TY - JOUR A1 - Straße, Anne A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Study on Duplex Stainless Steel Powder Compositions for the Coating of thick Plates of Laser Beam Welding N2 - Duplex stainless steels combine the positive properties of its two phases, austenite and ferrite. Due to its good corrosion resistance, high tensile strength, and good ductility, it has multiple applications. But laser beam welding of duplex steels changes the balanced phase distribution in favor of ferrite. This results in a higher vulnerability to corrosion and a lower ductility. Herein, different powder combinations consisting of duplex and nickel for coating layers by laser metal deposition (LMD) are investigated. Afterward, laser tracks are welded, and the temperature cycles are measured. The ferrite content of the tracks is analyzed by feritscope, metallographic analysis, and electron backscatter diffraction. The goal is the development of a powder mixture allowing for a duplex microstructure in a two-step process, where first the edges of the weld partners are coated with the powder mixture by LMD and second those edges are laser beam welded. The powder mixture identified by the pretests is tested in the two-step process and analyzed by metallographic analysis, energy-dispersive X-ray spectroscopy, and Vickers hardness tests. The resulting weld seams show a balanced duplex microstructure with a homogenous nickel distribution and a hardness of the weld seam similar to the base material. KW - Duplex AISI 2205 KW - Laser metal deposition KW - Laser beam welding KW - Nickel KW - Stainless steels PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-547024 DO - https://doi.org/10.1002/adem.202101327 SN - 1438-1656 SP - 1 EP - 11 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim AN - OPUS4-54702 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Straße, Anne A1 - Rethmeier, Michael A1 - Gumenyuk, Andrey T1 - Influence of edge‑deposited layers on mechanical and corrosion properties of laser beam welds of 15 mm thick AISI 2205 duplex stainless steel N2 - AISI 2205 duplex stainless steel is used in a variety of industries, including the chemical and petrochemical industries. This is due to its high tensile strength combined with good ductility and corrosion resistance. However, in laser beam welding, these properties are negatively afected by the high cooling rates typical of the welding process. The resulting higher ferrrite content in the weld metal than in the base material leads to a reduction in the ductility and corrosion resistance of the welded joint. To overcome this problem, in this study, thick plates were coated by direct energy deposition (DED) prior to laser beam welding, whereas a duplex powder mixture containing a higher nickel concentration was used as a coating material. To improve the weld quality for the proposed two-step process, a method of additional material deposition instead of conventional tack weld was investigated. The resulting welded joints showed a well-balanced austenite to ferrite ratio and their properties and microstructure were verifed by metallographic analysis, electron backscatter difraction and Charpy impact testing. Using the standard ASTM G48 test method, it was found that the corrosion resistance of the welds was improved by a factor of four in average compared to the conventionally welded joints. The resulting properties, such as good ductility and corrosion resistance, of the welds with pre-coated edges showed good agreement with those of the base metal and confrmed the proposed two-step process as a promising alternative to the conventional approaches for welding thick duplex stainless steel plates. KW - Laser metal deposition KW - Laser beam welding KW - Duplex steels PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-581731 UR - https://rdcu.be/dlb6E DO - https://doi.org/10.1007/s40194-023-01567-7 SN - 0043-2288 SP - 1 EP - 12 PB - Springer AN - OPUS4-58173 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Straße, Anne A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Altenburg, Simon A1 - Pignatelli, Giuseppe A1 - Baensch, Franziska A1 - Rethmeier, Michael T1 - Laser Metal Deposition (LMD) in ProMoAM N2 - During the last years Additive Manufacturing (AM) became increasingly important. That becomes clear, while looking at the advantages like a high degree of freedom concerning the geometry of the parts, low waste rates and a reduction of postprocessing, to name just three. Laser Metal Deposition (LMD) is one of those AM- methods. It can be used for different kinds of applications, e.g. repair weldings of used parts, coatings to increase the corrosion resistance or to build up new components. But for all applications, the production of defect free parts is crucial. Therefore, different kinds of non-destructive monitoring techniques were tested for the LMD-process to identify their potential to detect imperfections in-situ. T2 - Workshop on Additive Manufacturing: Process, materials, testing, simulation & implants CY - Berlin, Germany DA - 13.05.2019 KW - Acoustic Emission KW - LMD KW - Thermography KW - Optical Emission Spectroscopy PY - 2019 AN - OPUS4-49657 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Straße, Anne A1 - Stankevich, Stanislav A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Measurement of thermal cycle and layer hight at multi-pass build-up during LMD-Process N2 - The shape of the parts, created by the technology of laser metal deposition (LMD), is influenced by various parameters, for example, the power and diameter of the laser source spot. The contribution of energy from the laser affects the temperature distribution in the formed layers. The changing temperature in the working area entails a change in the geometry of the layers and affects the stability of the process. In this paper, experiments on the measurement of temperature cycles in the DLMD process with different directions of the filling track are carried out. An infrared camera was used to measure thermal cycles. The calibration of the acquired data (i.e. correspondence table between the intensity of thermal radiation of the material and the absolute temperature) was done with help of two-color pyrometer ex situ and in situ measurements. The experiments are carried out on two materials 316L and Inconel 718. The effect of the maximum temperature on the layer height is shown, and thermal cycles in the formation of layers for different filling strategies are presented. T2 - 1st Workshop on in-situ Monitoring and Microstructure Development in Additive Manufacturing CY - Online meeting DA - 11.12.2020 KW - Laser metal deposition KW - AISI 316L KW - Alloy 718 KW - Thermography PY - 2020 AN - OPUS4-51816 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Straße, Anne A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Nahteigenschaftsverbesserung von dickwandigen Laserstrahlgeschweißten Duplexblechen mittels pulveraufgetragenen Pufferschichten N2 - Der Duplexstahl 2205 bietet aufgrund seiner guten Korrosionsbeständigkeit und der hohen erreichbaren Festigkeitswerte bei guter Duktilität, zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. Jedoch wurde beim Schweißen von Duplexstählen eine Verschiebung des Gleichgewichts zwischen Austenit- und Ferritanteil hin zu höheren Ferritgehalten und damit negativen mechanischen und Korrosionseigenschaften beobachtet. Um diesem Umstand entgegenzuwirken, werden häufig spezielle Schweißzusätze mit höheren Nickelanteilen genutzt, welche bei dickwandigen Strukturen jedoch nicht über die gesamte Schweißnahttiefe nachgewiesen werden können. Dies führt zu unterschiedlichen Eigenschaften und einer höheren Korrosionsanfälligkeit im Wurzelbereich. Eine Möglichkeit die gleichmäßige Verteilung von Legierungselementen innerhalb der Naht zu gewährleisten, bietet die Erzeugung von Pufferschichten mittels Laser-Pulver-Auftragschweißen (LPA). In diesem Zusammenhang wurden Duplexpulver mit unterschiedlichen Nickelgehalten und verschiedene LPA-Prozessparameter untersucht, die eine ebene Schichtbildung mit verringerten Ferritgehalten ermöglichen. In einem zweiten Schritt konnte nachgewiesen werden, dass das Laserstrahlschweißen der beschichteten Kanten bei üblichen Prozessparametern möglich ist und zu fehlerfreien Schweißnähten mit ausgeglichenem austenitisch- ferritischem Gefüge führt. Der Einfluss unterschiedlicher Schutzgase und verschiedener Nickelgehalte auf die Gefügestruktur wurde für die Beschichtungen und Laserstrahlschweißungen mit Hilfe von Schliffbildern und Electron Backscatter Diffraction (EBSD) ausgewertet, wobei gezeigt werden konnte, dass bei ausreichend hohem Nickelgehalt ein feinkörniges Gefüge sowohl in der Pufferschicht als auch der Schweißnaht vorliegt. Die Korrosionsbeständigkeit der Schweißnähte wurde durch Korrosionsuntersuchungen überprüft. T2 - WerkstoffWoche 2019 CY - Dresden, Germany DA - 18.09.2019 KW - LPA KW - Duplex KW - Pufferschichten PY - 2019 AN - OPUS4-49656 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Straße, Anne A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Nahteigenschaftsverbesserung von dickwandigen laserstrahlgeschweißten Duplexblechen mittels pulveraufgetragenen Pufferschichten N2 - Der Duplexstahl 2205 bietet aufgrund seiner guten Korrosionsbeständigkeit und der hohen erreichbaren Festigkeitswerte bei guter Duktilität, zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. Jedoch wurde beim Schweißen von Duplexstählen eine Verschiebung des Gleichgewichts zwischen Austenit- und Ferritanteil hin zu höheren Ferritgehalten und damit negativen mechanischen und Korrosionseigenschaften beobachtet. Um diesem Umstand entgegenzuwirken, werden häufig spezielle Schweißzusätze mit höheren Nickelanteilen genutzt, welche bei dickwandigen Strukturen jedoch nicht über die gesamte Schweißnahttiefe nachgewiesen werden können. Dies führt zu unterschiedlichen Eigenschaften und einer höheren Korrosionsanfälligkeit im Wurzelbereich. Eine Möglichkeit die gleichmäßige Verteilung von Legierungselementen innerhalb der Naht zu gewährleisten, bietet die Erzeugung von Pufferschichten mittels Laser-Pulver-Auftragschweißen (LPA). In diesem Zusammenhang wurden Duplexpulver mit unterschiedlichen Nickelgehalten und verschiedene LPA-Prozessparameter untersucht, die eine ebene Schichtbildung mit verringerten Ferritgehalten ermöglichen. In einem zweiten Schritt konnte nachgewiesen werden, dass das Laserstrahlschweißen der beschichteten Kanten bei üblichen Prozessparametern möglich ist und zu fehlerfreien Schweißnähten mit ausgeglichenem austenitisch- ferritischem Gefüge führt. Der Einfluss unterschiedlicher Schutzgase und verschiedener Nickelgehalte auf die Gefügestruktur wurde für die Beschichtungen und Laserstrahlschweißungen mit Hilfe von Schliffbildern und Electron Backscatter Diffraction (EBSD) ausgewertet, wobei gezeigt werden konnte, dass bei ausreichend hohem Nickelgehalt ein feinkörniges Gefüge sowohl in der Pufferschicht als auch der Schweißnaht vorliegt. Die Korrosionsbeständigkeit der Schweißnähte wurde durch Korrosionsuntersuchungen überprüft. T2 - 40. Assistentenseminar der Füge- und Schweißtechnik, WGF (Wissenschaftliche Gesellschaft Fügetechnik) CY - Braunlage, Germany DA - 25.09.2019 KW - LPA KW - Pufferschichten KW - Duplex PY - 2019 AN - OPUS4-49658 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Gornushkin, Igor B. A1 - Pignatelli, Giuseppe A1 - Strasse, Anne T1 - Optical detection of defects during laser metal deposition: Simulations and experiment N2 - Laser metal deposition is a rapidly evolving method for additive manufacturing that combines high performance and simplified production routine. Quality of production depends on instrumental design and operational parameters that require constant control during the process. In this work, feasibility of using optical spectroscopy as a control method is studied via modeling and experimentally. A simplified thermal model is developed based on the time-dependent diffusion-conduction heat equation and geometrical light collection into detection optics. Intense light emitted by a laser-heated spot moving across a sample surface is collected and processed to yield the temperature and other temperature-related parameters. In a presence of surface defects the temperature field is distorted in a specific manner that depends on a shape and size of the defect. Optical signals produced by such the distorted temperature fields are simulated and verified experimentally using a 3D metal printer and a sample with artificially carved defects. Three quantities are tested as possible metrics for process monitoring: temperature, integral intensity, and correlation coefficient. The shapes of the simulated signals qualitatively agree with the experimental signals; this allows a cautious inference that optical spectroscopy is capable of detecting a defect and, possibly, predicting its character, e.g. inner or protruding. KW - Additive manufacturing KW - Laser metal deposition (LMD) KW - Thermal model KW - Optical sensor KW - Process control PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.151214 SN - 0169-4332 VL - 570 SP - 1 EP - 13 PB - Elsevier CY - Amsterdam AN - OPUS4-53292 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Straße, Anne A1 - Üstündag, Ömer A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael ED - Schmidt, M. ED - Vollertsen, F. ED - Govekar, E. T1 - LMD coatings as filler material for laser beam welded 30 mm thick plates N2 - The development of high energy laser sources enables single-pass welds of thick plates up to 30 mm, but often additional materials are needed to influence the properties of the weld seams. However, the homogenous distribution of filler materials in form of e.g. electrodes is only possible up to 7 mm while the elements are only traceable up to a depth of 14 mm. To overcome this problem a two-step process is used where first the edges of the weld partners are coated with the filler material by laser metal deposition (LMD) and afterwards are welded by laser beam. Single-pass welds with electromagnetic weld pool support of 30 mm thick S355 J2+N-plates with austenitic AISI 316L-coatings were investigated as well as the influence of the coatings to the penetration depth of the laser beam without electromagnetic weld pool support in double-sided joints. The weld seams were tested by X-ray inspection and cross sections. T2 - 11th CIRP Conference on Photonic Technologies [LANE 2020] CY - Online meeting DA - 07.09.2020 KW - Penetration depth KW - Laser metal deposition (LMD) KW - Laser beam welding KW - Filler material distribution PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-512790 DO - https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.09.055 SN - 2212-8271 VL - 94 SP - 293 EP - 297 PB - Elsevier B.V. CY - Amsterdam AN - OPUS4-51279 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Straße, Anne A1 - Scheuschner, Nils A1 - Altenburg, Simon A1 - Pignatelli, Giuseppe A1 - Baensch, Franziska A1 - Gornushkin, Igor B. A1 - Meierhofer, Christiane A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - In-situ Prozessüberwachung beim Laser-Pulver-Auftragschweißen (LPA) mittels Thermographie, optischer Emissionsspektroskopie (OES) und Schallemission (AE) N2 - In diesem Vortrag wird ein Überblick über die in-situ Messverfahren gegeben, die im Rahmen des Projektes ProMoAM an der LPA- Anlage eingesetzt wurden. Im Speziellen sind das die Thermographie, die optische Emissionsspektroskopie (OES) und die Akustische Emission (AE). T2 - 41. Assistentenseminar der WGF e.V. CY - Online meeting DA - 02.09.2020 KW - Schallemission KW - Laser-Pulver-Auftragschweißen KW - Thermographie KW - Optische Emissionsspektroskopie PY - 2020 AN - OPUS4-51273 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Straße, Anne A1 - Üstündag, Ömer A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - LMD coatings as filler material for laser beam welded 30 mm thick plates N2 - The development of high energy laser sources enables single-pass welds of thick plates up to 30 mm, but often additional materials are needed to influence the properties of the weld seams. However, the homogenous distribution of filler materials in form of e.g. electrodes is only possible up to 7 mm while the elements are only traceable up to a depth of 14 mm. To overcome this problem a two-step process is used where first the edges of the weld partners are coated with the filler material by laser metal deposition (LMD) and afterwards are welded by laser beam. Single-pass welds with electromagnetic weld pool support of 30 mm thick S355 J2+N-plates with austenitic AISI 316L-coatings were investigated as well as the influence of the coatings to the penetration depth of the laser beam without electromagnetic weld pool support in double-sided joints. The weld seams were tested by X-ray inspection and cross sections. T2 - 11th CIRP Conference on Photonic Technologies [LANE 2020] CY - Online meeting DA - 07.09.2020 KW - Penetration depth KW - Laser metal deposition (LMD) KW - Laser beam welding KW - Filler material distribution PY - 2020 AN - OPUS4-51276 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -