TY - JOUR A1 - Zerbst, Uwe A1 - Beretta, S. A1 - Köhler, G. A1 - Lawton, A. A1 - Vormwald, M. A1 - Beier, H.T. A1 - Klinger, Christian A1 - Cerný, I. A1 - Rudlin, J. A1 - Heckel, Thomas A1 - Klingbeil, Dietmar T1 - Safe life and damage tolerance aspects of railway axles - A review N2 - The paper gives an overview on safe life and damage tolerance methods applied to railway axles. It describes failure scenarios due to fatigue crack initiation and propagation. Besides common aspects of design, specific features such as corrosion and impact damage from flying ballast are discussed which may reduce the fatigue strength of axles during service. Potential effects of non-metallic inclusions from the steel manufacturing process are addressed in the context of the very high number of loading cycles railway axles are designed for. With respect to damage tolerance general lines of fracture mechanics residual lifetime analyses are introduced. More specific discussion is provided on aspects such as the threshold value of fatigue crack propagation and reliability aspects of non-destructive inspection. KW - Railway axle KW - Safe life design KW - Damage tolerance KW - Fatigue strength KW - Fatigue crack propagation KW - Inspection intervals PY - 2013 DO - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2012.09.029 SN - 0013-7944 SN - 1873-7315 VL - 98 SP - 214 EP - 271 PB - Elsevier Science CY - Kidlington AN - OPUS4-27779 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Stadthaus, Meinhard A1 - Thomas, Hans-Martin A1 - Baugatz, J. A1 - König, W. A1 - Migoun, N. A1 - Gnusin, A. T1 - Performance testing of detection media for magnetic particle and penetrant testing following the European standards T2 - Congrès COFREND 2001 CY - Reims, France DA - 2001-04-24 PY - 2001 SP - 1(?) EP - 6(?) PB - COFREND CY - Paris AN - OPUS4-1123 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Stadthaus, Meinhard A1 - Thomas, Hans-Martin A1 - König, W. A1 - Baugatz, J. A1 - Migoun, N. A1 - Gnusin, A. T1 - Ermittlung der Eignung von Prüfmitteln für die Eindring- und Magnetpulverprüfung nach dem europäischen Normwerk T2 - Jahrestagung Zerstörungsfreie Materialprüfung 2001 CY - Berlin, Deutschland DA - 2001-05-21 PY - 2001 UR - http://www.ndt.net/article/dgzfp01/papers/p39/p39.htm N1 - Serientitel: Berichtsband / Deutsche Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung e. V. – Series title: Berichtsband / Deutsche Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung e. V. IS - 75-CD PB - DGZfP CY - Berlin AN - OPUS4-1302 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Thomas, Hans-Martin A1 - Stadthaus, Meinhard A1 - Baugatz, J. A1 - König, W. A1 - Migoun, N. P. A1 - Prokhorenko, P. P. A1 - Gnusin, A. B. T1 - Reproducibility Problem for the Procedure of Type Testing of Liquid Penetrants N2 - Apparently that the type testing procedure should be conducted under the conditions ensuring reproducibility of its outcomes. We investigated various factors effecting upon the reproducibility. To obtain quantitative characteristics of indication’s visibility the image-processing hard-and software were used. It was established that there are two main groups of these factors. The first depends on the differences between various test panels, which are used for type testing. The second one concerns the reproducibility of some stages of penetrant testing procedure (excess penetrant removing and developer application). The recommendations to increase the reproducibility of type testing are developed and illustrated experimentally. The determination of penetrant system sensitivity as a part of type testing should be conducted ensuring reproducibility of the result. We investigated some factors effecting the reproducibility. To obtain quantitative characteristics of indication’s visibility, an image processing system was used [1]. We used 3 different sets of reference blocks (rb1, rb2, rb3) corresponding to type 1 of EN ISO 3452-3 [2]. Two fluorescent penetrants with different sensitivities and the same wet solvent developer were used. It was established that the reproducibility of type testing is influenced by mainly two principal factors. First there are the differences between reference blocks. Second one concerns the reproducibility of penetrant testing procedure, especially excess penetrant removal and developer application. According to EN ISO 3452-3 a reference block for determination of sensitivity level of fluorescent penetrants consists of a set of three nickel-chrome plated panels with 10, 20 and 30 µm plating thickness. Transverse cracks are made in each panel by stretching the panels in the longitudinal direction and width to depth ratio of the cracks should be approximately 1/20. Each panel presents a certain sensitivity level, which is characterised by the level of visibility of the indication. The highest level 3 corresponds to the panel with 10 µm thickness plating. Each panel is cut longitudinally (perpendicular to the crack) so that 2 sheets (panels A and B) with nearly the same cracks will be produced. These panels A and B of a reference block are used for relative evaluation, for example to compare sensitivities of two penetrants. It is considered that the application of the same penetrant to both panels with subsequent adequate development results in the same visibility of the indications on these panels. Quantitative correlations between the abilities of the reference blocks used for determining of the sensitivity were obtained in our investigations. We used the relations between the measured values of light-fluxes from the indications of similar comparing areas on two panels. These indications correspond to certain cracks’ parts of the same total length on both comparing areas. The relations of the steps between the panel are responsible for the definition of the sensitivity groups. From our investigations it follows that the steps of the different sets are different. Besides it was established that the indication‘s visibility for the same penetrant applied on different reference blocks might have a considerable difference depending on the penetrant sensitivity: the higher penetrant’ sensitivity, the smaller is such a difference between the steps 30/20 and 20/10. For example, for rb3 the relations 30/20 and 20/10 for lower sensitive penetrant (I1) reached factor 3 comparing with factor 2 for higher sensitive penetrant (I2). Some results of the comparison between the 3 sets (rb1, rb2, rb3) investigations are summarised in Table 1 with rb1 as a reference. T2 - 8th ECNDT CY - Barcelona, Spain DA - 2002-06-17 PY - 2002 UR - http://www.ndt.net/article/ecndt02/199/199.htm VL - 8 SP - 1(?) EP - 5(?) PB - European Federation for Non-Destructive Testing CY - Barcelona AN - OPUS4-1396 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Gross, Thomas A1 - Unger, Wolfgang A1 - Patscheider, J. T1 - Quantitative surface chemical analysis of stainless steel 1.4301 using Surface Science Instruments XPS spectrometers: report on an interlaboratory comparison N2 - Results of an interlaboratory comparison of XPS data obtained with stainless steel are presented. Only one photoelectron spectrometer model was used. The stainless-steel sample surfaces were analysed in different states by XPS: as received, after sputtering to I(C 1s)/I(Fe 2p3/2) 0.025 and after removing a chromium-enriched oxide layer following a certain protocol. The Fe, Cr and Ni elemental concentrations were evaluated from the respective XPS data submitted by the participants of the interlaboratory test experiment. Total means, repeat standard deviations (sr) and reproducibility standard deviations (sR) are presented. The best reproducibility standard deviations were obtained for the XPS analysis after removal of a chromium-enriched oxide layer and quantification of the XPS intensities without taking the contamination elements of carbon and oxygen into account. The absolute reproducibility standard deviation of the elemental concentrations in that case is as small as 1.1-1.5 at.%. This gives 2%, 6% and 16% for the relative reproducibility standard deviation of the concentrations of iron, chromium and nickel, respectively. The total means of the iron, chromium and nickel concentrations finally obtained agree within 2sR with bulk values determined by wavelength-dispersive x-ray fluorescence spectroscopy. Comparison to an earlier interlaboratory test experiment shows that using only one model of photoelectron spectrometer reduces the reproducibility standard deviations efficiently. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd. KW - XPS KW - ESCA KW - Quantitative surface chemical analysis KW - Stainless steel KW - Interlaboratory comparison PY - 2002 DO - https://doi.org/10.1002/sia.1229 SN - 0142-2421 SN - 1096-9918 VL - 33 IS - 5 SP - 426 EP - 432 PB - Wiley CY - Chichester AN - OPUS4-1409 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Almagro, J.-F. A1 - Busch, P. A1 - Gohil, D. D. A1 - Heikinheimo, E. A1 - Karduck, P. A1 - Richter, S. A1 - Sloof, W. G. A1 - Thiot, J.-F. A1 - Wirth, Thomas T1 - Electron-Probe MICROanalysis of LighT Elements - Measurement Methods and Certified Reference Materials (MICROLITE) PY - 2002 IS - 65 SP - 1 EP - 156 PB - National Physical Laboratory CY - Teddington, Middlesex AN - OPUS4-1911 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Müller-Rochholz, J. A1 - Bronstein, Z. A1 - Schröder, Hartmut A1 - Rybak, Thomas A1 - Zeynalov, Eldar A1 - v. Maubeuge, K. P. ED - Delmas, P. T1 - Long-term behaviour of geosynthetic drains - excavations on landfills after up to 12 years service T2 - 7th International Conference on Geosynthetics (ICG) CY - Nice, France DA - 2002-09-22 PY - 2002 SN - 90-5809-525-8 VL - 2 SP - 565 EP - 568 PB - Balkema CY - Lisse AN - OPUS4-1902 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Arnold, M. A1 - Katzmann, J. A1 - Naik, Aakash A1 - Görne, A. L. A1 - Härtling, Thomas A1 - George, Janine A1 - Schuster, C. T1 - Investigations on electron beam irradiated rare-earth doped SrF2 for application as low fading dosimeter material: Evidence for and DFT simulation of a radiation-induced phase N2 - A recent approach to measure electron radiation doses in the kGy range is the use of phosphors with an irradiation dose-dependent luminescence decay time. However, the applicability of the previously investigated material NaYF4:Yb3+,Er3+ is limited as it shows pronounced fading. Therefore, in this work, a modified SrF2 synthesis is presented that results in SrF2 nanoparticles codoped with Yb and either Er, Hm, or Tm. To assess their suitability as dosimeter material, dose response, as well as its degree of fading over 50 up to 140 days after irradiation were measured. Fading rates as small as 5% in SrF2:Er,Yb and 4% in SrF2:Ho,Yb were derived, which are comparable to established dosimeter materials. A combination of spectroscopy, diffraction and DFT calculations was used to elucidate the effect of irradiation, pointing towards the formation of a secondary phase of Yb2+ that we predict could be Yb2OF2. This irreversible formation of a secondary phase is considered to be the explanation for the low fading behavior in SrF2-based phosphors compared to NaYF4:Yb, Er, a highly attractive feature for electron beam dosimetry. KW - DFT KW - Structure prediction PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-554115 DO - https://doi.org/10.1039/D2TC01773C SN - 2050-7526 VL - 10 IS - 32 SP - 11579 EP - 11587 PB - RSC CY - London AN - OPUS4-55411 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Dixneit, Jonny A1 - Vollert, F. A1 - Kromm, Arne A1 - Gibmeier, J. A1 - Hannemann, Andreas A1 - Fischer, Tobias A1 - Kannengießer, Thomas T1 - In situ analysis of the strain evolution during welding using low transformation temperature filler materials N2 - Compared to conventional welding consumables using low transformation temperature (LTT) filler materials is an innovative method to mitigate tensile residual stresses due to delayed martensite transformation of the weld. For the effective usage of LTT filler materials, a deeper understanding of the complex processes that lead to the final residual stress state during multipass welding is necessary. Transformation kinetics and the strain evolution of multi-pass welds during welding were investigated in situ at the beamline HEMS@PETRAIII, Germany. Compared to conventional welds, the total strain was reduced and compression strain was achieved when using LTT filler materials. For an optimal use of the LTT effect in the root of multi-pass welds, the alloying concept must be adapted taking care of dilution. KW - Low transformation temperature filler materials KW - Synchrotron diffraction KW - Phase transformation KW - Multi-pass welding KW - ADXRD PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1080/13621718.2018.1525150 SN - 1362-1718 SN - 1743-2936 VL - 24 IS - 3 SP - 243 EP - 255 PB - Taylor & Francis AN - OPUS4-46039 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne A1 - Dixneit, Jonny A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Hensel, J. A1 - Eslami-Chalandar, H. A1 - Nitschke-Pagel, T. A1 - Dilger, K. T1 - Schwingfestigkeitsverbesserung hochfester Schweißverbindungen mit Hilfe neuartiger LTT-Zusatzwerkstoffe N2 - Die Verwendung von LTT-Zusatzwerkstoffen stellt einen alternativen Ansatz zu den sonst üblichen Verfahren der Schweißnahtnachbehandlung zur Schwingfestigkeitserhöhung geschweißter Stahlkonstruktionen dar. Der wesentliche Wirkmechanismus beruht auf der Beeinflussung des Eigenspannungszustands durch die niedrige Martensitstarttemperatur bereits während des Schweißens. Dadurch werden die Druckeigenspannungen aus der behinderten Volumenausdehnung infolge Phasenumwandlung voll wirksam. Weiter weist die Schweißnaht eine hohe Härte auf, die die Schwingrissbildung verzögern kann, allerdings auch zu einer niedrigen Kerbschlagarbeit führt. Im ersten Teil dieses Beitrages werden grundlegende Untersuchungen zur schweißtechnischen Verarbeitung eines LTT-Zusatzwerkstoffes präsentiert. Dies beinhaltet zunächst die Sicherstellung der Schweißbarkeit sowie die Charakterisierung der Schweißgefüge und deren Härte mit dem Ziel, reproduzierbare Verbindungseigenschaften für die nachfolgende Schwingfestigkeitsprüfung herzustellen. Der zweite Teil des Beitrages beschäftigt sich mit den dazugehörigen Schwingfestigkeitsuntersuchungen an den Stählen S355J2 und S960Q unter Verwendung konventioneller Zusatzwerkstoffe im Vergleich zum LTT-Zusatz. Das verwendete Schweißdetail ist eine Verbindungsschweißung am Stumpfstoß unter Variation der Schweißnahtausführung (DY-Naht und V-Naht). Weitergehend wird eine bauteilähnliche Probe (die Längssteife) untersucht, bei der der LTT-Zusatzwerkstoff als zusätzliche Schweißlage aufgebracht wurde. Neben der Schwingfestigkeit werden die Schweißnähte hinsichtlich der Eigenspannungen, der Eigenspannungsstabilität im Schwingversuch sowie metallografisch charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen, dass LTT-Zusatzwerkstoffe unter Einhaltung wesentlicher Konstruktionsrichtlinien zu einem deutlichen Anstieg der Schwingfestigkeit führen. Dadurch kann das Leichtbaupotential hochfester Stahlgüten genutzt werden. T2 - DVS Congress CY - Friedrichshafen, Germany DA - 17.09.2018 KW - Schweißen KW - Eigenspannungen KW - Schwingfestigkeit KW - LTT PY - 2018 SN - 978-3-96144-036-8 VL - 344 SP - 231 EP - 238 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-45984 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Hensel, J. A1 - Wandtke, Karsten A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Einfluss von Wärmeführung und Bauteildesign auf die Eigenschaften und fertigungsbedingten Beanspruchungen additiv geschweißter hochfester Feinkornbaustähle N2 - Hochfeste Feinkornbaustähle verfügen über großes Potenzial für gewichtsoptimierte, effiziente Strukturen in vielen modernen Stahlkonstruktion. Weitere Effizienzsteigerungen können durch additives Fertigen sowie bionische Bauweisen erreicht werden. Hochfeste Zusatzwerkstoffe für additives MSG-Schweißen (engl.: Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM) sind bereits von den Schweißzusatzherstellern lieferbar. Eine breite industrielle Anwendung insbesondere für KMU ist aufgrund fehlender quantitativer Erkenntnisse und Richtlinien bezüglich schweißbedingter Beanspruchungen und Bauteilsicherheit während der Herstellung und des Betriebs derzeit stark limitiert. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt (FOSTA-P1380/IGF21162BG) der BAM und der TU Chemnitz werden daher die mit Eigenspannungsausbildung und der Gefahr einer Kaltrissbildung verbundenen prozess- und werkstoffbedingten sowie konstruktiven Einflüsse beim WAAM hochfester Stähle untersucht. Der vorliegende Beitrag fokussiert die Analyse der Auswirkungen von Schweißwärmeführung und Design der WAAM-Bauteile auf die Abkühlbedingungen, Gefüge, mechanisch-technologischen Eigenschaften und Eigenspannungen. Hierfür werden geometrisch definierte Probenkörper (Hohlquader) vollautomatisiert mit einem speziellen, hochfesten WAAM-Massivdraht (Streckgrenze >790 MPa) geschweißt. Die Wärmeführung und Probenabmessungen werden innerhalb eines statistischen Versuchsplans variiert. Die Schweißwärmeführung wird dabei so eingestellt, dass die t8/5-Abkühlzeiten im empfohlenen Verarbeitungsbereich (ca. 5 s bis 20 s) sichergestellt sind. Hierzu ließen sich über zusätzliche thermo-physikalische Umformsimulationen mittels Dilatometer die komplexen Wärmezyklen abbilden und die resultierende Zugfestigkeit des Schweißgutes bestimmen. Das WAAM-Schweißen komplexer Geometrien mit variierenden Schweißwärmeführungen und geometrischen Verhältnissen bzw. Wanddicken bedingt neben den Auswirkungen auf die Abkühlbedingungen, Abkühlzeiten und Gefüge deutliche Einflüsse auf die konstruktiven Steifigkeitsverhältnisse beim Schweißen. Es zeigen sich anhand der Schweißexperimente signifikante Auswirkungen durch Probenskalierung und Wärmeeinbringung auf die resultierenden lokalen Eigenspannungen. Die Folge können ungünstige Bauteileigenschaften und risskritische Zugeigenspannungen sein. T2 - DVS Congress 2022 CY - Koblenz, Germany DA - 19.09.2022 KW - MAG-Schweißen KW - Additive Fertigung KW - Eigenspannungen KW - Hochfester Stahl KW - Kaltrisssicherheit KW - Wärmeführung KW - Windenergie PY - 2022 SN - 978-3-96144-189-1 VL - 382 SP - 737 EP - 745 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-56719 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Hensel, J. A1 - Wandtke, Karsten A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Heat control and design‑related effects on the properties and welding stresses in WAAM components of high‑strength structural steels N2 - Commercial high-strength fller metals for wire arc additive manufacturing (WAAM) are already available. However, widespread industrial use is currently limited due to a lack of quantitative knowledge and guidelines regarding welding stresses and component safety during manufacture and operation for WAAM structures. In a joint research project, the process- and material-related as well as design infuences associated with residual stress formation and the risk of cold cracking are being investigated. For this purpose, reference specimens are welded fully automated with defned dimensions and systematic variation of heat control using a special, high-strength WAAM fller metal (yield strength>790 MPa). Heat control is varied by means of heat input (200–650 kJ/m) and interlayer temperature (100–300 °C). The ∆t8/5 cooling times correspond with the recommendations of fller metal producers (approx. 5–20 s). For this purpose, additional thermo-physical forming simulations using a dilatometer allowed the complex heat cycles to be reproduced and the resulting ultimate tensile strength of the weld metal to be determined. Welding parameters and AM geometry are correlated with the resulting microstructure, hardness, and residual stress state. High heat input leads to a lower tensile stress in the component and may cause unfavorable microstructure and mechanical properties. However, a sufciently low interlayer temperature is likely to be suitable for obtaining adequate properties at a reduced tensile stress level when welding with high heat input. The component design afects heat dissipation conditions and the intensity of restraint during welding and has a signifcant infuence on the residual stress. These complex interactions are analyzed within this investigation. The aim is to provide easily applicable processing recommendations and standard specifcations for an economical, appropriate, and crack-safe WAAM of high-strength steels. KW - GMA welding KW - Additive manufacturing KW - Residual stresses KW - High-strength steel KW - Cold cracking safety KW - Heat control KW - Wind energy PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-567397 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-022-01450-x SN - 1878-6669 VL - 2022 SP - 1 EP - 11 PB - Springer CY - Berlin AN - OPUS4-56739 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schubnell, J. A1 - Konidena, S. K. A1 - Jung, M. A1 - Braun, M. A1 - Ehlers, S. A1 - Madia, Mauro A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Löschner, D. T1 - Approach for the probabilistic fatigue assessment of welded joints based on the local geometry of the weld seam N2 - Welded joints show large variation of the weld toe geometry along the weld seam, which is one important reason for the comparably large scatter in fatigue life. Therefore, it is crucial to take the local geometry at the weld toe into account, to reduce the conservatism in fatigue assessment of welded joints. This study is based on the IBESS procedure for the calculation of the fatigue strength, whereby the evaluation of local geometrical parameters is carried out by means of 3D surface scans. The approach is validated against 26 fatigue test series. The fatigue life is in general overpredicted, whereas good agreement is achieved for high stress ratio (R = 0.5). A sensitivity analysis conducted with IBESS shows that weld toe radii ρ < 2 mm and flank angle α < 30° have a significant influence on the calculated fatigue strength. In contrast to this, no strong correlation between ρ and the fatigue strength was determined experimentally in this study. KW - 3D Scanning KW - Fatigue Strength KW - Fracture Mechanics KW - IBESS Approach KW - Local Weld Geometry KW - Welded Joints PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-585700 DO - https://doi.org/10.1111/ffe.14170 SN - 8756-758X SP - 1 EP - 20 PB - Wiley AN - OPUS4-58570 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Wandtke, Karsten A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Hensel, J. T1 - Fertigungsbedingte Beanspruchungen und Kaltrisssicherheit in generativ gefertigten Bauteilen aus hochfesten Feinkornbaustählen - Kurzdarstellung der Projektergebnisse, FOSTA P1380 N2 - Die Verwendung hochfester Feinkornbaustähle hat für viele Anwendungen des Stahlbaus ein großes Potenzial für gewichtsoptimierte, effiziente Strukturen mit ho-her mechanischer Beanspruchbarkeit. Weitere Zugewinne an Effizienz sind durch generative Fertigungsschritte sowie bionische Bauweisen erzielbar. Hierzu stehen bereits kommerzielle hochfeste drahtförmige Zusatzwerkstoffe für formgebendes MSG-Schweißen zur Verfügung. Dem Einsatz stehen noch fehlende quantitative Aussagen zu den fertigungsbedingten Beanspruchungen und der Bauteilsicherheit während Herstellung und Betrieb im Wege. Dies betrifft insbesondere prozess- sowie materialbedingte Einflüsse und die konstruktive Schrumpfbehinderung verbunden mit der Ausbildung hoher Zugeigenspannungen und damit zusammenhängenden Kaltrissbildung. Hierfür wurden im Projekt detaillierte und anwenderbezogene Kenntnisse zu den komplexen Wechselwirkungen zwischen Schweißprozess und Wärmeführung während der Fertigung, der metallurgischen Vorgänge und insbesondere der vorliegenden konstruktiven Einflüsse auf die entstehenden Eigenspannungen erarbeitet, um ein frühzeitiges Bauteilversagen aufgrund eines hohen fertigungsbedingten Beanspruchungsniveaus bis hin zu einer Rissbildung während der Fertigung sicher zu vermeiden. Gleichzeitig wurden die Einflüsse auf die mechanisch-technologischen Gütewerte systematisch analysiert. Zudem wurden die Auswirkungen trennender Verfahren durch Entfernen der Substratplatte sowie durch die spanende Bearbeitung der Vorformlinge zu Endbauteilgeometrien geklärt, da diese unmittelbar den Eigenspannungszustand beeinflussen und deutlichen Verzug der Bauteile auslösen. Für das generative Schweißen konnten Verarbeitungsempfehlungen sowie Normenvorgaben erarbeitet werden. Dies hilft insbesondere KMU eine wirtschaftliche, beanspruchungsgerechte und risssichere generative Fertigung von Bauteilen aus hochfesten Feinkornbaustählen zu ermöglichen. KW - MAG-Schweißen KW - Additive Fertigung KW - Eigenspannungen KW - Kaltrisssicherheit KW - Hochfester Stahl PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-582198 N1 - Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 21162 BG (P 1380) "Fertigungsbedingte Beanspruchungen und Kaltrisssicherheit in generativ gefertigten Bauteilen aus hochfesten Feinkornbaustählen" der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. SP - 1 EP - 2 PB - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) CY - Berlin AN - OPUS4-58219 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Kromm, Arne A1 - Dixneit, Jonny A1 - Dilger, K. A1 - Nitschke-Pagel, T. A1 - Hensel, J. A1 - Eslami, H. T1 - Schwingfestigkeitsverbesserung hochfester Schweißverbindungen mit Hilfe neuartiger LTT-Zusatzwerkstoffe N2 - Die Verwendung von LTT-Zusatzwerkstoffen stellt einen alternativen Ansatz zu den sonst üblichen Verfahren der Schweißnahtnachbehandlung zur Schwingfestigkeitserhöhung geschweißter Stahlkonstruktionen dar. Der wesentliche Wirkmechanismus beruht auf der Beeinflussung des Eigenspannungszustands durch die niedrige Martensitstarttemperatur bereits während des Schweißens. Dadurch werden die Druckeigenspannungen aus der behinderten Volumenausdehnung infolge Phasenumwandlung voll wirksam. Weiter weist die Schweißnaht eine hohe Härte auf, die die Schwingrissbildung verzögern kann, allerdings auch zu einer niedrigen Kerbschlagarbeit führt. Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurden grundlegende Untersuchungen zur schweißtechnischen Verarbeitung eines LTT-Zusatzwerkstoffes durchgeführt. Dies beinhaltet die Sicherstellung der Schweißbarkeit sowie die Charakterisierung der Verbindungseigenschaften. Untersuchungen zur Schweißeignung machten deutlich, dass ein sicherer Einsatz in dem für hochfeste Stähle zur Verfügung stehenden Arbeitsfenster möglich ist. Der verwendete LTT-Zusatz auf Cr-Ni-Basis lässt sich mit hoher Nahtgüte fügen. Auch die mechanischen Eigenschaften erlauben den Einsatz im Bereich hochfester Stähle mit einer Streckgrenze von 960 MPa. Entwicklungspotential gibt es hinsichtlich der Zähigkeit. Die in dieser Arbeit erreichten Kerbschlagwerte liegen deutlich unter denen kommerziell verfügbarer konventioneller Schweißgüter. Die Untersuchungen belegen, dass der Effekt der martensitischen Phasenumwandlung im gesamten Schweißgut zum Tragen kommt. Die angestrebten hohen Druckeigenspannungen finden sich vornehmlich im Schweißgutinnern. Im weiteren Vorgehen wurden Schwingfestigkeitsuntersuchungen an den Stählen S355J2 und S960Q unter Verwendung konventioneller Zusatzwerkstoffe im Vergleich zum LTT-Zusatz durchgeführt. Die verwendeten Konstruktionsdetails sind ein Stumpfstoß unter Variation der Schweißnahtausführung (DY-Naht und V-Naht), ein Kreuzstoß mit HV-Naht sowie ein Überlappstoß mit einseitig und beidseitig geschweißter Kehlnaht. Weitergehend wurde eine bauteilähnliche Probe (die Längssteife) untersucht, bei der der LTT-Zusatzwerkstoff als zusätzliche Schweißlage aufgebracht wurde. Neben der Schwingfestigkeit wurden die Schweißnähte hinsichtlich der Eigenspannungen, der Eigenspannungsstabilität im Schwingversuch sowie metallografisch charakterisiert. Eine generell positive Wirkung des LTT-Zusatzwerkstoffes im Hinblick auf die Schwingfestigkeitssteigerung kann nicht bestätigt werden. Teilweise ist eine Steigerung der Schwingfestigkeit bei Substitution konventioneller Zusatzwerkstoffe zu beobachten, teilweise zeigt sich kein Effekt. Ursächlich hierfür ist die bei manchen Stoßformen mangelnde Steifigkeit quer zur Schweißnaht, die zur Ausbildung hoher Druckeigenspannungen infolge Phasenumwandlung notwendig wäre. Die bauteilähnliche Längssteife bestätigt allerdings das grundlegende Potential der LTT-Zusatzwerkstoffe bei Vorliegen hinreichender Steifigkeit. KW - Schweißen KW - Eigenspannungen KW - Schwingfestigkeit KW - Hochfester Stahl KW - LTT PY - 2020 UR - https://matplus.shop/produkt/p-1060-schwingfestigkeitsverbesserung-hochfester-schweissverbindungen-mit-hilfe-neuartiger-ltt-zusatzwerkstoffe SN - 978-3-946885-75-7 VL - P 1060 SP - 1 EP - 123 PB - Verlag und Vertriebsgesellschaft CY - Düsseldorf AN - OPUS4-51216 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Dixneit, Jonny A1 - Kromm, Arne A1 - Hannemann, Andreas A1 - Friedersdorf, Peter A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Gibmeier, J. T1 - In-situ load analysis in multi-run welding using LTT filler materials N2 - Modifying the level of mostly detrimental welding residual stresses already during the welding process would be highly attractive as time- and cost-consuming post processing may be prevented. The nature of stress buildup during welding-associated cooling is highly affected by phase transformations. Up to now, it is not clear in which way this is applicable to real component welding exhibiting high shrinkage restraint and complex heat input. In this study, two different low transformation temperature (LTT) alloys have been investigated concerning the stress development in restrained multi-run butt welding in order to evaluate the potential of stress reduction. Pulsed gas metal arc welding (P-GMAW) welding was executed on a testing facility designed to simulate real lifelike restraint conditions of component weldments. The effect of reducedMS-temperatures and the heat control on the globally acting stresses was monitored by in-situ measurement of the reaction forces during welding fabrication. Additional local residual stress measurements allowed analyzing global as well as local loading of the welded construction. Although phase transformation has a significant influence on unloading the joint during each weld pass, the reaction stress upon cooling to room temperature seems to be determined mainly by the heat input. On the surface, low longitudinal residual stresses were observed in case of LTT whereas transverse residual stresses are less affected. T2 - 69th IIW Annual Assembly and International Conference CY - Melbourne, Australia DA - 10.07.2016 KW - Phase transformation temperature KW - Residual stress KW - Welding KW - Dilution KW - Restraint PY - 2016 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-016-0373-1 SN - 0043-2288 VL - 60 IS - 6 SP - 1159 EP - 1168 PB - Springer CY - Heidelberg AN - OPUS4-37892 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Wandtke, Karsten A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Kromm, Arne A1 - Hensel, J. T1 - Influence of the WAAM process and design aspects on residual stresses in high-strength structural steels N2 - Wire arc additive manufacturing (WAAM) enables the efficient production of weight-optimized modern engineering structures. Further increases in efficiency can be achieved by using high-strength structural steels. Commercial welding consumables for WAAM are already available on the market. Lack of knowledge and guidelines regarding welding residual stress and component safety during production and operation leads to severely limited use for industry applications. The sensitive microstructure of high-strength steels carries a high risk of cold cracking; therefore, residual stresses play a crucial role. For this reason, the influences of the material, the WAAM process, and the design on the formation of residual stresses and the risk of cold cracking are being investigated. The material used has a yield strength of over 800 MPa. This strength is adjusted via solid solution strengthening and a martensitic phase transformation. The volume expansion associated with martensite formation has a significant influence on the residual stresses. The focus of the present investigation is on the additive welding parameters and component design on their influence on hardness and residual stresses, which are analyzed by means of X-ray diffraction (XRD). Reference specimens (hollow cuboids) are welded fully automated with a systematic variation of heat control and design. Welding parameters and AM geometry are correlated with the resulting microstructure, hardness, and residual stress state. Increased heat input leads to lower tensile residual stresses which causes unfavorable microstructure and mechanical properties. The component design affects heat dissipation conditions and the intensity of restraint during welding and has a significant influence on the residual stress. KW - DED-arc KW - Additive manufacturing KW - High-strength steel filler metal KW - Residual stress PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-572698 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-023-01503-9 SN - 1878-6669 VL - 67 IS - 4 SP - 987 EP - 996 PB - Springer CY - Berlin AN - OPUS4-57269 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gibmeier, J. A1 - Weidemann, Jens A1 - Dixneit, Jonny A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Kromm, Arne T1 - Influence of structural stiffness on the residual stresses during welding of low transformation temperature alloys N2 - Low Transformation Temperature (LTT) alloys are high alloyed filler materials, which exhibit a martensitic phase transformation at comparatively low temperatures in order to prevent high tensile residual stresses. A number of publications have already shown that even compressive residual stresses can be observed when using LTT filler materials. Up to know it is not clear in which way this it applicable to multi-run welding exhibiting high shrinkage restraint and complex heat input. In this study the potential for stress reduction during welding of LTT alloys was studied by numerical simulation. This allows for evaluation of the stress development in every single weid run. Additionally, the impact of the structural stiffness was incorporated by modelling a special sample geometry exhibiting a high intensity of restraint. The results show that the stress formation in weid longitudinal direction is determined by the phase transformation as high compressive residual stresses were found here independent from the weid run. On the other hand the transformation induced stresses in weid transverse direction are superimposed by tensile stresses originated from shrinkage restraint. With increasing number of runs the tensile residual stress level is raised. The results were confirmed by residual stress measurements using diffraction methods. T2 - 11th International Seminar - Numerical Analysis of Weldability CY - Graz, Austria DA - 27.09.2015 KW - Influence KW - Structural stiffness KW - Residual stresses KW - Low transformation KW - Temperature alloys KW - Welding PY - 2016 SN - 978-3-85125-490-7 SN - 2410-0544 SP - 259 EP - 276 PB - Verlag der Technischen Universität Graz CY - Graz AN - OPUS4-38998 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Held, E. A1 - Ohl, H. A1 - Gibmeier, J. A1 - Dixneit, Jonny A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas ED - Petzow, G. T1 - Mikrostruktur- und Härteentwicklung in Schweißnähten mit neuartigen LTT-Schweißzusatzwerkstoffen N2 - Das Schweißen von hochfesten Stahlstrukturen ist Gegenstand aktueller Forschungsbestrebungen wobei unter anderem der Eigenspannungsausbildung eine entscheidende Rolle zugeordnet wird. Neuartige LTT (Low Transformation Temperature) Schweißzusatzwerkstoffe mit deutlich abgesenkten Martensitstarttemperaturen wurden entwickelt, um die Eigenspannungsentwicklung in der Schweißnaht durch die späte Martensitumformung während des Abkühlens des Schweißguts kontrollieren zu können. Auf diese Weise können in den Schweißnähten nicht nur Zugeigenspannungen reduziert sondern sogar gezielt Druckeigenspannungen eingebracht werden. Dies konnte bereits in verschiedenen Arbeiten zu diesem Themenkomplex gezeigt werden. Durch das gezielte Einbringen von Druckeigenspannungen in die Schweißnaht kann die Lebensdauer und die mechanische Integrität von hochfesten Schweißverbindungen ohne aufwändige mechanische oder thermische Nachbehandlungsverfahren deutlich erhöht w erden. Einen großen Einfluss auf die Eigenspannungsausbildung in Schweißnähten haben die Umwandlungstemperatur und die Schrumpfungsbehinderung bei der Abkühlung. In der vorliegenden Arbeit wird nun untersucht, wie der Grad der Einspannung sich auf die Mikrostruktur- und Härteentwicklung in Schweißnähten mit LTT -Zusatzwerkstoffen auswirkt. Der in dieser Arbeit untersuchte neuartige LTT-Schweißzusatzstoff wurde nach dem 10%Ni - 10%Cr-Konzept nach 111 ausgewählt. Die Schweißeignung des untersuchten Werkstoffes sowie die Beeinflussung der Mikrostrukturausbildung durch eine Variation des Nickelgehalt wurden bereits in vorangehenden Arbeiten eingehend untersucht. Hierbei zeigte sich, dass der Nickelgehalt einen signifikanten Einfluss auf die Martensitstarttemperatur und damit auf die lokale Mikrostrukturausbildung hat. Eine Erhöhung des Nickelgehaltes von S auf 12 Ma-% führt zu einer Verminderung der Martensitstarttemperatur von 16()°C auf etwa 60°C (bestimmt mittels in-situ Röntgenbeugungsanalysen im reinen Schweißgut). T2 - 47. Metallographie-Tagung CY - Friedrichshafen, Germany DA - 18.09.2013 PY - 2013 SN - 978-3-88355-398-6 VL - 45 SP - 297 EP - 302 AN - OPUS4-29710 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Vanrostenberghe, S. A1 - Clarin, M. A1 - Shin, Y. A1 - Droesbeke, B. A1 - Van der Mee, V. A1 - Doré, M. A1 - Marquis, G. A1 - Parantainen, J. A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Barsoum, Z. T1 - Improving the fatigue life of high strength steel welded structures by post weld treatments and specific filler materials (FATWELDHSS) N2 - The objective of the FATWELDHSS project was to study post-weld treatment techniques and their effect on the fatigue life of MAG welded attachments in High Strength Steel (HSS). Fatigue cracks in steel structures often occur at welded joints, where stress concentrations due to the joint geometry and tensile residual stresses are relatively high. Fatigue life improvement techniques, which rely on improving the stress field and/or the surface geometry around the welded joints, are generally known to be beneficial. Therefore, within the framework of this project, the following were examined: diode laser weld toe re-melting; High Frequency Mechanical Impact (HFMI) treatment; Low Transformation Temperature (LTT) filler wires Laser diode re-melting was used to improve the surface profile at the weld toe and thus reduce stress concentrations. HFMI treatment involving high frequency hammering of the weld toe is another technique that can produce a smooth weld toe profile but, more significantly, which also can introduce compressive residual stresses. Lastly, two new LTT filler wires were developed within the project as these can decrease or even remove tensile residual stresses resulting from weld zone shrinkage. An extensive fatigue testing programme was set up to establish the levels of improvement in the fatigue lives of the welded attachments achieved by application of the selected improvement techniques. Furthermore, two industrial demonstrators were selected that could show the project achievements in terms of facilitating the introduction of high strength steels by overcoming the limitations posed by the fatigue properties of the welded joints. In addition, modelling tools were developed to predict the residual stresses at the welded joint. Finally, practical guidelines were developed for enhancing the fatigue strength of HSS welded structures PY - 2015 SN - 978-92-79-44077-9 DO - https://doi.org/10.2777/705266 IS - EUR26929EN CY - Brüssel AN - OPUS4-35076 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Kromm, Arne A1 - Gibmeier, J. A1 - Rethmeier, Michael T1 - In-situ-Analyse der Phasenumwandlungskinetik während des Schweißens N2 - Zugeigenspannungen, wie sie beim Schweißprozess durch inhomogene Temperaturverteilungen und Schrumpfungen hervorgerufen werden, können die Lebensdauer geschweißter Verbindungen signifikant herabsetzen. Eine neue und außerordentlich attraktive Methode, um Druckeigenspannungen bereits während des Schweißens gezielt einzustellen, gelingt mit sogenannten LTT (Low Transformation Temperature)-Legierungen. LTT-Legierungen weisen eine martensitische Phasenumwandlung bei relativ niedrigen Temperaturen auf, wobei die damit verbundene Volumenexpansion zu einer Reduktion der Schrumpfeigenspannungen bzw. Erzeugung von Druckeigenspannungen führt. Zum direkten Nachweis der Phasenumwandlungen und der damit verbundenen resultierenden Schweißeigenspannungen wurden erstmals In-situ-Schweißexperimente unter Nutzung hoch energetischer, polychromatischer Synchrotronstrahlung (Weißstrahl) realisiert, um die Umwandlungskinetik während eines realen Schweißprozesses und die daraus resultierenden Schweißeigenspannungen zu analysieren. Es wird gezeigt, dass mit LTT-Legierungen signifikante Druckeigenspannungen in der Schweißnaht erreicht werden. PY - 2010 SN - 0025-5300 VL - 52 IS - 4 SP - 204 EP - 210 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-21219 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Kromm, Arne A1 - Rethmeier, Michael A1 - Gibmeier, J. A1 - Genzel, C. T1 - Residual stresses and in-situ measurement of phase transformation in low transformation temperature (LTT) welding materials PY - 2009 SN - 1097-0002 SN - 0069-8490 SN - 0376-0308 VL - 52 SP - 755 EP - 762 CY - Newtown Square, Pa., USA AN - OPUS4-19817 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -