die Transformation zur E-Mobilität in der Automobilindustrie befeuern die Entwicklung neuer hochfester Stähle für den Karosseriebau. Derartige Werkstoffe sind beim Widerstandspunktschweißen besonders rissanfällig (LME). Das Schweißen unter Zug stellt eine effektive Methode um die LME-Anfälligkeit unterschiedlicher Werkstoffe qualitativ zu bestimmen. KW - Automobilindustrie KW - Widerstandspunktschweißen KW - Liquid Metal Embrittlement KW - Zinkbeschichtung KW - Hochfester Stahl PY - 2021 IS - 6 SP - 54 EP - 55 AN - OPUS4-54057 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Meyerdierks, M. A1 - Schreiber, V. A1 - Böhne, Ch. A1 - Jüttner, S. A1 - Meschut, G. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Validierung von Methoden zur Vermeidung von Liquid Metal Embrittlement an realitätsnahen Prinzipbauteilen (IGF 21483 BG / P 1488) N2 - Ziel des Forschungsprojekts ist es, eine Korrelation zwischen Gleeble-Heißzug-Prüfverfahren und Widerstandspunktschweiß-basierten Prüfverfahren herzustellen. Es soll die Effektivität von Methoden zu Vermeidung von Liquid Metal Embrittlement an realitätsnahen Prinzipbauteilen bewertet werden. Weiterhin soll Kenntnis über Auswirkungen von LME Rissen auf das Tragverhalten von realitätsnahen Prinzipbauteilen gewonnen werden. T2 - 30. Schweißtechnische Fachtagung CY - Barleben, Germany DA - 07.10.2021 KW - Liquid Metal Embrittlement KW - Gleeble KW - Heißzug KW - Widerstandpunktschweißen KW - Flüssigmetallversprödung PY - 2021 AN - OPUS4-54061 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Winterkorn, René A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - Lichtbogenbasierte additive Fertigung dickwandiger Strukturen aus einer höherfesten Al-Mg-Si-Aluminiumlegierungen N2 - Die lichtbogenbasierte, additive Fertigung ist dank hoher erreichbarer Aufbauraten und nahezu uneingeschränktem Bauraum zur Fertigung großvolumiger Bauteile prädestiniert. Die Kombination etablierter Maschinenkomponenten aus Robotertechnik, Schweißtechnik und Sensorik ermöglicht den präzisen schichtweisen Materialauftrag. Die Wirkmechanismen zwischen Prozessparametern und den daraus resultierenden mechanisch-technologischen Eigenschaften der additiv gefertigten Bauteile stellen eine Herausforderung dar. Dies gilt insbesondere auch für dickwandige Bauteile. Bei der Fertigung von Bauteilen aus höherfesten Al-Mg-Si-Aluminiumlegierungen ist aufgrund der hohen Anfälligkeit für Erstarrungsrisse und der Neigung zu wasserstoffinduzierter Porosität im besonderen Maße auf das Temperaturregime und die gewählte Aufbaustrategie zu achten. Der Einfluss der Prozessparameter auf die Bauteilqualität wurde durch die Analyse der Größe und Verteilung von Poren sowie der resultierenden Festigkeit untersucht. Darüber hinaus wurde der Einfluss einer Wärmenachbehandlungsstrategien auf das Festigkeitsverhalten analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass dickwandige Strukturen aus höherfesten Al-Mg-Si-Aluminiumlegierungen mit mechanischen Kennwerten im Bereich des Referenzmaterials mittels MSGLichtbogenverfahren additiv gefertigt werden können. T2 - Additive Fertigung – Werkstoffe – Prozesse – Wärmebehandlung 2022 CY - Bremen, Germany DA - 29.06.2022 KW - WAAM KW - Al-Mg-Si-Legierungen KW - Porosität KW - Wärmenachbehandlung KW - Mechanisch technologische Kennwerte PY - 2022 SP - 169 EP - 181 PB - Arbeitsgemeinschaft Wärmebehandlung und Werkstofftechnik e. V. CY - Bremen AN - OPUS4-56673 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pittner, Andreas A1 - Winterkorn, René A1 - Fabry, Çağtay A1 - Rethmeier, Michael A1 - Thiele, Marc A1 - Baeßler, Matthias A1 - Brauser, S. T1 - SmartWeld - Leichtbautechnik für Tragstrukturen von Offshore Windenergieanlagen N2 - Die Anwendung von Leichtbauprinzipien im Stahlbau, wie z.B. die Verwendung von aufgelösten Tragstrukturen, sog. Jackets-Fundamenten, bietet ein großes Potential zur Reduzierung des Ressourcenverbrauchs, insbesondere im Hinblick auf die benötigte Stahlmenge. In diesem Vortrag zeigen wir die Potenziale einer vollständigen Digitalisierung der schweißtechnischen Fertigungs- und Prüfkette auf, um eine vollautomatische Fertigung sowie Qualitätsprüfung von Rohrknoten als Schlüsselelement von Jackets-Fundamenten zu ermöglichen. Darüber hinaus wird der Zusammenhang zwischen der Geometrie der Nahtform und der resultierenden Ermüdungsfestigkeit durch numerische Methoden unter Einbeziehung bionischer Prinzipien bewertet. Es wird gezeigt, dass Hohlprofilknoten vollautomatisch unter Berücksichtigung von Geometrietoleranzen geschweißt werden können. Darüber hinaus konnte die Nahtform gemäß den numerischen Modellen hergestellt werden, was ein großes Potenzial für eine verlängerte Lebensdauer bietet. Anschließend werden die Verbesserungen bei der Ressourceneffizienz und die Reduzierung der Kohlendioxidemissionen durch eine Lebenszyklusanalyse bewertet. T2 - 11. Zukunftskonferenz Wind & Maritim CY - Rostock, Germany DA - 01.09.2022 KW - Offshore Windenergieanlagen KW - Gründungsstrukturen KW - Leichtbauprinzipien KW - Automatisierte Fertigung PY - 2022 AN - OPUS4-56654 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pittner, Andreas A1 - Winterkorn, René A1 - Fabry, Çağtay A1 - Rethmeier, Michael A1 - Ratkovac, Mirjana A1 - Thiele, Marc A1 - Baeßler, Matthias T1 - Innovative Design- und Fertigungsstrategien zur Steigerung der Leichtbaupotenziale im Stahlbau N2 - Ziel des Verbundvorhabens „SmartWeld“ ist es, für die schweißtechnische Fertigung von Stahlbaustrukturen exemplarisch am Beispiel von Hohlprofilknoten, welche als designrelevante Elemente von Gründungsstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) einsetzbar sind, die Möglichkeiten des Leichtbaus unter konsequenter Digitalisierung der Fertigungskette aufzuzeigen, um einerseits die Ressourceneffizienz zu forcieren und gleichzeitig wettbewerbsfähige Fertigungsstrategien aufzuzeigen. Innerhalb von „SmartWeld“ werden daher die Möglichkeiten einer wirtschaftlichen Fertigung von Leichtbau-Gründungsstrukturen am Beispiel aufgelöster Tragstrukturen (Jackets) aufgezeigt. Eine lastgerechte Auslegung der Schweißverbindungen nach bionischen Prinzipien ermöglicht, weitere Einsparpotenziale an Ressourcen bei gleichzeitiger Erhöhung der Lebensdauer zu erschließen. Die Ausnutzung konstruktiver Prinzipien des Leichtbaus zur Erzeugung innovativer und ressourcenschonender Produkte erfordert den Einsatz digitaler Werkzeuge in der Designphase, der virtuellen Absicherung, der Fertigung und Qualitätsüberwachung sowie nachgelagerten Bauteilprüfung zur Abbildung der Nutzungsphase. Im Rahmen der Arbeiten wird daher der gesamte Produktentstehungs- und Prüfprozess betrachtet. Dies beinhaltet das Design im Kontext des konstruktiven Leichtbaus, den schweißtechnischen Fertigungsprozess, die Bauteilprüfung sowie den Transfer der Ergebnisse in die Industrie durch serientaugliche Demonstratoren. Der Fokus der Arbeiten ist, die Fertigung auch im Umfeld eines für großskalige Stahlstrukturen üblichen hohen Individualisierungsgrades schweißtechnisch zu automatisieren und das Leichtbaupotenzial gezielt umzusetzen. Die Vorgaben aus der Designphase hinsichtlich einer lastgerechten Gestaltung bzw. Implementierung bionischer Ansätze können so gezielt durch einen adaptiven, automatisierten Schweißprozess eingestellt werden. Dies führt zu einer Erhöhung der Ermüdungs¬festigkeit und damit Produktlebensdauer, wodurch die Strukturen dünnwandiger ausgeführt und Ressourcen sowie CO2 eingespart werden können. T2 - Sitzung des DVS Fachausschuss FA03 - Lichtbogenschweißen CY - Rostock, Germany DA - 11.10.2022 KW - Offshore Windenergieanlagen KW - Gründungsstrukturen KW - Leichtbau KW - Automatisierte schweißtechnische Fertigung PY - 2022 AN - OPUS4-56656 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pittner, Andreas A1 - Winterkorn, René A1 - Fabry, Çağtay A1 - Rethmeier, Michael A1 - Ratkovac, Mirjana A1 - Thiele, Marc A1 - Baeßler, Matthias T1 - Innovative Design- und Fertigungsstrategien zur Steigerung der Leichtbaupotenziale im Stahlbau N2 - Offshore wind energy plays an important role for the desired transition towards a carbon dioxide free industry within the next decades. However, the grounding of the offshore wind plants governs the overall installation process besides bureaucratic bottlenecks. The application of lightweight principles in steel construction, e.g. the usage dissolved load-bearing structures, so called Jackets foundations, offer great potential in reducing the resource consumption, especially with respect to the needed amount of steel. In this context this presentation focuses on a fully digitalization of the welding manufacturing and as well as testing chain to enable a fully automated manufacturing as well as quality assessment of tubular nodes as key element of Jackets foundation structures. Furthermore, the relationship between the seam shape geometry and resulting fatigue strength is evaluated by numerical methods incorporating bionic principles. It is shown that tubular nodes can be welded fully automatically taking geometry tolerances into account. Moreover, the seam shape could be manufactured as requested by the numerical models which offers great potential for an extended lifetime. Subsequently, the improvements in resource efficiency and reduction of carbon dioxide emissions are evaluated by a life-cycle-assessment. T2 - Leichtbau in der Hauptstadtregion - Rohstoffe - Recycling - Rohstoffe: Kreislaufwirtschaft im Leichtbau CY - Berlin, Germany DA - 28.11.2022 KW - Offshore Windenergie KW - Gründungsstrukturen KW - Leichtbau KW - Automatisierte schweißtechnische Fertigung PY - 2022 AN - OPUS4-56657 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pittner, Andreas A1 - Winterkorn, René A1 - Fabry, Çağtay A1 - Rethmeier, Michael A1 - Ratkovac, Mirjana A1 - Thiele, Marc A1 - Baeßler, Matthias T1 - Innovative Design- und Fertigungsstrategien zur Steigerung der Leichtbaupotenziale im Stahlbau N2 - Ziel des Verbundvorhabens „SmartWeld“ ist es, für die schweißtechnische Fertigung von Stahlbaustrukturen exemplarisch am Beispiel von Hohlprofilknoten, welche als designrelevante Elemente von Gründungsstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) einsetzbar sind, die Möglichkeiten des Leichtbaus unter konsequenter Digitalisierung der Fertigungskette aufzuzeigen, um einerseits die Ressourceneffizienz zu forcieren und gleichzeitig wettbewerbsfähige Fertigungsstrategien aufzuzeigen. Innerhalb von „SmartWeld“ werden daher die Möglichkeiten einer wirtschaftlichen Fertigung von Leichtbau-Gründungsstrukturen am Beispiel aufgelöster Tragstrukturen (Jackets) aufgezeigt. Eine lastgerechte Auslegung der Schweißverbindungen nach bionischen Prinzipien ermöglicht, weitere Einsparpotenziale an Ressourcen bei gleichzeitiger Erhöhung der Lebensdauer zu erschließen. Die Ausnutzung konstruktiver Prinzipien des Leichtbaus zur Erzeugung innovativer und ressourcenschonender Produkte erfordert den Einsatz digitaler Werkzeuge in der Designphase, der virtuellen Absicherung, der Fertigung und Qualitätsüberwachung sowie nachgelagerten Bauteilprüfung zur Abbildung der Nutzungsphase. Im Rahmen der Arbeiten wird daher der gesamte Produktentstehungs- und Prüfprozess betrachtet. Dies beinhaltet das Design im Kontext des konstruktiven Leichtbaus, den schweißtechnischen Fertigungsprozess, die Bauteilprüfung sowie den Transfer der Ergebnisse in die Industrie durch serientaugliche Demonstratoren. Der Fokus der Arbeiten ist, die Fertigung auch im Umfeld eines für großskalige Stahlstrukturen üblichen hohen Individualisierungsgrades schweißtechnisch zu automatisieren und das Leichtbaupotenzial gezielt umzusetzen. Die Vorgaben aus der Designphase hinsichtlich einer lastgerechten Gestaltung bzw. Implementierung bionischer Ansätze können so gezielt durch einen adaptiven, automatisierten Schweißprozess eingestellt werden. Dies führt zu einer Erhöhung der Ermüdungs¬festigkeit und damit Produktlebensdauer, wodurch die Strukturen dünnwandiger ausgeführt und Ressourcen sowie CO2 eingespart werden können. T2 - 9. Forum Leichtbau - Fortschrittliche Fertigungstechnologien und Werkstoffe für den Klimaschutz CY - Berlin, Germany DA - 29.09.2022 KW - Offshore Windenergieanlagen KW - Gründungsstrukturen KW - Leichtbau KW - Bionik KW - Automatisierte schweißtechniche Fertigung PY - 2022 AN - OPUS4-56655 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - Automated arc welding of support structures for offshore wind turbines N2 - Offshore wind energy plays an important role for the desired transition towards a carbon dioxide free industry within the next decades. However, the grounding of the offshore wind plants governs the overall installation process besides bureaucratic bottlenecks. The application of lightweight principles in steel construction, e.g. the usage dissolved load-bearing structures, so called Jackets foundations, offer great potential in reducing the resource consumption, especially with respect to the needed amount of steel. In this context this paper focuses on a fully digitalization of the welding manufacturing and as well as testing chain to enable a fully automated manufacturing as well as quality assessment of tubular nodes as key element of Jackets foundation structures. Furthermore, the relationship between the seam shape geometry and resulting fatigue strength is evaluated by numerical methods incorporating bionic principles. It is shown that tubular nodes can be welded fully automatically taking geometry tolerances into account. Moreover, the seam shape could be manufactured as requested by the numerical models which offers great potential for an extended lifetime. Subsequently, the improvements in resource efficiency and reduction of carbon dioxide emissions are evaluated by a life-cycle-assessment. T2 - IIW Annual Assembly 2022 Tokyo, Japan CY - Tokyo, Japan DA - 21.07.2022 KW - Offshore wind turbines KW - Support structures KW - Automated welding KW - Lightweight principles PY - 2022 AN - OPUS4-56653 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Yang, Fan A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Putra, Stephen Nugraha A1 - Artinov, Antoni A1 - Bachmann, Marcel A1 - Rethmeier, Michael T1 - Numerical analysis of the effect of the metal vapor plume on the keyhole and the molten pool behavior during deep penetration laser beam welding N2 - The effect of the oscillating metal vapor plume on the keyhole and molten pool behavior during the laser beam welding of AlMg3 aluminum alloys is investigated by the experimental and numerical method. The real-time height of the metal vapor plume is measured by high-speed camera observation. The obtained experimental results are used to evaluate the additional heating source and laser beam attenuation caused by the scattering and absorption based on the Beer-Lambert theory. Furthermore, the dynamic behavior of the metal vapor plume is incorporated into a 3D transient heat transfer and fluid flow model, coupled with the ray tracing method, for the laser beam welding of the AlMg3 alloy. It is found that the additional heating resulting from the scattered and absorbed laser beam energy by the metal vapor plume significantly expands the shape of the molten pool on the top region. Moreover, the oscillating metal vapor plume caused the fluctuation of the molten pool shape. The probability of keyhole collapse at the bottom increases significantly to 72% due to the oscillating laser power induced by the laser beam attenuation. The internal interplay between the metal vapor plume, molten pool shape, and the keyhole collapse are obtained. The developed model has been validated by the experiments, which shows a good agreement. T2 - International Congress of Applications of Lasers & Electro-Optics 2023 CY - Chicago, Illinois, USA DA - 16.10.2023 KW - Deep penetration laser beam welding KW - Numerical simulation KW - Oscillating vapor plume KW - Keyhole collapse PY - 2023 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-58841 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Raute, J. A1 - Seitz, G. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Wire Electron Beam Additive Manufacturing von niedriglegierten Zinnbronzen – Erreichbare Bauteileigenschaften und Prozessmerkmale N2 - Die Additive Fertigung gewinnt zunehmend an Bedeutung für die Verarbeitung von Kupferwerkstoffen im industriellen Umfeld. Hierbei wird verstärkt auf drahtförmige Ausgangswerkstoffe gesetzt, da diese Vorteile im Handling bieten, bereits aus der Schweißtechnik bekannt sind und sich zumeist durch geringere Beschaffungskosten auszeichnen. In den letzten Jahren entwickelte sich unter den drahtbasierten Verfahren der Directed-Energy-Deposition (DED) eine Prozessvariante unter Nutzung des Elektronenstrahls zur industriellen Marktreife. Dabei zeigt die Technologie Wire Electron Beam Additive Manufacturing (DED-EB) besondere Vorteile gegenüber anderen DED-Prozessen für die Anwendung an Kupfer. Um das Verfahren einem breiten Anwenderkreis in der Industrie zugänglich zu machen, fehlen jedoch Daten zu Leistungsfähigkeit, Prozessgrenzen und Anwendungsmöglichkeit- en. Die vorliegende Untersuchung beschäftigt sich mit dieser Problemstellung am Beispiel der Legierung CuSn1MnSi. Über mehrstufige Testschweißungen werden die physikalisch möglichen Prozessgrenzen ermittelt und Rückschlüsse über die Eignung der Parameter zum additiven Aufbau gezogen. An verschiedenen additiv gefertigten Probekörpern werden anschließend Kennwerte für Aufbaurate, Härte, Mikrostruktur, Oberflächenqualität sowie mechanische Festigkeitswerte ermittelt. Es zeigt sich, dass das die durch DED-EB hergestellten Proben, trotz des groben Gefüges sowie der thermischen Belastung im Aufbauprozess, in ihren Eigenschaften gut mit den Spezifikationen des Ausgangsmaterials übereinstimmen. T2 - Kupfersymposium 2023 CY - Jena, Germany DA - 29.11.2023 KW - Wire Electron Beam Additive Manufacturing KW - DED-EB KW - CuSn1 KW - Additive Fertigung PY - 2023 SN - 978-3-910411-03-6 SP - 28 EP - 33 PB - Kupferverband e. V. AN - OPUS4-59118 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Marquardt, R. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Laser-Pulver-Auftragschweißen von funktional gradierten Materialien auf Cobalt-Chrom Basis N2 - Um Bauteile vor Verschleiß und Korrosion zu schützen werden Beschichtungen aus resistenteren Materialien aufgetragen. Hierzu zählen unter anderen die Legierungen auf Cobalt-Chrom Basis. Der diskrete Materialsprung ist jedoch unter thermischen und mechanischen Belastungen häufig Ursache für das Versagen der Beschichtung. In dieser Arbeit werden daher Materialgradierungen von verschiedenen Stahllegierungen zu einer Cobalt-Chrom Basislegierung untersucht. Die Ergebnissen werden dafür auch mit Resultaten zu vorangegangenen Untersuchungen verglichen. Kern der Arbeit bilden geätzte Schliffbilder der Materialpaarungen und Auswertungen mittels Farbeindringprüfung sowie die metallografische Bestimmung der Porosität. Ziel der Arbeit ist ein defektfreier Aufbau der funktional gradierten Materialpaarungen. T2 - 43. Assistentenseminar Fügetechnik CY - Päwesin, Germany DA - 20.09.2023 KW - Directed Enery Deposition KW - Funktionally Graded Material KW - Additive Manufacturing KW - DED KW - FGM KW - AM PY - 2023 SN - 978-3-96144-212-6 SP - 1 EP - 6 PB - DVS Media GmbH AN - OPUS4-59116 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Böhne, C. A1 - Meschut, G. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - The Influence of Electrode Indentation Rate on LME Formation during RSW N2 - During resistance spot welding of zinc-coated advanced high-strength steels (AHSSs) for automotive production, liquid metal embrittlement (LME) cracking may occur in the event of a combination of various unfavorable influences. In this study, the interactions of different welding current levels and weld times on the tendency for LME cracking in third-generation AHSSs were investigated. LME manifested itself as high penetration cracks around the circumference of the spot welds for welding currents closely below the expulsion limit. At the same time, the observed tendency for LME cracking showed no direct correlation with the overall heat input of the investigated welding processes. To identify a reliable indicator of the tendency for LME cracking, the local strain rate at the origin of the observed cracks was analyzed over the course of the welding process via finite element simulation. While the local strain rate showed a good correlation with the process-specific LME cracking tendency, it was difficult to interpret due to its discontinuous course. Therefore, based on the experimental measurement of electrode displacement during welding, electrode indentation velocity was proposed as a descriptive indicator for quantifying cracking tendency. KW - Liquid Metal Embrittlement (LME) KW - Crack KW - Resistance Spot Welding (RSW) KW - Advanced High-Strength Steel (AHSS) KW - Welding Current KW - Heat Input KW - Simulation PY - 2022 DO - https://doi.org/10.29391/2022.101.015 SN - 0043-2296 VL - 101 IS - 7 SP - 197-s EP - 207-s PB - American Welding Society CY - New York, NY [u.a.] AN - OPUS4-55600 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bachmann, Marcel A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Artinov, Antoni A1 - Rethmeier, Michael T1 - Investigating defects caused by narrow pool shapes in deep penetration welding N2 - Laser beam welding is a widely used joining technique in many industrial applications. This is mainly due to its many unique advantages, especially compared to conventional arc welding processes. These advantages include, among others, highly concentrated energy deposition, low total heat input and a capacity to penetrate deep into the material while causing only small welding distortions. However, at the same time, the small dimension of the laser spot, high solidification rates, and small dimensions of the weld pool itself can provoke issues regarding the assembly tolerances of the workpiece, the hot-cracking phenomena, as well as keyhole-induced bubbles escaping from the melt. Weld pool shapes in laser beam welding are elongated at the external, free surfaces under the action of the main driving forces in the melt – such as recoil pressure and surface tension forces – while being shorter in the internal areas of the weld pool. This leads to a regular solidification sequence from the internal zones toward the free surfaces, e.g. from the bottom to the top in partial penetration welding. However, in recent studies reported in the literature and seen in the experimental and numerical investigations of BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Berlin, it was found that an internal narrowing phenomenon can occur that is often accompanied by a distinct bulging of the weld bead in deeper zones. As the internal behaviour of the melt during the process is hardly optically accessible, several numerical models and experimental techniques were established to visualise the mechanisms of the formation of the bulging and the narrowing phenomenon and to reveal the consequences on the solidification sequence, pore formation, and filler metal dilution. KW - Weld pool shape KW - Laser beam welding KW - Solidification PY - 2022 SN - 1759-0752 IS - 57 SP - 28 EP - 29 PB - Europa Science CY - Cambridge, UK AN - OPUS4-56995 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Artinov, Antoni A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Bachmann, Marcel A1 - Rethmeier, Michael T1 - Numerical study on the formation of a bulging region in partial penetration laser beam welding N2 - A transient three-dimensional thermo-fluid dynamics numerical model was developed to study the formation of a bulging region in partial penetration laser beam welding. The model accounts for the coupling between the fluid flow, the heat transfer, and the keyhole dynamics by considering the effects of multiple reflections and Fresnel absorption of the laser beam in the keyhole, the phase transitions during melting and evaporating, the thermo-capillary convection, the natural convection, and the phase-specific and temperature-dependent material properties up to the evaporation temperature. The validity of the model was backed up by experimentally obtained data, including the drilling time, the weld pool length, the local temperature history outside the weld pool, the process efficiency, and a range of metallographic crosssections. The model was applied for the cases of partial penetration laser beam welding of 8 mm and 12 mm thick unalloyed steel sheets. The obtained experimental and numerical results reveal that the bulging region forms transiently depending on the penetration depth of the weld, showing a tendency to transition from a slight bulging to a fully developed bulging region between penetration depths of 6 mm and 9 mm, respectively. T2 - 13th International Seminar "Numerical Analysis of Weldability" CY - Seggau, Austria DA - 04.09.2022 KW - Laser beam welding KW - Deep penetration KW - Bulge formation KW - Numerical modeling PY - 2023 SN - 978-3-85125-968-1 SN - 978-3-85125-969-8 SN - 2410-0544 VL - 13 SP - 101 EP - 126 PB - Verlag der Technischen Universität Graz AN - OPUS4-58802 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Artinov, Antoni A1 - Kising, Pascal A1 - Bachmann, Marcel A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Rethmeier, Michael T1 - Numerical analysis of the dependency of the weld pool shape on turbulence and thermodynamic activity of solutes in laser beam welding of unalloyed steels N2 - A three-dimensional numerical model was developed to accurately predict the steady-state weld pool shape in full penetration laser beam welding. The model accounts for the coupling between the heat transfer and the fluid dynamics by considering the effects of solid/liquid phase transition, thermo-capillary convection, natural convection, and phase-specific and temperature-dependent material properties up to the evaporation temperature. A fixed right circular cone was utilized as a keyhole geometry to consider the heat absorbed from the laser beam. The model was used to analyze the influence of the thermodynamic activity of solutes and turbulence on the weld pool shape. A mesh sensitivity analysis was performed on a hybrid mesh combining hexahedral and tetrahedral elements. For the case of full penetration laser beam welding of 8 mm thick unalloyed steel sheets, the dependence of the weld pool shape on the surface-active element sulfur was found to be negligible. The analysis of the results showed that a laminar formulation is sufficient for accurately predicting the weld pool shape since the turbulence has a minor impact on the flow dynamics in the weld pool. The validity of the numerical results was backed up by experimental measurements and observations, including weld pool length, local temperature history, and a range of metallographic crosssections. T2 - 13th International Seminar Numerical Analysis of Weldability CY - Seggau, Austria DA - 04.09.2022 KW - Weld pool shape KW - Numerical modeling KW - Laser beam welding KW - Thermo-capillary convection KW - Turbulence PY - 2023 SN - 978-3-85125-968-1 SN - 978-3-85125-969-8 SN - 2410-0544 VL - 13 SP - 161 EP - 188 PB - Verlag der Technischen Universität Graz AN - OPUS4-58803 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Yang, Chunliang A1 - Wu, Chuansong A1 - Bachmann, Marcel A1 - Rethmeier, Michael T1 - Numerical analysis of ultrasonic vibration enhanced friction stir welding of dissimilar Al/Mg alloys N2 - The ultrasonic vibration enhanced friction stir welding (UVeFSW) process has unique advantages in joining dissimilar Al/Mg alloys. While there are complex coupling mechanisms of multi-fields in the process, it is of great significance to model this process, to reveal the influence mechanism of ultrasonic vibration on the formation of Al/Mg joints. In this study, the acoustic-plastic constitutive equation was established by considering the influence of both ultrasonic softening and residual hardening on the flow stress at different temperatures and strain rates. And the ultrasonic induced friction reduction (UiFR) effect on friction coefficient in different relative directions at the FSW tool-workpiece interface was quantitatively calculated and analyzed. The Al/Mg UVeFSW process model was developed through introducing the above acoustic effects into the model of Al/Mg friction stir welding (FSW). The ultrasonic energy is stronger on the aluminum alloy side. In the stirred zone, there is the pattern distribution of ultrasonic sound pressure and energy. The heat generation at the tool-workpiece contact interface and viscous dissipation were reduced after applying ultrasonic vibra-tion. Due to the UiFR effect, the projection of friction coefficient and heat flux distributions at the tool-workpiece interface present a "deformed" butterfly shape. The calculated results show that ultrasonic vibra-tion enhanced the material flow and promoted the mixing of dissimilar materials. T2 - 13th International Seminar Numerical Analysis of Weldability CY - Seggau, Austria DA - 04.09.2022 KW - Friction stir welding KW - Ultrasonic vibration KW - Al/Mg alloys KW - Numerical simulation PY - 2023 SN - 2410-0544 VL - 13 SP - 517 EP - 538 PB - Verlag der Technischen Universität Graz AN - OPUS4-58805 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Artinov, Antoni A1 - Bachmann, Marcel A1 - Üstündag, Ömer A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - A numerical study on the suppression of a detrimental weld pool profile in wire feed laser beam welding by magnetohydrodynamic technique N2 - The weld quality and the possible defect formation are directly determined by the weld pool shape and the thermo-fluid dynamics therein. In this paper, an untypical weld pool profile, i.e., elongated at its top and bottom but narrowed at the middle, is found experimentally and numerically in the wire feed laser beam welding. The detrimental influence of the weld pool narrowing on the element transport is analyzed and discussed. A magnetohydrodynamic technique is utilized to suppress the narrowing, aiming at a more homogenous element distribution. It is found that a low-temperature region is formed in the middle of the weld pool due to the interaction of the two dominant circulations from the top and bottom regions. The weld pool is significantly narrowed due to the untypical growth of the mushy zone in the low-temperature region, which results in a direct blocking effect on the downward flow and the premature solidification in the middle region. The Lorentz force produced by a transverse oscillating magnetic field shows the potential to change the flow pattern into a single-circulation type and the low-temperature-gradient region is mitigated. Therefore, the downward transfer channel is widened, and its premature solidification is prevented. The numerical results are well validated by experimental measurements of metal/glass observation and X-ray fluorescence element mapping. T2 - 13th International Seminar Numerical Analysis of Weldability CY - Seggau, Austria DA - 04.09.2022 KW - Thermo-fluid flow KW - Element transport KW - Laser beam welding KW - Magnetohydrodynamics KW - Multi - physical modeling PY - 2023 SN - 2410-0544 VL - 13 SP - 143 EP - 160 PB - Verlag der Technischen Universität Graz AN - OPUS4-58806 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Yang, Chunliang A1 - Yang, Fan A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Putra, Stephen Nugraha A1 - Bachmann, Marcel A1 - Rethmeier, Michael T1 - Experimental and numerical study on grain refinement in electromagnetic assisted laser beam welding of 5754 al alloy N2 - Through experimental observation and auxiliary numerical simulation, this investigation studies the different types of grain refinement of 5754 aluminum alloy laser beam welding by applying a transverse oscillating magnetic field. Scanning electron microscope results have proved that the application of a magnetic field can reduce the average crystal branch width and increase its number. The interaction between the induced eddy current generated by the Seebeck effect and the applied external magnetic field produces a Lorentz force, which is important for the increase of the number of crystal branches. Based on the theory of dendrite fragmentation and the magnetic field-induced branches increment, the grain size reduction caused by the magnetic field is studied. Furthermore, the effects of the magnetic field are analyzed by combining a phase field method model and simulations of nucleation and grain growth. The grain distribution and average grain size after welding verifies the reliability of the model. In addition, the introduction of a magnetic field can increase the number of periodic three-dimensional solidification patterns. In the intersection of two periods of solidification patterns, the metal can be re-melted and then re-solidified, which prevents the grains that have been solidified and formed previously from further growth and generates some small cellular grains in the new fusion line. The magnetic field increases the building frequency of these solidification structures and thus promotes this kind of grain refinement. T2 - International Congress of Applications of Lasers & Electro-Optics 2023 CY - Chicago, USA DA - 16.10.2023 KW - Laser beam welding KW - Magnetic field KW - Crystal branch development KW - Grain refinement KW - Periodic solidification pattern PY - 2023 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-58809 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Marquardt, R. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Funktional gradierte Materialien auf Basis von Stellite und Stahl im Laserpulver-Auftragschweißen N2 - Das Hinzufügen von Stellite auf Stahl ist eine typische Vorgehensweise um Bauteile gegen Verschleiß und Korrosion zu schützen. Der Sprung in den Materialeigenschaften kann jedoch zu Rissen und somit zum Versagen der Beschichtung führen. Um die Lebensdauer von Beschichtungen zu erhöhen wird daher ein gradierter Übergang mit verschiedenen Materialpaarungen untersucht. T2 - 13. Fachtagung Verschleiss- und Korrosionsschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen CY - Haale (Saale), Germany DA - 22.06.2022 KW - FGM KW - DED KW - AM KW - Functionally Graded Materials KW - Additive Manufacturing KW - Directed Energy Deposition PY - 2022 SP - 66 EP - 73 AN - OPUS4-55504 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Üstündag, Ömer A1 - Bakir, Nasim A1 - Brunner-Schwer, C. A1 - Knöfel, F. A1 - Gook, S. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Laserstrahlhybridschweissen von Türmen für Windkraftanlagen Ökonomische und ökologische Vorteile N2 - Das Laserstrahlhybridschweißen ist beim Schweißen von Türmen für Windkraftanlagen eine Alternative zum Unterpulverschweißen von Dickblechen in Mehrlagentechnik und bietet hier ökonomische und ökologische Vorteile. Der industrielle Einsatz des Verfahrens ist jedoch durch prozessspezifische Herausforderungen eingeschränkt. Die im Beitrag beschriebene kontaktlose elektromagnetische Badstütze dient zur Erweiterung des Verfahrenspotenzials im Dickblechbereich >15 mm. KW - Elektromagnetische Badstütze KW - Laserhybridschweißen KW - Windkraftanlagen KW - Ökonomische und ökologische Vorteile PY - 2022 VL - 7 SP - 340 EP - 347 PB - DVS Media GmbH AN - OPUS4-56372 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - Ökologische Bilanzierung von Schmelzschweißverfahren unter Berücksichtigung vor- und nachgelagerter Prozessschritte N2 - Ein wesentliches Ziel der deutschen Industriepolitik besteht darin, Rahmenbedingungen zu schaffen, welche die Positionierung nachhaltiger Produkte und Prozesse innerhalb globaler Wertschöpfungsketten ermöglichen und ökoeffiziente Fertigungsprozesse langfristig sichern. In diesem Beitrag werden aktuelle Forschungsarbeiten zur Bewertung der Umweltwirkungen der schweißtechnischen Fertigungskette anhand ausgewählter Schmelzschweißverfahren unter Berücksichtigung vor- sowie nachgelagerter Fertigungsschritte dargestellt. Eine weit verbreitete und standardisierte Methode zur Abschätzung der Umweltwirkungen eines Produkts oder Prozesses ist die Ökobilanzierung. Hierbei stellen die Sachbilanzierung, das heißt die Ermittlung sämtlicher relevanter Energie- und Ressourcenverbräuche während der schweißtechnischen Fertigung, aufgrund des hohen Dokumentationsaufwands, sowie die Ableitung assoziierter Wirkkategorien das größte Hindernis für eine Etablierung und Akzeptanz der Ökobilanzierung in der Praxis dar. Gleichwohl wird seitens Unternehmen, welche als Zulieferer von OEM’s (engl.: original equipment manufacturer) agieren, die Dokumentation des fertigungsspezifischen CO2-Verbrauches gefordert. Ein weiterer Aspekt der Arbeiten beinhaltet Methoden zur automatisierten Erfassung von schweißtechnischen Produktionsdaten sowie deren Nachverfolgbarkeit. Anhand unterschiedlicher Schweißverfahren werden die aus den Produktionsdaten abgeleiteten Energie- und Ressourcenverbräuche automatisiert in die relevanten Umweltwirkungen überführt. Die analysierten Schweißprozesse umfassen dabei ein breites für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) relevantes Spektrum. Durch die softwareseitige Bereitstellung der aufgestellten Umweltprofile ist der Anwender in der Lage, Schweißprozesse unter ökologischen Aspekten zu bewerten und die effizienteste Variante zu identifizieren. T2 - Webinar „Zukunft des Bauens – Nachhaltigkeit bei Errichtung, Abbruch und Rückbau“ CY - Online meeting DA - 15.11.2021 KW - Ökobilanzierung KW - Verfahrensvergleich KW - Umweltwirkungen PY - 2021 AN - OPUS4-56649 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - El-Sari, B. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Einfluss von Oberflächenbeschichtungen auf die flüssigmetallinduzierte Rissbildung beim Widerstandspunktschweißen von hochfesten Stahlfeinblechen BT - Schlussbericht vom 15.09.2022 zu IGF-Vorhaben Nr. 20812 N : Berichtszeit: 01.10.2019 bis 31.03.2022 N2 - Die Beschichtung hochfester Stahlfeinbleche beeinflusst das Auftreten von flüssigmetallinduzierter Rissbildung (LME). Daher wurden in dieser Arbeit industrieübliche Beschichtungen bei gleichem Grundwerkstoff hinsichtlich ihres Aufbaus und chemischer Zusammensetzung charakterisiert und bezüglich ihrer LME Anfälligkeit untersucht. Aus dieser vergleichenden Untersuchung heraus wurden Potentiale für die Widerstandsfähigkeit gegen LME identifiziert. Diese Potentiale werden experimentell durch den Einsatz einer von der Forschungsstelle entwickelten Methode überprüft. Gegenstand der Untersuchungen waren neben unbeschichteten Proben industrieübliche Zinküberzüge wie Elektrolytisch verzinkt, Feuerverzinkt, Galvannealed und Zink-Magnesium Beschichtungen. Die LME Anfälligkeit dieser unterschiedlichen Überzüge wird mit einem Schweißen unter Zugbelastung Versuchsaufbau untersucht. Dabei ergibt sich die resultierende Anfälligkeit aus den auftretenden Risslängen und der Auftrittswahrscheinlichkeit von LME bei den einzelnen Versuchen. Es konnte eine LME Anfälligkeits-Rangfolge für die Zinküberzüge festgestellt werden. Zink-Magnesium Beschichtungen galten als besonders LME Anfällig, gefolgt von Feuerverzinkt und Galvannealed. Die größte LME Resistenz wurde bei elektrolytisch verzinkten Proben festgestellt. Aus den Ergebnissen werden Handlungsempfehlungen zur Erhöhung der Verarbeitungssicherheit bzw. Schweißpunktqualität abgeleitet. KW - Widerstandspunktschweißen KW - Hochfester Stahl KW - Liquid Metal Embrittlement KW - Flüssigmetallinduzierte Rissbildung KW - Zink PY - 2022 SN - 978-3-96780-030-2 SP - 1 EP - 39 PB - Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. CY - Düsseldorf AN - OPUS4-58060 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Simón Muzás, Juan A1 - Brunner-Schwer, Christian A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Rethmeier, Michael T1 - Mechanical properties of laser welded joints of wrought and heat treated PBF LB/M Inconel 718 parts depending on build direction N2 - Laser-based Powder Bed Fusion of Metal (PBF-LB/M) is a broadly used metal additive manufacturing (AM) method for fabricating complex metallic parts, whose sizes are however limited by the build envelope of PBF-LB/M machines. Laser welding arises as a valid joining method for effectively integrating these AM parts into larger assemblies. PBF-LB/M components must usually be stress-relieved before they can be separated from the build plate. An additional heat treatment can be beneficial for obtaining homogeneous mechanical properties across the seam or for the formation of desired precipitations in nickel-based-alloys. Therefore, the tensile performance of laser welded hybrid (AM/wrought) and AM-AM tensile samples of Inconel 718 is examined after undergoing three different heat treatments and considering three relevant build directions. It can be shown that the build orientation is an influencing factor on weld properties even after two applied heat treatments. T2 - Lasers in Manufacturing LiM 2023 CY - Munich, Germany DA - 26.09.2023 KW - Inconel 718 KW - Laser welding KW - PBF/LB-M KW - Hybrid components KW - Heat treatments KW - Build direction KW - Tensile performance PY - 2023 SP - 1 EP - 10 PB - Proceedings Lasers in Manufacturing 2023 CY - München AN - OPUS4-58394 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Marquardt, R. A1 - Bähring, S. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Künstliche Neuronale Netze zur Qualitätsprognose von Funktional Gradierten Materialien im laserbasierten Directed Energy Deposition N2 - Durch pulverbasiertes Directed-Energy Deposition lassen sich Gradierungen fertigen, um diskrete Materialübergänge zu vermeiden und die Lebensdauer von Hartschichten zu erhöhen. Die Kombination aus Stahl als Basiswerkstoff und einer verschleiß- und korrosionsbeständigen Co-Cr Legierung verspricht durch Vermeiden von Spannungskonzentrationen das Verhindern von Abplatzungen und Rissen in der Schutzschicht. Um die Qualität des gefertigten Bauteils zu beurteilen, liegen für solche Funktional Gradierten Materialien (FGM) wenig Erkenntnisse vor. Daher wird im Rahmen dieser Studie eine Methodik erarbeitet, um die relative Dichte eines Funktional Gradierten Materials auf Stahl und Co-Cr Basis mittels Maschinendaten zu bestimmen. Anschließend wird unter Einsatz eines künstlichen neuronalen Netzes anhand von Sensordaten die relative Dichte vorhergesagt. Das trainierte Netz erreicht eine Vorhersagegenauigkeiten von 99,83%. Abschließend wird eine Anwendung anhand von einem Demonstrator gezeigt. T2 - 3. Fachtagung Additive Manufacturing CY - Halle, Germany DA - 05.10.2023 KW - Directed Enery Deposition KW - Künstliche Neuronale Netze KW - Additive Manufacturing KW - DED KW - KI KW - AM PY - 2023 SP - 1 EP - 8 PB - SLV Halle AN - OPUS4-58692 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bachmann, Marcel A1 - Artinov, Antoni A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Putra, Stephen Nugraha A1 - Rethmeier, Michael T1 - Challenges in dynamic heat source modeling in high-power laser beam welding N2 - The amount of absorbed energy in the keyhole as well as its spatial and temporal distribution is essential to model the laser beam welding process. The recoil pressure, which develops because of the evaporation process induced by the absorbed laser energy at the keyhole wall, is a key determining factor for the macroscopic flow of the molten metal in the weld pool during high-power laser beam welding. Consequently, a realistic implementation of the effect of the laser radiation on the weld metal is crucial to obtain reliable and accurate simulation results. In this paper, we discuss manyfold different improvements on the laser-material interaction, namely the ray-tracing method, in the numerical simulation of the laser beam welding process. The first improvement relates to locating the exact reflection points in the ray tracing method using a so-called cosine condition in the determination algorithm for the intersection of the reflected rays and the keyhole surface. A second correction refers to the numerical treatment of the Gaussian distribution of the laser beam, whose beam width is defined by a decay of the laser intensity by a factor of 1/e2 thus ignoring around 14 % of the total laser beam energy. In a third step, the changes in the laser radiation distribution in the vertical direction were adapted by using different approximations for the converging and the diverging regions of the laser beam thus mimicking the beam caustic. Finally, a virtual mesh refinement was adopted in the ray tracing routine. The obtained numerical results were validated with experimental measurements. T2 - International Congress of Applications of Lasers & Electro-Optics 2023 CY - Chicago, USA DA - 16.10.2023 KW - Laser beam welding KW - Laser energy distribution KW - Ray tracing KW - Numerical modeling PY - 2023 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-58475 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - El-Sari, B. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Verbesserung der Übertragbarkeit eines künstlichen neuronalen Netzes zur Qualitätsvorhersage beim Widerstandspunktschweißen von hochfesten Stählen N2 - Eine typische Automobilkarosserie kann bis zu 5000 Widerstandspunktschweißverbindungen aufweisen, welche hohen Qualitätsanforderungen genügen müssen. Daher ist eine durchgehende Prozessüberwachung unerlässlich. Die Transformation zur E-Mobilität in der Automobilindustrie und die damit einhergehende Reichweitenproblematik treiben die Entwicklung und Einführung neuer hochfester Stähle an. Dies resultiert in einem gesteigerten Fertigungsaufwand hinsichtlich einer stabilen Prozess-führung in der Fügetechnik. Um diesen Anstieg an Komplexität zu bewältigen, sind die Methoden der künstlichen Intelligenz ein geeignetes Mittel. Mit ihnen kann, durch Auswertung der Prozessparameter und -signale, die individuelle Schweißpunktqualität sichergesellt werden. Die Vorhersagegenauigkeit von neuen Daten, also das extrapolieren, stellt für die meisten Algorithmen eine große Herausforderung dar. In dieser Arbeit wird ein künstliches neuronales Netz zur Vorhersage des Punktdurchmessers von Widerstandspunktschweißungen anhand von Prozessparametern implementiert. Die Vorhersagegenauigkeit und Extrapolationsfähigkeit des Modells wird durch die Auswertung des dynamischen Widerstandssignals verbessert. Um die Extrapolationsfähigkeit zu untersuchen, wird die Vorhersagegenauigkeit des Modells mit Daten getestet, die sich in Bezug auf den Werkstoff und der Beschichtungszusammensetzung deutlich von den Trainingsdaten unterscheiden. Dazu wurden mehrere Schweißexperimente mit Werkstoffen verschiedener Hersteller durchgeführt und nur ein Teil der Daten in das Training einbezogen. Die Ergebnisse dieser Arbeit verdeutlichen den positiven Einfluss der Prozesssignale auf die Robustheit des Modells und die Skalierbarkeit der Algorithmen künstlicher neuronaler Netze auf Daten außerhalb des Trainingsraums. T2 - DVS Congress 2023 Große Schweißtechnische Tagung CY - Essen, Germany DA - 11.09.2023 KW - Widerstandspunktschweißen KW - Hochfester Stahl KW - Künstliche Intelligenz KW - Neuronales Netz KW - Fügequalität PY - 2023 SN - 978-3-96144-230-0 SP - 772 EP - 779 AN - OPUS4-58693 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - 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 -