TY - CONF A1 - Fritzsche, André T1 - Laserstrahlschweißen dicker Stahlplatten mit elektromagnetischer Schmelzbadunterstützung N2 - - EM-Schmelzbadunterstützung auch auf ferromagnetische Werkstoffe übertragbar - Erfolgreiche Kompensation des hydrostatischen Drucks von bis zu 20 mm dicken Werkstücken aus Duplex- und Baustahl - Benötigte AC-Leistung ist geringer als bei austenitischem Stahl Ausweitung der Experimente: - Einsatz von Zusatzwerkstoff beim Schweißen mit Duplexstahl - Schweißen von praxisrelevanten Bauteilen - Verwendung anderer Werkstoffe (z.B. Rohrstahl X65) T2 - Assistentenseminar 2016 der Wissenschaftlichen Gesellschaft Fügetechnik e.V. im DVS CY - Hotel Bollmannsruh am Beetzsee, Brandenburg, Germany DA - 05.09.2016 KW - Laserstrahlschweißen KW - Dickblechanwendung KW - Ferromagnetischer Stahl KW - Schmelzbadunterstützung PY - 2016 AN - OPUS4-38386 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fritzsche, André A1 - Bachmann, Marcel A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Einsatz einer elektromagnetischen Schmelzbadstütze beim Laserstrahl-(Hybrid)schweißen dickwandiger Stahlbauteile N2 - Die experimentellen Untersuchungen innerhalb dieses Berichtes zeigen die erfolgreiche Anwendung einer elektromagnetischen Schmelzbadstütze beim Laser-strahl(hybrid)schweißen von ferromagnetischen Stäh-len mit einer Werkstückdicke von bis zu 20 mm. Bis-lang wurde dieses System zur Kompensation des hydrostatischen Druckes von Aluminiumlegierungen und austenitischen Stählen eingesetzt. Zunächst wur-den die Versuche an Duplexstählen vorgenommen, die jeweils zur Hälfte aus Austenit und Ferrit bestehen. Im Anschluss daran wurden die Versuche auf bis zu 20 mm dicke Werkstücke aus Baustahl erweitert. In-nerhalb der Versuchsreihen wurden die AC-Leistung sowie die Oszillationsfrequenz variiert. Für Werk-stückdicken von 15 mm war eine AC-Leistung von ca. 1 kW notwendig, um die Wurzelüberhöhung in die Bewertungsgruppe B der für laserstrahlgeschweißten Stähle gültigen DIN EN ISO 13919-1:1996-09 einord-nen zu können. Mit zunehmender AC-Leistung wird die Wurzelüberhöhung sukzessive reduziert. Nach erfolg-reicher Erweiterung auf ferromagnetische Werkstoffe wurde die Anwendung der Technologie für das Laser-strahlhybridschweißen demonstriert, indem praxisrele-vante Y-Nähte an 20 mm dicken Baustählen ohne Wurzelüberhöhung einlagig in Wannenlage geschweißt wurden. Trotz der Beeinflussung des Lichtbogens durch das oszillierende Magnetfeld sowie des zusätz-lich zum hydrostatischen Druck zu berücksichtigenden Lichtbogendruckes wurde eine ideale Kompensation auf der Wurzelseite erzielt. Die Erweiterung des Anwendungsspektrums der elekt-romagnetischen Schmelzbadstütze auf ferromagneti-sche Werkstoffe sowie auf das Laserstrahlhybrid-schweißen eröffnet für zukünftige industrielle Anwen-dungen ein großes Potenzial. Das einlagige Schwei-ßen dickwandiger Bauteile mittels Hochleistungslasern wird in Kombination mit der elektromagnetischen Schmelzbadstütze attraktiver. In nachfolgenden Un-tersuchungen wird der Einsatz der elektromagneti-schen Schmelzbadstütze beim Laserstrahlhybrid-schweißen von Pipelinestählen angestrebt, v. a. im Hinblick auf die Spaltüberbrückbarkeit und der me-chanisch-technologischen Eigenschaften der Schweißverbindungen. Zudem ist beim Schweißen von Duplexstählen der Einsatz von Zusatzwerkstoffen zu berücksichtigen, um das Gleichgewicht zwischen austenitischer und ferritischer Phasen zu stabilisieren. T2 - DVS Congress 2017 CY - Düsseldorf, Germany DA - 26.09.2017 KW - Elektromagnetische Schmelzbadunterstützung KW - Ferromagnetischer Stahl KW - Laserstrahl-(Hybrid)schweißen PY - 2017 SN - 978-3-96144-008-5 VL - 337 SP - 331 EP - 336 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-42312 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fritzsche, André T1 - Potenziale einer elektromagnetischen Schmelzbadbeeinflussung beim Laserstrahlschweißen N2 - EM-Schmelzbadunterstützung auch auf ferromagnetische Werkstoffe übertragbar Erfolgreiche Kompensation des hydrostatischen Drucks von bis zu 20 mm dicken Werkstücken aus Duplex- und Baustahl Erfolgreiche Porenreduktion beim Laserstrahlschweißen von Aluminium-Druckguss unter EM-Einfluss von bis zu 75 % Flächenanteil Entfernung von großvolumigen Poren aus dem Schmelzbad Einige kleine metallurgische Poren verbleiben im Schmelzbad aufgrund des Volumen-Flächenverhältnisses Restporosität ist abhängig vom Ausgangsgasgehalt im Grundmaterial T2 - DVS-Fachtagung "Innovationen der Fügetechnik in Berlin und Brandenburg 2018" CY - BAM, Berlin, Germany DA - 11.10.2018 KW - Laserstrahlschweißen KW - Elektromagnetische Schmelzbadbeeinflussung KW - Aluminium-Druckgusslegierung KW - Porenreduktion KW - Schmelzbadstütze KW - Ferromagnetischer Stahl KW - Oszillierendes Magnetfeld PY - 2018 AN - OPUS4-46307 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Fritzsche, André A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Teichmann, F. A1 - Pries, H. A1 - Dilger, K. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Improved degassing in laser beam welding of aluminum die casting by an electromagnetic field N2 - The paper describes an experimental investigation of the electromagnetic porosity reduction in partial penetration laser beam welding of 6 mm thick aluminum die casting AlSi9MnMg. The Investigation reveals that the usage of an electromagnetic field leads to a significant reduction of the porosity as well as to a surface smoothing of aluminum die casting. Based on the reference case without an electromagnetic influence, the porosity area was reduced gradually up to 76%. Metallurgical pores as well as process pores were removed from the weld pool. Also the weld reinforcement was improved up to 78%. Best results were reached with a frequency of 4325 Hz and a magnetic flux density of 348 mT. Although a complete prevention of porosity was not achieved, the best weld seam reached a high quality and can be ranked in valuation group B of DIN EN ISO 13919-2:2001–12. KW - Laser beam welding KW - Die-cast aluminum KW - Porosity reduction KW - Electromagnetic influence PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2017.10.021 SN - 0924-0136 VL - 253 SP - 51 EP - 56 PB - Elsevier CY - Amsterdam AN - OPUS4-42767 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fritzsche, André A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Teichmann, F. A1 - Pries, H. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Electromagnetic porosity Reduction in Laser Beam Welding of Die-Cast Aluminum Alloy N2 - The present paper investigates the electromagnetic porosity reduction in partial penetration laser beam welding of 6 mm aluminum die casting AlSi9MnMg. Applying an electromagnetic field, a significant reduction of the porosity as well as smoothing of the surface of aluminum die casting can be observed. Starting from the reference case without an electromagnetic support, the porosity was reduced by 76 %. Especially big pores can be removed from the weld pool effectively due to their beneficial volume-to-area ratio whereas very small metallurgical pores tend to remain within the weld pool even when higher magnetic flux densities are applied. T2 - Lasers in Manufacturing Conference 2017 CY - Munich, Germany DA - 26.06.2017 KW - Laser beam welding KW - Die-cast aluminum KW - Porosity reduction KW - Electromagnetic influence PY - 2017 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-41244 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Üstündag, Ö. A1 - Fritzsche, André A1 - Avilov, V. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Study of gap and misalignment tolerances at hybrid laser arc welding of thick-walled steel with electromagnetic weld pool support system N2 - The hybrid laser arc welding (HLAW) process provides many advantages such as improved gap bridgeability, deep penetration and misalignment of edges, that is why the process is used increasingly in industrial applications e.g. shipbuilding, power plant industry and line-pipe manufacturing. The obvious encountered problem for single pass welding in flat position is the gravity drop-out at low welding velocities. With the usage of an electromagnetic weld pool support system, which is based on generating Lorentz forces within the weld pool, wide seams followed by reduced welding velocities could be achieved in this study leading to the realization of a gap bridgeability up to 1 mm, misalignment of edges up to 2 mm and a single pass weld up to 28 mm thickness with a 20-kW fibre laser. These developments expand the boundaries of the HLAW process for different industrial applications. As a result, less accurate preparation of the edges would be sufficient, which saves time for manufacturing. KW - Hybrid laser-arc welding KW - Electromagnetic weld pool support system KW - Thick-walled steel KW - Gap bridgeability KW - Single pass welding KW - Misalignment of edges PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-468263 DO - https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.08.016 SN - 2212-8271 VL - 74 SP - 757 EP - 760 PB - Elsevier AN - OPUS4-46826 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Fritzsche, André A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Rethmeier, Michael T1 - Influence of welding parameters on electromagnetic supported degassing of die-casted and wrought aluminum N2 - Laser beam welding of aluminum die casting is challenging. A large quantity of gases (in particular, hydrogen) is absorbed by aluminum during the die-cast manufacturing process and is contained in the base material in solved or bound form. After remelting by the laser, the gases are released and are present in the melt as pores. Many of these metallurgic pores remain in the weld seam as a result of the high solidification velocities. The natural (Archimedean) buoyancy is not sufficient to remove the pores from the weld pool, leading to process instabilities and poor mechanical properties of the weld. Therefore, an electromagnetic (EM) system is used to apply an additional buoyancy component to the pores. The physical mechanism is based on the generation of Lorentz forces, whereby an electromagnetic pressure is introduced into the weld pool. The EM system exploits the difference in electrical conductivity between poorly conducting pores (inclusions) and the comparatively better conducting aluminum melt to increase the resulting buoyancy velocity of the pores. Within the present study, the electromagnetic supported degassing is investigated in dependence on the laser beam power, welding velocity, and electromagnetic flux density. By means of a design of experiments, a systematic variation of these parameters is carried out for partial penetration laser beam welding of 6mm thick sheets of wrought aluminum alloy AlMg3 and die-cast aluminum alloy AlSi12(Fe), where the wrought alloy serves as a reference. The proportion of pores in the weld seams is determined using x-ray images, computed tomography images, and cross-sectional images. The results prove a significant reduction of the porosity up to 70% for both materials as a function of the magnetic flux density. T2 - ICALEO 2019 CY - Orlando, FL, USA DA - 07.10.2019 KW - Laser beam welding KW - Electromagnetic supported degassing KW - Die-casted aluminum PY - 2020 DO - https://doi.org/10.2351/7.0000064 VL - 32 IS - 2 SP - 022031-1 EP - 022031-8 PB - AIP Publishing AN - OPUS4-50728 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Avilov, Vjaceslav A1 - Fritzsche, André A1 - Bachmann, Marcel A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Full penetration laser beam welding of thick duplex steel plates with electromagnetic weld pool support N2 - Full penetration high power bead-on-plate laser beam welding tests of up to 20 mm thick 2205 duplex steel plates were performed in PA position. A contactless inductive electromagnetic (EM) weld pool support system was used to prevent gravity drop-out of the melt. Welding experiments with 15 mm thick plates were carried out using IPG fiber laser YLR 20000 and Yb:YAG thin disk laser TruDisk 16002. The laser power needed to achieve a full penetration was found to be 10.9 and 8.56 kW for welding velocity of 1.0 and 0.5 m min−1, respectively. Reference welds without weld pool support demonstrate excessive root sag. The optimal value of the alternating current(AC) power needed to completely compensate the sagging on the root side was found to be ≈1.6 kW for both values of the welding velocity. The same EM weld pool support system was used in welding tests with 20 mm thick plates. The laser beam power (TRUMPF Yb:YAG thin disk laser TruDisk 16002) needed to reach a full penetration for 0.5 m min−1 was found to be 13.9 kW. Full penetration welding without EM weld pool support is not possible—the surface tension cannot stop the gravity drop-out of the melt. The AC power needed to completely compensate the gravity was found to be 2 kW. KW - Electromagnetic weld pool control KW - Duplex stainless steel KW - Laser beam welding KW - Full penetration welding PY - 2016 DO - https://doi.org/10.2351/1.4944103 SN - 1042-346X SN - 1938-1387 VL - 28 IS - 2 SP - 022420-1 EP - 022420-7 PB - American institute of physics CY - Woodbury, NY, USA AN - OPUS4-35668 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fritzsche, André T1 - High power laser beam welding of thick-walled ferromagnetic steels with electromagnetic weld pool support N2 - The paper describes an experimental investigation of high power laser beam welding with an electromagnetic weld pool support for up to 20 mm thick plates made of duplex steel (AISI 2205) and mild steel (S235JR). The results of the welding tests show a successful application of this technology at ferromagnetic metals. Irregular sagging was suppressed successfully. An ac-power of less than 2 kW at oscillation frequencies between 800 Hz and 1.7 kHz is necessary for a full compasation of the hydrostatic pressure. Thus, it was demonstrated that the electromagnetic weld pool support is not only limited to non-ferromagnetic metals like austenitic steels. For future studies with duplex steel, the use of filler material has to take into account with regard to the balance of the mixed austenitic and ferritic phases. T2 - LANE - 9 International Conference on Photonic Technologies CY - Fürth, Germany DA - 19.09.2016 KW - Laser beam welding KW - Thick-walled steel KW - Ferromagnetic steel KW - Weld pool support PY - 2016 AN - OPUS4-37772 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fritzsche, André A1 - Avilov, Vjaceslav A1 - Bachmann, Marcel A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Rethmeier, Michael T1 - Laserstrahlschweißen dicker Stahlplatten mit elektromagnetischer Schmelzbadunterstützung N2 - Das bislang zur Vermeidung unzulässiger Wurzelüberhöhungen beim Laserstrahlschweißen von Aluminiumlegierungen bzw. austenitischem Stahl eingesetzte Verfahren der elektromagnetischen Schmelzbadstütze konnte innerhalb der vorliegenden Untersuchung erfolgreich zur Kompensation des hydrostatischen Druckes von ferromagnetischen Stählen übertragen werden. Es wurden dabei Laserstrahlschweißversuche in PA-Position an bis zu 20 mm dickem Duplexstahl 1.4462 sowie Baustahl S235JR durchgeführt. Unter konstanten Schweißparametern wurden Durchschweißungen generiert. Dem hydrostatischen Druck wurde unter Verwendung der Technologie zur elektromagnetischen Schmelzbadunterstützung durch Variation der Oszillationsfrequenz und der AC-Leistung des Magnetsystems entgegengewirkt. Zunächst konzentrierten sich die Versuche auf den Duplexstahl 1.4462, welcher jeweils aus 50 % Ferrit und Austenit besteht. Hierbei konnte festgestellt werden, dass zur idealen Kompensation von 15 mm bei einer Frequenz von 1,7 kHz eine AC-Leistung von 1,6 kW erforderlich ist, die Schweißnähte aber bereits bei einer AC-Leistung von ca. 0,8 kW in die Bewertungsgruppe B der DIN EN ISO 13919-1:1996-09 eingeordent werden können. Zur idealen Kompensation des hydrostatischen Druckes bei 20 mm dickem Duplexstahl war eine um 20 % höhere AC-Leistung notwendig. Im Anschluss an die Versuche mit dem Duplexstahl wurden die Untersuchungen auf bis zu 20 mm dicke Proben aus Baustahl S235JR erweitert. Für 15 mm konnten die Schweißnähte bei einer Frequenz von 1,7 kHz ab einer AC-Leistung von 1,3 kW in die Bewertungsgruppe B eingeordnet werden. Zur idealen Kompensation von 20 mm dickem Baustahl war eine AC-Leistung von 1,6 kW bei einer Frequenz von 636 Hz nötig. Mit steigender AC-Leistung konnte in allen Versuchsreihen eine sukzessive Verringerung der Wurzelüberhöhung demonstriert werden. T2 - Assistentenseminar 2016 der Wissenschaftlichen Gesellschaft Fügetechnik e.V. im DVS CY - Paewesin, Germany DA - 05.09.2016 KW - Elektromagnetische Schmelzbadunterstützung KW - Laserstrahlschweißen KW - Ferromagnetischer Stahl PY - 2018 SN - 978-3-96144-025-2 VL - 339 SP - 38 EP - 43 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-44302 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -