TY - JOUR A1 - Quackatz, Lukas A1 - Gornushkin, Igor B. A1 - Griesche, Axel A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Treutler, Kai A1 - Wesling, Volker T1 - In situ chemical analysis of duplex stainless steel weld by laser induced breakdown spectroscopy N2 - The high corrosion resistance and good mechanical properties of duplex stainless steel (DSS) are due to its special chemical composition, which is a balanced phase ratio of ferrite (α) and austenite (γ). Many industrial applications require the integration of DSS components. For this, Gas tungsten arc welding (GTAW) is an excellent choice, as it allows an automated operation with high reproducibility. However, when the weld pool solidifies, critical ratios of α- and γ- phases can occur, which lead to solidification cracking, increased susceptibility to corrosion, and a decrease in ductility and critical strength. Previous studies have shown that these defects can be caused by the accumulation of manganese and chromium in the heat affected zone (HAZ), requiring ongoing monitoring of this accumulation. A suitable method for such monitoring is laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS), which can be used in two operating modes: calibration using standard reference samples and calibration-free. Unlike conventional quantitative LIBS measurements, which require reference samples to generate a calibration curve, calibration-free LIBS (CF-LIBS) allows chemical compositions to be determined solely from the emission spectrum of the plasma. Numerous publications show that CF-LIBS is a fast and efficient analytical method for the quantitative analysis of metal samples. In this work, CF-LIBS is applied to spectra obtained during GTAW DSS welding and the result is compared with those obtained by PLS analysis. A good correlation was found between both types of analysis, demonstrating the suitability of the CF-LIBS method for this application. The CF-LIBS method has a significant advantage over conventional LIBS due to the rapid in situ measurement of concentrations of major alloying elements without calibration procedure. This, combined with fast feedback and appropriate adjustment of welding parameters, helps prevent welding defects. KW - Duplex stainless steels KW - In situ measurement KW - LIBS KW - GMAW PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-597940 DO - https://doi.org/10.1016/j.sab.2024.106899 SN - 0584-8547 VL - 214 SP - 1 EP - 7 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-59794 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Quackatz, Lukas A1 - Westin, Elin Marianne A1 - Griesche, Axel A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Treutler, Kai A1 - Wesling, Volker A1 - Wessman, Sten T1 - Assessing ferrite content in duplex stainless weld metal: WRC ‘92 predictions vs. practical measurements N2 - AbstractThe weldability of stainless steels is largely controlled by the chemical composition, and alloys with ferritic or ferritic-austenitic solidification show the highest resistance to hot cracking. As the resulting phase balance also affects the final properties, it may be beneficial to both foresee and measure the weld metal ferrite content. The WRC ‘92 constitution diagram is currently the most accurate prediction tool available, but it does not take the cooling rate into consideration and the precision may be less accurate for stainless steels with high ferrite numbers (FNs). This study aims to assess the reliability of the WRC ‘92 diagram for weld metals with FN  50. The chemical composition was altered through gas tungsten arc welding (GTAW) of UNS S32205 with ER347 filler wire that had been coated using physical vapor deposition (PVD) with either niobium (Nb), copper (Cu), nickel (Ni), manganese (Mn), carbon (C), or silicon (Si). The actual ferrite content was evaluated using image analysis, FeriteScope and X-ray diffraction (XRD). While predictions from the WRC ‘92 diagram were deemed acceptable for Ni, Si, and Mn, notable deviations were observed for Nb, Cu, and C. The FeriteScope exhibited a consistent trend with image analysis, albeit with slightly higher FN values, wider scatter, and the conversion factor from FN to vol% is open for discussion. The lowest accuracy and largest spread were obtained using non-contact XRD, rendering it unsuitable for ferrite measurements of welds. These findings underscore the need for improved prediction tools and appropriate measurement methods for assessing ferrite content in duplex weld metals. KW - Duplex stainless steel KW - Welding KW - Phase balance KW - Microscopy KW - Microstructure PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-618777 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-024-01878-3 SN - 1878-6669 VL - 69 IS - 1 SP - 31 EP - 45 PB - Springer CY - Berlin AN - OPUS4-61877 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Quackatz, Lukas A1 - Westin, Elin Marianne A1 - Griesche, Axel A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Treutler, Kai A1 - Wesling, Volker A1 - Wessman, Sten T1 - Assessing ferrite content in duplex stainless weld metal: WRC ‘92 predictions vs. practical measurements N2 - AbstractThe weldability of stainless steels is largely controlled by the chemical composition, and alloys with ferritic or ferritic-austenitic solidification show the highest resistance to hot cracking. As the resulting phase balance also affects the final properties, it may be beneficial to both foresee and measure the weld metal ferrite content. The WRC ‘92 constitution diagram is currently the most accurate prediction tool available, but it does not take the cooling rate into consideration and the precision may be less accurate for stainless steels with high ferrite numbers (FNs). This study aims to assess the reliability of the WRC ‘92 diagram for weld metals with FN  50. The chemical composition was altered through gas tungsten arc welding (GTAW) of UNS S32205 with ER347 filler wire that had been coated using physical vapor deposition (PVD) with either niobium (Nb), copper (Cu), nickel (Ni), manganese (Mn), carbon (C), or silicon (Si). The actual ferrite content was evaluated using image analysis, FeriteScope and X-ray diffraction (XRD). While predictions from the WRC ‘92 diagram were deemed acceptable for Ni, Si, and Mn, notable deviations were observed for Nb, Cu, and C. The FeriteScope exhibited a consistent trend with image analysis, albeit with slightly higher FN values, wider scatter, and the conversion factor from FN to vol% is open for discussion. The lowest accuracy and largest spread were obtained using non-contact XRD, rendering it unsuitable for ferrite measurements of welds. These findings underscore the need for improved prediction tools and appropriate measurement methods for assessing ferrite content in duplex weld metals. KW - Duplex stainless steel KW - Phase fraction prediction KW - WRC diagram PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-623682 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-024-01878-3 VL - 69 SP - 31 EP - 45 PB - Springer Science and Business Media LLC AN - OPUS4-62368 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - THES A1 - Quackatz, Lukas T1 - In situ Untersuchung der Phasenverteilung und der Schmelzbaderstarrung von Duplexstählen mittels laserinduzierter Plasmaspektroskopie (LIBS) N2 - Nichtrostende Duplexstähle (DSS) werden in allen Branchen eingesetzt, bei denen eine hohe Festigkeit in Verbindung mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit in aggressiven Medien ge-fordert wird. Beispiele hierfür sind Kraftwerkskomponenten und maritime Strukturen. DSS ha-ben ein ausgewogenes Phasenverhältnis von Ferrit (α) und Austenit (γ). Im Gegensatz zu einphasigen nichtrostenden Stählen vereinen DSS die Vorteile dieser beiden Phasen und kön-nen daher viele Anforderungen der Industrie erfüllen, wie z. B. Gewichtseinsparung oder hohe mechanische Festigkeit. In vielen industriellen Anwendungen werden diese Stähle ge-schweißt. Die Schweißbarkeit wird weitgehend durch die chemische Zusammensetzung be-stimmt. Legierungen mit ferritischer oder ferritisch-austenitischer Erstarrung weisen die höchste Widerstandsfähigkeit gegen Heißrissbildung auf. Das resultierende Phasengleichge-wicht beeinflusst die endgültigen Eigenschaften des Bauteils. Daher kann es von Vorteil sein, den Ferritgehalt des Schweißguts vorherzusehen bzw. zu messen. Das neueste und präzi-seste Gefügediagramm ist das WRC-1992 Diagramm und basiert auf der chemischen Zusam-mensetzung der Grund- und Zusatzwerkstoffe. In diesem Diagramm kann vor dem Schweiß-prozess abgeschätzt werden, welche Volumenanteile von Ferrit und Austenit im resultierenden Schweißgut vorliegen werden. Genutzt wird es bei der schweißtechnischen Verarbeitung von nichtrostenden, austenitischen bzw. Duplex-Stählen. Verschiedene Quellen berichten, dass diverse Legierungselemente nicht berücksichtigt werden und Optimierungen nötig sind. Wei-terhin können Legierungselemente während des Schweißens abdampfen, was die Mikrostruk-tur zum Negativen beeinflusst. Diese Arbeit eruiert zunächst die theoretischen Grundlagen zur laserinduzierten Plasmaspekt-roskopie (LIBS, engl.: laser induced breakdown spectroscopy), die zur in situ Messung chemi-scher Konzentrationen während des Schweißens genutzt werden soll. Weiterhin werden die Grundlagen zur Erstarrung und zur Schweißbarkeit von DSS aufgezeigt. Mithilfe verschiede-ner Kalibriermodelle werden quantitative Messungen mittels LIBS ermöglicht. Um die Ergeb-nisse der LIBS-Analysen zu validieren, wurden Schweißproben angefertigt und LIBS-Messun-gen mit konventionellen Messmethoden, wie die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) und die energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) verglichen. Folglich wurden dann in situ LIBS-Versuche, während des Wolfram-Inertgas-Schweißens (WIG), mit und ohne Schweißzusatz-werkstoff durchgeführt. Hierbei konnten die chemischen Konzentrationen in der Schweißnaht mittels LIBS mit der gleichen Genauigkeit wie die konventionellen Verfahren gemessen wer-den. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit ist es, die Gültigkeit und Vorhersagegenauigkeit des WRC-1992 Diagramms zu überprüfen. Hierfür wurde der Schweißzusatzwerkstoff mittels PVD-Be-schichtung mit den Legierungselementen Kohlenstoff, Nickel, Mangan, Silizium, Niob und Kup-fer beschichtet. Diese Elemente nehmen maßgeblich Einfluss auf das Phasengleichgewicht Austenit/Ferrit im Schweißgut der Duplexstähle, da sie entweder Ferrit- bzw. Austenitstabilisa-toren sind. Die Messung der ferritischen und austenitischen Phasenanteile im resultierenden Schweißgut wurde mit drei verschiedenen Methoden vergleichend durchgeführt. Mithilfe der Bildanalyse im Lichtmikroskop, einem Fischerscope® sowie der Röntgendiffraktion (XRD). Da-mit sollte auch geprüft werden, inwieweit die Verwendung der jeweiligen Messmethode die Aussagekraft des WRC-1992 Diagramms beeinflusst. Die Vorhersage anhand des WRC-1992 Diagramms war für Nickel, Silizium und Mangan akzeptabel, jedoch bei Niob, Kupfer und Koh-lenstoff waren deutliche Abweichungen zu beobachten. Anpassungen im WRC-1992 Dia-gramm sollten daher für die Elemente Niob, Kupfer und Kohlenstoff vorgenommen werden. Die geringste Genauigkeit und die größte Streuung wurden mit dem XRD-Verfahren erzielt. Daher kann dieses Verfahren für Ferritmessungen an Schweißnähten von Duplexstählen nicht empfohlen werden. KW - LIBS KW - Duplexstahl KW - Vorhersage Phasenanteile PY - 2025 SP - 1 EP - 118 AN - OPUS4-62622 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas T1 - In situ Messung der chemischen Konzentration in der Schmelze während des WIG-Schweißens von Duplexstählen zur Analyse der Phasenverteilung N2 - Die Kombination aus hoher Korrosionsbeständigkeit und guten mechanischen Eigenschaften von Duplexstählen (DSS) ist auf ihre chemische Zusammensetzung und das ausgewogene Phasenverhältnis von Ferrit (α) und Austenit (γ) zurückzuführen. Viele industrielle Anwendungen erfordern eine stoffschlüssige Verbindung von DSS. Das Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) ist relativ einfach zu handhaben, benötigt nur wenig Platz und ermöglicht ein automatisiertes Schweißen, mit sehr hoher Reproduzierbarkeit und ist daher hervorragend zum Schweißen von DSS. Während der Erstarrung dieser Dualphasenstähle kann es zu kritischen Phasenverhältnissen von α und γ kommen, was zu Erstarrungsrissen, Korrosionsanfälligkeit, geringerer Duktilität und kritischen Festigkeitswerten führt. Um die gewünschten Werkstoffeigenschaften zu erhalten, muss daher die α/γ-Verteilung zuverlässig vorhergesagt werden. Dies geschieht in der Regel mit Hilfe des WRC1992-Diagramms. Die Vorhersagegenauigkeit des Ferritgehalts in diesem Diagramm ist jedoch meist nicht genau genug und muss daher optimiert werden. Daher ist es notwendig, selbst kleinste Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung des Schweißguts idealerweise während des Schweißens zu überwachen. Dies wird in diesen Experimenten mit Hilfe der laser-induzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) durchgeführt. Ein großer Vorteil dieser Technik ist die hochgenaue zeit- und ortsaufgelöste Messung der chemischen Zusammensetzung während des Schweißens. In vorherigen Arbeiten wurde bereits die chemische Zusammensetzung im Schweißgut und der WEZ quantifiziert. In der präsentierten Untersuchung wird der Einfluss einzelner Elemente, wie Nb und Cu, auf das resultierende Schweißmikrogefüge untersucht. T2 - BMDK der Universität Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 25.01.2023 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - WRC 1992 diagram KW - Duplex stainless steel KW - TIG welding PY - 2023 AN - OPUS4-56902 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas T1 - In situ measurement of chemical concentrations in the weld during TIG welding of Duplex stainless steels for phase distribution analysis N2 - The combination of high corrosion resistance and good mechanical properties of duplex steels (DSS) is due to their chemical composition and the balanced phase ratio of ferrite (α) and austenite (γ). Many industrial applications require a material joint of DSS. Tungsten inert gas (TIG) welding is relatively easy to use, requires little space and allows automated welding, with very high reproducibility and is therefore excellent for welding DSS. During solidification of these steels, critical phase ratios of α and γ can occur, leading to solidification cracking, susceptibility to corrosion, lower ductility, and critical strength values. Therefore, to obtain the desired material properties, the α/γ distribution must be reliably predicted. This is usually done using the WRC1992 diagram. However, the prediction accuracy of the ferrite content in this diagram is usually not accurate enough and must therefore be optimized. It is therefore necessary to monitor even the smallest changes in the chemical composition of the weld metal, ideally during welding. This is done in these experiments using Laser-induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). A major advantage of this technique is the highly accurate time- and spatially-resolved measurement of chemical composition during welding. Previous work has quantified the chemical composition in the weld metal and heat affected zone. In the presented study, the influence of individual elements, such as Nb and Cu, on the resulting weld microstructure is investigated. T2 - IIW Intermediate Meeting 2023 CY - Hachenburg, Germany DA - 27.02.2023 KW - LIBS KW - Duplex Stainless Steel KW - WRC 1992 diagram KW - TIG welding PY - 2023 AN - OPUS4-57079 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Quackatz, Lukas A1 - Griesche, Axel A1 - Kannengießer, Thomas T1 - In situ investigation of chemical composition during TIG welding in duplex stainless steels using Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) N2 - Many applications in industry require a material-to-material joining process of Duplex Stainless Steels (DSS). Therefore, it is essential to investigate the material’s properties during a welding process to control the weld quality. With the help of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS), the chemical composition during the Tungsten Inert Gas (TIG) welding process of DSS could be monitored in situ. The chemical composition could be quantitatively measured using pre-established calibration curves. Although the surface temperature and the welding plasma have a high influence on the spectral intensities, reliable composition measurements were possible. The concentration of alloying elements could be mapped during the TIG welding process. T2 - 2nd International Conference on Advanced Joining Processes CY - Sintra, Portugal DA - 21.10.2021 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - WRC 1992 diagram KW - TIG welding KW - Duplex stainless steels PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-542026 DO - https://doi.org/10.1016/j.finmec.2021.100063 SN - 2666-3597 VL - 6 SP - 1 EP - 7 PB - Elsevier CY - Amsterdam AN - OPUS4-54202 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas T1 - LIBS In situ Chemical Analysis in Duplex Stainless Steel Welding N2 - The high corrosion resistance and good mechanical properties of duplex stainless steel (DSS) are due to its special chemical composition, which is a balanced phase ratio of ferrite (α) and austenite (γ). Many industrial applications require the integration of DSS components. For this, tungsten inert gas welding (TIG) is an excellent choice, as it allows an automated operation with high reproducibility. However, when the weld pool solidifies, critical ratios of α- and γ- phases can occur, which leads to solidification cracking, increased susceptibility to corrosion, and a decrease in ductility and critical strength. Previous studies have shown that these defects can be caused by the accumulation of manganese and chromium in the heat affected zone (HAZ), and this accumulation can be detected using LIBS. Unlike conventional LIBS analyses, which requires reference samples to generate a calibration curve, calibration-free LIBS (CF-LIBS) can determine the chemical composition solely from the emission spectrum of the plasma. Numerous publications show that CF-LIBS is a fast and efficient analytical method for quantitative analysis of metal samples. We present the results of in situ CF-LIBS analysis during TIG DSS welding. Using a new approach, it is possible to quantitatively determine the chemical composition of the weld metal directly in the welding process. The results of the CF-LIBS analysis are compared with the results of the calibration-based PLS analysis and reasonable agreement is found. Thus, the CF-LIBS method offers the significant advantage of quickly measuring in situ the concentrations of the main alloying elements that prevent the formation of welding defects, without the tedious calibration procedure. T2 - EMSLIBS 2023 CY - Porto, Portugal DA - 04.09.2023 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - Duplex stainless steel KW - TIG welding KW - Calibration free PY - 2023 AN - OPUS4-58314 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas T1 - In situ investigation of phase distribution and weld solidification in duplex stainless steels using laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) N2 - Welding processes of duplex stainless steels cause an unbalanced austenite (γ)/ferrite (δ) ratio due to high cooling rates and changes in chemical composition. That causes a degradation of mechanical properties and corrosion resistance. In situ monitoring of the weld pool is to be realized with the help of laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS). A major advantage of this technique is the highly accurate time and spatially resolved measurement of the chemical composition during welding. Previous research has established that the LIBS method is suitable to detect chemical elements during welding and to show a distribution of selected elements. Chemical composition in the WM and HAZ can now be quantified using calibration curves generated by certified reference materials (CRM). Furthermore, a cooling rate can be plotted against the measured electron temperature. T2 - 2nd International Conference on Advanced Joining Processes CY - Sintra, Portugal DA - 21.10.2021 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - WRC 1992 diagram KW - duplex stainless steel KW - TIG welding PY - 2021 AN - OPUS4-53613 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas T1 - Measurement of hydrogen concentration in steels by laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) N2 - Current efforts to achieve lightweight construction and the required reduction in CO2 emissions and an increase in energy and resource efficiency call for the increasing use of high-strength fine-grain structural steels. However, as the strength of higher-strength fine-grain structural steels increases, so do the associated joining challenges. Particular attention must be paid to hydrogen-assisted cold cracking. The influence of hydrogen reveals itself less in the strength but has a significant effect on the deformability [1, 2]. The degradation of the material properties can lead to zero ductility, where the values of the yield strengths coincide with the tensile strengths. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) is a spectroscopic technique that can be used to determine elemental compositions without pre-treatment of the samples. Short, high-energy laser pulses ablate a small volume (< 0.1 mm3) of the examined material and ionize it to form a plasma. The decaying plasma emits element-specific light. This light is spectroscopically analysed and allows to detect qualitatively the present elements and to quantify them with help of a standardization routine. The simple experimental set-up and the fast, nearly non-destructive analysis procedure characterize the LIBS analysis. The LIBS method allows a time and spatially resolved in situ measurement of steel components in use. Even low hydrogen concentrations (~ 1 wt.-ppm) in steel can be measured with the LIBS method and can be quantified with help of certified reference materials. The results are compared with results gained with the well-established carrier gas hot extraction method. T2 - MaterialsWeek 2021 CY - Online Meeting DA - 07.09.2021 KW - LIBS KW - Hydrogen KW - Stainless steel KW - Diffusion PY - 2021 AN - OPUS4-53234 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas T1 - In situ Messung chemischer Konzentrationen im Schmelzbad während des WIG-Schweißens von Duplexstählen zur Analyse der Phasenverteilung N2 - Die Kombination aus hoher Korrosionsbeständigkeit und guten mechanischen Eigenschaften von Duplexstählen (DSS) ist auf ihre chemische Zusammensetzung und das ausgewogene Phasenverhältnis von Ferrit (α) und Austenit (γ) zurückzuführen. Viele industrielle Anwendungen erfordern eine stoffschlüssige Verbindung von DSS. Das Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) ist relativ einfach zu handhaben, benötigt nur wenig Platz und ermöglicht ein automatisiertes Schweißen, mit sehr hoher Reproduzierbarkeit und ist daher hervorragend zum Schweißen von DSS. Während der Erstarrung dieser Dualphasenstähle kann es zu kritischen Phasenverhältnissen von α und γ kommen, was zu Erstarrungsrissen, Korrosionsanfälligkeit, geringerer Duktilität und kritischen Festigkeitswerten führt. Um die gewünschten Werkstoffeigenschaften zu erhalten, muss daher die α/γ-Verteilung zuverlässig vorhergesagt werden. Dies geschieht in der Regel mit Hilfe des WRC1992-Diagramms. Die Vorhersagegenauigkeit des Ferritgehalts in diesem Diagramm ist jedoch meist nicht genau genug und muss daher optimiert werden. Daher ist es notwendig, selbst kleinste Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung des Schweißguts idealerweise während des Schweißens zu überwachen. Dies wird in diesen Experimenten mit Hilfe der laser-induzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) durchgeführt. Ein großer Vorteil dieser Technik ist die hochgenaue zeit- und ortsaufgelöste Messung der chemischen Zusammensetzung während des Schweißens. In vorherigen Arbeiten wurde bereits die chemische Zusammensetzung im Schweißgut und der WEZ quantifiziert. In der präsentierten Untersuchung wird der Einfluss einzelner Elemente, wie Nb und Cu, auf das resultierende Schweißmikrogefüge untersucht. T2 - Symposium Materialtechnik der TU Clausthal CY - Clausthal, Germany DA - 23.02.2023 KW - LIBS KW - Duplex Stainless Steel KW - WRC 1992 diagram KW - TIG welding PY - 2023 AN - OPUS4-57078 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas T1 - Erstellung von Tiefenprofilen auf Schweißnähten mittels Laserinduzierter plasmaspektroskopie (LIPS) N2 - Duplexstähle sind hochlegierte, nichtrostende Stähle. Sie bieten aufgrund des ausgewogenen Phasenverhältnisses von Austenit und Ferrit einige physikalische Vorteile gegenüber anderen nichtrostenden Stählen. Beim Schweißen können sich durch die Kondensation von Schweißrauch und verdampftem Material verschiedene chemische Elemente auf der Oberfläche der erstarrten Schweißnaht anreichern. Dann ist die Bildung einer schützenden Chromoxidschicht nicht mehr gewährleistet und es kann an diesen Stellen zu Lochfraß kommen. Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass die Anreicherung von Mangan und Chrom an der Oberfläche der Wärmeeinflusszone des geschweißten Edelstahls 304L mit LIBS gemessen werden kann. Wir stellen die Ergebnisse der Optimierung der LIBS-Parameter für präzise Dickenmessungen solcher dünnen Schichten und für Tiefenprofilmessungen vor. Dazu haben wir galvanisch beschichtete Kupferproben mit bekannten Schichtdicken verwendet. Die Mangankonzentration im Schweißgut ist reduziert. Dies hat einen großen Einfluss auf die metallografische Struktur des Materials. T2 - BMDK der Universität Magdeburg CY - Online Meeting DA - 25.11.2021 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - Duplex stainless steel KW - TIG welding KW - Evaporation PY - 2021 AN - OPUS4-53821 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas T1 - Investigation of the chemical element distribution on the surface of duplex stainless steel welds using laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) N2 - Duplex steels are high-alloyed, stainless steels. They offer some physical advantages over other stainless steels due to the balanced phase ratio of austenite and ferrite. During welding processes, when welding fumes and vaporized material condensates, different chemical elements can accumulate on the surface of the solidified weld. Then, the formation of a protective chromium oxide layer is no longer guaranteed and pitting corrosion can occur at these places. Previous work has shown that the accumulation of manganese and chromium on the surface of the heat-affected zone of the welded high-grade steel 304L can be measured by LIBS. We present the results of the optimization of LIBS parameters for precise thickness measurements of such thin films and for depth profile measurements Therefore, we used galvanically coated copper samples with known film thicknesses. The Concentration of manganese is reduced in the weld metal. This has a high impact on the metallografic structure of the material. T2 - EMSLIBS 2021 CY - Online meeting DA - 29.11.2021 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - Duplex stainless steel KW - TIG welding KW - Evaporation PY - 2021 AN - OPUS4-53869 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas T1 - Chemical Concentrations in the weld pool measured in situ by Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) during GTAW N2 - Duplex stainless steels (DSS) are frequently used, especially in applications requiring high strength combined with high corrosion resistance in aggressive media. Examples include power plant components and maritime structures. During welding of these steels, local variations in chemical composition can occur. This results in ferritization of the material and negatively affects the mechanical properties of the components. In this work, tungsten inert gas (TIG) welding experiments were performed with DSS. Chemical composition analysis was realized in situ by using Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). We could quantitatively measure the chemical composition in the weld seam of various DSS and identify possible influences of welding parameters on the microstructure of the material. The chemical concentrations of the main alloying elements Cr, Ni, Mn on the surface of the sample during the welding process and the cooling process were measured. Mn and Ni are austenite stabilizers and their content increases during welding by using certain high alloyed filler material. T2 - IIW joint intermediate meeting Comm.I,IV,XII_2022_ON-LINE CY - Online Meeting DA - 21.03.2022 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - Duplex stainless steel KW - TIG welding PY - 2022 AN - OPUS4-54527 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas T1 - In situ Untersuchung der Phasenverteilung und der Schmelzbaderstarrung von Duplexstählen mittels laserinduzierter Plasmaspektroskopie (LIPS) N2 - Schweißprozesse von nichtrostenden Duplexstählen verursachen aufgrund hoher Abkühlungsraten und Änderungen der chemischen Zusammensetzung ein unausgewogenes Austenit (γ)/Ferrit (δ)-Verhältnis. Das verursacht eine Degradation der mechanischen Eigenschaften und der Korrosionsbeständigkeit. Die In-situ-Überwachung des Schweißbades soll mit Hilfe der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIPS) realisiert werden. Ein großer Vorteil dieser Technik ist die hochgenaue zeit- und ortsaufgelöste Messung der chemischen Zusammensetzung während des Schweißens. Bisherige Untersuchungen haben ergeben, dass die LIBS-Methode geeignet ist, chemische Elemente während des Schweißens zu detektieren und eine Verteilung ausgewählter Elemente aufzuzeigen. Chemische Zusammensetzungen können mit vorab erstellten Kalibrierkurven dargestellt weerden. T2 - BMDK der Universität Magdeburg CY - Online Meeting DA - 17.06.2021 KW - LIBS KW - In situ KW - Duplex stainless steel KW - TIG welding PY - 2021 AN - OPUS4-52823 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Quackatz, Lukas A1 - Griesche, Axel A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Spatially resolved EDS, XRF and LIBS measurements of the chemical composition of duplex stainless steel welds: A comparison of methods N2 - Duplex stainless steels (DSS) are used in all industries where corrosion problems play a major role. Examples include the chemical industry, the food industry and shipping industries. DSS have a balanced phase ratio of ferrite (α) and austenite (γ). Unlike single-phase stainless steels, DSS combine the advantages of these and can therefore fit many industry requirements, such as weight saving or high mechanical strength. When these steels are welded, alloying elements can burn off and condense as thin layers on cold surface regions. This loss of chemical elements can lead to changes in the microstructure. With the help of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS), chemical element distributions were visualized. The results were compared with those of conventional measurement methods, such as energy dispersive X-ray analysis (EDS) and X-ray fluorescence analysis (XRF), and the results from LIBS could be validated. LIBS is suitable as a fast, straightforward measurement method for producing line scans along the weld seam and provides spatially resolved information on accumulation phenomena of burned off alloying elements. LIBS is very well suited for the detection of sub-surface elements due to the exclusively superficial ablation of the material. In addition, the measurement method has been calibrated so that quantitative statements about element concentrations can also be made. T2 - EMSLIBS 2021 CY - Online Meeting DA - 25.11.2021 KW - LIBS KW - TIG welding KW - Duplex stainless steel KW - XRF KW - EDS PY - 2022 DO - https://doi.org/10.1016/j.sab.2022.106439 SN - 0584-8547 VL - 193 SP - 1 EP - 8 PB - Elsevier B.V. CY - Amsterdam AN - OPUS4-54837 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas T1 - Rapid solidification during welding of duplex stainless steels – in situ measurement of the chemical concentration by Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) N2 - Nichtrostende Duplexstähle (DSS) werden häufig verwendet, insbesondere bei Anwendungen, die eine hohe Festigkeit in Verbindung mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit in aggressiven Medien erfordern. Beispiele hierfür sind Kraftwerkskomponenten und maritime Anwendungen. Beim Schweißen dieser Stähle kann es zu lokalen Schwankungen in der chemischen Zusammensetzung kommen. Dies führt zu einer Ferritisierung des Werkstoffs und beeinträchtigt die mechanischen Eigenschaften der Bauteile. In dieser Arbeit wurden Versuche zum Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) mit DSS durchgeführt. Die Analyse der chemischen Zusammensetzung wurde in situ mit Hilfe der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) durchgeführt. Ziel der Arbeit ist es, die chemische Zusammensetzung in der Schweißnaht verschiedener DSS quantitativ zu messen und mögliche Einflüsse der Schweißparameter auf die Mikrostruktur des Werkstoffs zu ermitteln. Gemessen wurden die chemischen Konzentrationen der Hauptlegierungselemente Cr, Ni, Mn auf der Oberfläche der Probe während des Schweißprozesses und des Abkühlungsprozesses. Mn und Ni sind Austenitstabilisatoren, deren Gehalt beim Schweißen durch die Verwendung bestimmter hochlegierter Schweißzusatzwerkstoffe zunimmt. Die Spektren wurden alle 1,3 s in einem Abstand von etwa 2 mm aufgezeichnet. Während des Abkühlungsprozesses wurde der Ort der Messung nicht verändert. Die LIBS-Methode eignet sich nachweislich zur quantitativen Darstellung der chemischen Zusammensetzungen während des Schweißvorgangs. T2 - BMDK der Universität Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 19.05.2022 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - Duplex stainless steel KW - TIG welding KW - Evaporation PY - 2022 AN - OPUS4-54865 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Quackatz, Lukas A1 - Griesche, Axel A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Rapid solidification during welding of duplex stainless steels – in situ measurement of the chemical concentration by Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) N2 - Duplex stainless steels (DSS) are frequently used, especially in applications requiring high strength combined with high corrosion resistance in aggressive media. Examples include power plant components and maritime structures. During welding of these steels, local variations in chemical composition can occur. This results in ferritization of the material and negatively affects the mechanical properties of the components. In this work, tungsten inert gas (TIG) welding experiments were performed with DSS. Chemical composition analysis was realized in situ by using Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). The aim of the work is to quantitatively measure the chemical composition in the weld seam of various DSS and to identify possible influences of welding parameters on the microstructure of the material. The chemical concentrations of the main alloying elements Cr, Ni, Mn on the surface of the sample during the welding process and the cooling process were measured. Mn and Ni are austenite stabilizers and their content increases during welding by using certain high alloyed filler material. Spectra were recorded every 1.3 s at a spacing of approximately 2 mm. During the cooling process the location of the measurement was not changed. The LIBS method is proofed to be suitable for the quantitative representation of the chemical compositions during the welding process. T2 - ICASP-6 CY - Le Bischenberg, France DA - 20.06.2022 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - Duplex stainless steel KW - TIG welding KW - Evaporation PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-571308 DO - https://doi.org/10.1088/1757-899X/1274/1/012018 VL - 1274 SP - 1 EP - 8 PB - IOP Publishing CY - Bristol AN - OPUS4-57130 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -