TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Welding of in service hydrogen pipelines for repair and maintenance purposes Concepts and Challenges N2 - Hydrogen will make a decisive contribution to a sustainable large-scale energy supply, the transport of which will be based on long-distance pipeline grids. Previous material compatibility studies have shown that the currently used low-alloy pipe steels are generally suitable for hydrogen pipelines. However, this cannot be directly transferred to the case of repair welding. For technical and economic reasons, welding work on hydrogen pipelines in service is usually carried out during operation under continuous pressure and gas flow. In this context, concepts such as hot tapping and stoppling are well established in natural gas (NG) grids and crude oil transportation. In hot tapping, a pressurized pipeline is drilled by flanging a sealed, pressure-tight system consisting of a shut-off valve and drilling equipment. For this purpose, sleeves (made of preformed cylindrical half-shells) must be welded by longitudinal seams and then welded to the product-carrying pipeline by circumferential girth welds. Preheat temperatures of approximately 100 °C must be maintained for most manual metal arc (MMA) / shielded metal arc welding (SMAW) and 250 °C for the interpass temperature in multi-pass welding. This is particularly important for thin-walled pipelines because the austenitizing temperature is exceeded on the inside of the pipeline when the girth welds are welded. As a result, significantly higher hydrogen absorption in the pipeline steel is expected, with possible degradation of mechanical properties or cracking. T2 - MSE 2024: International Materials Science and Engineering Congress CY - Darmstadt, Germany DA - 24.09.2024 KW - Hydrogen KW - Repair welding KW - Pipelines KW - In-service PY - 2024 AN - OPUS4-61155 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Wasserstoffabhängige mechanische Eigenschaften der Schweißnahtgefüge niedriglegierter Stähle für Ferngasleitungen N2 - Der Vortrag stellt aktuelle Ergebnisse des Fosta-Forschungsprojektes P1668 vor. Ziel ist hier, die Wasserstoffresistenz geschweißter Mikrostrukturen gängiger und neuer Pipeline-Stählen zu untersuchen. Im Fokus stehen hierbei durch physikalische Simulation nachgebildete, schweißnahtähnliche Mikrostrukturen in Form von (1) Wärmeeinflusszonen mit unterschiedlicher Abkühlgeschwindigkeit und (2) angelassene Zonen zur Simulation der typischen Mehrlagenschweißungen. Aus diesen repräsentativen Mikrostrukturen werden Zugproben extrahiert welche elektrochemisch oder mit Druckwasserstoff beladen werden. Aus diesen wird dann eine Datenbasis der spezifischen mechanische Eigenschaften unter Wasserstoff bereitgestellt. Die so entwickelte, praxisorientierte Prüfstrategie ermöglicht die schnelle und zuverlässige Bewertung sowohl in Betrieb befindlicher als auch neuer Rohrleitungswerkstoffe. T2 - Herbstsitzung des DGM Arbeitskreises "Materialprüfung unter Wasserstoff" CY - Dortmund, Germany DA - 19.11.2024 KW - Wasserstoff KW - Pipeline KW - Mechanische Kennwerte KW - Schweißen KW - Prüfung PY - 2024 AN - OPUS4-61750 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Update on "Call for interested people to contribute to series of comprehensive papers on welding and joining of components for sustainable energy systems" N2 - Based on the initial call in March 2024, an update time-frame is introduced on the working plan for a comprehensive review paper series on joining and welding technologies for the manufacturing of components and parts used in sustainable energy generation, conversion, and transport with focus on hydrogen and wind energy. T2 - 77th IIW Annual Assembly and International Conference, Meeting of Commission II-A CY - Ixia, Rhodes, Greece DA - 07.07.2024 KW - Review paper KW - Research study KW - Hydrogen KW - Joining KW - Welding PY - 2024 AN - OPUS4-60674 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Unter Druck gesetzt: Die unterschätzte Bedeutung des In-Service-Schweißen für die Wasserstoffinfrastruktur der Zukunft N2 - Wasserstoff leistet als Energieträger der Zukunft einen entscheidenden Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung. Der Transport wird vorwiegend durch das europäische Ferngasleitungsnetz erfolgen. Bisherige Untersuchungen zeigen, dass bisher verwendete Rohrstähle grundsätzlich für den Wasserstofftransport geeignet sind. Diese Eignung ist nicht direkt auf Reparaturfragestellungen im Betrieb übertragbar, da Schweißungen aus technisch-ökonomischen Gründen oft unter fortwährendem Gasfluss durchgeführt werden. Ein im Erdgasnetz angewandtes Konzept ist das Anbohren druckführender Pipelines („Hot Tapping“). Dazu werden Zylinderhalbschalen zuerst durch Längs- und dann per Rohrrundnähten an die Pipeline geschweißt. Essenziell ist dabei die maßgeschneiderte Wärmeeinbringung, um das „Durchbrennen“ in die Pipeline zu vermeiden. Für zukünftige Wasserstoffpipelines liegt der Fokus u.a. auf dünnwandigen Leitungen. Im Gegensatz zu Erdgas, führen die beim Schweißen erreichten hohen Temperaturen an der Innenseite der Pipeline zu einer zusätzlichen Wasserstoffaufnahme in den Rohrstahl mit möglicher Materialdegradation. Zur praktischen Lösung der Fragestellung, sind internationale Aktivitäten im Gang. Diese umfassen bspw. die Möglichkeiten und Weiterentwicklung von realistischen Prüfkonzepten (u.a. durch maßstäbliche Bauteilversuche). Dazu untersucht die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in einem DVGW-geförderten Kooperationsprojekt zusammen mit den grossen Gasnetzbetreibern, die Frage der Übertragbarkeit der Schweißkonzepte der Erdgastechnik auf zukünftiger Wasserstoffpipelines. T2 - Herbstsitzung des DGM Arbeitskreises "Materialprüfung unter Wasserstoff" CY - Dortmund, Germany DA - 19.11.2024 KW - Wasserstoff KW - Pipeline KW - Reparaturschweißen KW - Komponententest PY - 2024 AN - OPUS4-61723 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Mente, Tobias T1 - Trapping and diffusion in high-pressure hydrogen charged CoCrFeMnNi high entropy alloy compared to austenitic steel 316L N2 - High entropy alloys (HEAs) have attracted considerable research attention as potential substitute materials for austenitic steels in high-pressure hydrogen environments. The corresponding hydrogen absorption, diffusion and trapping has received less scientific attention. Therefore, the CoCrFeMnNi-HEA was investigated and compared to an austenitic steel AISI 316L. Both were subjected to high-pressure hydrogen charging at 200 bar and 1000 bar. Thermal Desorption Analysis (TDA) was used to clarify the specific desorption behavior and hydrogen trapping. For this purpose, the underlying TDA spectra were analyzed in terms of a reasonable peak deconvolution into a defined number of peaks and the activation energies for the respective and predominant hydrogen trapping sites were then calculated. Both materials show comparable hydrogen diffusivity. However, there were significant differences in the absorbed hydrogen concentrations at both charging pressures. The calculated activation energies suggest strong hydrogen trapping in the CoCrFeMnNi-HEA. KW - High-entropy alloy KW - Hydrogen diffusion KW - Trapping KW - High-pressure charging KW - Thermal desorption analysis PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-611901 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.09.393 SN - 0360-3199 VL - 89 IS - 89 SP - 772 EP - 782 PB - Elsevier B.V. CY - Amsterdam, Netherlands AN - OPUS4-61190 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Preuß, Bianca A1 - Lindner, Thomas A1 - Hanisch, Niclas A1 - Giese, Marcel A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Richter, Tim A1 - Rhode, Michael A1 - Lampke, Thomas T1 - Surface Functionalization of Novel Work‐Hardening Multi‐Principal‐Element Alloys by Ultrasonic Assisted Milling N2 - The development of multi‐principal‐element alloys (MPEAs) with unique characteristics such as high work hardening capacity similar to well‐known alloy systems like Hadfield steel X120Mn12 (ASTM A128) is a promising approach. Hence, by exploiting the core effects of MPEAs, the application range of conventional alloy systems can be extended. In the present study, work‐hardening MPEAs based on the equimolar composition CoFeNi are developed. Mn and C are alloyed in the same ratio as for X120Mn12. The production route consists of cast manufacturing by an electric arc furnace and surface functionalization via mechanical finishing using ultrasonic‐assisted milling (USAM) to initiate work hardening. The microstructure evolution, the hardness as well as the resulting oscillating wear resistance are detected. A pronounced lattice strain and grain refinement due to the plastic deformation during the USAM is recorded for the MPEA CoFeNi‐Mn12C1.2. Consequently, hardness increases by ≈380 HV0.025 in combination with a higher oscillating wear resistance compared to the X120Mn12. This shows the promising approach for developing work‐hardening alloys based on novel alloy concepts such as MPEAs. KW - Electric arc furnace KW - Finish milling KW - High manganese steels KW - Multi-principal element alloy KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Work hardening PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-608008 DO - https://doi.org/10.1002/adem.202400339 SN - 1438-1656 SP - 1 EP - 12 PB - Wiley VHC-Verlag AN - OPUS4-60800 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Erxleben, Kjell A1 - Kaiser, Sebastian A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Kromm, Arne T1 - Reparaturschweißen zukünftiger, in Betrieb befindlicher Wasserstoffpipelines N2 - Wasserstoff leistet als Energieträger der Zukunft einen entscheidenden Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung, wobei der Transport auf Basis des europäischen Ferngasleitungsnetzes erfolgen wird. Bisherige Untersuchungen zur Werkstoffkompatibilität zeigen, dass die hier verwendeten, niedriglegierten Rohrstähle für Wasserstofftransport unter normalen Betriebsbedingungen (≤ 60 °C, max. 100 bar) grundsätzlich geeignet sind. Die Eignung kann nicht ohne Weiteres übertragen werden, sobald Reparaturschweißungen beispielsweise aufgrund von Wartungsarbeiten an druckführenden, in Betrieb befindlichen, Hochdruckgasleitungen erfolgen. Aus technisch-ökonomischen Gründen werden Schweißarbeiten dabei im Betrieb unter fortwährendem Druck und Gasfluss durchgeführt. Dies soll auch bei Wasserstoffpipelines erfolgen. Dazu im Erdgasnetz angewandte und etablierte Konzepte sind beispielsweise das „Hot-Tapping“ und „Stoppling“. Beim „Hot-Tapping“ wird eine druckführende Pipeline durch Anflanschen eines abgeschlossenen, druckdichten Systems aus Absperrventil und Bohrvorrichtung angebohrt. Dazu müssen sogenannte Überschieber (aus vorgeformten Zylinderhalbschalen) durch Längsnaht verbunden und dann mit Rohrrundnähten am Produktrohr verbunden werden. Für das zum überwiegenden Teil durchgeführte E-Hand-Schweißen sind dabei Vorwärmtemperaturen von ca. 100 °C bzw. 250 °C für die maximale Zwischenlagentemperatur einzuhalten. Besonderer Fokus liegt auf der Betrachtung dünnwandiger Leitungen, da hier beim Schweißen der Rundnähte die Austenitisierungstemperatur an der Innenseite der Pipeline überschritten wird. Dadurch wird eine signifikant höhere Wasserstoffaufnahme in den Leitungsstahl vermutet, mit einer möglichen Degradation der mechanischen Kennwerte bzw. Rissbildung. Durch die langen Schweiß- und Abkühlzeiten wird der Rohrleitungsstahl zudem teilweise stundenlang Temperaturen von bis zu 250 °C ausgesetzt. Neben der klassischen „Versprödung“ muss daher eventuell auch ein sogenannter Hochtemperatur-Wasserstoffangriff betrachtet werden. Diese vorliegende Studie gibt Einblick zur Übertragbarkeit der bekannten Konzepte aus der Erdgastechnik zum Reparaturschweißen. Dazu werden Möglichkeiten und Grenzen momentaner Prüfkonzepte sowie deren Weiterentwicklungen aufgezeigt. Dies umfasst bspw. geeignete Methodiken zur Werkstoffprüfung als auch skalierte Bauteilversuche unter realistischen Druckgas-Betriebsbedingungen einer Pipeline. In diesem Rahmen erfolgt auch die Kurzvorstellung des Kooperationsprojektes von BAM, DVGW und Ferngasnetzbetreibern „H2-SuD“ zum Einfluss der Temperaturführung und Rohrgeometrie auf die Wasserstoffaufnahme. T2 - DVS CONGRESS 2024 CY - Erfurt, Germany DA - 16.09.2024 KW - Reparaturschweißen KW - Pipeline KW - Wasserstoff KW - Im Betrieb PY - 2024 SN - 978-3-96144-269-0 VL - 395 SP - 341 EP - 349 AN - OPUS4-61478 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Reparaturschweißen von zukünftigen in Betrieb befindlichen Wasserstoff-Pipelines N2 - Wasserstoff leistet als Energieträger der Zukunft einen entscheidenden Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung. Der Transport wird vorwiegend durch das europäische Ferngasleitungsnetz erfolgen. Bisherige Untersuchungen zeigen, dass bisher verwendete Rohrstähle grundsätzlich für den Wasserstofftransport geeignet sind. Diese Eignung ist nicht direkt auf Reparaturfragestellungen im Betrieb übertragbar, da Schweißungen aus technisch-ökonomischen Gründen oft unter fortwährendem Gasfluss durchgeführt werden. Ein im Erdgasnetz angewandtes Konzept ist das Anbohren druckführender Pipelines („Hot Tapping“). Dazu werden Zylinderhalbschalen zuerst durch Längs- und dann per Rohrrundnähten an die Pipeline geschweißt. Essenziell ist dabei die maßgeschneiderte Wärmeeinbringung, um das „Durchbrennen“ in die Pipeline zu vermeiden. Für zukünftige Wasserstoffpipelines liegt der Fokus u.a. auf dünnwandigen Leitungen. Im Gegensatz zu Erdgas, führen die beim Schweißen erreichten hohen Temperaturen an der Innenseite der Pipeline zu einer zusätzlichen Wasserstoffaufnahme in den Rohrstahl mit möglicher Materialdegradation. Zur praktischen Lösung der Fragestellung, sind internationale Aktivitäten im Gang. Diese umfassen bspw. die Möglichkeiten und Weiterentwicklung von realistischen Prüfkonzepten (u.a. durch maßstäbliche Bauteilversuche). Dazu untersucht die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in einem DVGW-geförderten Kooperationsprojekt mit Gasnetzbetreibern, die Frage der Übertragbarkeit der Schweißkonzepte der Erdgastechnik auf zukünftiger Wasserstoffpipelines. T2 - DVS BV-Berlin / BAM Gemeinschaftsveranstaltung: Know-How-Transfer in der Fügetechnik: Forschung - Bildung - Fertigung CY - Berlin, Germany DA - 08.11.2024 KW - Schweißen KW - Wasserstoff KW - Pipelines KW - Hot-tapping KW - Bauteilversuch PY - 2024 AN - OPUS4-61589 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kaiser, Sebastian A1 - Rhode, Michael T1 - Repair welding of pressurized in-service hydrogen pipelines: A review on current challenges and strategies N2 - As energy carrier of the future, green hydrogen can make a decisive contribution to a sustainable energy supply. Particularly important is the decarbonization of heavy industry. Therefore, a reliable supply of hydrogen must be guaranteed. A hydrogen pipeline grid can achieve this purpose. In Europe concrete plans for a hydrogen pipeline grid already exist, as the so called “European Hydrogen backbone”. As building a completely new pipeline grid is economically not justifiable, a dual-way strategy of repurposing natural gas (NG) pipelines and newly built pipelines is intended. Long distance pipeline grids require regular maintenance and repairs. For NG pipelines in-service welding is state of the art. Concepts such as hot-tapping (drilling into pressurized pipelines) and “stoppling” (sealing off pipeline sections after installing bypasses or pressure relieves) allow the repair of damaged pipeline sections or the installation of new branches without shutting the pipeline down, which in most cases isn’t possible from an economic standpoint. The EIGA 121/14 guideline already pointed out in 2014 that “A hydrogen hot-tap shall not be considered a rou-tine procedure, […]”. This shows that the determination of the transferability of these repair concepts to hydrogen pipelines is of utmost importance. Due to the degrading effects of hydrogen on mechanical properties, commonly referred to as “hydrogen embrittlement” it is necessary to understand and investigate the occurring effects. In the special case of repair welding on in-service hydrogen pipelines an increased hydrogen uptake due to a large heat input and microstructural changes in the material needs to be considered. Therefore, material degradation must be investigated to determine whether modifications of repair procedures are necessary to ensure a reliable and safe hydrogen transportation via pipelines. For this reason, this paper gives an overview on existing weld repair concepts and its risks and limitations in terms of hydrogen absorption and possible embrittlement effects when transferred to hydrogen pipelines. The complexity lies in a large variety of materials (low alloyed steels), pipeline diameters and corresponding weld-ed joints. The material compatibility of materials in used (repurposed NG-pipelines) and new condition must be investigated. Particularly for repurposed/used pipelines the effect of a pre-matured/corroded inner surface and sometimes insufficient documentation of the material “history” needs to be considered. An overview on ongoing and completed R&D-projects with respect to repair concepts for hydrogen pipelines and hydrogen effects on pipeline materials is given. T2 - 77th IIW Annual Assembly and International Conference, Meeting of Commission II-A "Metallurgy of Weld Metals" CY - Ixia, Rhodes Island, Greece DA - 07.07.2024 KW - Hydrogen KW - Pipeline KW - In-Service Welding PY - 2024 AN - OPUS4-60757 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Kaiser, Sebastian T1 - Repair welding of pressurized in-service hydrogen pipelines: A review on current challenges and strategies N2 - As energy carrier of the future, green hydrogen can make a decisive contribution to a sustainable energy supply. In Europe concrete plans for a hydrogen pipeline grid already exist, as the so called “European Hydrogen backbone”. As building a completely new pipeline grid is economically not justifiable, a dual-way strategy of repurposing natural gas (NG) pipelines and newly built pipelines is intended. Long distance pipeline grids require regular maintenance and repairs. In that conection, for natural gas (NG) pipelines in-service welding is state of the art. Concepts such as hot-tapping (drilling into pressurized pipelines) and “stoppling” (sealing off pipeline sections after installing bypasses or pressure relieves) allow the repair of damaged pipeline sections or the installation of new branches without shutting the pipeline down. The EIGA 121/14 guideline already pointed out in 2014 that “a hydrogen hot-tap shall not be considered a routine procedure”. This shows that the determination of the transferability of these repair concepts to hydrogen pipelines is of utmost importance. Due to the degrading effects of hydrogen on mechanical proper-ties, commonly referred to as “hydrogen embrittlement” it is necessary to understand and investigate the occurring effects. In the special case of repair welding on in-service hydrogen pipelines an increased hydro-gen uptake due to a large heat input and microstructural changes in the material needs to be considered. For this reason, this paper gives an overview on existing weld repair concepts and its risks and limitations in terms of hydrogen absorption and possible embrittlement effects when transferred to hydrogen pipelines. The complexity lies in a large variety of materials (low alloyed steels), pipeline diameters and corresponding welded joints. The material compatibility of materials in used (repurposed NG-pipelines) and new condition must be investigated. Particularly for repurposed/used pipelines the effect of a pre-matured/corroded inner surface and sometimes insufficient documentation of the material “history” needs to be considered. An overview on ongoing and completed R&D-projects with respect to repair concepts for hydrogen pipelines and hydrogen effects on pipeline materials is given. T2 - 77th IIW Annual Assembly and International Conference, Meeting of Commission XI "Pressure Vessels and Piping" CY - Ixia, Rhodes, Greece DA - 07.07.2024 KW - Hydrogen KW - Repair welding KW - Pipelines KW - Study PY - 2024 AN - OPUS4-60673 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -