TY - JOUR A1 - Fritzsche, André A1 - Avilov, Vjaceslav A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Rethmeier, Michael T1 - High power laser beam welding of thick-walled ferromagnetic steels with electromagnetic weld pool support JF - Physics procedia 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. KW - Laser beam welding KW - Thick-walled steel KW - Ferromagnetic steel KW - Weld pool support PY - 2016 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-377593 DO - https://doi.org/10.1016/j.phpro.2016.08.038 SN - 1875-3892 VL - 83 SP - 362 EP - 372 PB - Elsevier CY - Amsterdam [u.a.] AN - OPUS4-37759 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 T2 - 37. Assistentenseminar Füge- und Schweißtechnik 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 - 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 JF - Journal of Laser Applications 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 - CONF A1 - Fritzsche, André A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Rethmeier, Michael T1 - Influence of welding parameters on electromagnetic supported degassing of die-casted and wrought aluminum T2 - 2019 ICALEO Conference Proceedings N2 - The paper describes a systematic investigation of the EM influenced laser beam welding of the aluminum die casting alloy AlSi12(Fe) in comparison to a reference material, a wrought aluminum alloy AlMg3. By using of a face centred CCD test plan, the influencing variables laser power, welding velocity and magnetic flux density are varied with regard to their influence on the remaining porosity. The global pore fraction of the weld seams was analyzed by X-ray images with ImageJ. This enabled a qualitatively very good regression model to be derived for the respective material, which identifies the dominant influencing variables. The results prove, statistically verified, for the investigated parameter range, that - the magnetic flux density is the main cause for the porosity reduction, - the porosity rises with increasing laser power the porosity in the weld seams rises, - the influence of the welding velocity is negligible, - the pore quantity in wrought alloy is more strongly minimized by the magnetic flux density than in die casting, - the porosity decreases due to the EM influence by approx. 70 % compared to the unaffected welds. This effect is emphasized by the contour line charts, which illustrate the relationship between laser power and magnetic flux density. With the exception of the quadratic influence of B at the wrought alloy, the statistical correlation shows a linear development of the respective influence variables for both aluminum alloys. In order to investigate these deviations, further simulations with a focus on weld pool geometry and weld pool flow are to be performed. In addition, the welding results can be classified in accordance with DIN EN ISO 13919-2 in the highest evaluation group B for AlMg3 and in evaluation group C for AlSi12(Fe) by applying a magnetic flux density of 350 mT. The analysis of the CT images at constant laser power and welding velocity allows a direct comparison both between the two alloys and also as a function of the magnetic flux density with regard to the number and size of pores. An increase in the magnetic flux density leads to a significant decrease in the number and volume of pores, which can be seen more clearly in wrought alloy than in die casting. Very acceptable results can be achieved for both materials and different welding parameters. This successfully demonstrates the desired process robustness and functionality of the EM system for practical applications. For subsequent investigations of overlap joints, the lowest possible laser power and a high magnetic flux density are recommended. T2 - 38th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics CY - Orlando, FL, USA DA - 07.10.2019 KW - AISI D2 KW - Laser implantation KW - Surface texturing KW - TiB2 PY - 2019 SN - 978-1-940168-1-42 SP - Paper Macro 1202 AN - OPUS4-50009 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - 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 T2 - Lasers in Manufacturing Conference 2017 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 - 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 JF - Journal of materials processing technology 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 - Bachmann, Marcel A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Einsatz einer elektromagnetischen Schmelzbadstütze beim Laserstrahl-(Hybrid)schweißen dickwandiger Stahlbauteile T2 - DVS Congress 2017 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 A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Rethmeier, Michael T1 - Elektromagnetische Porenreduktion beim Laserstrahlschweißen von Aluminium-Druckgusslegierungen T2 - 38. Assistentenseminar Füge- und Schweißtechnik N2 - Innerhalb der vorliegenden Untersuchung wurde ein elektromagnetisches Schmelzbadbeeinflussungssys-tem zur Reduktion des Porenanteils beim Laserstrahlschweißen von Aluminium-Druckguss verwendet. Hierbei wird der Unterschied der elektrischen Leitfähigkeiten zwischen Gas- bzw. Lufteinschlüssen und geschmolzenem Aluminium gezielt genutzt, um die im Schmelzbad eingeschlossenen Poren während des Laserstrahlprozesses zur Oberfläche zu verdrängen. Die dafür erforderlichen Lorentzkräfte werden durch ein oszillierendes Magnetfeld erzeugt. Bei den Laserstrahlschweißversuchen handelt es sich um Ein-schweißungen in Wannenlage (PA-Position) von 6 mm dickem Aluminium-Druckguss AC-AlSi9MnMg. Über einen zuvor optimierten Laserschweißprozess wurde durch zusätzlichen Einsatz eines elektromag-netischen Feldes dessen Wirkung hinsichtlich des Porengehaltes und der Oberflächenrauheit untersucht. Die Auswertung der Schweißnähte erfolgte anhand von Querschliffaufnahmen, Röntgenbildern sowie Computer-Tomographie (CT) Aufnahmen. In Abhängigkeit von der verwendeten magnetischen Fluss-dichte konnte eine Reduktion des Porenanteils von bis zu 75 % erzielt werden, wobei vor allem großvolu-mige Poren erfolgreich aus dem Schmelzbad entfernt werden konnten. Zudem konnte eine Reduktion der Oberflächenrauigkeit von ebenfalls bis zu 75 % erreicht werden. T2 - Assistentenseminar 2017 der Wissenschaftlichen Gesellschaft Fügetechnik e.V. im DVS CY - Rabenau bei Dresden, Sachsen, Germany DA - 06.09.2017 KW - Laserstrahlschweißen KW - Aluminium-Druckguss KW - Auftriebskräfte KW - Elektromagnetische Porenreduktion PY - 2019 SN - 978-3-96144-028-3 VL - 342 SP - 103 EP - 110 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-47622 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -