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 - JOUR A1 - Erxleben, Kjell A1 - Kaiser, Sebastian A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengiesser, Thomas A1 - Kromm, Arne T1 - In-service and repair welding of pressurized hydrogen pipelines–a review on current challenges and strategies N2 - Hydrogen is the energy carrier for a sustainable future without fossil fuels. As this requires a reliable transportation infrastructure, the conversion of existing natural gas (NG) grids is an essential part of the worldwide individual national hydrogen strategies, in addition to newly erected pipelines. In view of the known effect of hydrogen embrittlement, the compatibility of the materials already in use (typically low-alloy steels in a wide range of strengths and thicknesses) must be investigated. Initial comprehensive studies on the hydrogen compatibility of pipeline materials indicate that these materials can be used to a certain extent. Nevertheless, the material compatibility for hydrogen service is currently of great importance. However, pipelines require frequent maintenance and repair work. In some cases, it is necessary to carry out welding work on pipelines while they are under pressure, e.g., the well-known tapping of NG grids. This in-service welding brings additional challenges for hydrogen operations in terms of additional hydrogen absorption during welding and material compatibility. The challenge can be roughly divided into two parts: (1) the possible austenitization of the inner piping material exposed to hydrogen, which can lead to additional hydrogen absorption, and (2) the welding itself causes an increased temperature range. Both lead to a significantly increased hydrogen solubility in the respective materials compared to room temperature. In that connection, the knowledge on hot tapping on hydrogen pipelines is rare so far due to the missing service experiences. Fundamental experimental investigations are required to investigate the possible transferability of the state-of-the-art concepts from NG to hydrogen pipeline grids. This is necessary to ensure that no critical material degradation occurs due to the potentially increased hydrogen uptake. For this reason, the paper introduces the state of the art in pipeline hot tapping, encompassing current research projects and their individual solution strategies for the problems that may arise for future hydrogen service. Methods of material testing, their limitations, and possible solutions will be presented and discussed. KW - In-service KW - Welding KW - Hydrogen pipeline KW - Review PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-638847 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-025-02127-x SN - 0043-2288 SP - 1 EP - 24 PB - Springer Science and Business Media LLC AN - OPUS4-63884 LA - eng 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 - JOUR A1 - Prabitz, Konstantin Manuel A1 - Antretter, Thomas A1 - Rethmeier, Michael A1 - El-Sari, Bassel A1 - Schubert, Holger A1 - Hilpert, Benjamin A1 - Gruber, Martin A1 - Sierlinger, Robert A1 - Ecker, Werner T1 - Numerical and experimental assessment of liquid metal embrittlement in externally loaded spot welds N2 - Zinc-based surface coatings are widely applied with high-strength steels in automotive industry. Some of these base materials show an increased brittle cracking risk during loading. It is necessary to examine electrogalvanized and uncoated samples of a high strength steel susceptible to liquid metal embrittlement during spot welding with applied external load. Therefore, a newly developed tensile test method with a simultaneously applied spot weld is conducted. A fully coupled 3D electrical, thermal, metallurgical and mechanical finite element model depicting the resistant spot welding process combined with the tensile test conducted is mandatory to correct geometric influences of the sample geometry and provides insights into the sample’s time dependent local loading. With increasing external loads, the morphology of the brittle cracks formed is affected more than the crack depth. The validated finite element model applies newly developed damage indicators to predict and explain the liquid metal embrittlement cracking onset and development as well as even ductile failure. KW - Resistance spot welding KW - Finite element simulation KW - Advanced high-strength steel KW - Liquid metal embrittlement KW - Damage prediction KW - Tensile resistance spot welding experiment PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-594848 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-024-01696-7 SN - 0043-2288 SP - 1 EP - 10 PB - Springer Science and Business Media LLC AN - OPUS4-59484 LA - eng 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 -