TY - JOUR A1 - Zhang, Lei A1 - Pittner, Andreas A1 - Michael, Thomas A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Effect of cooling rate on microstructure and properties of microalloyed HSLA steel weld metals N2 - Two high strength Nb/Ti microalloyed S690QL steels were welded with identical filler material, varying welding parameters to obtain three cooling rates: slow, medium and fast cooling. As cooling rate increased, the predominantly acicular ferrite in Nb weld metal (WM) is substituted by bainite, with a consequence of obvious hardness increase, but in Ti WM, no great variation of acicular ferrite at all cooling rates contributed to little increment of hardness. The transition between bainite and acicular ferrite has been analysed from the point view of inclusions characteristics, chemical composition and cooling rate. Excellent Charpy toughness at 233 K was obtained with acicular ferrite as predominantly microstructure. Even with bainite weld of high hardness, the toughness was nearly enough to fulfill the minimal requirements. WM for Ti steel showed to be markedly less sensitive to the variations of cooling rate than that for Nb steel. KW - High strength steel KW - Weld metal KW - Cooling rate KW - Charpy toughness KW - Acicular ferrite PY - 2015 DO - https://doi.org/10.1179/1362171815Y.0000000026 SN - 1362-1718 VL - 20 IS - 5 SP - 371 EP - 377 PB - Taylor and Francis CY - London, UK AN - OPUS4-36518 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Rhode, Michael A1 - Mente, Tobias A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Experimental and numerical characterization of hydrogen diffusion in thick-walled submerged arc welded joint of S420G2+M offshore steel grade N2 - Offshore wind turbines are an important goal in national energy strategies worldwide. Foundation structures are manufactured from submerged arc welded (SAW) plates with thicknesses up to 200 mm. In that connection, high-strength steels like the S420G2+M are more and more applied offering the possibility for increased stability and load-bearing capacity of the foundations. These offshore steel grades can show a susceptibility for delayed hydrogen assisted cold cracking of the weld joints. For that purpose, a minimum waiting time (MWT) of up to 48 h (dependent on applied standards) is recommended before non-destructive testing is allowed and conducted. But this concept is based on older steel grades that have been used for three or more decades. Nowadays, the metallurgical improvements (clean steels, proper rolling, and heat treatment) of base materials and well as welding consumables must be anticipated. Hence, the MWT concept should be critically discussed as it is assumed to be very conservative. For that reason, the focus of this study was to investigate the diffusion behavior in S420G2+M steel and its multi-layer SAW joint. Electrochemical permeation experiments were carried at room temperature. Boundary conditions were anticipated in terms of using different sample thicknesses. From the experimental data, hydrogen diffusion coefficients and absorbed diffusible hydrogen concentrations had been calculated. It was shown that hydrogen diffusion in the base material is increased compared to the weld metal. In addition, the sample thickness had a significant on the calculated diffusion coefficients. The minimum and maximum diffusion coefficients had been used for numerical modelling of the hydrogen diffusion in the welding joint. It became clear that a MWT must be always regarded together with a critical initial diffusible hydrogen concentration for the evaluation of a possible delayed cracking as diffusion times were mostly > 48 h due to the thick plates. T2 - 4th International Conference on Metals and Hydrogen - Steely & Hydrogen 2022 CY - Ghent, Belgium DA - 11.10.2022 KW - Hydrogen KW - Submerged arc welding KW - Diffusion KW - Minimum waiting time KW - Electrochemical permeation PY - 2022 SP - 1 EP - 11 CY - Ghent, Belgium AN - OPUS4-56075 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Czeskleba, Denis A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Untersuchung von Spannungsrelaxationsrissmechanismen mittels Simulation einachsiger Spannungszustände in der Grobkornzone von UP-geschweißtem CrMoV-Stahl N2 - Druckbehälter mit großen Wandstärken (250+ mm) aus hochwarmfesten, niedriglegierten Stählen werden hauptsächlich Mehrdraht-Unterpulver-(UP) geschweißt. Der damit verbundene hohe Energieeintrag führt unter anderem zu hohen lokalen Schweißeigenspannungen, welche bei unsachgemäßer Prozessführung der notwendigen Wärmenachbehandlung (PWHT) zu Spannungsrelaxationsrissen (SRR) führen. In den Bewertungskriterien zur Spannungsrelaxationsrissanfälligkeit finden weder die, mit klassischen, freischrumpfenden Schweißversuchen nicht abbildbaren, erhöhten Eigenspannungen aus der Schrumpfbehinderung der Bauteilsteifigkeit Beachtung, noch die damit einhergehenden metallurgischen Effekte wie bspw. das Ausscheidungswachstum während der PWHT und damit einhergehende Härteunterschiede an den Korngrenzen bzw. die vorzeitige Alterung durch Bildung differenter Sonderkarbide. Die Aufheizrate des PWHT als Einflussfaktor für die SRR-Bildung bleibt derzeit ebenfalls unbeachtet. Daher wurde eine Versuchsmethodik entwickelt, die eine mögliche SRR-Anfälligkeit durch die Kopplung von thermischer und mechanischer Beanspruchung untersucht. Dazu wurden Proben mit unterschiedlichen Gefügen thermisch simuliert und während des PHWT repräsentativ mit sehr hohen Lasten/Eigenspannungen mechanisch beansprucht. Dazu wurde an Kleinzugproben für das as-welded UP-Schweißgut und die thermisch simulierte GKZ eines 13CrMoV9-10 die Dehnung des Prüfbereichs bei variablen Querspannungen und Aufheizraten gemessen. Diese aufheizraten- und gefügeabhängige Längenänderung der Probe wurde durch mathematische Prozeduren analysiert. Damit war es möglich, singuläre werkstoffliche Effekte auf μm-Ebene (Ausscheidungswachstum) als summarische Längen- bzw. Volumenänderung per klassischer Kurvendiskussion zu beschreiben. Die erste und zweite Ableitung zeigten eine ausscheidungsabhängige Härtezunahme, welche von der Spannung und Aufheizrate im geringen Maß linear abhängig war. Gleichzeitig sind Volumenänderungen bei Bildung und Wachstum differenter Sonderkarbide bekannt, welche zusammen mit gefügespezifischen Untersuchungen und der neuen Versuchsmethodik zu einer verbesserten Beurteilung der SRR-Anfälligkeit von geschweißten CrMoV-Stählen beitragen sollen. Prinzipiell ist die vorgestellte Methodik jedoch werkstoff- und zustandsoffen, d.h. sowohl für Grundwerkstoff e als auch definierte Wärmebehandlungsbedingungen geeignet. Dies ermöglicht erstmals die Schaffung einer Transfergröße zwischen Labor und realen Schweißungen, unter Beibehaltung der Bauteilsteifigkeit, d.h. vereinfachte, aber realistische Eigenspannungsabbildung als Grundlage für weitergehende gefügespezifische metallurgische Effekte während des PWHT. T2 - DVS Congress 2022 CY - Koblenz, Germany DA - 19.09.2022 KW - UP-Schweißen KW - Spannungsrelaxationsriss KW - Wärmenachbehandlung KW - Ersatzgeometrie KW - Prüfverfahren PY - 2022 SN - 978-3-96144-190-7 VL - 382 SP - 69 EP - 75 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-55946 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Call for interested people to contribute to series of comprehensive papers on welding and joining of components for sustainable energy systems N2 - Joining and welding technologies are of high importance for the manufacturing of components and parts used in sustainable energy generation, conversion, and transport. In that connection, offshore and on-shore installed wind turbines are of high interest for the generation of electrical energy as well as photo-voltaic systems (solar cells). The electricity can be either directly transported or conversed via power-to-gas e.g., to hydrogen. In that scope, electrolyzer up to MW-range are of interest as well as the conver-sion back to electricity via fuel cells. In addition, hydrogen is a key element of the decarburization of in-dustries as well as the mobility sector encompassing sea, air and land transportation driven by hydrogen or its derivates. Well-known examples cover the direct reduction of iron ore to replace the conventional blast furnace process up to gas turbines or fuel cells for home-end use. All mentioned technologies re-quire reliable components, which are to a high extend dependent on joining and especially welding pro-cessing of materials. Especially, the (petro-) chemical industry has many years of experience with both materials used in hydrogen applications. The challenge is e.g., the transition to mass production of sys-tem components of electrolyzers/fuel cells and for distribution grids. At this point, the scalability of cur-rently applied joining processes often limits the economic efficiency, whereas especially laser welding or additive manufacturing will be of high interest. In that connection, it is very important to provide answers by joint research of universities, institutes, and industrial companies. Very often, solutions are already available and “just” have to be investigated and adapted for the new application, like repair welding of NG pipelines. For that reason, we want to set up a series of comprehensive papers with the aforementioned title. The idea is to get an in-depth but manageable overview of the importance of joining technologies in sustaina-ble energy generation, conversion, and transport encompassing current processes, limitations, and fur-ther perspectives. In that connection, the additive manufacturing is gaining more and more attention. If applicable, current challenges in the adaption or creation of new standards/regulations shall be addressed. T2 - IIW Intermediate Meeting, Com. II-A CY - Incheon, Republic of Korea DA - 12.03.2024 KW - Hydrogen KW - Welding KW - Comprehensive study KW - Component manufatcturing KW - Additive manufacturing PY - 2024 AN - OPUS4-59676 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Fügetechnik in Wasserstofftechnologien - Forschungsbedarf für die Branche (Kurzversion) N2 - Die Studie gibt einen kurzen Überblick über die jetzige Bedeutung der Fügetechnik in Wasserstofftechnologien und über zukünftige Forschungsbedarfe für die Branche in den einzelnen Technologiefeldern Wasserstofferzeugung, -speicherung, -transport und -nutzung. Fügetechnologien haben dabei wesentliche Bedeutung für die erfolgreiche Umsetzung von technischen Komponenten der Wasserstofftechnologien. Die Schwerpunkte bzw. Forschungsbedarfe ergeben sich bspw. durch die Erstellung neuer Infrastruktur für Wasserstoffspeicherung und -transport sowie durch Umnutzung der bestehenden Erdgasinfrastruktur. Bei der Wasserstofferzeugung und -anwendung wird z.B. die Entwicklung effiziente Massenproduktionsmethoden von Elektrolyseuren und Brennstoffzellen einen wichtigen Meilenstein bilden und laserbasierte Fügetechnologien sind hier zum Teil schon etabliert. Die additive Fertigung nimmt dabei eine Querschnittsposition ein und besitzt hohes Anwendungspotential für die Zukunft z.B. für die Fertigung von Komponenten in Gasturbinen. Aus den technischen Fragestellungen und Forschungsbedarfen ergeben sich zudem Herausforderungen für die notwendige Neu- und Weiterentwicklung von technischen Regelwerken und Normen und den Eingang in die Aus- und Weiterbildung von fügetechnischem Fachpersonal. T2 - DVS Congress 2021 CY - Online meeting DA - 14.09.2021 KW - Wasserstoff KW - Fügetechnik KW - Forschung KW - Werkstoff KW - Bedarf PY - 2021 SN - 978-3-96144-146-4 VL - 371 SP - 612 EP - 624 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-53370 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Czeskleba, Denis A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Kurzbericht zum Projekt „Entwicklung von Wärmenachbehandlungskonzepten zur Vermeidung von Spannungsrelaxationsrissen an Bauteilen aus hochwarmfesten Stählen“ (DVS-Nr. 01.2261 / IGF-Nr. 20171 N) N2 - Komponenten aus dickwandigen, hochwarmfesten CrMoV-Stählen erfordern eine anspruchsvolle UP-Schweißverarbeitung. Dabei muss die notwendige Wärmenachbehandlung der Schweißnaht (PWHT) sicher beherrscht werden. Hier kann u.U. Bauteilversagen infolge von Spannungsrelaxationsrissbildung (SRR) auftreten. Bislang erfolgt die Beurteilung der SRR-Neigung primär über Ersatzgrößen, wie temperaturbedingte Änderung der Härte und Duktilität. Die Wirkung der konstruktiven Schrumpfbehinderung einer Schweißnaht auf die SRR ist bislang völlig unbekannt. Hier setzt das Forschungsprojekt an, hinsichtlich der Gewinnung und Optimierung der Parameter für die PWHT unter realitätsnahen Bauteilsteif igkeiten (def inierte Einspannbedingung) mit dem Ziel der SRR-Vermeidung. Am Beispiel des niedriglegierten, hochwarmfesten Stahls 13CrMoV9-10 wurden UP- Schweißungen unter industriepraktischen Bedingungen freischrumpfend bzw. unter definierter Schrumpfbehinderung durchgeführt. Diese wurden mit unterschiedlichen PWHT-Szenarien (Variation der Auf heizrate und Endtemperatur) beaufschlagt. Die Ergebnisse des Projektes DVS 01.2261 / IGF 20171 N werden in diesem Beitrag vorgestellt, wie Aussagen zur SRR-Suszeptibilität in Abhängigkeit von Mikrostruktur und vorliegender mehrachsiger mechanischer Beanspruchung der Schweißnaht vor/während des PWHT. Für einen kritischen Zustand sind hohe Kräfte / Spannungen notwendig, die in freischrumpfenden Schweißversuchen u.U. nicht abbildbar sind. Die Berücksichtigung des mikrostrukturspezifischen Ausscheidungsverhaltens (in Schweißgut und Wärmeeinflusszone) unter realitätsnahen Einspannbedingungen ist für die Bewertung einer SRR-Suszeptibilität notwendig. Instrumentierte Schweißversuche unter definierter Schrumpfbehinderung ermöglichen hier das Monitoring der entstehenden Reaktionskräfte, -momente bzw. -spannungen. Ausgehend von diesem Referenzzustand erfolgte die Applikation der PWHT-Szenarien bzw. deren praktische Überprüfung. Zusätzlich wurde eine Ersatzprüfmethodik entwickelt, die die Betrachtung der mikrostrukturspezifischen SRR-Suszeptibilität unter Beibehaltung der äußeren Schrumpfbehinderung der Schweißnaht während des PWHT ermöglicht. Hierdurch wird die Bauteilübertragbarkeit ermöglicht und eine Transfergröße geschaffen, welche die Bauteilbewertung hinsichtlich der SRR-Neigung umfasst. T2 - DVS Congress 2022 CY - Koblenz, Germany DA - 19.09.2022 KW - UP-Schweißen KW - Spannungsrelaxationsriss KW - Forschungsprojekt KW - Dickblech KW - Wärmebehandlung PY - 2022 SN - 978-3-96144-190-7 SP - 76 EP - 82 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-55944 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Experimentelle Bestimmung und thermodynamische Modellierung des Ausscheidungsverhaltens in der WEZ eines S690QL bei unterschiedlichen Mikrolegierungsrouten N2 - Für eine signifikante Festigkeitssteigerung von vergüteten, hochfesten Feinkornbaustählen mit einer Normstreckgrenze > 690 MPa, ist die Zugabe von Mikrolegierungselementen, wie Nb und Ti, unerlässlich. Die Normvorgaben zur chemischen Zusammensetzung dieser Stähle (bspw. in DIN EN 10025-6) geben zur Erzielung der vorgeschriebenen Eigenschaften dabei oft nur Grenzgehalte für die Hersteller vor. Die Wirkung der Legierungselemente bzw. ihrer Karbide und/oder Nitride ist teilweise komplett konträr, insbesondere bei Auflösung und Wiederausscheidung in der WEZ bei identischem Schweißzusatz. Somit wird eine adäquate Vorhersage der Chargenabhängigkeit hinsichtlich der Schweißeignung und des Tragverhaltens der Schweißverbindung erschwert. Zuzüglich können moderne Schweißprozesse, wie MSG mit modifiziertem Sprühlichtbogen (mod. SLB) durch ihre hohe Wärmeeinwirkung die Phasenumwandlung in der Wärmeeinflusszone negativ beeinflussen. Eine unerwünschte Eigenschaft ist dabei die Erweichung (engl.: softening) der WEZ, wie auch u.U. der gegenteilige Effekt der Aufhärtung (engl.: hardening). Vor diesem Hintergrund werden im Rahmen eines DFG-Vorhabens systematisch Mikrolegierungsrouten mit variierenden Ti- und Nb-Gehalten des hochfesten und vergüteten Feinkornbaustahls S690QL untersucht. Dazu wird das MAGSchweißen mit mod. SLB verwendet, welches durch hohe Abschmelzleistung gekennzeichnet ist und schmalere Fugenöffnungswinkel (α = 30°) ermöglicht. An diesen Schweißungen wird der Effekt der metallurgischen Zusammensetzung in Kombination mit hoher Wärmeeinwirkung auf die Ausbildung einer kritischen WEZ-Gefügezone mit Erweichung und/oder exzessiver Aufhärtung untersucht. Ein besonderes Augenmerk wird auf die Phasenumwandlungen und das Ausscheidungsverhalten im Gefüge der Wärmeeinflusszone gelegt. Neben umfangreichen metallographischen Untersuchungen einzelner WEZ-Bereiche wurden, unter Variation der chemischen Zusammensetzung, thermodynamische Phasenberechnungen mittels ThermoCalc durchgeführt. Hierdurch wird ein Verständnis zur Phasentransformation und Ausscheidungswachstum und -auflösung während des Schweißens in Abhängigkeit von Temperatur und Abkühlbedingungen geschaffen. Das Ziel ist es, mittels erster Untersuchungen den Einfluss der Wärmeeinwirkung auf die Gefügeausbildung in der WEZ zu zeigen. Insbesondere wird hier auf die Auswirkung der unterschiedlichen Mikrolegierungskonzepte (Ti oder Nb) geachtet. T2 - DVS CONGRESS 2022 - Große Schweißtechnische Tagung CY - Koblenz, Germany DA - 19.09.2022 KW - WEZ-Erweichung KW - Hochfester Feinkornbaustahl KW - ThermoCalc KW - Thermodynamische Simulation KW - Mikrolegierungselemente KW - Modifizierter Sprühlichtbogen PY - 2022 SN - 978-3-96144-189-1 SN - 978-3-96144-190-7 VL - 382 SP - 131 EP - 137 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-55834 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Czeskleba, Denis A1 - Irfan, Muhammad Dary A1 - Wandtke, Karsten A1 - Kaiser, Sebastian A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Wasserstoffdiffusion in hochfesten UP-Schweißverbindungen – einfacher als gedacht N2 - Hochfeste Baustähle werden im modernen Stahlbau aus wirtschaftlichen und konstruktiven Gründen zunehmend eingesetzt, z. B. im Gebäude-, Anlagen- oder Mobilkranbau. Durch den Einsatz von Stählen mit höheren 690 MPa) können durch die Reduzierung der Wanddicke erhebliche Gewichtsreduzierungen und geringere Verarbeitungskosten erreicht werden, insbesondere bei der Verwendung des Unterpulverschweißen (UP) durch seine hohe Abschmelzleistung. Aufgrund ihrer speziellen Mikrostruktur haben hochfeste Stähle eine begrenzte Duktilität und sind anfälliger für wasserstoffunterstützte Kaltrisse (HACC). Darüber hinaus führen große mittels UP geschweißter Blechdicken zu hohen Schweißeigenspannungen und langen Diffusionswegen für z.B. durch den Schweißprozess eingebrachten Wasserstoff. Abgesicherte Diffusionskoeffizienten für UP-Schweißungen dieser Festigkeitsklasse sind als Grundlage für die Abschätzung des Zeitintervalls einer möglichen verzögerten Kaltrissbildung oder für Nachwärmung zur Wasserstoffreduktion nur sehr begrenzt verfügbar. Aus diesem Grund wurden experimentelle Versuche zur mikrostruktur-spezifischen Diffusion in S690-Schweißungen durchgeführt. Dazu wurde ein thermomechanisch (TM) gewalzter bzw. vergüteter (QL) Zustand dieses Werkstoffs betrachtet, sowie das jeweilige charakteristische Schweißgut und WEZ. Dazu wurden den Schweißmikrostrukturen lokal Proben entnommen und über Permeations- bzw. Warmauslagerungsversuche die gefügespezifische Diffusion von Raumtemperatur bis 400°C charakterisiert. Im Gegensatz zu bekannten Effekten des Wärmebehandlungszustandes der Grundwerkstoffe auf die Diffusion in MSGSchweißverbindungen, zeigten die Wasserstoffdiffusionskoeffizienten über alle untersuchten Gefügezustände keine signifikanten Unterschiede, insbesondere nicht für die lokale WEZ diverser, untersuchter Streckenergiebereiche. Aus praktischer Anwendersicht können daher dickwandige UP-Verbindungen hinsichtlich einer verzögerten Wasserstoffdiffusion nur anhand der einfach ermittelbaren Diffusionskoeffizienten für den Grundwerkstoffkoeffizient beurteilt werden. Zudem zeigte sich, dass der unterschiedliche Walz- und Wärmebehandlungszustand (TM vs. QL) in UP-Schweißnähten eine untergeordnete Rolle für die Wasserstoffdiffusion und damit für die mögliche Zeitverzögerung der Kaltrissbildung hat. Ergänzende numerische Simulationen der Wasserstoffverteilung bestätigten das Verhalten. T2 - DVS Congress 2025 CY - Essen, Germany DA - 16.09.2025 KW - Unterpulverschweißen KW - Wasserstoffdiffusion KW - Wasserstoffunterstützte Kaltrissbildung KW - Wasserstoffrisse PY - 2025 SN - 978-3-96144-299-7 DO - https://doi.org/10.53192/DVSC20250330 VL - 401 SP - 330 EP - 340 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-64132 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Pasternak, H. A1 - Launert, B. A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Erhöhung der Tragfähigkeit geschweißter I-Träger aus hochfestem Baustahl durch verbesserte Ansätze zur Berücksichtigung von Eigenspannungen N2 - In vielen Bereichen des modernen Stahlbaus kommen geschweißte Vollwandträger, wie I-Träger zum Einsatz. Im Gegensatz zu Walzprofilen können die Bauhöhe, die Querschnittsform und die Blechdicken an die Beanspruchung angepasst werden, wodurch sich wirtschaftliche Vorteile erzielen lassen. Dabei werden heutzutage immer häufiger hochfeste Feinkornbaustähle mit (Mindest-) Fließgrenzen bis 690 MPa eingesetzt. Zur verbesserten Ausnutzung des Tragfähigkeitspotenzials geschweißter Profile aus diesen Stählen existieren keine geeigneten Modelle zur Erfassung der schweißfertigungsbedingten Eigenspannungen an realen Komponenten. Diese Daten werden durch konservative Annahmen angenähert. Die potentielle Tragfähigkeit geschweißter Konstruktionen wird daher in der Regel unterschätzt. Die Eigenspannungsannahmen in DIN EN 1993 basieren auf starken Vereinfachungen, bspw. im Rahmen sog. „Ersatzstabnachweise“. Diese setzen die Proportionalität der Eigenspannungsamplituden zur Fließgrenze voraus. Vergleichsrechnungen mit einem parametrisierten Eigenspannungsmodell zeigten mögliche Abweichungen in den berechneten Tragfähigkeiten über mehrere Knicklinien. Die Festlegungen hinsichtlich der anzuwendenden Knicklinie beeinflussen jedoch die Blechdicken und somit in erheblichem Maße auch die Fertigungskosten. Als Optimierungsstrategie wurden in diesem Forschungsprojekt deswegen unterschiedliche anwendungsorientierte Modellansätze entwickelt, welche mithilfe nichtlinearer Traglastberechnungen, die höhere Ausnutzung von Tragfähigkeitsreserven ermöglichen sollen. Forschungsziel war somit primär die Entwicklung und Bereitstellung entsprechender Berechnungsansätze. Experimentell wurde hierzu der Eigenspannungszustand von konventionell geschweißten Strukturen am Beispiel der im Stahlbau besonders häufig verwendeten I-Träger aus zwei gängigen Baustählen, einem unlegierten Baustahl S355J2+N und einem Feinkornbaustahl S690QL, erfasst und durch numerische Schweißstruktursimulationen ergänzt. Anschließend erfolgte die Ableitung eines vereinfachten Berechnungsmodells zur weiteren Berücksichtigung in nichtlinearen Tragfähigkeitsberechnungen. Die Erkenntnisse sollen in einen entsprechenden Anwenderleitfaden, herausgegeben durch das Technical Committee 8 der Europäischen Konvention für Stahlbau, einfließen und diesbezüglich als Orientierung einer möglichen zukünftigen Anpassung der Knicklinien in DIN EN 1993-1-1 dienen. Im Projekt wurden die genannten Stähle in zwei typischen Dickenkombinationen von 25/15 mm und 20/10 mm (Gurt- und Stegbleche) zu Großprobekörpern „I-Träger“ unter industrienahen Fertigungsbedingungen mittels Metall-Aktivgasschweißen gefügt. Diese erzeugten die typischen Eigenspannungen, die in solchen Trägern nach der Fertigung vorliegen. Während des Schweißens wurden die Temperaturfelder durch Thermoelemente aufgezeichnet. Die Eigenspannungen wurden nach dem Schweißen experimentell durch eine Kombination aus mechanischem Zerlegen (Zerlegemethode) und anschließender mobiler Röntgendiffraktometrie (XRD) festgestellt. Der Einfluss der industriell üblichen Brennschnittkantenvorbereitung der Bleche auf die finalen Eigenspannungszustände wurde experimentell zusätzlich an kleinmaßstäblichen Proben untersucht. Metallographische Analysen (Schliffbilder und Härtemessungen) komplettierten das experimentelle Programm der FE 2 (BAM, Berlin). Die Ergebnisse zeigten, dass beim mechanischen Zerlegen bereits ein Großteil der Eigenspannungen herausgelöst wurde. Eine Aussage zu den nahtnahen Zugeigenspannungen war allerdings erst durch die Überlagerung mit der XRD möglich. Dabei zeigte der S690QL überwiegend ein besseres Verhalten als der S355J2+N, welches sich unter anderem in abgesenkten Zugeigenspannungen im Verhältnis zur jeweiligen Fließgrenze äußerte. Die maximalen Eigenspannungen wurden dabei zumeist in der Wärmeeinflusszone (WEZ) der Schweißnaht gemessen, unabhängig von der eingebrachten Streckenenergie oder der Festigkeit des Grundwerkstoffs. Die baupraktische Annahme, dass die maximalen Eigenspannungen in Höhe der Fließgrenze vorliegen können, wurde nur in Einzelfällen und nur für den S355J2+N bestätigt. Die experimentellen Ergebnisse zeigten für die Druckeigenspannungen ebenfalls reduzierte relative Eigenspannungswerte des S690QL. Dies zeigt die notwendige weitere Optimierung bei der Wahl der Bewertungsansätze für Eigenspannungen auf die Tragfähigkeit. Die erzeugten Messwerte dienten im weiteren Verlauf als Eingangswerte für die Modellentwicklung und die numerischen Simulationen an I-Trägern durch die FE 1 (LSH, Cottbus). Die numerischen Schweißsimulationen erfolgten in Simufact.Welding® für die Simulationsmodelle mit „klassischem“ Schweißsimulationsansatz sowie in Ansys® für vereinfachte Simulationen und Näherungsansätze. Die Modelle lieferten insgesamt vergleichbare Ergebnisse für die Längseigenspannungen mit teils jedoch erheblichen Unterschieden in den Rechenzeiten. Durch eine angepasste Vernetzung konnte die Rechenzeit in allen Fällen deutlich reduziert werden. Aufgrund der verwendeten Bauteilgrößen ist die Anwendung der Modellierung mit Volumenelementen allerdings meistens nicht praktikabel. Für typische Trägerschweißungen bieten stattdessen Querschnittsmodelle mit der Annahme eines verallgemeinerten ebenen Verzerrungszustands eine mögliche Alternative. Der Abgleich der Ergebnisse mit den Experimenten lieferte zusammenfassend überwiegend gute bis befriedigende Übereinstimmungen. Die experimentell festgestellten Tendenzen wurden dabei in allen Fällen richtig vorhergesagt. Eine umfassende Bewertung der erzielbaren Genauigkeiten war bisher nicht möglich. Dies lag einerseits daran, dass die Datendichte der mit der durch die Zerlegung gewonnen Ergebnisse gering war. Anderseits lieferten die überlagerten Ergebnisse mit der XRD in Teilen, insbesondere in den interessierenden Druckbereichen, widersprüchliche Aussagen zum Eigenspannungseinfluss, was bisher nicht abschließend geklärt werden konnte. Darüber hinaus entstanden etwaige Abweichungen in den Simulationen auch durch die zugrunde gelegten Materialdaten selbst. Diese entsprachen Standarddatensätzen aus Materialbibliotheken. Die Skalierung dieser erfolgte gleichmäßig über den gesamten Temperaturbereich. Insbesondere für den S690QL existierten zu wenige belastbare Materialkennwerte. Entsprechende Versuche konnten im Rahmen dieses Vorhabens nicht mit durchgeführt werden. Dennoch konnten hinsichtlich eines vereinfachten Berechnungsvorgehens zur Berücksichtigung der Schweißeigenspannungen in Tragfähigkeitsberechnungen einige wichtige Erkenntnisse gewonnen werden. Auf Basis der in den numerischen Schweißsimulationsmodellen ermittelten plastischen Dehnungsmuster, auch „Eigenspannungsquellen“, wurde eine vereinfachte Simulationsvorgehensweise vorgeschlagen und verifiziert. Die dabei eingeführten Vereinfachungen wurden im Hinblick auf die Berechnung ausschließlich der plastischen Längsdehnungen bzw. der Längseigenspannungen gewählt. Die Anwendbarkeit ist daher auf ausreichend lange Schweißträger mit Längsnähten beschränkt. Einige Modellmodifikationen zur weiteren Vereinfachung bzw. Modellimplementierung in die strukturmechanische Berechnung an großen Komponenten wurden vorgestellt. Abschließend erfolgt die Einstufung in eine mögliche Knicklinie auf Basis eines mittels GMNIA (geometrisch und materiell nichtlineare Analyse mit Imperfektionen) Berechnungen simulierten Streubands der Tragfähigkeiten mittels Abaqus® und Ansys®. Die anfängliche Hypothese einer günstigeren Knicklinie eines S690QL im Vergleich zum S355J2+N wurde dabei rechnerisch bestätigt. Der experimentelle Nachweis mittels entsprechender Trägerfähigkeitsversuche ist allerdings noch ausstehend. KW - Schweißeigenspannungen KW - Numerische Simulation KW - Traglastverhalten KW - I-Träger KW - Hochfeste Stähle PY - 2018 SN - 978-3-946885-32-0 VL - Forschung für die Praxis P 1035 SP - 1 EP - 144 PB - Verlag und Vertriebsgesellschaft mbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-45271 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Mikrolegierungseinfluss auf das Ausscheidungsverhalten und die mechanischen Eigenschaften geschweißter hochfester Baustähle N2 - Mikrolegierungselemente, wie Nb und Ti, sind für die signifikante Festigkeitssteigerung von vergüteten, hochfesten Feinkornbaustählen mit einer Nominalstreckgrenze ≥ 690 MPa unerlässlich. Normvorgaben zur chemischen Zusammensetzung geben dabei nur obere Grenzwerte für die Hersteller vor. Weiterhin wirken sich bereits kleine Abweichungen in der Legierungsroute teilweise drastisch auf die mechanischen Eigenschaften aus. Somit wird eine adäquate Vorhersage der Schweißeignung und der Integrität der Schweißverbindung aufgrund der variierenden Mikrogefüge erschwert bis unmöglich. Unerwünschte Nebeneffekte sind die mögliche Erweichung der Wärmeeinflusszone (WEZ) als auch der gegenteilige Effekt der Aufhärtung. Vor diesem Hintergrund werden erstmals systematisch die unterschiedlichen Mikrolegierungsrouten mit variierenden Ti und Nb-Gehalten an Versuchsschmelzen untersucht. Die Stahlgüte S690QL bildet dabei die Grundlage der chemischen Zusammensetzung sowie der entsprechenden Wärmebehandlung. Zur Untersuchung der jeweiligen Schweißeignung wurden Dreilagen-Schweißungen mittels moderner MAG-Hochleistungsschweißprozesse durchgeführt und kritische Gefügebereiche mit hoher Erweichung/Aufhärtung identifiziert. Der Fokus der analytischen Betrachtungen lag hier auf der Identifikation der Phasenumwandlungen beim Abkühlen und auf dem metallurgischen Ausscheidungsverhalten. Zusätzlich wurden isotherme und nicht-isotherme Phasenberechnungen mit der Software Thermo-Calc durchgeführt. Mechanisch-technologische Untersuchungen zur Kerbschlagzähigkeit mittels Kerbschlagbiegeversuchen durchgeführt wurden, bestätigen dabei die Ergebnisse der thermodynamischen Simulation bezüglich des Ausscheidungsverhaltens während der Temperatur-Zeit Schweißzyklen. Daraus lässt sich der Einfluss der Wärmeeinwirkung beim Schweißen auf die Gefügeausbildung in der WEZ und der korrespondierenden mechanischen Eigenschaften qualitativ beschreiben. T2 - DVS Congress 2023 Große Schweißtechnische Tagung CY - Essen, Germany DA - 11.09.2023 KW - WEZ-Erweichung KW - Mikrolegierungseinflüsse KW - Hochfester Feinkornbaustahl KW - Kerbschlagzähigkeit PY - 2023 SN - 978-3-96144-230-0 VL - 389 SP - 218 EP - 225 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-59419 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Czeskleba, Denis A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Investigation of stress relief crack susceptibility of CrMoV steels coarse grain HAZ via simulation of uniaxial stress conditions during PWHT N2 - Creep-resistant steels such as the 13CrMoV9-10, used in the construction of thick-walled pressure vessels, are most commonly submerged arc welded (SAW). These steels can develop stress relief cracks (SRC) if the mandatory post weld heat treatment (PWHT) is performed improperly. Current PWHT parameters, such as heating rate and holding time at a specific holding temperature, are based on both empirical experience and conventional free shrinking welding experiments to characterize the SRC-susceptibility of the weld. These cannot adequately depict the higher residual stresses caused by the structurally induced stiffness of the surrounding construction. This study discusses the development of a repeatable, precise, and time-efficient methodology to study the effects of different stress levels and heating rates on the SRC susceptibility of the coarse grain heat-affected zone (CGHAZ). For that purpose, samples were thermically treated to simulate a coarse grain heat-affected zone (CGHAZ) and subsequently exposed to representative levels of stress during the heating phase of a PWHT. The recorded stress and heating rate–dependent strains were mathematically analyzed via curve tracing/calculus to identify interdependent effects. This procedure facilitates the measurement of material characteristics such as carbide growth on grain boundaries at the µm-scale via an integrated value over the entire sample volume. The first and second derivatives show a slight, precipitate-dependent, increase in hardness of the sample, depending on the heating rate and applied stress. This new methodology generates an improved assessment of the SRC susceptibility of SAW microstructures of creep-resistant CrMoV steels. KW - Submerged arc welding KW - Creep-resistant steel KW - Stress relief cracking KW - Component-like test KW - Post weld heat treatment PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-576007 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-023-01539-x SN - 0043-2288 SP - 1 EP - 9 PB - Springer Nature CY - Basel (CH) AN - OPUS4-57600 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Kromm, Arne A1 - Mente, Tobias A1 - Brackrock, Daniel A1 - Czeskleba, Denis A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Component test for the assessment of delayed hydrogen-assisted cracking in thick-walled SAW joints for offshore applications N2 - Offshore wind turbines continuously increase in size and weight and demand adequate offshore foundations concepts like monopiles, tripods, or jackets. These components are typically constructed using submerged arc welding (SAW) with high-strength thick steel plates like the S420ML. During welding, the occurrence of delayed hydrogen-assisted cracking (HAC) must be anticipated. HAC is a critical combination of the local hydrogen concentration within a susceptible microstructure under certain mechanical load, i.e., the occurring (welding) residual stresses. The welding sequence of the thick-walled plates complicates the residual stress distribution due to the necessary repeated thermal cycling, i.e., welding seam/layer deposition to fill the joint. For that purpose, SAW with two-wire-technique was used to weld a specially designed and prototype-like mock-up of a real component with a thickness of 50 mm, filled with over 20 passes and a seam length of 1000 mm. Additional welded stiffeners simulated the effect of a high restraint, to achieve critical HAC conditions. The necessity of a minimum waiting time (MWT) before the NDT can be conducted (to exclude HAC) was critically verified by the application of ultrasonic testing of the welded joint at different time-steps of the NDT of up to 48 h after the completion welding. The residual stresses were determined by a robot XRD goniometer. Tensile residual stresses up to the yield limit are found both in the weld metal and in the heat-affected zone. Numerical modeling allowed the qualitative estimation of the hydrogen diffusion in the weld. No noticeable HAC occurrence was identified and confirms the high cracking resistance of the investigated material. Finally, the applicability of the MWT concept should be critically discussed. KW - Hydrogen KW - Cold cracking KW - Minimum Waiting Time KW - Offshore steel grade KW - Component test PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-591981 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-023-01658-5 SP - 1 EP - 15 PB - Springer Science and Business Media LLC AN - OPUS4-59198 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schröder, Nina A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Thermodynamic prediction of precipitations behaviour in HAZ of a gas metal arc welded S690QL with varying Ti and Nb content N2 - For a significant increase in the strength of high-strength fine-grained structural steels with a nominal yield strength ≥690 MPa, the addition of microalloying elements such as Nb and Ti is required. The standard specifications for the chemical composition of these steels (e.g., in EN 10025-6) often only give the manufacturer limit contents to achieve the defined properties. The effect of the alloying elements in the heat affected zone (HAZ) is sometimes completely contrary. This makes it difficult to adequately predict the batch dependency regarding weldability and the load-bearing behaviour of the welded joint. Three different micro-alloyed steels of the grade S690QL were produced on a laboratory scale, focusing on different Nb and Ti contents. To investigate the tempering effect, these were gas metal arc welded in three layers. In addition to metallographic investigations of individual HAZ areas, thermodynamic phase calculations were carried out using Thermo-Calc, following variations in the chemical composition. This provides an understanding of phase transformation, precipitation growth, and dissolution during welding as a function of temperature and cooling conditions. The results show a divergent metallurgical behaviour in the HAZ of the three different micro-alloyed steels. Thereby, the Ti micro-alloyed grade showed a strong softening of the HAZ in contrast to the Nb micro-alloyed grade. This can be attributed to a contrary precipitation behaviour during welding. KW - High-strength structural steel KW - Gas metal arc welding KW - HAZ-softening KW - Microalloying influences KW - Thermodynamic simulation PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-579988 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-023-01550-2 SN - 0043-2288 SP - 1 EP - 10 PB - Springer AN - OPUS4-57998 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schröder, Nina A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Influence of microalloying on precipitation behavior and notch impact toughness of welded high‑strength structural steels N2 - Microalloying elements such as Nb and Ti are essential to increase the strength of quenched and tempered high-strength low alloy (HSLA) structural steels with nominal yield strength ≥ 690 MPa and their welded joints. Standards such as EN 10025–6 only specify limits or ranges for chemical composition, which leads to variations in specific compositions between steel manufacturers. These standards do not address the mechanical properties of the material, and even small variations in alloy content can significantly affect these properties. This makes it difficult to predict the weldability and integrity of welded joints, with potential problems such as softening or excessive hardening of the heat-affected zone (HAZ). To understand these metallurgical effects, previous studies have investigated different microalloying routes with varying Ti and Nb contents using test alloys. The high-strength quenched and tempered fine-grained structural steel S690QL is the basic grade regarding chemical composition and heat treatment. To evaluate weldability, three-layer welds were made using high-performance MAG welding. HAZ formation was investigated, and critical microstructural areas were identified, focusing on phase transformations during cooling and metallurgical precipitation behavior. Isothermal thermodynamic calculations for different precipitations were also carried out. Mechanical properties, especially Charpy notch impact toughness, were evaluated to understand the influence of different microalloys on the microstructure of the HAZ and mechanical properties. KW - High-strength structural steel KW - Gas metal arc welding KW - HAZ-softening KW - Notch impact toughness KW - Microalloying influences KW - Thermodynamic simulation PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-608548 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-024-01827-0 SN - 0043-2288 SP - 1 EP - 13 PB - Springer AN - OPUS4-60854 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Mente, Tobias T1 - Zuverlässige Wasserstoff Bestimmung in Metallen und ihren Schweißverbindungen: Parameter, Einflüsse, Grenzen N2 - Im Zuge der wasserstoffbasierten Energiewirtschaft von morgen, kommt der Errichtung der dementsprechenden Infrastruktur die zentrale Rolle zu. Der überwiegende Teil bisher eingesetzter und meist geschweißter Werkstoffe, wie Stähle, kann unter bestimmten Bedingungen zur Wasserstoffversprödung neigen. Dies umfasst die klassische verzögerte Kaltrissbildung während der Schweißverarbeitung als auch Versprödungsphänomene während des Betriebs. Für die Bewertung eines jeden Wasserstoffeffektes auf bspw. die mechanischen Eigenschaften eines geschweißten metallischen Werkstoffes, muss der Wasserstoffgehalt präzise bestimmt werden, Im Fall von Schweißnähten ist die beispielsweise nach der ISO 3690, die klassische isotherme Trägergas-Heißextraktion (TGHE). Die TGHE basiert dabei auf der beschleunigten Wasserstoffentgasung aufgrund der thermischen Aktivierung des Wasserstoffs bei erhöhten Temperaturen. Neben der reinen Quantifizierung des Wasserstoffs, kann über die thermische Desorptionsanalyse (TDA) mit variierten Heizraten, der Bindungszustand an mikrostrukturellen Defekten im Material festgestellt und bewertet werden. Für beide Techniken sind experimentelle und messtechnische Einflüsse zu beachten, die großen Effekt auf das Ergebnis haben. Für die TGHE schlägt die ISO 3690 schlägt beispielswiese verschiedene Probengeometrien sowie Mindestextraktionszeiten vor. Die vorliegende Studie fasst Ergebnisse und Erfahrungen zahlreicher Untersuchungen an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) mit unterschiedlichen Probentemperaturen und Geometrien (ISO 3690 Typ B und zylindrische TDA-Proben) zusammen hinsichtlich: Einfluss der Probenoberfläche (poliert/geschweißt), Messgenauigkeiten in Abhängigkeit des Probenvolumens sowie die unzureichende Überwachung des Effektes des PI-Reglers auf die Extraktionstemperatur. Insbesondere eine abweichende Extraktionstemperatur zur eingestellten Temperatur, kann die Messergebnisse wesentlich verfälschen. Basierend auf den Ergebnissen werden Methoden aufgezeigt, um schnell die gewünschte Extraktionstemperatur zu erreichen, ohne physisch in das Messequipment eingreifen zu müssen. Dies dient der wesentlichen Verbesserung der Zuverlässigkeit der Wasserstoffmessung durch erhöhte Signalstabilität und beschleunigte Wasserstoffdesorption. Im Allgemeinen ist eine unabhängige Temperaturmessung mit Dummy-Proben für die gewählte Heizprozedur angeraten, um mögliche unerwünschte Temperatureinflüsse bereits vor der Messung auszuschließen. Die beschriebenen Methoden können ohne großen Aufwand direkt in die industrielle Anwendung überführt werden. T2 - DVS Congress 2023 CY - Essen, Germany DA - 11.09.2023 KW - Wasserstoff KW - Schweißen KW - Forschung KW - ISO 3690 PY - 2023 SN - 978-3-96144-230-0 VL - 389 SP - 435 EP - 442 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-58309 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Schaupp, Thomas ED - Brockmann, S. ED - Krupp, U. T1 - Wasserstoffunterstützte Kaltrissbildung in Schweißnähten hochfester Stahlgüten - Anforderungen an die Prüfung N2 - Wasserstoff kann eine Rissbildung u.U. auch noch nach Tagen in der Schweißnaht bewirken. Dabei stellen höherfeste Stähle etablierte Kaltrissprüftests vor Herausforderungen. Generell nimmt die zur Rissvermeidung tolerierbare Wasserstoffkonzentration mit zunehmender Festigkeit der Werkstoffe ab. Zudem verändern weiterentwickelte Schweißverfahren die Nahtgeometrie und Wärmeeinbringung und die Ausbildung risskritischer Mikrostrukturen (z.B. Wärmeeinflusszone). Am Beispiel des Implant- und Tekken-Tests werden die Einsatz- u. Anwendungsgrenzen bewertet. Zu berücksichtigen ist, dass beim Schweißen eine äußere mechan. Beanspruchung durch bauteilspezifische Steifigkeitsverhältnisse wirksam ist. Zusätzlich werden weiterführende Prüfverfahren zur Bestimmung der Wasserstoffkonzentration und -diffusion in Schweißnähten vorgestellt, wie die Trägergasheißextraktion (TGHE) für die Ermittlung der Wasserstoffkonzentration (ISO 3690) oder Hochtemperaturdiffusionskoeffizienten. Diese Werte sind für die schweißtechnische Praxis von großer Bedeutung, um Haltezeiten z.B. für das Wasserstoffarmglühen abzuleiten. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2021 CY - Online meeting DA - 02.12.2021 KW - Wasserstoff KW - Kaltrissprüfung KW - Schweißen KW - Stahl KW - Hochfest PY - 2021 SN - 978-3-941269-98-9 SP - 15 EP - 20 PB - Stahlinstitut VDEh CY - Düsseldorf AN - OPUS4-53900 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Launert, B. A1 - Rhode, Michael A1 - Pasternak, H. A1 - Kannengießer, Thomas ED - Dubina, D. ED - Ungureanu, V. T1 - Welding Residual Stresses in High-strength Steel. Experimental Results N2 - This article presents the latest results of an ongoing national research project on improved models for the prediction of welding residual stresses of thick-plated welded I-girders. The experimental program is presented and the importance of different influencing factors on the residual stresses is discussed in detail. All results are compared for mild (S355J2+N) and high strength (S690QL) steel. Finally, conclusions for further works are drawn. T2 - SDSS 2016 - The International Colloquium on Stability and Ductility of Steel Structures - SDSS 2016 CY - Timisoara, Romania DA - 30.05.2016 KW - Residual Stresses KW - Welding KW - High-Strength Steel KW - I-Girder KW - Component Test PY - 2016 SN - 978-92-9147-133-1 VL - 2016 SP - 517 EP - 524 PB - Ernst & Sohn AN - OPUS4-37890 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pasternak, H. A1 - Launert, B. A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas ED - Zingoni, A. T1 - Residual Stresses and Imperfections in Welded High-strength I-shape Sections N2 - This article addresses the imperfections caused by the weld assembly in I-shape sections made of two structural steel grades. Load influencing imperfections are assumed as deviations from the ideal shape (e.g. bending distortion) and longitudinal residual stresses. The quality of a numerically aided design of components exposed to either compression and/or bending is significantly affected, depending on these parameters. The Eurocode (EC3) provides robust simplified models. As a result, the Ultimate Limit State (ULS) is approached on a conservative basis. The following investigations are aimed at providing further guidance on these values in component-like specimens. The long term goal is an improved understanding of the load-bearing capacity of such sections. As a first step in this process, the experimental and corresponding numerical studies are presented. T2 - 6th International Conference on Structural Engineering, Mechanics and Computation (SEMC 2016) CY - Cape Town, South Africa DA - 05.09.2016 KW - Residual Stresses KW - Welding KW - High-strength Steel KW - Numerical Modeling KW - Component PY - 2016 SN - 978-1-138-02927-9 VL - 2016 SP - 1139 EP - 1146 PB - CRC Press, Taylor & Francis Group CY - Boca Raton, FL, USA AN - OPUS4-37888 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Einfluss unterschiedlicher Mikrolegierungsrouten eines S690QL auf das Ausscheidungsverhalten in der Wärmeeinflusszone N2 - Mikrolegierungselementen, wie Nb und Ti sind für eine signifikante Festigkeitssteigerung von vergüteten, hochfesten Feinkornbaustählen mit einer Nominalstreckgrenze ≥ 690 MPa unerlässlich. Normvorgaben zur chemischen Zusammensetzung dieser Stähle geben zur Erzielung der vorgeschriebenen Eigenschaften dabei oft nur Grenzgehalte für die Hersteller vor. Die Wirkung der Mikrolegierungselemente bzw. ihrer Karbide und/oder Nitride ist teilweise komplett konträr, insbesondere bei Auflösung und Wiederausscheidung in der WEZ bei identischem Schweißzusatz. Somit wird eine adäquate Vorhersage der Chargenabhängigkeit hinsichtlich der Schweißeignung und des Tragverhaltens der Schweißverbindung erschwert. Eine unerwünschte Eigenschaft ist dabei die Erweichung der WEZ, wie auch u.U. der gegenteilige Effekt der Aufhärtung. Vor diesem Hintergrund werden im Rahmen eines DFG-Vorhabens systematisch Mikrolegierungs-routen mit variierenden Ti- und Nb-Gehalten des hochfesten und vergüteten Feinkornbaustahls S690QL untersucht. Dazu wird das MAG-Schweißen mit modifizierten Sprühlichtbogen verwendet, welches durch hohe Abschmelzleistung gekennzeichnet ist und schmalere Nahtöffnungswinkel (α = 30°) ermöglicht. An Dreilagen-Schweißungen wird der Effekt der metallurgischen Zusammensetzung in Kombination mit hoher Wärmeeinwirkung auf die Ausbildung einer kritischen WEZ-Gefügezone mit Erweichung und/oder exzessiver Aufhärtung untersucht. Ein besonderes Augenmerk wird auf die Phasenumwandlungen und das Ausscheidungsverhalten im Gefüge der Wärmeeinflusszone gelegt. Neben umfangreichen metallographischen Untersuchungen einzelner WEZ-Bereiche wurden, unter Variation der chemischen Zusammensetzung, thermodynamische Phasenberechnungen mittels Thermo-Calc durchgeführt. Hierdurch wird ein Verständnis zur Phasentransformation und Ausscheidungswachstum und -auflösung während des Schweißens in Abhängigkeit von Temperatur und Abkühlbedingungen geschaffen. Das Ziel ist es, den Einfluss der Wärmeeinwirkung auf die Gefügeausbildung in der WEZ und dessen mechanischer Eigenschaften zu analysieren. Insbesondere wird hier auf die Auswirkung der unterschiedlichen Mikrolegierungskonzepte (Ti oder Nb) geachtet. T2 - 5. Symposium Materialtechnik CY - Clausthal-Zellerfeld, Germany DA - 23.02.2023 KW - WEZ Erweichung KW - Thermodynamische Simulation KW - Mikrolegierungseinfluss KW - Schweißen von hochfesten FKB PY - 2023 SN - 978-3-8440-9105-2 VL - 12 SP - 332 EP - 343 PB - Shaker Verlag AN - OPUS4-58006 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Mente, Tobias A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Schaupp, Thomas A1 - Zavdoveev, Anatoly T1 - Challenges for testing hydrogen-assisted cold cracking in weld seams of high-strength steel grades N2 - Hydrogen can cause weld cold cracking even days after fabrication. In this respect, higher strength steels present a challenge to established cold crack testing. In general, the tolerable hydrogen concentration for crack prevention decreases with increasing material strength. In addition, advanced welding processes require changes in weld geometry and heat input. This directly influences the formation of crack-critical microstructures, e.g. in hardened areas of the heat-affected zone. The limits of use and application of modern cold cracking tests are evaluated by (1) the externally loaded Implant-test and (2) the self-restraint Tekken-test. In particular, external mechanical stresses, which cause additional mechanical loads on the components during welding, must be considered due to the component-specific stiffness of high-strength steels. Accompanying test methods for determining hydrogen concentration and diffusion in welds are presented, such as carrier gas hot extraction for determining hydrogen concentration (ISO 3690) or temperature-dependent diffusion coefficients. These values are of great importance for a holistic approach to the evaluation of the cold cracking sensitivity of high strength steels. KW - Hydrogen KW - Welding KW - Cold cracking test KW - High-strength steel PY - 2024 DO - https://doi.org/10.37434/tpwj2024.08.01 SN - 0957-798X VL - 2024 IS - 8 SP - 3 EP - 9 PB - International Association "Welding" CY - Kyiv, Ukraine AN - OPUS4-60946 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kaiser, Sebastian A1 - Erxleben, Kjell A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Repair Welding of In-Service Hydrogen Pipelines - Concepts and Challenges N2 - Hydrogen is set as the energy carrier of tomorrow for a more sustainable fossil fuel free future. As this necessitates a reliable transport infrastructure, repurposing of the existing natural gas grid is planned. With regards to the well-known effect of hydrogen embrittlement, the compatibility of utilized materials must be investigated. First comprehensive studies on pipeline material hydrogen compatibility indicate that these materials can be applied to a certain extent. Nonetheless, the material compatibility is currently of high interest and focus of numerous research projects worldwide. However, pipelines require frequent maintenance and repair work. As part of these, in some cases it is necessary to do weldments onto pipelines while they are pressurized. This in-service welding introduces additional challenges for the material compatibility. Due to the resulting high temperatures, the metallurgical changes in the material and of course the presence of high-pressure hydrogen in the pipeline, additional investigations need to be conducted to ensure that no critical material degradation because of increased hydrogen absorption occurs and an overall material compatibility is given. For this reason, the present paper introduces in-service welding on pipelines. An overview of current research projects that deal with the application of in-service welding specifically on hydrogen pipelines and the emerging problems when applying these techniques on hydrogen pipelines is given. Methods of material testing, their limits and possible solutions are presented and discussed. T2 - 2024 15th International Pipeline Conference CY - Calgary, Alberta, Canada DA - 23.09.2024 KW - Hydrogen KW - Pipeline KW - Welding KW - In-Service PY - 2024 SN - 978-0-7918-8856-8 DO - https://doi.org/10.1115/IPC2024-133052 SP - 1 EP - 6 PB - The American Society of Mechanical Engineers (ASME) CY - New York AN - OPUS4-62262 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Steppan, Enrico A1 - Mantzke, Philipp A1 - Steffens, Benjamin A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Thermal desorption analysis for hydrogen trapping in microalloyed high-strength steels N2 - Hydrogen can have an extreme degradation effects in steels, particularly concerning the mechanical properties. These effects can lead to hydrogen-assisted cracking in microalloyed high-strength steels during fabrication and/or operation in industrial applications. In order to study these effects, electrochemically charged tensile specimens were tested to elucidate the degradation of their properties. The carrier gas hot extraction (CGHE) method, which functionally combines a mass spectrometer with a thermal desorption analysis (TDA) process, was used for the detection of ultra-low diffusible hydrogen concentrations in the material specimens. The mass spectrometer provided rapid and automatic determination of hydrogen concentration, whereas the TDA presented the activation energy within the respective test specimen at the specific temperature. Additionally, specimen temperature was carefully monitored to reduce the evaluation error for local effusion peaks. A quenching and deformation dilatometer was used for the analysis of typical heat-affected zones during the welding process for a high reproducibility of the homogenous microstructures that were studied. The present work shows the interaction between hydrogen and lattice defects in different microalloyed materials and heat-affected zones of weldable fine-grained steels. These steels were prepared in a quenched and tempered condition and in a thermo-mechanically rolled condition. These preparations were made according to German standard DIN EN 10025-6 and to DIN EN 10149-2, respectively. The trapping characteristics of two steel grades, S690QL and S700MC, were studied with respect to the activation energy dependent on carbon content and microalloying elements such as Ti, Nb, Mo, Cr, and V. The two steel grades exhibited several types of traps: carbide formations, dislocations, and/or grain boundaries were common, which can influence activation energy and hydrogen solubility. The type and dimension of inclusions or particles also affected the hydrogen trapping behavior. A decrease of carbon and specific alloying elements in thermo-mechanically hot rolled steels led to a change in the activation energy binding the trapped hydrogen. This thermo-mechanically hot rolled steel revealed an increased interaction between hydrogen and precipitations. The higher carbon content in the quenched and tempered steel led to a higher interaction between hydrogen and iron carbide, specifically in the martensitic phase. Furthermore, the trapping behavior in heat-affected zones showed a significant increase in activation energy, especially in the coarse-grained microstructure. These previously mentioned various effects were studied to better understand the degradation of mechanical properties in these two steels. KW - Microalloyed steels KW - Hydrogen embrittlement KW - Heating KW - Chemical analysis KW - Microstructure KW - Heat-affected zone PY - 2017 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-017-0451-z SN - 0043-2288 SN - 1878-6669 VL - 61 IS - 4 SP - 637 EP - 648 PB - Springer CY - Berlin Heidelberg AN - OPUS4-40190 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Steger, Jörg T1 - Approach for calculation of apparent hydrogen diffusion coefficients with permeation experiments in CrMoV steel weld joints N2 - Electrochemical permeation experiments were conducted at room temperature with the low alloyed creep resistant Steel grade T24 (7CrMoVTiB10-10). T24 weid metal specimens were machined from multi-layer manual TIG-welds. From the experimental data, apparent hydrogen diffusion coefficients are calculated for both. The diffusion coefficients varied distinctly with the used calculation method (classical time-lag and inflection point method). Derived from analytical calculation of the permeation transients, an adapted time-lag method is suggested for improved assessrnent of diffusivity. Additionally, the results indicated that the hydrogen diffusivity of the base metal (BM) is increased compared to the weid metal (WM). T2 - Steel & Hydrogen - 2nd International conference on metals and hydrogen CY - Gent, Belgium DA - 05.05.2014 PY - 2014 SN - 978-9081-7942-13 N1 - Serientitel: Steely hydrogen conference proceedings – Series title: Steely hydrogen conference proceedings SP - p28, 670 EP - 674 AN - OPUS4-31449 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Steppan, Enrico A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Steger, Jörg ED - Lippold, J. T1 - Effect of hydrogen on mechanical properties of heat affected zone of a reactor pressure vessel steel grade N2 - The steel grade 20MnMoNi5-5 (according to German DIN standard or 16MND5 according to French AFNOR standard) is widely applied in (weld) fabrication of reactor pressure vessel components. Thus, a wide range of welding technologies (like submerged arc welding (SAW) or tungsten inert gas (TIG)) is used resulting in different heat affected zone (HAZ) microstructures. During weld fabrication, the weld joints may take up hydrogen. Especially, the HAZ shows an increased susceptibility for a degradation of the mechanical properties in presence of hydrogen. In addition, the hydrogen-assisted degradation of mechanical properties is influenced by three main local factors: hydrogen concentration, microstructure, and load condition. Hence, the base material (BM) and two different simulated non-tempered as-quenched HAZ microstructures were examined using hydrogen-free and hydrogen-charged tensile specimens. The results indicate that the effect of hydrogen on the degradation is significantly increased in case of the HAZ compared to the BM. In addition, hydrogen has remarkable effect in terms of reduction of ductility. It was ascertained that the degradation of the mechanical properties increases in the order of BM, bainitic HAZ, and the martensitic HAZ. Scanning electron microscope (SEM) investigation showed a distinct change of the fracture topography depended on the microstructure with increasing hydrogen concentration in case of the as-quenched HAZ microstructures. KW - Mechanical properties KW - Pressure vessel steels KW - Heat affected zone KW - Hydrogen KW - Hydrogen embrittlement KW - Low alloy steels PY - 2016 UR - http://link.springer.com/article/10.1007/s40194-016-0325-9 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-016-0325-9 VL - 60 IS - 4 SP - 623 EP - 638 PB - Springer-Verlag GmbH CY - Heidelberg, Germany AN - OPUS4-36454 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel A1 - Schröder, Nina A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Kromm, Arne A1 - Kadoke, Daniel A1 - Kruse, Julius T1 - Local strain behaviour in cross weld tensile specimens of microalloyed high strength steels using digital image correlation N2 - This study specifically examines the role of the microalloying element titanium (Ti) in achieving the desired mechanical properties of quenched and tempered high-strength fine-grain structural steels, with a nominal yield strength of ≥ 690 MPa. Current specifications limit chemical composition only by defining upper thresholds, but even minor variations in Ti content can substantially alter mechanical properties. Consequently, accurate prediction of weldability and welded joint integrity becomes challenging, as variations in Ti lead to distinct microstructural characteristics, potentially causing undesirable softening or hardening effects in the heat-affected zone (HAZ). To address these complexities, two distinct titanium concentrations were systematically investigated for the first time using specially developed laboratory-cast alloys. Both alloying configurations were based on the standard S690QL grade, with consistent chemical composition and heat treatment parameters maintained across the samples. For the weldability analysis, three-layer welds were executed using gas metal arc welding (GMAW), allowing for the identification of critical microstructural zones within the HAZ that exhibit significant softening or hardening. The influence of the softened HAZ region on failure mechanisms was assessed through transverse tensile tests. Digital image correlation (DIC) was employed to capture local strain variations across different HAZ regions in situ. With a custom-developed mirror system, local strains in microstructural zones on both the top and bottom surfaces of the weld were recorded simultaneously. This setup enabled a detailed analysis of how weld seam geometry (e.g., V-groove configuration) influences strain gradients. Additionally, the investigation of localized deformation provided insights into how variations in Ti content within the HAZ affect global strain, fracture constriction, fracture location, and overall fracture behavior. T2 - MPA Seminar 2024 Materials Processes Applications CY - Stuttgart, Germany DA - 08.10.2024 KW - HAZ-Softening KW - Digital Image Correlation KW - Cross weld tensile test PY - 2024 AN - OPUS4-61488 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Measurement and numerical modeling of residual stress distribution in welded HSLA component-like I-girders N2 - Currently, residual stresses in welded HSLA (high strength low alloyed steels) are considerded by simplified “robust” procedures fixed in common standards (such as Eurocode 3). The models are mostly based on specimens from mild steel with lower strength. For HSLA, necessary material data is less available for realistic assessment of the appearing residual stresses in typical I-girders. Hence, the economic benefit of HSLA steels in scope of load bearing capacity cannot fully be exploit. Thus, the scope of this work is the measurement of weld residual stresses in component-like I-girders S355 and S690 by sectioning method and subsequent verification by global structural welding simulation. T2 - IIW Intermediate Meeting, Meeting of commision II-A CY - Madrid, Spain DA - 29.02.2016 KW - I-girder KW - Weld residual stresses KW - Numerical simulation KW - Sectioning method PY - 2016 AN - OPUS4-35543 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 - Hadick, C. A1 - Schu, K. T1 - Quantification of hydrogen uptake during in-service hydrogen pipeline welding N2 - Hydrogen must be transported on a large scale from producers to consumers to ensure the energy transition. The necessary pipeline grid is achieved by conversion of the natural gas (NG) grid and building new pipelines. Welding during service as part e.g. of “hot-tapping” is unavoidable for maintenance/repair/expansion. Based on existing studies, the basic material compatibility of (low-alloyed) pipeline steels with hydrogen is postulated. However, this cannot be assumed for the case of in-service welding on pipelines in pressurized condition. The reason is the increased temperature e.g. by preheating and (in particular) during welding of the single passes. As a result, the inner pipeline surface undergoes multiple short-term heating but to high temperatures. In particular, the first passes can result in a temperature close to the austenitic transformation of the material for small wall thicknesses. Both increase the hydrogen uptake into the welded joint. If hydrogen embrittlement is likely to occur, depends on the hydrogen uptake, which must be quantified. For this purpose, welding experiments on pressurized demonstrators were conducted. The hydrogen uptake at 100 bar was compared to reference experiments with nitrogen. A new sample extraction routine for the quantification of the weld-zone specific hydrogen uptake was established. Comprehensive experiments with different steels (P235, L360, L485), wall thicknesses (4.1 mm to 7.8 mm) and diameters (DN50 and DN200) were conducted. In addition, the influence of the welding layer sequence on the hydrogen uptake between single- and multi-layer welds was investigated. Analytical approaches were used to approximate the hydrogen uptake in the respective weld zones. The main findings were that the layer sequence and especially the wall thickness have a large influence on the hydrogen uptake. T2 - 20th Pipeline Technology Conference ptc2025 CY - Berlin, Germany DA - 06.05.2025 KW - In-service KW - Hydrogen KW - Pipeline KW - Repair welding KW - component test PY - 2025 SP - 1 EP - 12 AN - OPUS4-63166 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Lausch, Thomas A1 - Rhode, Michael A1 - Wimpory, R. C. A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Influence of welding stresses on relief cracking during heat treatment of a creep-resistant 13CrMoV steel: Part III - Assessment of residual stresses from small-scale to real component welds N2 - For higher operational temperatures and pressures required in petrochemical plants, the modified 13CrMoV9-10 steel was developed providing high resistance against creep and compressed hydrogen. Extreme care during the welding procedure is necessary for this steel, attributed to low toughness, high strength in as-welded state, and increased susceptibility to stress relief cracking (SRC) during post-weld heat treatment (PWHT). Previous research of SRC in creep-resistant steels discussed mainly thermal and metallurgical factors. Few previous findings addressed the influences of welding procedure on crack formation during PWHT considering real-life manufacturing conditions. These investigations focus on effects of welding heat control on stresses during welding and subsequent PWHT operations close to realistic restraint and heat dissipation conditions using a special 3D testing facility, which was presented in parts I and II of this contribution. Part III addresses investigations on residual stress evolution affecting crack formation and discusses the transferability of results from large-scale testing to laboratory-scale. Experiments with test set-ups at different scales under diverse rigidity conditions and an assessment of the residual stresses of the weld-specimens using X-ray (surface near) and neutron diffraction analysis (bulk) were performed. This study aims to provide a way of investigating the SRC behaviour considering component-specific residual stresses via small-scale testing concepts instead of expensive weld mock-ups. KW - Welding KW - Creep-resistant steel KW - Residual stresses KW - Post-weld heat treatment KW - Stress relief cracking PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-524403 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-021-01101-7 SN - 1878-6669 VL - 65 SP - 1671 EP - 1685 PB - Springer CY - Berlin AN - OPUS4-52440 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Mente, Tobias A1 - Richter, Tim A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Characterization of Hydrogen Diffusion in Offshore Steel S420G2+M Multi-layer Submerged Arc Welded Joint N2 - As onshore installation capacity is limited, the increase in the number of offshore wind turbines (OWT) is a major goal. In that connection, the OWTs continuously increase in size and weight and demand adequate foundations concepts like monopiles or tripods. These components are typically manufactured from welded mild steel plates with thickness up to 200 mm. The predominant welding technique is submerged arc welding (SAW). In accordance with the standards, the occurrence of hydrogen-assisted cracking is anticipated by either a minimum waiting time (MWT, before non-destructive testing of the welded joint is allowed) at ambient or a hydrogen removal heat treatment (HRHT) at elevated temperatures. The effectiveness of both can be estimated by calculation of the diffusion time, i.e., diffusion coefficients. In this study, these coefficients are obtained for the first time for a thick-walled S420G2+M offshore steel grade and its multi-layer SAW joint. The electrochemical permeation technique at ambient temperature is used for the determination of diffusion coefficients for both the base material and the weld metal. The coefficients are within a range of 1025 to 1024 mm2/s (whereas the weld metal had the lowest) and are used for an analytical and numerical calculation of the hydrogen diffusion and the related MWT. The results showed that long MWT can occur, which would be necessary to significantly decrease the hydrogen concentration. Weld metal diffusion coefficients at elevated temperatures were calculated from hydrogen desorption experiments by carrier gas hot extraction. They are within a range of 1023 mm2/s and used for the characterization of a HRHT dwell-time. The analytical calculation shows the same tendency of long necessary times also at elevated temperatures. That means the necessary time is strongly influenced by the considered plate thickness and the estimation of any MWT/HRHT via diffusion coefficients should be critically discussed. T2 - European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Process - Euromat 2021 CY - Online meeting DA - 13.09.2021 KW - Thick-walled KW - Hydrogen diffusion KW - Offshore KW - Steel KW - Submerged arc welding PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-544127 DO - https://doi.org/10.1007/s11665-022-06679-7 SN - 1059-9495 SP - 1 EP - 13 PB - Springer Nature AN - OPUS4-54412 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Czeskleba, Denis A1 - Fleißner-Rieger, H. A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Combined heating rate and restraint condition effect on stress relief cracking during PWHT of thick-walled Cr–Mo-V steel SAW joints N2 - Creep-resistant steels such as 13CrMoV9-10 are utilized in the manufacture of thick-walled pressure vessels and are typically joined by submerged arc welding (SAW). However, these materials are susceptible to stress relief cracking (SRC) if the required post weld heat treatment (PWHT) is not applied correctly. Existing PWHT guidelines, encompassing heating rate and dwell (or holding) time at a given temperature, are derived from a synthesis of empirical knowledge and typically free-shrinkage weld experiments to assess the susceptibility to SRC. Therefore, this study discusses the combined effect of the PWHT heating rate under free-shrinkage compared to restrained shrinkage. Welding experiments were conducted (using plates with a thickness of 25 mm) for both shrinkage conditions for a variety of heating rates and maximum temperatures. In-situ acoustic emission analysis was used to locate propagating SRCs during PWHT. Hardness measurements, mechanical property characterization (Charpy impact strength), and microstructure correlation were used to evaluate the SRC susceptibility. The results suggested that the influence of heating rate could not be directly related to SRC formation and that the initial weld microstructure prior to PWHT was more relevant in terms of very high hardness in the coarse grain heat affected zone, especially that of the last beads in the top layer of the welding sequence. This was seen in the form of random, unexpected SRC occurrence in only one specimen at a heating rate commonly used in welding practice (approximately 100 K/h). In this context, the additional effect of an external shrinkage restraint on SRC must be considered in the form of increasing mechanical loads during welding, which are typically not within the scope of welding practice. To mitigate the probability of SRC during PWHT, it is imperative to reduce the welding heat input and to restrict the structural shrinkage restraint of the weld joint. KW - Component test KW - Stress relief cracking KW - PWHT KW - Creep-resistant steel PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-631439 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-025-02062-x SN - 1878-6669 SP - 1 EP - 17 PB - Springer Nature AN - OPUS4-63143 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Launert, B. A1 - Rhode, Michael A1 - Kromm, Arne A1 - Pasternak, H. A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Measurement and numerical modeling of residual stresses in welded HSLA component-like I-girders N2 - The present contribution shows the residual stress results obtained from experiments with the sectioning method in comparison to global(structural) welding simulation models on component-like (i.e., large scale) I-girders made of structural steel grades S355 and S690QL. Plates were welded by conventional gas metal arc welding using two different heat inputs. In addition, the base material was assumed to be stress-free. Based on these results, conclusions and recommendations for the design of welded I-girders are drawn. T2 - IIW - Annual Assembly 2016 CY - Melbourne, Australia DA - 10.07.2016 KW - Residual Stresses KW - Microalloyed Steels KW - Girders KW - MAG Welding KW - Numerical Simulation PY - 2016 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-016-0413-x SN - 1878-6669 SN - 0043-2288 VL - 61 IS - 2 SP - 223 EP - 229 PB - Springer CY - Berlin, Heidelberg AN - OPUS4-38919 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 - Kaiser, Sebastian A1 - Erxleben, Kjell A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Herausforderungen beim Schweißen im Betrieb an Wasserstoff-Ferngasleitungen N2 - Als Energieträger der Zukunft kommt grünem Wasserstoff große Bedeutung bei der Energiewende und der zukünftigen, nachhaltigen Energieversorgung zu Teil. Zum effizienten und sicheren Transport des Wasserstoffs ist die Bereitstellung einer Pipeline-Infrastruktur geplant. Die meisten Länder verfolgen hierbei die Strategie der Umwidmung bestehender Erdgastransportleitungen, ergänzt durch Errichtung neuer Pipelines. Die bestehenden Erdgasnetze sind dabei aus unterschiedlichsten Rohrgeometrien und Materialien zusammengesetzt. Bei der Umwidmung von Erdgaspipelines zum Transport von Wasserstoff müssen daher Fragen der Materialverträglichkeit hinsichtlich des als Wasserstoffversprödung bekannten Phänomens der Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften metallischer Werkstoffe durch Wasserstoff betrachtet werden. Bisherige Forschungsergebnisse und Feldversuche deuten darauf hin, dass die niedriglegierten, ferritischen Stähle, aus denen die Ferngasleitungen des Erdgasnetzes überwiegend bestehen, für den Transport von Wasserstoff unter normalen Betriebsbedingungen geeignet sind. Eine Frage, die bislang weniger Aufmerksamkeit erhielt, ist die, wie sich das Schweißen im Betrieb an Wasserstoffpipelines auf die Materialkompatibilität auswirkt. Im Erdgasnetz sind etablierte Verfahren wie beispielsweise das „Hot-Tapping“ unumgänglich für die Instandhaltung und Erweiterung des Netzes. Hierbei werden an eine im Betrieb befindliche Pipeline geteilte T-Stücke aufgeschweißt, über die die Pipeline dann mit geeigneten Bohrvorrichtungen während eines ununterbrochenen Betriebs angebohrt werden kann. Um zu beurteilen, ob diese Verfahren gefahrlos auf Wasserstoffpipelines übertragen werden können, müssen Problemstellungen betrachtet werden, die sich durch den Wärmeeintrag ins Material beim Schweißen ergeben. Wasserstofflöslichkeit und Diffusionsgeschwindigkeit sind temperaturabhängig. Erhöhte Temperaturen könnten eine Wasserstoffaufnahme ins Material bewirken, die zu einer kritischen Degradation der mechanischen Eigenschaften des Materials führen könnte. Die Temperaturen, die beim Schweißen erreicht werden, führen lokal zur Überschreitung der Austenitisierungstemperatur. Austenit weist eine deutlich höhere Löslichkeit von Wasserstoff auf, während die Diffusionsgeschwindigkeit des Wasserstoffs in dieser Phase deutlich herabgesetzt ist. Es wird vermutet, dass dies zu einer lokal erhöhten Wasserstoffkonzentration führt. Damit geht ein erhöhtes Risiko einer kritischen Materialdegradation einher. Durch die lange Zeitdauer beim Schweißen von mehrlagigen Rundkehlnähten an großen Pipelines, einschließlich einer möglichen Vorwärmprozedur, ist weiterhin zu klären, ob der aus Anwendungsfällen in der Petrochemie bekannte Hochtemperaturwasserstoffangriff auftritt. Der vorliegende Beitrag liefert einen Überblick über das Schweißen im Betrieb an Gaspipelines, hierbei auftretenden Herausforderungen bei der möglichen Anwendung auf Wasserstoffleitungen. Dabei werden auch aktuelle Forschungsprojekte zum Thema Schweißen an Wasserstoffpipelines im Betrieb eingehend diskutiert. In diesem Zusammenhang werden erste Ergebnisse des gemeinschaftlichen Forschungsprojektes „H2-SuD: Einfluss des Schweißens auf die Wasserstoffaufnahme und Degradation im Betrieb befindlicher H2-Ferngasleitungen“ des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches (DVGW), der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und deutscher Gasnetzbetreiber (Open Grid Europe, ONTRAS Gastransport, u.v.m.) präsentiert. T2 - 53. Sondertagung - Schweißen im Anlagen-und Behälterbau 2025 CY - Munich, Germany DA - 18.03.2025 KW - Materialdegradation KW - Pipeline KW - Schweißen KW - Wasserstoff PY - 2025 SN - 978-3-96144-290-4 (Print) SN - 978-3-96144-291-1 (E-Book) VL - 2025 SP - 106 EP - 115 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-62911 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Schweißen im Wasserstoffanlagen- und Behälterbau - Eine Kurzübersicht N2 - Wasserstoff erfüllt die zentrale Rolle für die Umwandlung der bisherigen fossil-basierten Energieerzeugung und -nutzung auf eine dekarbonisierte, nachhaltige Form. Dazu muss der Wasserstoff erzeugt, gespeichert, transportiert werden, bevor er wieder der Nutzung zugeführt wird. Hierzu sind entlang der gesamtem Prozesskette Wasserstofftechnologien notwendig, die einen sicheren Betrieb erfordern. Hierbei kommt dem schweißtechnischen Anlagen- und Behälterbau wesentliche Bedeutung zu, insbesondere (aber nicht ausschließlich) für Speicherung und Transport des Wasserstoffes. Der vorliegende Beitrag gibt einen kurzen Überblick, wo und wie die konventionelle Schweißtechnik hierzu wichtige Beiträge leistet. Die additive Fertigung, also das „Drucken“ von Bauteilen wird dabei zunehmend wichtiger, entlang der gesamtem Prozesskette der Wasserstofftechnologien. Gleichwohl darf nicht unterschätzt werden, dass auch wesentlicher Bedarf an der Erweiterung und teilweiser Neufassung von bestehenden Regel- und Normenwerken besteht. T2 - 51. Sondertagung "Schweißen im Behälter- und Anlagenbau" CY - Munich, Germany DA - 01.03.2023 KW - Wasserstoff KW - Anlagenbau KW - Schweißen KW - Studie KW - Pipeline PY - 2023 SN - 978-3-96144-219-5 VL - 387 SP - 83 EP - 88 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-57075 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kaiser, Sebastian A1 - Erxleben, Kjell A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Schweißen im Betrieb an Wasserstoff-Ferngasleitungen N2 - Wasserstoff gilt als Energieträger für die Erreichung der Klimaziele und einer nachhaltigen zukünftigen Energieversorgung. Für den notwendigen Transport des Wasserstoffs in großem Maßstab und über weite Entfernungen ist eine zuverlässige Pipeline-Infrastruktur erforderlich. Umfassende weltweite Forschungsprojekte deuten auf die allgemeine Kompatibilität der verwendeten überwiegend ferritischen Stähle für die vorgesehenen Betriebsbedingungen von bis zu 60 °C bei 100 bar Wasserstoff hin. Dies ist jedoch nicht direkt übertragbar auf schweißtechnische Reparatur- und Wartungsarbeiten an im Betrieb befindlichen Pipelines. Ein im Erdgasnetz etabliertes Verfahren stellt das „Hot-Tapping“ dar, bei dem eine unter Druck stehende Pipeline im Betrieb angebohrt wird. Hierfür kommt ein an die Rohrleitung geschweißtes Formstück zum Einsatz, das die Montage der Bohr-/Lochschneidemaschine ermöglicht. In den Richtlinien EIGA 121/14 bzw. AIGA 033/14 wird darauf hingewiesen, dass das Anbohren von Wasserstoffleitungen kein Routineverfahren darstellt: “[…] a hydrogen hot-tap shall not be considered a routine procedure […]“. Dieser Aussage liegt unter anderem zugrunde, dass das Anschweißen des Formstücks an das Rohr und alle zu erwartenden Wärmebehandlungen vor und nach dem Schweißen eine lokale Temperaturerhöhung verursachen. Insbesondere auch an der Rohrinnenfläche, die dem Wasserstoff ausgesetzt ist. Diese erhöhten Temperaturen begünstigen die Absorption und Diffusion von Wasserstoff in das Material. Besonders zu beachten ist außerdem die lokal auftretende kurzzeitige Austenitisierung des Materials, die eine lokal stark erhöhte Wasserstoffkonzentration verursachen kann. Aus den genannten Gründen gibt diese Studie einen kurzen Überblick über die derzeit weltweit verfügbaren Forschungsprojekte zum Schweißen von Wasserstoff-Pipelines im Betrieb. Vorgestellt werden unter anderem erste Ergebnisse des Kooperationsforschungsprojektes H2SuD, das derzeit an der BAM bearbeitet wird. T2 - 6. Symposium Materialtechnik CY - Clausthal-Zellerfeld, Germany DA - 20.02.2025 KW - Materialdegradation KW - Pipeline KW - Schweißen KW - Wasserstoff PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-632731 SN - 978-3-8440-9961-4 SN - 978-3-8191-0041-3 DO - https://doi.org/10.21268/20250506-12 SN - 2364-0804 SN - 3052-3524 N1 - Serientitel: Fortschrittsberichte der Materialforschung und Werkstofftechnik – Series title: Bulletin of Materials Research and Engineering VL - 15 SP - 381 EP - 390 PB - Shaker Verlag CY - Düren AN - OPUS4-63273 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Mente, Tobias A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Parameters and challenges for reliable hydrogen determination in welded joints by carrier gas hot extraction N2 - For the hydrogen-based energy economy of tomorrow, the construction of the necessary infrastructure will play a central role. Most materials used to date, such as welded steels, can be prone to hydrogen embrittlement under certain conditions. This includes the classic delayed cold cracking during welding as well as degradation phenomena during service of components in hydrogen-containing environment. For the evaluation of any hydrogen effect, for example, on the mechanical properties of a welded metallic material, the hydrogen content must be precisely determined. In the case of weld seams, the carrier gas hot extraction (CGHE) according to ISO 3690 is meanwhile state-of-the-art. CGHE is based on accelerated hydrogen degassing due to the thermal activation of hydrogen at elevated temperatures. In addition to the quantification of hydrogen, thermal desorption analysis (TDA) with varying heating rates can be used to determine and evaluate the hydrogen trapping at microstructural defects in the material. For both techniques, experimental and metrological influences must be considered, which have a major effect on the result. For example, ISO 3690 suggests different sample geometries and minimum extraction times for CGHE. This study summarizes the results and experiences of numerous investigations at the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) with different sample temperatures and geometries (ISO 3690 type B and cylindrical TDA samples) regarding the influence of the sample surface (polished/welded), measurement accuracy depending on the sample volume and the insufficient monitoring of the effect of PI control on the extraction temperature. A deviating extraction temperature from the target temperature can significantly falsify the measurement results. Based on the results, methods are shown which allow the desired extraction temperature to be reached quickly without physically interfering with the measuring equipment. This serves to significantly improve the reliability of the hydrogen measurement through increased signal stability and accelerated hydrogen desorption. In general, an independent temperature measurement with dummy samples is recommended for the heating procedure of choice to exclude possible undesired temperature influences before the measurement. The methods described can be transferred directly to industrial applications KW - Welding KW - Hydrogen measurement KW - ISO 3690 KW - Carrier gas hot extraction PY - 2024 DO - https://doi.org/10.37434/tpwj2024.04.01 SN - 0957-798X VL - 4 SP - 3 EP - 10 PB - International Association Welding AN - OPUS4-60071 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Kromm, Arne A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Steger, J. A1 - Kannengießer, Thomas ED - Seefeldt, M. T1 - Residual stress formation in component related stress relief cracking tests of a welded creep-resistant steel N2 - Submerged arc welded (SAW) components of creep-resistant low-alloyed Cr-Mo-V steels are used for thick-walled heavy petrochemical reactors (wall-thickness up to 475 mm) as well as employed in construction of modern high-efficient fossil fired power plants. These large components are accompanied by significant restraints during welding fabrication, especially at positions of different thicknesses like welding of nozzles. As a result, residual stresses occur, playing a domi-nant role concerning so-called stress relief cracking (SRC) typically during post weld heat treat-ment (PWHT). Besides specific metallurgical factors (like secondary hardening due to re-precipitation), high tensile residual stresses are a considerable influence factor on SRC. For the assessment of SRC susceptibility of certain materials mostly mechanical tests are applied which are isolated from the welding process. Conclusions regarding the influence of mechanical factors are rare so far. The present research follows an approach to reproduce loads, which occur during welding of real thick-walled components scaled to laboratory conditions by using tests designed on different measures. A large-scale slit specimen giving a high restraint in 3 dimensions by high stiffness was compared to a medium-scale multi-pass welding U-profile specimen showing a high degree of restraint in longitudinal direction and a small-scale TIG-re-melted specimen. The small-scale specimens were additionally subjected to mechanical bending to induce loads that are found during fabrication on the real-scale in heavy components. Results show for all three cases compa-rable high tensile residual stresses up to yield strength with high gradients in the weld metal and the heat affected zone. Those high tensile stresses can be significant for cracking during further PWHT. T2 - European Conference on Residual Stresses 2018 - ECRS-10 CY - Leuven, Belgium DA - 11.09.2018 KW - Welding KW - Residual stresses KW - Stress Relief Cracking (SRC) KW - Creep-resistant steel KW - Post Weld Heat Treatment (PWHT) PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-459683 SN - 978-1-9452-9188-3 SN - 978-1-9452-9189-0 DO - https://doi.org/10.21741/9781945291890-29 SN - 2474-395X SN - 2474-3941 VL - 6 SP - 185 EP - 190 PB - Materials Research Forum LLC CY - Millersville, PA, USA AN - OPUS4-45968 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Czeskleba, Denis A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Vermeidung von Kaltrissen in UP-Dickblechschweißungen aus hochfesten Stählen N2 - Der Einsatz hochfester Stähle wie S690 erlaubt durch geringeren Materialeinsatz nicht nur eine immer wichtiger werdende Verringerung von CO₂-Emissionen, sondern auch eine effektive Kosten- und Gewichtsreduktion dickwandiger Bauteile. Insbesondere bei Wandstärken von bis zu 200 mm ist das Unterpulver- (UP-)Mehrdrahtschweißen aufgrund seiner hohen Effizienz eine gängige Praxis. Allerdings steigt bei hochfesten Stählen, hier vorliegend S690, die Gefahr wasserstoffunterstützter Kaltrisse (HAC), aufgrund ihrer Mikrolegierungskonzepte im Zusammenspiel mit hohen Eigenspannungen aus dem Schweißprozess und resultierend aus hohen Bauteilsteifigkeiten. Zusätzlich kann die erhebliche Aufmischung von Grund- und Zusatzwerkstoff beim UP-Schweißen zu risskritischen Gefügen führen, in denen der diffusible Wasserstoff besonders schädlich wirkt. Für Gefüge UP-geschweißter Bauteile liegen keine gesicherten Daten bezüglich Wasserstoffdiffusionskoeffizienten bzw. HAC-Rissanfälligkeit vor. Insbesondere die mikrostrukturabhängige Diffusion von durch den UP-Schweißprozess eingebrachtem Wasserstoff war nicht hinreichend gesichert. Ziel des Forschungsvorhabens war es daher, einen Beitrag zur kaltrisssicheren UP-Schweißverarbeitung hochfester Dickbleche zu leisten. Hierzu wurden systematisch unterschiedliche GW (S690 TM/QL) untersucht, die sich insbesondere in ihren Mikrostrukturen unterscheiden. Diese zeigten in Voruntersuchungen stark divergente Härteverteilungen im Besonderen in der letzten Lage der Schweißung, sodass ein ebenfalls stark divergentes Diffusionsverhalten postuliert wurde. Zunächst wurde der Wasserstoffeintrag über die Draht-Pulver-Kombination gemäß ISO 3690 ermittelt. Anschließend erfolgten mehrlagige Schweißungen sowohl unter freiem Schrumpfen als auch unter äußerer Zwängung. Eine detaillierte Gefügecharakterisierung und mechanisch-technologische Prüfungen, sowie Eigenspannungsmessungen ermöglichten die Bewertung der Rissanfälligkeit bei variierter Wärmeführung (schweißgeschwindigkeitsgesteuert). Zur quantitativen Beschreibung der Wasserstoffdiffusion wurden das Schweißgut (SG), die Wärmeeinflusszone (WEZ) und die Grundwerkstoffe (GW) mittels elektrochemischer Beladung und Trägergasheißextraktion (TGHE), sowie Permeationsversuchen untersucht. Basierend auf den ermittelten Diffusionskoeffizienten wurden numerische Modelle erstellt, um den Einfluss verschiedener Diffusionskoeffizienten auf die Wasserstoffverteilung in der Schweißnaht zu evaluieren. Entgegen dem Postulat wurden keine signifikanten Unterschiede in der Wasserstoff-Diffusionsgeschwindigkeit gemessen. Beide GW-Klassen (QL vs. TM) als auch das SG und die WEZ wiesen für diesen Werkstofftyp charakteristische Diffusionskoeffizienten mit nur geringen Unterschieden auf. Dies zusammen mit den nur sehr geringen Unterschieden in der Ausprägung der Eigenspannungen und mechanisch-technologischen Eigenschaften der Nähte, weisen auf eine hohe Kaltrisssicherheit hin. Die in allen Untersuchungen geringen Unterschiede zwischen QL und TM sprechen, hinsichtlich des HAC-Risikos aufgrund einer differenten Wasserstoffdiffusion, für die Austauschbarkeit der beiden Werkstoffe in der Produktion. KW - Wasserstoffrisse KW - Unterpulverschweißen KW - Wasserstoffdiffusion PY - 2025 SP - 1 EP - 150 AN - OPUS4-63127 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Rhode, Michael A1 - Mente, Tobias A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Czeskleba, Denis T1 - Simulation of hydrogen distribution in submerged arc welded heavy plates as tool for evaluating cold cracking sensitivity for offshore structures N2 - Foundation structures for offshore wind turbines are typically made of heavy plate struc-tural steels, such as S420ML, welded by submerged arc welding. Due to the welding process conditions, higher amounts of hydrogen can be introduced. In this context, large plate thicknesses result in long diffusion paths and a prolonged diffusion time for hydrogen at ambient temperature and possible delayed hydrogen-assisted cold cracking. As a result, hydrogen can accumulate in areas of high mechanical stress and strain. Due to the delayed diffusion, a minimum waiting time of up to 48 h must be observed before non-destructive testing can be performed. In addition, the assessment of possible cold crack locations is very complex. For this reason, a numerical model of a component-like weld test was developed to simulate the temperature field during welding and subsequent cooling. A hydrogen diffusion model based on the temporal-local temperature distribution was established. It was applied to simulate the change of hydrogen distribution as a function of temperature cycle during multi-layer welding and further for the entire waiting time interval ≤ 48 h. As a result, crack critical areas could be evaluated in terms of accu-mulated hydrogen. An advantage of the diffusion model is the simulation of a normalized concentration, i.e. between "0" (no hydrogen) and "1" (max. concentration), which can be scaled to experimentally determined hydrogen concentrations. Finally, selected results for increased real hydrogen ingress are presented, which confirm the relatively high crack resistance of the S420 submerged arc welded joint. KW - Hydrogen assisted cracking KW - Diffusion KW - Numerical simulation KW - Offshore steel PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-632416 DO - https://doi.org/10.21268/20250507-6 SP - 1 EP - 12 PB - Technische Universität Clausthal CY - Clausthal-Zellerfeld, Deutschland AN - OPUS4-63241 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 - Hadick, C. A1 - Schu, K. T1 - Component test concept for evaluation of in-service welding on pressurized hydrogen pipelines N2 - Hydrogen is set as the energy carrier of tomorrow and most countries will achieve large-scale hydrogen transport through the conversion of the natural gas (NG) grid and the construction of new pipelines. The interaction between hydrogen and the pipeline materials differs fundamentally from that of NG, as hydrogen is readily absorbed into the material. Considering the possible hydrogen embrittlement (HE), the compatibility of the pipeline materials (low-alloyed steels with a wide strength/thickness range) must be investigated. However, pipelines require intervention for maintenance, repair, or grid expansion with welding on/onto the pipelines while in service, i.e. the well-known "hot tapping" and "plugging" or “stoppling”. The challenges compared to NG can be broadly divided into the possible austenitization of the inner pipe material exposed to hydrogen and the welding itself. Both result in a significant increase in hydrogen solubility and could potentially pose challenges in terms of HE. Emphasis is placed on the word "could" because knowledge of "hot tapping" on hydrogen pipelines is scarce due a lack of service experience. To this end, this study proposes a concept for a component-like demonstrator with the objectives: (1) safe feasibility of "hot tapping" on pressurized model hydrogen pipeline sections, (2) facilitate ex-post sample extraction for the purpose of quantifying the absorbed hydrogen concentrations, and (3) ensure in-situ temperature measurement during welding to monitor the pipeline surface temperature. For safety reasons in the event of an unintentional "burn-through", a solid cylinder was inserted in the demonstrator to restrict the hydrogen gas volume to a small, pressurized layer. Reference pipeline surface temperature measurements were ensured on comparable, unpressurized geometries. The investigated range of welding conditions was investigated for representative material/thickness combinations (DN50 to DN200), suggesting the feasibility of the demonstrator for the determination of reliable in-service welding conditions for both installed and new pipelines for hydrogen service. T2 - 20th Pipeline Technology Conference ptc2025 CY - Berlin, Germany DA - 06.05.2025 KW - In-service KW - Hydrogen KW - Pipeline KW - Repair welding KW - component test PY - 2025 SP - 1 EP - 11 AN - OPUS4-63168 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kromm, Arne A1 - Lausch, Thomas A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Influence of welding stresses on relief cracking during heat treatment of a creep-resistant 13CrMoV steel: Part II - Mechanisms of stress relief cracking during post weld heat treatment N2 - Welding of 13CrMoV9-10 vanadium steel requires care due to an increased susceptibility to stress relief cracking during post weld heat treatment. Previous research into the crack formation in creep-resistant steels has focused on thermal and metallurgical factors; however, little knowledge has been gathered regarding the crack formation during post weld heat treatment considering real-life restraint conditions. This work is subdivided in two parts. Part I showed that an increasing heat input during submerged arc welding under restraint led to an increasing stress level in the joint prior to the post weld heat treatment. The magnitude of stress relief cracking observed in the heat-affected zone after the post weld heat treatment is affected by the heat input. In Part II of this work, the cracks and the associated microstructure which occurred under restraint were studied. The application of a Special acoustic emission analysis indicated that the cracks formed in a temperature range between 300 and 500 °C during the post weld heat treatment. The toughness in the heat-affected zone of the restrained welds was affected by the welding heat input. Microstructural analyses of all specimens revealed accelerated aging due to precipitation of carbides during post weld heat treatment under restraint. KW - Welding KW - Creep-resistant steel KW - Post weld heat treatment KW - Stress relief cracking PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-506283 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-020-00881-8 SN - 1878-6669 VL - 64 SP - 819 EP - 829 PB - Springer CY - Berlin AN - OPUS4-50628 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kromm, Arne A1 - Lausch, Thomas A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Influence of welding stresses on relief cracking during heat treatment of a creep-resistant 13CrMoV steel: Part I - Effect of heat control on welding stresses and stress relief cracking N2 - The avoidance of failures during the fabrication or operation of petrochemical reactors made of creep-resistant, low-alloy steels as 13CrMoV9-10 requires still research despite over 60 years of international investigations in the field of stress relief cracking. The quality of modern base materials and filler metals leads to the fact that previously known crack causes, such as impurities of S or P, recede into the background. Rather, the causes are increasingly to be found in the fabrication process. Investigations on the influence of heat control on the stresses in welded components and thus on the stress relief cracking sensitivity under realistic manufacturing conditions are not yet available. This work is subdivided in two parts. Part 1 of this study focused on the effect of heat control during submerged arc welding on the stresses. For this purpose, a testing facility was applied, which allows to observe the forces and moments accumulating during welding or heat treatment in a component-like specimen under shrinkage restraint. The stress acting in the specimen increases with higher preheat/interpass temperatures and higher heat input. During the heat treatment, the stresses are relieved. Nevertheless, cracks are formed already during heating. The total crack length correlates with the heat input. KW - Welding KW - Creep-resistant steel KW - Post weld heat treatment KW - Stress relief cracking PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-506271 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-020-00875-6 SN - 1878-6669 VL - 64 IS - 5 SP - 807 EP - 817 PB - Springer CY - Berlin AN - OPUS4-50627 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Kromm, Arne A1 - Lausch, Thomas A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Correction to: Influence of welding stresses on relief cracking during heat treatment of a creep‑resistant 13CrMoV steel: Part I - Effect of heat control on welding stresses and stress relief cracking N2 - The article "Influence of welding stresses on relief cracking during heat treatment of a creep-resistant 13CrMoV steel: Part I - Effect of heat control on welding stresses and stress relief cracking" was originally published in the journal "Welding in the world" Online First without Open Access. After publication in volume 64, issue 5, page 807-817 the authors decided to opt for Open Choice and to make the article an Open Access publication. Therefore, the copyright of the article has been changed to The Author(s) 2020 and the article is forthwith distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Attribution 4. 0 International License. PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-021-01166-4 SN - 1878-6669 SP - 1 PB - Springer CY - Berlin AN - OPUS4-53421 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Kromm, Arne A1 - Lausch, Thomas A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Correction to: Influence of welding stresses on relief cracking during heat treatment of a creep‑resistant 13CrMoV steel: Part II - Mechanisms of stress relief cracking during post weld heat treatment N2 - The article "Influence of welding stresses on relief cracking during heat treatment of a creep-resistant 13CrMoV steel: Part II - Mechanisms of stress relief cracking during post weld heat treatment" was originally published in the journal "Welding in the world" Online First without Open Access. After publication in volume 64, issue 5, page 819-829 the authors decided to opt for Open Choice and to make the article an Open Access publication. Therefore, the copyright of the article has been changed to The Author(s) 2020 and the article is forthwith distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Attribution 4. 0 International License. PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-021-01164-6 SN - 1878-6669 SP - 1 PB - Springer CY - Berlin AN - OPUS4-53423 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Ausscheidungsverhalten und Eigenschaften der schweißbedingten Wärmeeinflusszonen hochfester Stähle in Abhängigkeit der Mikrolegierungsroute N2 - Für eine signifikante Festigkeitssteigerung von vergüteten, hochfesten Feinkornbaustählen mit einer Nominalstreckgrenze ≥ 690 MPa, ist die Zugabe von Mikrolegierungselementen, wie Nb und Ti, unerlässlich. Die Normvorgaben zur chemischen Zusammensetzung dieser Stähle (bspw. in DIN EN 10025-6) geben zur Erzielung der vorgeschriebenen Eigenschaften dabei oft nur Grenzgehalte für die Hersteller vor. Die Wirkung der Legierungselemente in der WEZ ist teilweise komplett konträr. Somit wird eine adäquate Vorhersage der Chargenabhängigkeit hinsichtlich der Schweißeignung und des Tragverhaltens der Schweißverbindung erschwert. Neben metallographischen Untersuchungen einzelner WEZ-Bereiche wurden unter Variation der chemischen Zusammensetzung, thermodynamische Phasenberechnungen mittels ThermoCalc durchgeführt. Hierdurch wird ein Verständnis zur Phasentransformation, Ausscheidungswachstum und -auflösung während des Schweißens in Abhängigkeit von Temperatur und Abkühlbedingungen geschaffen. T2 - 40. Vortrags- und Diskussionstagung Werkstoffprüfung 2022 CY - Dresden, Germany DA - 27.10.2022 KW - WEZ-Erweichung KW - Mikrolegierungseinflüsse KW - Thermodynamische Modellierung PY - 2022 SP - 1 EP - 6 AN - OPUS4-56168 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas ED - Babu, S. S. ED - Bhadeshia, H.K. ED - Cross, C.E. ED - David, S.A. ED - DebRoy, T. ED - DuPont, J.N. ED - Koseki, T. ED - Liu, S. T1 - Residual stresses in multi-layer component welds T2 - 9th International conference on trends in welding research CY - Chicago, Illinois, USA DA - 2012-06-04 KW - Shrinkage restraint KW - Component welding KW - Submerged arc welding KW - Multi-run weld KW - Residual stresses KW - Reaction force KW - XRD KW - Large scale test PY - 2013 SN - 978-1-62708-998-2 SP - 48 EP - 54 PB - ASM international AN - OPUS4-27954 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Mente, Tobias A1 - Steppan, E. A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Steger, J. T1 - Hydrogen trapping in T24 Cr-Mo-V steel weld joints - microstructure effect vs. experimental influence on activation energy for diffusion N2 - Hydrogen-assisted cracking is a critical combination of local microstructure, mechanical load and hydrogen concentration. Welded microstructures of low-alloyed creep-resistant Cr-Mo-V steels show different hydrogen trapping kinetics. This influences the adsorbed hydrogen concentration as well as the diffusion by moderate or strong trapping. A common approach to describe hydrogen traps is by their activation energy that is necessary to release hydrogen from the trap. In the present study, Cr-Mo-V steel T24 (7CrMoVTiB10-10) base material and TIG weld metal were investigated. Electrochemically hydrogen charged specimens were analyzed by thermal desorption analysis (TDA) with different linear heating rates. The results show two different effects. At first, the microstructure effect on trapping is evident in terms of higher hydrogen concentrations in the weld metal and increased activation energy for hydrogen release. Secondly, it is necessary to monitor the real specimen temperature. A comparison between the adjusted heating rate and the real specimen temperature shows that the calculated activation energy varies by factor two. Thus, the trap character in case of the base material changes to irreversible at decreased temperature. Hence, the effect of the experimental procedure must be considered as well if evaluating TDA results. Finally, realistic temperature assessment is mandatory for calculation of activation energy via TDA. KW - Creep-resistant steel KW - Hydrogen assisted cracking KW - Thermal desorption analysis KW - Welding KW - Microstructure KW - Diffusion PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-017-0546-6 SN - 0043-2288 SN - 1878-6669 VL - 62 IS - 2 SP - 277 EP - 287 PB - Springer CY - Berlin, Heidelberg AN - OPUS4-44505 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schaupp, Thomas A1 - Rhode, Michael A1 - Yahyaoui, Hamza A1 - Kannengießer, Thomas ED - Duprez, Lode T1 - Hydrogen distribution in multi-layer welds of steel S960QL N2 - High-strength low-alloyed (HSLA) steels with yield strength ≥ 690 MPa have increasing importance in steel construction and civil engineering. However, weld processing of those steels is a major challenge. The susceptibility for degradation of mechanical properties of weld joints significantly increases in presence of hydrogen and can result in hydrogen assisted cracking (HAC). Generally, risk for HAC increases with increasing yield strength of HSLA steels. To minimize the incidence of HAC, it is essential to gain knowledge about both the (1) absorbed hydrogen amount and its distribution in the weld seam and (2) options to lower the amount of introduced hydrogen. Existing standards recommend heat treatment procedures (interpass temperature or post weld heat treatment) to reduce the diffusible hydrogen concentration in weldments. In this context, different weld seam geometries should be considered. For HSLA steel fabrication weld processing with seam opening angles of 45° to 60° is typical. Modern weld technologies allow welding with seam opening angles of 30° - reduced welding time and costs. In the present study, the hydrogen distribution in multi-layer welds of a 960 MPa HSLA steel was analysed. Influence of different seam opening angles as well as heat input, interpass temperature and post weld heat treatments were investigated. The welded samples were quenched in ice water immediately after welding and subsequently stored in liquid nitrogen. After defined warming up, small specimens were machined from the weld seam by water jet cutting. The diffusible hydrogen concentration was measured by carrier gas hot extraction with coupled mass spectrometer. The results showed, that low heat input and post weld heat treatment procedures can lower hydrogen concentrations in welds. Furthermore, a gradient of the hydrogen concentration was identified with increasing weld pool depth. By varying the seam opening angles different hydrogen concentrations were measured. T2 - Third International Conference on Metals & Hydrogen CY - Ghent, Belgium DA - 29.05.2018 KW - Hydrogen concentration KW - Welding KW - High-strength steel KW - Heat treatment KW - carrier gas hot extraction PY - 2018 SN - 978-9-08179-422-0 SP - P44 AN - OPUS4-45358 LA - eng 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 - RPRT A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Fügetechnik für die neue Wasserstoffökonomie – Werkstoffe, Schweißtechnologien, Perspektiven – N2 - Die Studie gibt einen Überblick über die Aspekte der Fügetechnik und ihrer Bedeutung in Wasserstofftechnologien. Dazu werden die Grundlagen der Technologiefelder Wasserstofferzeugung, -speicherung, -transport und -nutzung vorgestellt und der Stand der Technik der fügetechnischen Fertigung von Komponenten in Wasserstofftechnologien zusammengefasst. Dabei werden nicht nur exklusiv Metalle betrachtet. Anhand repräsentativer Beispiele aus der Praxis, Forschung und Entwicklung wird die Bedeutung der Fügetechnik in Wasserstofftechnologien klar herausgestellt und mögliche Perspektiven für die Zukunft abgeleitet. Hier ist ersichtlich, dass Fügetechnologien wesentliche Bedeutung für die erfolgreiche Umsetzung von technischen Komponenten der Wasserstofftechnologien haben, von der Erzeugung bis zur Anwendung. Aus gesamtwirtschaftlicher Sicht umfassen die Schwerpunkte bzw. Trends der Fügetechnik dabei: die Erstellung neuer Infrastruktur für Wasserstoffspeicherung und -transport sowie die sichere Umnutzung der bestehenden Erdgasinfrastruktur. Bei der Wasserstoffanwendung wird die effiziente massentaugliche Produktion von Brennstoffzellen immer wichtiger. Es ist zudem klar ersichtlich, dass die additive Fertigung bereits jetzt ein hohes Potential für Komponenten von Wasserstofftechnologien besitzen und dieses wachsen wird. Aus den perspektivischen Anwendungen ergeben sich zudem Herausforderungen und Forschungsbedarfe für die notwendigen nationalen und internationalen Regelwerke und technischen Normen. Schwerpunktmäßig sind hierbei die bereits bestehenden Empfehlungen und kodifizierten Regeln vollständig zu adaptieren und in die Aus- und Weiterbildung von fügetechnischem Fachpersonal einzubetten. KW - Fügetechnik KW - Wasserstoff KW - Werkstoffe KW - Prozesse KW - Perspektiven PY - 2021 UR - https://www.dvs-media.eu/de/neuerscheinungen/4425/dvs-studie-zur-fuegetechnik-fuer-die-neue-wasserstoffoekonomie-werkstoffe-schweisstechnologien-perspektiven SN - 978-3-96144-157-0 SN - 978-3-96144-158-7 VL - 373 SP - 1 EP - 59 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-53498 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -