TY - JOUR A1 - Reichelt, Manuel A1 - Cappella, Brunero T1 - Micro- and nanowear of self-mated steel generated and studied with an AFM at the single asperity level N2 - We show for the first time tribotests performed with self-mated 100Cr6 steel, taking advantage of an AFM, employed as a tribometer for the tribotests as well as for the inspection of wear of both tribopartners. Emphasis is put on the morphology of the scars, on wear particles, and on wear of the “colloidal” particles glued on the AFM cantilever. Measurements demonstrate the possibility of characterizing single asperity events leading to very small wear. We highlight several phenomena, which are elementary key constituents of tribological processes. Such phenomena, probably occurring also at the macroscale, can be detected, identified, and characterized with high spatial and time resolution only at the nanoscale, thus giving insight into conditions and causes of their emergence. KW - Nanowear KW - Atomic force microscope KW - 100Cr6 (AISI 52100) steel KW - Wear particles KW - Single asperity contact KW - Particle transfer KW - Zero wear PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-531389 DO - https://doi.org/10.3389/fmech.2021.722434 SN - 2297-3079 VL - 7 SP - 1 EP - 16 PB - Frontiers Media CY - Lausanne AN - OPUS4-53138 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Maack, Stefan A1 - Benner, Philipp A1 - Kröll, Mirco A1 - Prager, Jens A1 - Daum, Werner A1 - Casperson, Ralf A1 - Heckel, Thomas A1 - Spaltmann, Dirk A1 - et al., ED - Wahlster, W. ED - Winterhalter, C. T1 - Deutsche Normungsroadmap künstliche Intelligenz T1 - German standardization roadmap on artificial intelligence N2 - Im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz haben DIN und DKE im Januar 2022 die Arbeiten an der zweiten Ausgabe der Deutschen Normungsroadmap Künstliche Intelligenz gestartet. In einem breiten Beteiligungsprozess und unter Mitwirkung von mehr als 570 Fachleuten aus Wirtschaft, Wissenschaft, öffentlicher Hand und Zivilgesellschaft wurde damit der strategische Fahrplan für die KI-Normung weiterentwickelt. Koordiniert und begleitet wurden diese Arbeiten von einer hochrangigen Koordinierungsgruppe für KI-Normung und -Konformität. Mit der Normungsroadmap wird eine Maßnahme der KI-Strategie der Bundesregierung umgesetzt und damit ein wesentlicher Beitrag zur „KI – Made in Germany“ geleistet. Die Normung ist Teil der KI-Strategie und ein strategisches Instrument zur Stärkung der Innovations- und Wettbewerbsfähigkeit der deutschen und europäischen Wirtschaft. Nicht zuletzt deshalb spielt sie im geplanten europäischen Rechtsrahmen für KI, dem Artificial Intelligence Act, eine besondere Rolle. N2 - On behalf of the German Federal Ministry of Economic Affairs and Climate Action, DIN and DKE started work on the second edition of the German Standardization Roadmap Artificial Intelligence in January 2022. With the broad participation and involvement of more than 570 experts from industry, science, the public sector and civil society, the strategic Roadmap for AI standardization was thus further developed. This work was coordinated and accompanied by a high-level coordination group for AI standardization and conformity. The standardization roadmap implements a measure of the German government’s AI Strategy and thus makes a significant contribution to “AI – Made in Germany”. Standardization is part of the AI Strategy and is a strategic instrument for strengthening the innovation and competitiveness of the German and European economies. Not least for this reason, standardization plays a special role in the planned European legal framework for AI, the Artificial Intelligence Act. KW - Digitalisierung KW - Künstliche Intelligenz KW - Datenwissenschaft KW - Normung Roadmap KW - Data science KW - Artificial intelligence KW - Standardization roadmap KW - Digitization PY - 2022 UR - https://www.din.de/resource/blob/1072988/20bf33d405710a703aa26f81362493bb/ausgabe-2-nrm-ki-data.pdf UR - https://www.dke.de/de/arbeitsfelder/core-safety/normungsroadmap-ki SP - 1 EP - 448 PB - Deutsches Institut für Normung (DIN) CY - Berlin ET - 2. AN - OPUS4-56576 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Teske, Tanita T1 - Untersuchung des Potentials des Kaltgasspritzens für die Reparatur zyklisch belasteter Bauteile N2 - Das Kaltgasspritzen als Reparaturverfahren bietet die Möglichkeit den teuren Austausch beschädigter Bauteile in der Luft- und Raumfahrt zu vermeiden. In dieser Arbeit wurden das Potential an der Aluminiumlegierung AL6061-T6, unter Verwendung von Stickstoff als Prozessgas, untersucht. Mit Fokus auf das In-situ Kugelstrahlen, zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, wurden quasi-statische Zugversuche und einachsige Zeitfestigkeitsversuche durchgeführt. Im Ergebnis zeigte sich die Verbesserung der Adhäsion zwischen Grundwerkstoff und aufgebrachten Material als entscheidendes Kriterium für eine erfolgreiche Anwendung. Zur Verbesserung der Adhäsion wurden die Substratoberflächen laserstrukturiert und der Einfluss mit Adhäsionsversuchen überprüft. T2 - 9. Tagung des DVM-Arbeitskreises Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen CY - Stuttgart, Germany DA - 06.11.2024 KW - Kaltgasspritzen KW - Reparatur KW - Ermüdungsfestigkeit KW - Laserstrukturierung KW - Luft- und Raumfahrt PY - 2024 AN - OPUS4-63179 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maasch, Philipp T1 - Numerical Modelling of Deformation-Induced Martensitic Transformation in Additively Manufactured 316L Stainless Steel under Cryogenic Conditions N2 - Cryogenic structural components, including collars, bladders, and keys for superconducting magnets, as well as elements for liquid hydrogen storage systems, are often fabricated from austenitic stainless steel (e.g., 316L) due to favorable mechanical properties and corrosion resistance. However, producing these complex geometries through traditional methods is challenging. Additive manufacturing presents a promising alternative, though the numerical understanding of material behavior under extreme cryogenic conditions remains limited. This study advances the numerical simulation of deformation-induced martensitic transformation (DIMT) in additively manufactured fused filament fabricated (FFF) 316L stainless steel. Central to this effort is the prediction of tensile behavior at temperatures ranging from ambient down to 4K. Supporting experiments—including tensile tests and microstructural characterization via scanning electron microscopy (SEM) and computed tomography (CT)—provide essential input parameters and validation data for the numerical framework. The numerical modelling in this study is based on a nonlinear, temperature-dependent finite element approach incorporating a newly developed constitutive material law. This law couples a phase-kinetic description of the martensitic transformation with a mixed kinematic/isotropic plastic hardening formulation. By solving the underlying conservation laws and boundary conditions while considering temperature-dependent material parameters, the model provides a realistic representation of stress-strain states and evolving martensitic phase fractions across a wide range of thermal conditions. The implementation within a commercial finite element software relies on user-defined subroutines that integrate the constitutive relations and transformation kinetics. The simulations use adaptive time-stepping and iterative strategies to handle highly nonlinear, cryogenic loading scenarios efficiently. After parameter identification through experimental data, the numerical results are systematically compared with measured values from tensile tests and microstructural analyses. This iterative validation process continuously enhances the predictive capability of the model. By merging advanced material-theoretical concepts with robust numerical methods, the presented framework offers deeper insight into the mechanical behavior of additively manufactured austenitic steels under extreme thermal conditions. Ultimately, it supports the targeted design and optimization of cryogenic lightweight components and contributes to the fundamental understanding of material modeling challenges in applied mechanics. T2 - 95th GAMM 2025 Poznan CY - Poznan, Poland DA - 07.04.2025 KW - Constitutive Modelling KW - Deformation-induced martensitic transformation KW - Cryogenic Conditions KW - Fused Filament Fabrication KW - Austenitic stainless steel 316L PY - 2025 AN - OPUS4-63198 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Friedrich, Sebastian A1 - Cappella, Brunero T1 - Friction and mechanical properties of AFM-scan-induced ripples in polymer films N2 - In the present paper, friction and mechanical properties of AFM-Scan-Induced ripple structures on films of polystyrene and poly-n-(butyl methacrylate) are investigated. Force volume measurements allow a quantitative analysis of the elastic moduli with nanometer resolution, showing a contrast in mechanical response between bundles and troughs. Additionally, analysis of the lateral cantilever deflection shows a clear correlation between friction and the sample topography. Those results support the theory of crack propagation and the formation of voids as a mechanism responsible for the formation of ripples. This paper also shows the limits of the presented measuring methods for soft, compliant, and small structures. KW - AFM KW - Polymer KW - Ripples KW - Mechanical properties KW - Friction PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-532772 DO - https://doi.org/10.3389/fmech.2021.672898 SN - 2297-3079 VL - 7 SP - 1 EP - 8 PB - Frontiers Media CY - Lausanne AN - OPUS4-53277 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kruse, Julius T1 - Anwendung der IBESS-Prozedur zur Berechnung der Schwingfestigkeit geschweißter bauteilähnlicher Proben mit künstlichen Defekten N2 - Im Rahmen eines Kooperationsprojekts mit der Schottel GmbH wurde eine bauteilnahe Probengeometrie entwickelt, mit der sich unter Verwendung einer einachsigen Prüfmaschine das Spannungstiefenprofil in dem unter überlagerter Biege- und Zugspannung beanspruchtem Querschnitt im Schweißnahtübergang des Bauteils reproduzieren ließ. Proben dieser Geometrie wurden vom Kooperationspartner im geschweißten bzw. geschweißten und spannungsarmgeglühten Zustand bereitgestellt. An der BAM wurden je Wärmebehandlungszustand mittels Senkerodieren zwei verschiedene künstliche Defektgeometrien im Schweißnahtübergang eingebracht. Anhand der Proben wurden experimentell für alle vier Probenzustände Wöhlerlinien für ein Spannungsverhältnis von R = 0,1 ermittelt. Zusätzlich wurde das u.a. an der BAM entwickelte IBESS-Verfahren angewandt, um die Wöhlerlinien analytisch zu bestimmen. Hierbei wurde eine sehr gute Übereinstimmung von Berechnung und Experiment erreicht, wobei die Berechnung zu einer leicht konservativen Lebensdauervorhersage führte. T2 - 56. DVM Tagung "Bruchmechanik und Bauteilsicherheit" CY - Kassel, Germany DA - 20.02.2024 KW - Bruchmechanik KW - Ermüdung KW - Schwingfestigkeit KW - Schweißverbindungen PY - 2024 AN - OPUS4-59781 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Scacco, F. A1 - Zerbst, Uwe A1 - Meneghetti, G. A1 - Madia, Mauro T1 - Comparison between PSM and IBESS approaches for the fatigue life estimation of weldments N2 - In the framework of the fatigue assessment of welded components, several methods are available in design standards such as the nominal stress, hot-spot stress, notch stress and linear elastic fracture mechanics approaches. The present paper aims at comparing two advanced local approaches for the fatigue strength assessment of different welded joints made of steel. The first one is IBESS which is based on short crack fracture mechanics. The second one is the PSM which instead involves the strain energy density approach. Both methods will be briefly presented, and the fatigue life prediction results discussed. The results obtained for the joint geometries considered in this work show advantages and drawbacks of the approaches, which are thoroughly analysed as well. KW - Fatigue KW - Welded joints KW - FAT class KW - IBESS KW - Peak stress method (PSM) KW - Finite element (FE) PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-545139 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-022-01284-7 SP - 1 EP - 23 PB - Springer AN - OPUS4-54513 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Werner, Tiago T1 - Estimation of the Kitagawa-Takahashi diagram by cyclic R curve analysis N2 - The Kitagawa-Takahashi (KT) diagram is a proven concept for describing the fatigue limit in presence of a defect or crack. It can be determined empirically with great experimental effort. It can also be estimated by means of the El Haddad relationship if the endurance limit and the long fatigue crack propagation threshold are available in reasonable accuracy. A third option is the determination using the cyclic R-curve, which describes the dependency of the fatigue crack propagation threshold on the crack growth at the short crack propagation stage. This can be experimentally determined using a closure-free initial pre-crack. It can then be applied to the determination of crack arrest for a given applied load and a given defect or crack size. Compared to the other two methods mentioned above, this option has considerable advantages: It can be applied to any component and any stress ratio. It allows the treatment of multiple cracks and provides estimations of the S-N curve in the finite life regime as well as at the endurance limit. Compared to the empirical determination of the KT diagram, the experimental effort is significantly lower and compared to the El Haddad approach it avoids problems such as the use of non-conservative long fatigue crack propagation thresholds (when the conventional load reduction method is applied to materials prone to corrosion) and the mathematical predetermination of the curve shape. The work introduces the method and provides a critical discussion as well as quantitative comparison between the different methods. T2 - FATIGUE DESIGN 2021 CY - Online meeting DA - 17.11.2021 KW - Fatigue life KW - Endurance limit KW - Kitagawa-Takahashi diagram KW - Cyclic R-curve PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-544931 DO - https://doi.org/10.1016/j.prostr.2022.03.032 SN - 2452-3216 VL - 38 SP - 309 EP - 316 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-54493 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schönherr, J. A. A1 - Duarte, Larissa A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Geilen, M. B. A1 - Klein, M. A1 - Oechsner, M. T1 - Robust determination of fatigue crack propagation thresholds from crack growth data N2 - The robust determination of the threshold against fatigue crack propagation DKth is of paramount importance in fracture mechanics based fatigue assessment procedures. The standards ASTM E647 and ISO 12108 introduce operational definitions of DKth based on the crack propagation rate da/dN and suggest linear fits of logarithmic DK– da/dN test data to calculate DKth. Since these fits typically suffer from a poor representation of the actual curvature of the crack propagation curve, a method for evaluating DKth using a nonlinear function is proposed. It is shown that the proposed method reduces the artificial conservativeness induced by the evaluation method as well as the susceptibility to scatter in test data and the influence of test data density. KW - Fatigue crack propagation threshold KW - ISO 12108 KW - ASTM E647 KW - Data evaluation methods KW - Experimental determination PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-552153 DO - https://doi.org/10.3390/ma15144737 SN - 1996-1944 VL - 15 IS - 14 SP - 1 EP - 21 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-55215 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bachmann, Marcel T1 - Challenges in dynamic heat source modeling in high-power laser beam welding N2 - The amount of absorbed energy in the keyhole as well as its spatial and temporal distribution is essential to model the laser beam welding process. The recoil pressure, which develops because of the evaporation process induced by the absorbed laser energy at the keyhole wall, is a key determining factor for the macroscopic flow of the molten metal in the weld pool during high-power laser beam welding. Consequently, a realistic implementation of the effect of laser radiation on the weld metal is crucial to obtain reliable and accurate simulation results. In this paper, we discuss manyfold different improvements on the laser-material interaction, namely, the ray tracing method, in the numerical simulation of the laser beam welding process. The first improvement relates to locating the exact reflection points in the ray tracing method using a so-called cosine condition in the determination algorithm for the intersection of reflected rays and the keyhole surface. A second correction refers to the numerical treatment of the Gaussian distribution of the laser beam, whose beam width is defined by a decay of the laser intensity by a factor of 1/e2, thus ignoring around 14% of the total laser beam energy. In the third step, the changes in the laser radiation distribution in the vertical direction were adapted by using different approximations for the converging and the diverging regions of the laser beam, thus mimicking the beam caustic. Finally, a virtual mesh refinement was adopted in the ray tracing routine. The obtained numerical results were validated with experimental measurements. T2 - International Congress of Applications of Lasers & Electro-Optics 2023 CY - Chicago, Illinois, USA DA - 16.10.2023 KW - Laser beam welding KW - Laser energy distribution KW - Ray tracing KW - Numerical modeling PY - 2023 AN - OPUS4-58759 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa T1 - Analytische Prozedur zur Berechnung der Ermüdungslebensdauer basierend auf effektiven Rissfortschrittsdaten und zyklischer R-Kurve N2 - Bruchmechanik-basierende Methoden können für die Ermüdungsbewertung von mechanischen Bauteilen angewendet werden, die Defekte oder Risse enthalten und zyklischen Belastungen ausgesetzt sind. Die Kenntnis des Risswachstumsverhaltens für kurze und lange Risse ermöglicht die Bestimmung sowohl endlicher als auch unendlicher Lebensdauer. Ein erstes Problem ergibt sich jedoch aus der empirischen Bestimmung von Ermüdungswerkstoffkennwerten, die je nach Prüfbedingungen, z. B. Prüfmethode, Frequenz und Spannungsverhältnis R, variieren. Dies ist auf die Rissschließeffekte und weitere Umgebungsphänomene zurückzuführen, die das Rissfortschrittsverhalten beeinflussen. Ein zweites Problem ist das Fehlen von Standardversuchsverfahren zur Bestimmung des Schwellenwerts gegen Ermüdungsrissausbreitung ΔKth in Abhängigkeit von der Rissausbreitung. Dies ist problematisch, da ΔKth mit der Zunahme der Rissschließeffekte im Kurzrissbereich zunimmt und seine ungenaue experimentelle Bestimmung zu großen Abweichungen bei der Bewertung und, was noch kritischer ist, zu nicht konservativen Vorhersagen führt. Mit dem Ziel, zuverlässigere und sicherere Bewertungsverfahren bereitzustellen, wird in dieser Arbeit eine Methode vorgeschlagen, die auf effektiven Risswachstumsdaten basiert, die bei hohen Spannungsverhältnissen (R ≈ 0,8) ermittelt wurden. Zur Beschreibung der Entwicklung der Rissschließeffekte wird ein Kurzrissmodell auf der Grundlage von zyklischen R-Kurven und CPLR-Daten verwendet. Die analytischen Vorhersagen werden mit experimentellen Daten verglichen, die zur Validierung des Verfahrens durchgeführt wurden, und die daraus entstandenen Unterschiede werden diskutiert. Übersetzt mit DeepL.com (kostenlose Version) T2 - BMDK-Seminar SS24 CY - Magdeburg, Germany DA - 10.04.2024 KW - Schwellenwert gegen Ermüdungsrissausbreitung KW - Rissschließeffekte KW - Ermüdungslebensdauer KW - Zyklische R-Kurve PY - 2024 AN - OPUS4-59876 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Duarte, Larissa A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe T1 - The effect of the environmental conditions on the threshold against fatigue crack propagation N2 - The threshold against fatigue crack propagation (ΔKth) is a crucial parameter for the damage tolerance assessment of engineering components subjected to cyclic loading and it is composed by two distinct components, one intrinsic, dependent on the elastic material properties and the lattice type, and one extrinsic, related to the occurrence of crack closure effects. An important issue is that several factors can influence ΔKth and, in general, the fatigue crack propagation behavior. In this work, the influence of the experimental procedure, air humidity, stress ratio and test frequency on da/dN-ΔK data has been investigated. Results are discussed with their potential causes and consequences on the calculations of the residual lifetime. KW - Fatigue crack propagation threshold KW - Crack closure effect KW - Experimental procedure KW - Environmental conditions PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-544905 DO - https://doi.org/10.1016/j.prostr.2022.03.030 VL - 38 SP - 292 EP - 299 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-54490 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Determination of the Kitagawa-Takahashi diagram for the EA4T railway axle steel by means of the cyclic R-curve method N2 - The Kitagawa-Takahashi (KT) diagram is a well-established tool in the fatigue community for the prediction of the fatigue limit of metallic materials in presence of defects. Nevertheless, its determination is associated with a large number of fatigue tests carried out on specimens with artificial defects (notches) to describe the fatigue limit-defect size relationship in the short crack regime. The preparation of the specimens and the execution of the tests is time expensive. Therefore, few phenomenological models have been introduced in the past to provide a first approximation of the KT diagram based solely on the fatigue limit for smooth specimen and the fatigue crack propagation threshold for long cracks. Despite the use of such models is widely spread, these suffer from problems related to the uncertainties of the material parameters. Furthermore, the mechanics of short cracks, which is the physical mechanism behind the concept of the fatigue limit, is not considered. This work discusses the advantages and drawbacks of using short fatigue crack propagation models for predicting the fatigue limit of flawed metallic materials. The KT diagrams for a EA4T railway axle steel in as-received and full-hardened condition are approximated by means of the cyclic R-curve method. T2 - 13th International Fatigue Congress CY - Hiroshima, Japan DA - 06.11.2023 KW - Fatigue limit KW - Crack propagation KW - Short crack KW - Cyclic R-curve KW - EA4T railway axle steel PY - 2023 AN - OPUS4-58867 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Yang, Fan T1 - Experimental and numerical investigations of suppression mechanism of an oscillating magnetic field on process porosity during laser beam welding N2 - Magnetohydrodynamic technology is increasingly recognized as a promising approach for enhancing the quality of deep penetration laser beam welding. This study employs experimental and numerical methods to investigate the effects of an auxiliary oscillating magnetic field on reducing porosity in the laser beam welding of 5754 aluminum alloy. The experimental results clearly demonstrate a significant reduction in the porosity ratio, thereby validating the efficacy of applying MHD technology in mitigating porosity during the laser beam welding process. In addition, a transient 3D multi-physical model has been developed, integrating the magnetohydrodynamic and metal vapor plume, to gain a more comprehensive understanding of the porosity suppression mechanism. The introduction of an oscillating magnetic field generates a time-averaged downward Lorentz force. This Lorentz force, in turn, induces an electromagnetic expulsive force, which effectively increases the upward escape velocity of bubbles in the molten pool. Furthermore, the molten pool shape is significantly enlarged, which further facilitate the escape of bubbles. The simulation results agree well with the experimental results. T2 - Assistentenseminar der WGF (Wissenschaftliche Gesellschaft Fügetechnik e.V. im DVS) CY - Päwesin, Germany DA - 20.09.2023 KW - Deep penetration laser beam welding KW - Oscillating magnetic field KW - Numerical simulation KW - Porosity PY - 2023 AN - OPUS4-58796 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Yang, Fan T1 - Numerical analysis of the effect of an oscillating metal vapor plume on the keyhole and molten pool behavior during deep penetration laser beam welding N2 - The effect of the oscillating metal vapor plume on the keyhole and molten pool behavior during the laser beam welding of AlMg3 aluminum alloys is investigated by experimental and numerical methods. The real-time height of the metal vapor plume is measured by high-speed camera observation. The obtained experimental results are used to evaluate the additional heating source and laser beam attenuation caused by the scattering and absorption based on the Beer–Lambert theory. Furthermore, the dynamic behavior of the metal vapor plume is incorporated into a 3D transient heat transfer and fluid flow model, coupled with the ray tracing method, for the laser beam welding of the AlMg3 alloy. It is found that additional heating resulting from the scattered and absorbed laser beam energy by the metal vapor plume significantly expands the shape of the molten pool on the top region. Moreover, the oscillating metal vapor plume caused the fluctuation of the high-temperature region in the molten pool. The probability of keyhole collapse at the bottom increases 17% due to the oscillating laser power induced by the laser beam attenuation. The internal interplay between the metal vapor plume, molten pool shape, and keyhole collapse is obtained. The developed model has been validated by experiments, which shows a good agreement. T2 - International Congress of Applications of Lasers & Electro-Optics 2023 CY - Chicago, IL, USA DA - 16.10.2023 KW - Deep penetration laser beam welding KW - Numerical simulation KW - Oscillating vapor plume KW - Keyhole collapse PY - 2023 AN - OPUS4-58794 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa T1 - Fatigue assessment procedure based on effective crack propagation data and cyclic R-curve N2 - Fracture mechanics-based methods can be applied to the fatigue assessment of mechanical components containing defects or cracks subjected to cyclic loading. The knowledge of the crack growth behavior for short and long cracks enables the determination of both finite and infinite life regimes. Nevertheless, a first problem arises from the empirical determination of the fatigue data, which vary according to the test conditions, e.g., the test method, frequency and the stress ratio R. This is due to crack closure and further environmental phenomena affecting crack propagation behavior. A second issue regards the lack of standard experimental procedures for the determination of the fatigue crack propagation threshold ΔKth dependency on the crack size. This is problematic, since ΔKth increases with the build-up of the closure effects in the short crack regime and its inaccurate experimental determination leads to large deviations in the assessment and, even more critical, to non-conservative predictions. Aiming at providing more reliable and safer assessment procedures, the present work proposes a method based on effective crack growth data obtained at high stress ratios (R ≈ 0.8). A short-crack model based on the cyclic R-curve and CPLR data is employed for describing the development of the closure effects. The predictions are compared to established methods and validated by experimental tests. T2 - Fatigue 2022+1 CY - Hiroshima, Japan DA - 06.11.2023 KW - Component assessment KW - Fatigue crack propagation KW - Fatigue threshold KW - Crack closure KW - Cyclic R-curve PY - 2023 AN - OPUS4-58842 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Cappella, Brunero A1 - Spaltmann, Dirk A1 - Gee, M. T1 - Editorial: Tribology and Atomic Force Microscopy - Towards Single Asperity Contact N2 - The concept behind this Research Topic (RT) was to collect works, in which Atomic Force Microscopy (AFM) techniques are employed to study tribological phenomena and to push the resolution of measurements towards single asperity contact. Thanks to the direct determination of sample height with sub-nanometer resolution and the possibility of measuring local friction, AFM can be employed after a tribotest to detect topography and friction changes at the nanometer scale. Recently, efforts are being expended to use AFM cantilevers as tribometers, i.e., as probes altering the volume of suitable samples, thereby measuring tip and/or sample wear and friction at the nano/microscale. Thus, single asperity contact, friction, and wear can be investigated. Since friction and wear at the macroscale are the result of asperities interactions, such experiments are of great importance for better understanding of tribological processes. KW - Nanotribology KW - Friction KW - Wear KW - Single asperity KW - AFM PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-571037 DO - https://doi.org/10.3389/fmech.2022.853934 SN - 2297-3079 VL - 8 SP - 1 EP - 2 PB - Frontiers Media CY - Lausanne AN - OPUS4-57103 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kempf, A. A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Einfluss der Porosität auf die Duktilitätseigenschaften von additiv gefertigtem AlSi10Mg N2 - Die Werkstoffeigenschaften im selektiven Laserstrahlschmelz-Verfahren hergestellter Bauteile werden von einer Vielzahl technologischer Parameter beeinflusst, sodass sich die Fertigungsgüte verschiedener Anlagen voneinander unterscheiden kann. Vor diesem Hintergrund wurde in der vorliegenden Arbeit untersucht, inwiefern sich durch verschiedene nachgelagerte Wärmebehandlungen die Mikrostruktur und die quasistatischen Festigkeitseigenschaften von Proben aus der Aluminiumlegierung AlSi10Mg, die mit verschiedenen Anlagen, Pulvern, Belichtungsstrategien und Prozessparametern gefertigt wurden, harmonisieren lassen. Die Versuche zeigten u.a., dass die erheblichen Festigkeitsunterschiede im Ausgangszustand unabhängig von der angewendeten Wärmebehandlungsroute aufgehoben wurden. Dennoch wurden signifikante Unterschiede in der Duktilität ermittelt. Anhand umfangreicher Bruchflächenanalysen konnte nachgewiesen werden, dass die in der Bruchfläche ermittelte Porosität eine lineare Korrelation zu der Bruchdehnung aufwies. T2 - 5. Tagung des Arbeitskreises Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen CY - Online Meeting DA - 04.11.2020 KW - Wärmebehandlung KW - Additive Fertigung KW - Laser powder bed fusion KW - AlSi10Mg KW - Ringversuch PY - 2020 SN - 2509-8772 VL - 405 SP - 93 EP - 104 AN - OPUS4-51657 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro T1 - Vergleichende Untersuchungen zum intrinsischen Schwellenwert der da/dN-ΔK-Kurve N2 - Für die Bestimmung der Restlebensdauer zyklisch beanspruchter Bauteile kommt dem Schwellenwert für Ermüdungsrissausbreitung, Δ𝐾𝑡ℎ, und dem sich anschließenden Schwellenwertbereich der 𝑑𝑎𝑑𝑁⁄−Δ𝐾-Kurve große Bedeutung zu. Dem stehen Unsicherheiten bei der Bestimmung und Analyse gegenüber. Der Aufsatz befasst sich mit der Ermittlung des sogenannten intrinsischen Schwellenwerts, der als robuster Eingangsparameter für eine „rissschließfreie“ Analyse der Restlebensdauer von entscheidender Bedeutung ist. T2 - 53. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Online meeting DA - 18.02.2021 KW - Schadenstolerante Bauteilauslegung, Restlebensdauer, intrinsischer Schwellenwert gegen Ermüdungsrissausbreitung PY - 2021 SN - 2366-4797 SP - 211 EP - 220 PB - Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung e.V. (DVM) CY - Berlin AN - OPUS4-52704 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro T1 - Der Schwellenwert der da/dN-∆K-Kurve als Auslegungskriterium für die Bauteilbewertung N2 - Für die Bestimmung der Restlebensdauer zyklisch beanspruchter Bauteile kommt dem Schwellenwert für Ermüdungsrissausbreitung ∆Kth und dem sich anschließenden Schwellenwertbereich der da/dN-∆K-Kurve große Bedeutung zu. Dem stehen Unsicherheiten bei der Bestimmung und Analyse gegenüber. Der Aufsatz befasst sich mit der Ermittlung des sogenannten intrinsischen Schwellenwerts, der als robuster Eingangsparameter für eine „rissschließfreie“ Analyse der Restlebensdauer von entscheidender Bedeutung ist. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2020 CY - Online meeting DA - 03.12.2020 KW - Schadenstolerante Bauteilauslegung, KW - Intrinsischer Schwellenwert gegen Ermüdungsrissausbreitung KW - Restlebensdauer PY - 2020 DO - https://doi.org/10.48447/WP-2020-025 SP - 1 EP - 8 AN - OPUS4-52788 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Helmholtz-AK "Bau wissenschaftlicher Geräte" - Neues aus der BAM / Fachbereich 9.2 N2 - In dieser Präsentation werden die neuesten Herausforderungen und der Stand des Fachbereiches 9.2 für die Mitarbeit im AK des HGF "Bau wissenschaftlicher Geräte" dargestellt. T2 - Helmholtz-Arbeitskreis "Bau wissenschaftlicher Geräte", 18. Jahrestagung CY - Berlin, Germany DA - 10.05.2023 KW - Werkstatt KW - Erneuerbare Energien PY - 2023 AN - OPUS4-59262 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Vecchiato, L. A1 - Madia, Mauro A1 - Meneghetti, G. T1 - Extension of the peak stress method to estimate the fatigue limit of welded joints by means of the cyclic R-curve method N2 - A new simplified and effective method has been formalised to estimate the Constant Amplitude Fatigue Limit (CAFL) of stress-relieved steel welded joints subjected to uniaxial push–pull loading and failing from the weld toe. Starting from the sharp V-notch assumption of the NSIF approach and the cyclic R-curve of the material in the heat affected zone, the proposed method identifies the CAFL as threshold level of the local stress field at the V-notched weld toe in the uncracked configuration. Such threshold stress field assures the crack arrest at the V-notched weld toe, according to the cyclic R-curve analysis. The method has been validated against experimental results and proved effective for a straightforward assessment of the CAFL of welded joints, as the stable crack propagation analysis of classical fracture mechanics approaches can be avoided. KW - Cyclic R-curve KW - Welded joint KW - Fatigue limit KW - Peak stress method KW - Finite element analysis PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-581059 DO - https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2023.104039 SN - 0167-8442 VL - 127 SP - 1 EP - 19 PB - Elsevier AN - OPUS4-58105 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - Ökobilanzierung schweißtechnischer Fertigungsverfahren - Methodik, Einflussgrößen und Implementierung N2 - Ein wesentliches Ziel der deutschen Industriepolitik besteht darin, Rahmenbedingungen zu schaffen, welche die Positionierung nachhaltiger Produkte und Prozesse innerhalb globaler Wertschöpfungsketten ermöglichen und ökoeffiziente Fertigungsprozesse langfristig sichern. In diesem Beitrag werden aktuelle Forschungsarbeiten zur Bewertung der Umweltwirkungen der schweißtechnischen Fertigungskette anhand ausgewählter Schmelzschweißverfahren unter Berücksichtigung vor- sowie nachgelagerter Fertigungsschritte dargestellt. Eine weit verbreitete und standardisierte Methode zur Abschätzung der Umweltwirkungen eines Produkts oder Prozesses ist die Ökobilanzierung. Hierbei stellen die Sachbilanzierung, das heißt die Ermittlung sämtlicher relevanter Energie- und Ressourcenverbräuche während der schweißtechnischen Fertigung, aufgrund des hohen Dokumentationsaufwands, sowie die Ableitung assoziierter Wirkkategorien das größte Hindernis für eine Etablierung und Akzeptanz der Ökobilanzierung in der Praxis dar. Gleichwohl wird seitens Unternehmen, welche als Zulieferer von OEM’s (engl.: original equipment manufacturer) agieren, die Dokumentation des fertigungsspezifischen CO2-Verbrauches gefordert. Ein weiterer Aspekt der Arbeiten beinhaltet Methoden zur automatisierten Erfassung von schweißtechnischen Produktionsdaten sowie deren Nachverfolgbarkeit. Anhand unterschiedlicher Schweißverfahren werden die aus den Produktionsdaten abgeleiteten Energie- und Ressourcenverbräuche automatisiert in die relevanten Umweltwirkungen überführt. Die analysierten Schweißprozesse umfassen dabei ein breites für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) relevantes Spektrum. Durch die softwareseitige Bereitstellung der aufgestellten Umweltprofile ist der Anwender in der Lage, Schweißprozesse unter ökologischen Aspekten zu bewerten und die effizienteste Variante zu identifizieren. T2 - Woche der Fügetechnik 2022, HWK Münster CY - Online meeting DA - 30.11.2022 KW - Ökobilanzierung KW - Verfahrensvergleich KW - Schweißprozesse KW - Umweltwirkungen KW - Implementierung PY - 2022 AN - OPUS4-56650 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Yang, Fan A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Bachmann, Marcel A1 - Artinov, Antoni A1 - Putra, Stephen Nugraha A1 - Rethmeier, Michael T1 - Numerical analysis of the influence of an auxiliary oscillating magnetic field on suppressing the porosity formation in deep penetration laser beam alloys of aluminum alloys N2 - The contactless magnetohydrodynamic technology has been considered as a potential and promising method to improve the weld qualities of deep penetration laser beam welding. In this paper, numerical investigations are conducted to study the influence of the auxiliary oscillating magnetic field on the porosity suppression in laser beam welding of 5754 aluminum alloy. To obtain a deeper insight into the suppression mechanism, a three-dimensional transient multi-physical model is developed to calculate the heat transfer, fluid flow, keyhole dynamic, and magnetohydrodynamics. A ray tracing algorithm is employed to calculate the laser energy distribution on the keyhole wall. A time-averaged downward Lorentz force is produced by an oscillating magnetic field. This force acts in the molten pool, leading to a dominant downward flow motion in the longitudinal section, which blocks the bubble migration from the keyhole tip to the rear part of the molten pool. Therefore, the possibility for the bubbles to be captured by the solidification front is reduced. The electromagnetic expulsive force provides an additional upward escaping speed for the bubbles of 1 m/s ~ 5 m/s in the lower and middle region of the molten pool. The simulation results are in a good agreement with experimental measurements. Based on the results obtained in this study, a better understanding of the underlying physics in laser beam welding enhanced by an auxiliary oscillating magnetic field can be provided and thus the welding process can be further optimized reducing the porosity formation. T2 - 13th International Seminar Numerical Analysis of Weldability CY - Seggau, Austria DA - 04.09.2022 KW - Deep penetration laser beam welding KW - Oscillating magnetic field KW - Numerical simulation KW - Porosity KW - Molten pool behaviour PY - 2023 SN - 2410-0544 VL - 13 SP - 237 EP - 254 PB - Verlag der Technischen Universität Graz AN - OPUS4-58804 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zhu, Jiangchao A1 - Madia, Mauro A1 - Schurig, Michael A1 - Kruse, Julius A1 - Conrad, Fabian A1 - Schlums, Hartmut A1 - Kontermann, Christian A1 - Zerbst, Uwe T1 - On the use of representative specimens for the structural integrity assessment of safety-relevant rotating components N2 - Safety-relevant components, for which a failure in service could have catastrophic consequences, are usually designed for extremely low probability of failure and they are subjected to stringent part qualification procedures according to guidelines set by regulatory agencies. Manufacturers are often forced to perform tests on full scale or scaled components to ensure the structural integrity under defined loading conditions, which usually implies a huge experimental and financial effort. Therefore, companies try to develop new strategies such as digital twins, which allow to massively reduce costs, without compromising safety. This work presents a new quasi-static testing and assessment concept, the main idea of which is to replace, or at least reduce, the experimental testing on components by testing specimens representative of the component. Fracture mechanics specimens have been designed iteratively by numerical simulations to match the stress state at the crack-tip of the maximum permissible defect defined by regulatory agencies for the component. Potentially, the major benefit of the proposed approach is that the tests can be performed on conventional laboratory testing machines. The effectiveness of the methodology is demonstrated in case of the structural integrity assessment of a Ni-base superalloy aero-engine turbine disk at overspeed conditions. KW - Structural integrity KW - Turbine disk KW - Burst KW - Fracture mechanics KW - Representative specimens KW - Quasi-static testing PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-624208 DO - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2024.110710 SN - 0013-7944 VL - 314 SP - 1 EP - 23 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-62420 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Werner, Tiago T1 - Damage tolerant design of metallic AM parts N2 - Additive Manufacturing (AM) opens new possibilities in the design of metallic components, including very complex geometries (e.g. structures optimized for certain loads), optimization of materials (e.g. gradient materials) and cost-effective manufacturing of spare parts. In the recent years, it has been used for the first safety-relevant parts, but the consideration of cyclic mechanical behavior in AM is still at the very beginning. The reason for this is the complexity of mechanical material properties, i.e. inhomogeneity, anisotropy and a large number of defects frequently textured and characterized by large scattering in size. Additionally, high surface roughness and residual stresses with complex distributions are typical of AM. Due to these reasons, the transferability of experimentally determined properties from specimens to components is a challenge. This presentation provides an overview of the questions concerning the application of AM to safety-relevant components. Possible strategies for the fatigue design of such components are presented. Besides the Kitagawa-Takahashi-diagram method and the cyclic R-curve analysis as approaches for damage-tolerant design, the identification of critical locations, the problem of representative material properties and the handling of residual stresses are addressed. T2 - 4th international symposium on Fatigue Design and Material Defects CY - Online meeting DA - 26.05.2020 KW - Additive Manufacturing KW - Cyclic R-Curve KW - Component assessment PY - 2020 AN - OPUS4-50938 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Klinger, Christian T1 - Systematische Schadensanalyse: Vergleich und Anwendung von Richtlinien und Prozeduren N2 - Recherche verschiedener jeweils nationaler/internationaler Regelwerke und Prozeduren für die Systematische Schadensanalyse • Literaturrecherche zu Methoden der systematischen interdisziplinären Schadensanalyse • Vergleich der Regelwerke VDI 3822, ASTM, ASM sowie der Methoden • Anwendung der Regelwerke/Prozeduren und Methoden am Beispiel T2 - 46. VDI Jahrestagung: Schadensanalyse in der Energietechnik CY - Online meeting DA - 06.10.2020 KW - Regelwerke KW - Systematische Schadensanalysen, Prozeduren PY - 2020 AN - OPUS4-51401 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Influence of defects on the fatigue strength of parts repaired by cold spray N2 - Cold spray repair is a promising and cost-saving alternative to replacing worn parts. Depositing of materials into machined damage volumes in decent quality can restore the performance of refurbished parts and extend their working life. Furthermore, repair counts as resource-efficient and green process in a world targeting at decarbonization of many industrial sectors. Despite the advantages, cold spray repair still suffers from major limitations which prevent its application in safety relevant parts. The main factors influencing the structural integrity concern the adhesion strength, inherent non-bonded internal interfaces, the reduced ductility by work hardening during the manufacturing process, and the presence of residual stresses. This work presents the results of the collaborative project CORE devoted to the development of automatized repair of aerospace parts by cold spray. The investigations considered the aluminum alloy Al6061-T6 which combines medium-high strength, good workability, and high corrosion resistance. Quasi-static tensile tests, high cycle fatigue and fatigue crack propagation tests were performed to compare the performance of base and repaired materials. These were complemented by fractographic and microstructural investigations. T2 - 5th International Symposium on Fatigue Design and Material Defects CY - Trento, Italy DA - 14.05.2025 KW - Cold Spray KW - Component Repair KW - Fatigue Strength KW - Defects KW - Surface Treatment PY - 2025 AN - OPUS4-63146 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Werner, Tiago A1 - Teske, Tanita A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Mauro, Madia A1 - Nielsen, S. A1 - Gärtner, F. A1 - Klassen, T. T1 - Untersuchung des Potenzials von Kaltgasspritzen für die Reparatur zyklisch belasteter Bauteile T1 - Investigation on the capability of cold-spray for repair of cyclically loaded components N2 - Die Reparatur mittels Kaltgasspritzen ist eine vielversprechende Alternative zum teuren Austausch fehlerbehafteter Bauteile in der Luft- und Raumfahrt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Potential des Verfahrens an der hochfesten Aluminiumlegierungen Al6061-T6 unter Anwendung von Stickstoff als kostengünstiges Prozessgas untersucht. Es wurden quasi-statische Zugversuche und einachsige Zeitfestigkeitsversuche mit besonderem Fokus auf das in-situ Kugelstrahlen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften durchgeführt. Im Ergebnis wurde die Verbesserung der Adhäsion zwischen Substrat und aufgebautem Werkstoff als entscheidendes Kriterium für eine Anwendbarkeit ermittelt. Die Laserstrukturierung von Substratoberflächen ist hierfür vielversprechend und wurde im Rahmen der Arbeit mittels Adhäsionsversuchen untersucht. N2 - Repair by cold-spray is a promising alternative to the costly replacement of flawed components in aerospace applications. In the present work this process was investigated on the high-strength aluminum alloy Al6061-T6. For the cold-spray process, inexpensive Nitrogen was used as process-gas. Quasi-static tensile and highcycle- fatigue tests (HCF) were performed, focusing on in-situ shot peening to improve the mechanical properties of the repaired part. An improved adhesion between substrate and built-up material was identified as a key-factor for the applicability of the process. Under this respect laser-structuring of the substrate surface was applied and its effect on the mechanical performance of the restored samples were examined by adhesion tests. T2 - 9. Tagung des DVM-Arbeitskreises Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen CY - Stuttgart, Germany DA - 06.11.2024 KW - Kaltgasspritzen KW - cold-spray KW - Reparatur KW - Repair KW - Ermüdungsfestigkeit KW - Fatigue KW - Luft- und Raumfahrt KW - Aerospace KW - Substratvorbehandlung KW - Substrate pre-treatment PY - 2024 DO - https://doi.org/10.48447/ADD-2024-BB VL - 409 SP - 67 EP - 79 AN - OPUS4-63182 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Spaltmann, Dirk T1 - Improvement of the tribological performance of titanium alloy using FS-laser-induced periodic surface structures in combination with ZDDP and ionic liquid lubricant additives N2 - The performance of titanium alloy (Ti6Al4V) surfaces was investigated in lubricated reciprocating sliding tribological tests (RSTT). Special emphasis was laid on the effect of surface nanostructures in area of contact on the respective friction and wear behaviour. These so-called laser-induced periodic surface structures (LIPSS, ripples) were produced on the titanium alloy surface upon scan processing in air by an ultrashort pulsed femtosecond (fs) laser. As lubricant served two types of base oils, a pure polyalcylene-glycol, and an SAE 0W30 oil containing only antioxidants and temperature stabilizers. Tribological tests were carried out on polished as well as LIPSS covered areas using both types of base oil. A test metrics was established, combining the additive 2-ethylhexyl-zincdithiophosphate (ZDDP) or the ionic liquid [P6,6,6,14] [DEHP] (98% purity) with the respective base oils. The test metrics also considered the orientation of motion with respect to the orientation of the structures formed on the surface. Results are presented which show that the interplay between LIPSS and the local chemistry formed by the respective additives is beneficial for the tribological behaviour of the titanium alloy. Certain combinations of base oil, additive and LIPSS reduced friction and wear significantly in the tribological contact. T2 - 64. Tribologie-Fachtagung CY - Göttingen, Germany DA - 25.09.2023 KW - TiAl64V KW - 100Cr6 KW - Friction KW - Wear KW - LIPSS KW - Lubrication KW - PAG KW - Ionic liquid PY - 2023 AN - OPUS4-58641 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Pirker, F. A1 - Toth, I. A1 - Cihak-Bayr, U. A1 - Grundtner, R. A1 - Vernes, A. A1 - Benedicto, J. A1 - Spaltmann, Dirk A1 - Gradt, Thomas A1 - Alberdi, A. A1 - Alonso, I. A1 - Bayón, R. A1 - Igartua, A. A1 - García, Á. A1 - Pagano, F. A1 - Bravo, I. A1 - Kogia, M. A1 - Dykeman, D. A1 - Liedtke, S. A1 - Minami, I. A1 - Nyberg, E. A1 - Soivio, K. A1 - Ronkainen, H. A1 - Majaniemi, S. A1 - Heino, V. A1 - Gkagkas, K. A1 - Mont, L. A1 - Amigorena, I. T1 - Tribological characterisation services for materials - i-TRIBOMAT N2 - Um den Entwicklungsprozess von neuen Komponenten zu beschleunigen, ist die Vorrausage der Eigenschaften der eingesetzten Werkstoffe im Betrieb der Komponenten von enormer Bedeutung. Um neue Werkstoffe hinsichtlich Ihrer Performance (in einer Komponente) bewerten zu können, ist deshalb die Entwicklung neuer innovativer Methoden notwendig. Diese Methoden können auch unter dem Begriff „lab-to-field“ oder „materials“ – up-scaling zusammengefasst werden. D. h. Werkstoffe werden im Labor charakterisiert, und deren Eigenschaften mittels z.B. Simulation auf die Komponentenperformance hochskaliert (upscaling). i-TRIBOMAT ist ein EU gefördertes Projekt (H2020, GA Nr. 814494) mit dem Ziel ein Open Innovation Test Bed für tribologische Werkstoffcharakterisierung aufzubauen und entsprechende Services von der tribologischen Charakterisierung neuer Werkstoffe bis hin zu Simulationsmodellen zur Vorrausage der Perfomance von Komponenten der Industrie anzubieten. Durch die Bündelung von Knowhow und Infrastruktur zu Charakterisierung sowie den Aufbau einer digitalen Plattform, wird i-TRIBOMAT das weltgrößte Open Innovation Test Bed für tribologische Werkstoffcharakterisierung. N2 - The prediction of the properties of the materials used in the operation of components is of enormous importance, in order to accelerate the development process of new components. To evaluate new materials in terms of their performance (in a component), the development of new innovative methods is necessary. These methods can also be summarized under the term lab-to-field or materials – upscaling, meaning materials being characterised in a laboratory and their properties being upscaled to the component performance by means of e.g. simulation. i-TRIBOMAT is a EU funded project (H2020, GA Nr. 814494) aiming at building an Open Innovation Test Bed for tribological material characterization and offering corresponding services from tribological characterization of new materials to simulation models for predicting the performance of industrial components. By bundling the infrastructure, know-how for characterization and building a digital platform, i-TRIBOMAT becomes the world’s largest open innovation test bed for tribological material characterization. T2 - 22nd International Colloquium Tribology CY - Esslingen, Germany DA - 28.01.2020 KW - Tribologie KW - Lab-to-field up-scaling KW - Werkstoffdatenbank KW - Geteilte Infrastruktur KW - Tribo-Analytik KW - Intelligente tribologische Werkstoffcharakterisierung KW - Lab-to-field upscaling KW - Tribology KW - Intelligent tribological material characterization KW - Materials database KW - Shared infrastruture KW - Tribo-analytics PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-576762 DO - https://doi.org/10.30419/TuS-2020-0026 SN - 0724-3472 SN - 2941-0908 VL - 67 IS - 5-6 SP - 35 EP - 50 PB - Expert CY - Tübingen AN - OPUS4-57676 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - SmartWeld - Innovatives Design und Fertigungskonzept zur Steigerung der Leichtbaupotenziale im Stahlbau N2 - Die Anwendung von Leichtbauprinzipien im Stahlbau, wie z.B. die Verwendung von aufgelösten Tragstrukturen, sog. Jackets-Fundamenten, bietet ein großes Potential zur Reduzierung des Ressourcenverbrauchs, insbesondere im Hinblick auf die benötigte Stahlmenge. In diesem Vortrag zeigen wir die Potenziale einer vollständigen Digitalisierung der schweißtechnischen Fertigungs- und Prüfkette auf, um eine vollautomatische Fertigung sowie Qualitätsprüfung von Rohrknoten als Schlüsselelement von Jackets-Fundamenten zu ermöglichen. Darüber hinaus wird der Zusammenhang zwischen der Geometrie der Nahtform und der resultierenden Ermüdungsfestigkeit durch numerische Methoden unter Einbeziehung bionischer Prinzipien bewertet. Es wird gezeigt, dass Hohlprofilknoten vollautomatisch unter Berücksichtigung von Geometrietoleranzen geschweißt werden können. Darüber hinaus konnte die Nahtform gemäß den numerischen Modellen hergestellt werden, was ein großes Potenzial für eine verlängerte Lebensdauer bietet. Anschließend werden die Verbesserungen bei der Ressourceneffizienz und die Reduzierung der Kohlendioxidemissionen durch eine Lebenszyklusanalyse bewertet. T2 - Bundesverband der Windparkbetreiber Offshore: Tagung der Arbeitsgruppe Engineering CY - Online meeting DA - 26.11.2021 KW - Offshore Windenergieanlagen KW - Gründungsstrukturen KW - Automatisierte Fertigung KW - Aufgelöste Tragstrukturen PY - 2021 AN - OPUS4-56652 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kunz, C. A1 - Bonse, Jörn A1 - Spaltmann, Dirk A1 - Neumann, C. A1 - Turchanin, A. A1 - Bartolomé, J. F. A1 - Müller, F. A. A1 - Gräf, S. T1 - Tribological performance of metal-reinforced ceramic composites selectively structured with femtosecond laser-induced periodic surface structures N2 - The impact of femtosecond (fs) laser-induced periodic surface structures (LIPSS) on tribological properties was investigated for metal-reinforced ceramic composites (Al2O3-ZrO2-Nb). For this purpose, the metallic niobium (Nb) phase was selectively structured with LIPSS in an air environment with different values of the fs-laser peak fluence by near-infrared fs-laser radiation (λ = 1025 nm, τ = 300 fs, frep = 1 kHz), taking advantage of the different light absorption behavior of ceramic and metal. The tribological performance was evaluated by reciprocating sliding tests in a ball-on-disc configuration using Ringer's solution as lubricant. The surfaces were characterized before and after laser irradiation by optical microscopy, scanning electron microscopy, atomic force microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy and by measuring the contact angle with Ringer's solution. The LIPSS formation resulted in an increased wetting of the surface with the lubricant. Moreover, the selectively structured composite surfaces revealed a coefficient of friction significantly reduced by a factor of ~3 when compared to the non-irradiated surface. Furthermore, the formation of a laser-induced oxidation layer was detected with NbO as the most prominent oxidation state. Selectively structured composites with outstanding mechanical properties and enhanced tribological performance are of particular interest for biomedical applications. KW - Laser-induced periodic surface structures (LIPSS) KW - Femtosecond laser ablation KW - Ceramic matrix composites KW - Tribology PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.143917 SN - 0169-4332 SN - 1873-5584 VL - 499 IS - 1 SP - 143917 PB - Elsevier B.V. CY - Amsterdam AN - OPUS4-49255 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bergant, M. A1 - Werner, Tiago A1 - Madia, Mauro A1 - Yawny, A. A1 - Zerbst, Uwe T1 - Short crack propagation analysis and fatigue strength assessment of additively manufactured materials: An application to AISI 316L N2 - This paper presents the application of short crack propagation models based on the cyclic R-curve for assessing the fatigue strength of additively manufactured (AM) materials containing fabrication defects. Chapetti’s and IBESS models were implemented in combination with Murakami’s √area parameter, considering recently published data on laser powder bed fusion processed AISI 316L stainless steels. Estimated S-N curves and Kitagawa-Takahashi diagrams predict fairly well the experimental data, especially the origin of the failure from internal or surface defects. These results provide an indication that the methods based on the cyclic R-curve constitute suitable tools for fatigue behavior assessment of AM materials. KW - AM 316L stainless steel KW - Cyclic R-curve KW - Chapetti’s and IBESS model KW - S-N curve KW - Kitagawa-Takahashi diagram PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2021.106396 VL - 151 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-53082 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schork, B. A1 - Zerbst, Uwe A1 - Kiyak, Yusuf A1 - Kaffenberger, M. A1 - Madia, Mauro A1 - Oechsner, M. T1 - Effect of the parameters of weld toe geometry on the FAT class as obtained by means of fracture mechanics-based simulations N2 - The fracture mechanics-based IBESS approach is applied to the determination of FAT classes of butt welds with crack Initiation along the weld toe. The aim is an investigation of the effect of the geometrical parameters toe radius, flank angle, reinforcement and secondary notches such as roughness or undercuts. The influence of these parameters is discussed both individually and in combination; however, excluding statistical distributions of them and the material data. The results, when compared with conventional FAT classes for butt welds, are encouraging with respect to a potential contribution of IBESS to the discussion of more advanced quality criteria for welds. To that purpose, demands for further research are proposed. KW - Fracture mechanics KW - Weld toe geometry KW - Fatigue crack initiation KW - FAT class approach PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-020-00874-7 IS - 64 SP - 925 EP - 936 PB - Springer AN - OPUS4-53079 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe T1 - The use of effective fatigue crack propagation data obtained at closure-free conditions for component assessment N2 - The knowledge of fatigue crack propagation data in terms of their effective values is important for a conservative and safe life assessment of components subjected to cyclic loading. To overcome issues related to the precise consideration of the crack-closure effects on experimental data obtained at small R ratios, closure-free data have been obtained at R ≈ 0.8 by different experimental procedures. The statistical analysis of the intrinsic fatigue crack propagation threshold obtained experimentally has shown a small data scatter and good agreement between procedures. When compared with effective values obtained from analytical corrections of closure-affected data, the data obtained at R ≈ 0.8 should lead to a conservative life estimation. T2 - 43rd International Conference on Materials Mechanics CY - Sani, Greece DA - 05.06.2022 KW - Component assessment KW - Effective crack propagation data KW - Experimental procedure KW - Crack-closure PY - 2022 SP - 104 EP - 108 AN - OPUS4-56851 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zhu, J. A1 - Madia, Mauro A1 - Schurig, M. A1 - Kruse, Julius A1 - Conrad, F. A1 - Schlums, H. A1 - Kontermann, C. A1 - Zerbst, Uwe T1 - Anwendung von repräsentativen Proben zur Bewertung der Strukturintegrität von sicherheitsrelevanten Komponenten N2 - Sicherheitsrelevante Bauteile, bei denen ein Versagen im Betrieb katastrophale Folgen haben könnte, sind in der Regel für eine sehr geringe Ausfallwahrscheinlichkeit ausgelegt und unterliegen strengen Qualifizierungsverfahren gemäß den von den Aufsichtsbehörden festgelegten Richtlinien. Die Hersteller sind oft gezwungen, Tests an realen oder skalierten Komponenten durchzuführen, um die Strukturintegrität unter definierten Belastungsbedingungen sicherzustellen, die in der Regel strenger sind als die im Betrieb zu erwartenden. Dies ist in der Regel mit einem enormen experimentellen und finanziellen Aufwand verbunden. Daher versuchen die Unternehmen, neue Strategien wie digitale Zwillinge zu entwickeln, mit denen die Kosten massiv gesenkt werden können, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen. In dieser Arbeit wird ein neues quasistatisches Prüf- und Bewertungskonzept vorgestellt, dessen Hauptidee darin besteht, die experimentelle Prüfung von Bauteilen durch die Prüfung von für das Bauteil repräsentativen Proben zu ersetzen oder zumindest zu reduzieren. Der größte Vorteil des vorgeschlagenen Konzepts besteht darin, dass die Versuche auf Laborprüfmaschinen durchgeführt werden können. Die Wirksamkeit der Methodik wird anhand der Bewertung der Strukturintegrität einer Turbinenscheibe aus einer Ni-Basis-Superlegierung für Flugzeugtriebwerke bei Überdrehzahl demonstriert. T2 - 57. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Köln, Germany DA - 18.02.2025 KW - Strukturintegrität KW - Bruchmechanik KW - Turbinenscheibe KW - Repräsentative Proben PY - 2025 DO - https://doi.org/10.48447/BR-2025-536 SP - 231 EP - 240 PB - DVM CY - Berlin AN - OPUS4-62602 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kanna, Naveen A1 - Bär, Jürgen A1 - Duarte, Larissa A1 - Madia, Mauro ED - Ricoeur, Andreas T1 - Ermittlung von Kitagawa-Takahashi-Diagrammen mittels Gleichstrompotentialsondenmessungen N2 - Das Kitagawa-Takahashi Diagramm ist ein wichtiges Werkzeug zur Beschreibung der ausgeprägten Langzeitfestigkeit fehlerbehafteter Bauteile. Insbesondere im technisch relevanten Übergangsbereich unterscheiden sich jedoch die verwendeten Modelle. Daher ist für eine sichere Aussage eine experimentelle Absicherung in diesem Bereich zwingend notwendig. In dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, die eine einfache und schnelle Absicherung des Verlaufs im Übergangsbereich erlaubt. Hierzu werden in Flachproben mittels eines Gravierlasers scharfe Kerben mit einer definierten Breite und Tiefe eingebracht. Die so präparierten Proben werden mit blockweise steigender Last bis zum Bruch ermüdet. Die Erkennung von Anrissen erfolgt mittels einer Gleichstrom-Potentialsonde mit der auch die Länge des Lastblocks gesteuert wird. T2 - 57. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Cologne, Germany DA - 18.02.2025 KW - Ausgeprägte Langzeitfestigkeit KW - Materialdefekte KW - KT-Diagramm KW - Gleichstrom-Potentialsonde PY - 2025 DO - https://doi.org/10.48447/BR-2025-513 VL - 257 SP - 105 EP - 112 PB - Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung e.V. CY - Berlin, Deutschland AN - OPUS4-62604 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Hadley, I. A1 - Zerbst, Uwe A1 - Coules, H. A1 - James, P. A1 - Sharples, J. A1 - Bath, S. A1 - Larrosa, N. T1 - Knowledge gaps in fitness-for-service assessment procedures; summary of the 2nd ‘mind the gap’ workshop N2 - In 2015, the University of Manchester hosted a workshop (‘Mind the Gap’) aimed at identifying gaps in a number of structural integrity fitness-for-service procedures, including R5, R6, BS 7910 and API/ASME. The findings were subsequently summarised in a journal paper and shared with the relevant stakeholders. A second workshop, this time hosted by the University of Bristol in 2017, was intended to build on the findings of the earlier event, identifying which gaps had been filled, which remain and whether new ones have been identified in the meantime. ‘Mind the Gap 2’ was wide-ranging, including consideration of failure by fracture, fatigue crack growth, hightemperature creep and environmentally assisted crack growth, along with the use of innovative techniques to follow the progress of crack growth from the atomic to the macroscopic scale. A summary of the whole event is thus outside the scope of a single paper, so here we concentrate mainly on advances in fracture assessment, on the interface between inspection and ECA, and on how developments are being incorporated into structural integrity procedures. There is a particular emphasis on the energy transition in the UK, where the planned energy mix will include both nuclear power and offshore wind. KW - Flaw assessment procedures KW - Non-sharp defects KW - Flaw interaction KW - Codes and standards KW - Nuclear reactor systems PY - 2023 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2022.104883 SN - 0308-0161 VL - 202 SP - 1 EP - 14 PB - Elsevier Science CY - Amsterdam [u.a.] AN - OPUS4-56846 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kempf, A. A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Influence of sub-cell structure on the mechanical properties of AlSi10Mg manufactured by laser powder bed fusion N2 - AlSi10Mg is one of the most applied alloys for laser powder bed fusion (LPBF) technology, due to its great possibilities for implementing new lightweight concepts such as in automotive industries. For the component design it is necessary to know about the mechanical properties and the mechanical behaviour. The many published strength properties of LPBF processed AlSi10Mg show significant differences up to approximately 225 MPa in ultimate tensile strength (UTS) and 195 MPa in yield strength (YS). To understand these varying properties, a ring trial was carried out manufacturing specimens on 6 LPBF machines with different parameters and build-up strategies. They were studied in the as-built (AB) condition and after heat treatment at 300 °C for 30 min, respectively. For examining the mechanical properties, tensile tests and hardness measurements were carried out. The microstructure was characterized by optical light microscopy (OM), field emission scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray diffraction (XRD) and electron backscatter diffraction (EBSD). The identified differences in strength properties were discussed based on the 4 strengthening mechanism known for metallic materials and at the background of material defects. It was found that the size of the typical sub-cell structure of LPBF AlSi10Mg affected substantially the mechanical properties in the AB condition, in which with decreasing sub-cell size strength increased. If heat treatment was applied, the strength properties decreased and did not differ anymore. Since annealing led to coarsened sub-cells, whereas the grains itself did not change in size, the influence of sub-cell structure on strength was further confirmed. In addition, acicular precipitates in the AB condition were observed at specimens from one LPBF machine showing the lowest tensile elongation. KW - Laser powder bed fusion KW - AlSi10Mg KW - Mechanical properties KW - Microstructure PY - 2020 DO - https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.138976 VL - 776 SP - Paper 138976, 12 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-50316 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Hensel, J. A1 - Kromm, Arne A1 - Nitschke-Pagel, T. A1 - Dixneit, Jonny A1 - Dilger, K. T1 - Capability of martensitic low transformation temperature welding consumables for increasing the fatigue strength of high strength steel joints N2 - The use of low transformation temperature (LTT) filler materials represents a smart approach for increasing the fatigue strength of welded high strength steel structures apart from the usual procedures of post weld treatment. The main mechanism is based on the effect of the low start temperature of martensite formation on the stress already present during welding. Thus, compressive residual stress formed due to constrained volume expansion in connection with phase transformation become highly effective. Furthermore, the weld metal has a high hardness that can delay the formation of fatigue cracks but also leads to low toughness. Fundamental investigations on the weldability of an LTT filler material are presented in this work, including the characterization of the weld microstructure, its hardness, phase transformation temperature and mechanical properties. Special attention was applied to avoid imperfections in order to ensure a high weld quality for subsequent fatigue testing. Fatigue tests were conducted on the welded joints of the base materials S355J2 and S960QL using conventional filler materials as a comparison to the LTT filler. Butt joints were used with a variation in the weld type (DY-weld and V-weld). In addition, a component-like specimen (longitudinal stiffener) was investigated where the LTT filler material was applied as an additional layer. The joints were characterized with respect to residual stress, its stability during cyclic loading and microstructure. The results show that the application of LTT consumables leads to a significant increase in fatigue strength when basic design guidelines are followed. This enables a benefit from the lightweight design potential of high-strength steel grades. KW - Low transformation temperature KW - Welding KW - Fatigue strength KW - Residual stress PY - 2020 DO - https://doi.org/10.3139/120.111562 VL - 62 IS - 9 SP - 891 EP - 899 PB - Carl Hanser Verlag AN - OPUS4-51180 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Hamm, C. A1 - Röser, T. A1 - Michels, H. T1 - Vom Kokillenguss bis zur Fräsbearbeitung - Bauteile aus innovativen Eisen- und Titanaluminiden wirtschaftlich herstellen N2 - Der Beitrag gibt einen kurzen Einblick in das gerade bewilligte ZIM-Vorhaben „Technologie und Werkzeuge für ultraschallunterstütztes Fräsen von Eisen- und Titan-Aluminid-Bauteilen (TeWuFeAl)“. In dem Vorhaben wird durch 2 KMU aus dem Bereichen der Werkzeugentwicklung (Wolf GmbH) und der Anwendung (AWB GmbH) sowie durch 2 Forschungsinstitute, Access e. V. und Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), die Herstellbarkeit sicherheitsrelevanter Leichtbauteile aus FeAl und TiAl durch das besonders wirtschaftliche Kokillengussverfahren und die anschließende ultraschallunterstützte Zerspanung untersucht. KW - Eisenaluminid KW - Titanaluminid KW - Kokillenguss KW - Fräsbearbeitung KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Oberflächenintegrität PY - 2020 SP - 12 PB - Manufacturing Innovation Network e. V. CY - Varel, Germany AN - OPUS4-51593 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Sonego, M. A1 - Madia, Mauro A1 - Eder, M. A1 - Fleck, C. A1 - Pessan, L. A. T1 - Microstructural features influencing the mechanical performance of the Brazil nut (Bertholletia excelsa) mesocarp N2 - Brazil nut (Bertholletia excelsa) fruits are capable of resisting high mechanical forces when released from trees as tall as 50 m, as well as during animal dispersal by sharp-teethed rodents. Thick mesocarp plays a crucial part in seed protection. We investigated the role of microstructure and how sclereids, fibers, and voids affect nutshell performance using compression, tensile and fracture toughness tests. Fractured specimens were analyzed through scanning electron microscopy (SEM) and microtomography (microCT). Mesocarp showed high deformability (strain at max. stress of ~30%) under compression loading, a critical tensile strength of ~24.9 MPa, a Weibull modulus of ~3, and an elastic modulus of ~2 GPa in the tensile test. The fracture toughness, estimated through the work of fracture of SENB tests, reached ~2 kJ/m2. The thick and strong walls of mesocarp cells, with a weaker boundary between them (compound middle lamella), promote a tortuous intercellular crack path. Several toughening mechanisms, such as crack deflection, breaking of fiber bundles, fiber pullout and bridging as well as crack branching, occur depending on how fiber bundles and voids are oriented. KW - Toughening mechanisms KW - Brazil nut Mesocarp KW - Microstructure KW - Mechanical properties PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2020.104306 VL - 116 SP - 104306 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-52081 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübler, Daniela A1 - Höhne, Patrick A1 - Gradt, Thomas T1 - Influence of TiC content on the tribological behavior of NbC-Ni-TiC cermets N2 - Increasing demand for alternatives to tungsten carbide (WC) cemented carbides as cutting tools, due to the health risks of their wear products WO3 and Co3O4. Niobium carbide (NbC) has a high potential, due to its high wear resitance, high hot hardness and melting point (3520°C), and low solubility in iron alloys. T2 - 23rd International Conference on Wear of Materials CY - Online meeting DA - 26.04.2021 KW - Niobium carbide (NbC) KW - Cermets KW - Tribological behavior PY - 2021 AN - OPUS4-52560 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Pourheidar, A. A1 - Patriarca, L. A1 - Madia, Mauro A1 - Werner, Tiago A1 - Beretta, S. T1 - Progress in the measurement of the cyclic R-curve and its application to fatigue assessment N2 - The cyclic R-curve describes the resistance of a material to fatigue crack propagation fromthe short to the long crack regimes and it is therefore an essential ingredient in any fracturemechanics-based fatigue assessment procedure. This work presents different testing proceduresemployed in the experimental determination of the cyclic R-curve, especially focusing onthe comparison with long fatigue crack propagation thresholds obtained by means of thecompression precracking load reduction (CPLR) procedure. The tests were performed on theEA4T steel considering different stress ratios. The results show a good reproducibility of thecyclic R-curves at every stress ratio and for any testing procedure. In addition, the cyclicR-curves were used in a fracture mechanics-based assessment to predict the fatigue limits ofspecimens containing micro-notches. KW - Cyclic R-curve KW - Fatigue limit KW - Fatigue propagation threshold KW - EA4T steel KW - Digital image correlation PY - 2022 DO - https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2021.108122 SN - 0013-7944 VL - 260 SP - 1 EP - 17 PB - Elsevier CY - Kidlington AN - OPUS4-54208 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Duarte, Larissa A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Schönherr, J. A. A1 - Geilen, M. B. A1 - Klein, M. A1 - Oechsner, M. T1 - Recent developments in the determination of fatigue crack propagation thresholds N2 - The impact of crack closure and environmental effects on the experimental determination of the fatigue crack propagation threshold is a major problem for the assessment of cyclically loaded components, especially at low stress ratios 𝑅. In this work, the influence of the experimental procedure and air humidity on d𝑎∕d𝑁 − 𝛥𝐾 data at different 𝑅 is discussed. Unlike the results at 𝑅 = −1, the threshold values obtained at 𝑅 ≈ 0.8, i.e. under negligible crack closure levels, show a very small scatter band regardless of the variation of the test parameters and environmental conditions. KW - Fatigue crack propagation threshold KW - Component assessment KW - Crack closure KW - Environmental effects KW - Testing parameters PY - 2022 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2022.107131 SN - 0142-1123 VL - 164 SP - 1 EP - 15 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-55403 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa T1 - Application of the cyclic R-curve analysis to determine the Kitagawa-Takahashi Diagram N2 - The fatigue limit of metallic materials corresponds to the maximum stress below which all microcracks that were originally able to grow still arrest. In technical alloys, microcracks are normally initiated at material defects. As a result, the fatigue limit of these materials is a function of the defect size. The Kitagawa-Takahashi Diagram (KT-diagram) provides a useful description of this dependency. However, the established methods for its determination are associated with great uncertainties, especially in the technically interesting region corresponding to the short crack regime. In addition, the effect of crack closure and the influence of local stresses are not considered. For this reason, short crack models offer a better alternative for estimating KT-diagrams. In this work, a methodology is presented that incorporates the determination of the fatigue limit based on crack arrest (cyclic R-curve analysis). The crack driving force is determined by FE simulations, while the increase in material resistance with cyclic crack propagation in the region of physically short cracks is described experimentally by the cyclic R-curve. To validate the procedure, fatigue limit tests based on the staircase method are carried out on smooth and notched specimens with 3 different notch sizes. Furthermore, tests are carried out on a low-alloyed steel with two different heat treatments for considering different strengths. The experimental results are compared with the simulations and the possible differences are discussed. T2 - 5th International Symposium on Fatigue Design and Material Defects CY - Trento, Italy DA - 14.05.2025 KW - Fatigue limit KW - Material defects KW - Kitagawa-Takahashi Diagram KW - Cyclic R-curve analysis PY - 2025 AN - OPUS4-63144 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bär, Jürgen T1 - Determination of the Kitagawa-Takahashi Diagram using DC Potential Drop Measurements N2 - The Kitagawa-Takahashi Diagram is an important tool for describing the fatigue limit of components containing defects. The models used for its description differ, particularly in the transition region corresponding to the short crack regime. Therefore, for a reliable statement about the fatigue limit in this area, an experimental validation of the curve is necessary. However, the standardized stair-case method requires a large number of samples and has a long test duration. In this work, a method is presented that allows a simpler and faster validation of the Kitagawa-Takahashi Diagram in the region of short cracks. Notches with a defined width and depth were manufactured in flat samples of a low-alloyed steel with two different heat treatments using an engraving laser. This method allows to produce very sharp notches without plastic deformation and with only a slight thermal influence on the surrounding material. The samples prepared in this way were fatigued with block wise increasing loads until failure. Cracks are detected by means of a direct current potential drop method. The length of the loading block (number of cycles) is determined by the measured potential drop. This procedure enables a reliable and precise determination of the limit stress for the respective notch size with a low experimental effort and time consumption. T2 - 5th International Symposium on Fatigue Design and Material Defects CY - Trento, Italy DA - 14.05.2025 KW - Fatigue limit KW - Material defects KW - Kitagawa-Takahashi Diagram KW - DC Potential Drop PY - 2025 AN - OPUS4-63145 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Duarte, Larissa A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Schönherr, J. A. T1 - Ermittlung des intrinsischen Schwellenwerts und dessen Validierung als Werkstoffparameter N2 - Die Anwendung bruchmechanischer Methoden zur schadenstoleranten Bauteilauslegung ist für zyklische Lasten im Bereich der Paris-Geraden Stand der Technik. Technisch relevant sind jedoch häufig geringere Lasten im Schwellenwertbereich der d𝑎/d𝑁-Δ𝐾-Kurve. Aufgrund des großen Einflusses von Rissschließeffekten ist dessen Bestimmung jedoch nicht nur aufwändig, sondern auch potenziell fehlerbehaftet. Die Bauteilauslegung erfolgt zweckmäßigerweise auf der Basis effektiver, d. h. rissschließkorrigierter Rissfortschrittsdaten. Von großer Bedeutung ist auch der intrinsische Schwellenwert, unterhalb dessen keine Risserweiterung mehr eintritt. In diesem Forschungsprojekt erfolgte eine Untersuchung des Einflusses verschiedener Prüfverfahren und Umgebungsbedingungen auf die Ermittlung des Schwellenwerts gegen Ermüdungsrissausbreitung Δ𝐾th. Es wurden statistisch abgesicherte Empfehlungen zur experimentellen Ermittlung des intrinsischen Schwellenwerts Δ𝐾th,eff abgeleitet. Dieser dient auch als Eingangsparameter einer weiterentwickelten Prozedur zur Bauteilauslegung auf der Basis bei einem Lastverhältnis von 𝑅 ≈ 0,8 ermittelter, effektiver, Rissfortschrittsdaten. Es zeigte sich, dass die bei einem Lastverhältnis von 𝑅 ≈ 0,8 in Laborluft bei höherer Prüffrequenzen (≥90 Hz) ermittelten Schwellenwerte eine konservative Abschätzung des intrinsischen Schwellenwerts erlaubten. Bei Lastverhältnissen 𝑅 ≪ 0,8 wurde ein teilweise stark ausgeprägter Einfluss extrinsischer Effekte auf das Rissfortschrittsverhalten festgestellt. Eine Untersuchung der Bruchflächen ergab Oxidschichtdicken in der Größenordnung mehrerer hundert Nanometer. Bei Reduktion der Prüffrequenz auf ≈55 Hz und Prüfung in feuchter Luft (60 % r.F. und 80 % r.F.) konnte auch bei 𝑅 = 0,8 Rissschließen beobachtet werden. Die weiterentwickelte Prozedur zur Bauteilauslegung auf Basis effektiver Rissfortschrittsdaten lieferte aber stets konservative Ergebnisse in einem tolerierbaren Fehlerbereich und ist deshalb zur Anwendung geeignet. Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse tragen zu einer robusten Bauteilauslegung auf bruchmechanischer Basis bei. Der stark reduzierte Versuchsumfang bei Nutzung effektiver Rissfortschrittsdaten gegenüber der Ermittlung von spannungsverhältnisabhängigen Rissfortschrittskurven beschleunigt und vereinfacht die Bauteilauslegung auf Basis bruchmechanischer Methoden. KW - Schwellenwert gegen Ermüdungsrissausbreitung KW - Einflussfaktoren auf Rissfortschrittsdaten KW - Bauteilauslegung KW - Rissschließeffekte PY - 2023 SN - 978-3-96780-151-4 SP - 1 EP - 190 PB - Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. CY - Düsseldorf AN - OPUS4-58459 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Giese, Marcel T1 - Experimentelle Charakterisierung der WIG-Schweißeignung einer Hoch- und Mediumentropie-Legierung N2 - Equiatomic multi-element systems with defined entropy are a relatively new mate-rial concept for alloy production. These alloys consist of at least five elements in equiatomic distribution in the case of high entropy alloys (HEA) and three to four elements in equiatomic distribution in the case of medium entropy alloys (MEA). Previous studies on these alloys have focused primarily on their production, micro-structure and the resulting material properties. Meanwhile, the focus here is on the processing of the alloys and their influence on future applications. Up to now, there has been insufficient knowledge of the materials and processes involved in weld-ing. In this work, therefore, the weldability of a CoCrFeMnNi-HEA and a CoCrNi-MEA by means of a TIG welding process was investigated as a basic system. To this end, the welding parameters were first determined on a reference alloy (Ni-based: 2.4858) and transferred to the welding of the CoCrFeMnNi-HEA and CoCrNi-MEA. Weldability was assessed by testing the absence of defects and microstructures obtained. The weld metal exhibited the dendritic microstructure typical of TIG, with microsegregations forming as interdendritic phases. Increased hardness was de-tected in the weld metal compared to the base metal. In the heat-affected zone, there was little grain growth and, in both alloys, the formation of hot cracks after welding. The cause of the cracks was to be found in the specimen preparation, which had an influence on the subsequent processing. After elimination of this in-fluence, no welding process-related imperfections were found in the CoCrFeMnNi-HEA and CoCrNi-MEA. In summary, both materials show good fusion weldability by TIG welding. The re-sults of this work thus contribute to the understanding of the weldability of HEA and in particular for CoCrNi-MEA, which was considered in this depth for the first time. KW - WIG-Schweißen KW - Hochentropielegierung KW - Mediumentropielegierung PY - 2021 SP - 1 EP - 79 CY - Otto von Guericke Universität AN - OPUS4-53644 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Madia, Mauro A1 - Vojtek, T. A1 - Duarte, Larissa A1 - Zerbst, Uwe A1 - Pokorný, P. A1 - Jambor, M. A1 - Hutař, P. T1 - Determination of fatigue crack propagation thresholds for steel in presence of environmental effects N2 - The experimental determination of the resistance to fatigue crack propagation in steel, particularly in the socalled near-threshold regime, is a crucial issue for safety-relevant components which are designed to operate for a large number of loading cycles before undergoing periodic inspections. This work summarizes the most relevant results of extensive experimental campaigns conducted at BAM and IPM over the last years, which have been devoted to the determination of fatigue crack propagation characteristics on medium and high strength steels. The influence of environment, oxide-induced crack closure and test methodologies in the near-threshold regime are discussed. KW - Steel KW - Fatigue crack propagation threshold KW - Oxide-induced crack closure KW - Environmental effect PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2021.106449 SN - 0142-1123 VL - 153 SP - 1 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-53525 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro ED - Yadroitsev, I. ED - Yadroitsava, I. ED - Du Plessies, A. ED - McDonald, E. T1 - Structural integrity II: fatigue properties N2 - If a component is cyclically loaded, its load carrying capacity is considerably lower than in the monotonic loading case. This general observation applies in particular to L-PBF parts. The causes of this are mainly material defects such as pores and unwelded regions (Chapter 8) and a pronounced surface roughness in the as-built condition (Chapter 9). In addition, effects due to the anisotropy of the microstructure (Chapter 6) and a complex residual stress pattern (Chapter 7) play an important role. A consequence is that common strategies of fatigue assessment cannot be transferred to L-PBF applications without modifications. Due to the inhomogeneity of the material, the determination of representative material properties and the transfer to the component is a problem, and this is also the case with regard to the consideration of defects, surface roughness and residual stresses. The chapter gives a brief introduction to these problem areas. KW - Fatigue crack propagation stagesdefects KW - Fatigue strength KW - Fatigue life KW - Fracture mechanics PY - 2021 SN - 978-0-12-824090-8 DO - https://doi.org/10.1016/B978-0-12-824090-8.00015-9 SP - 377 EP - 394 PB - Elsevier Inc. CY - Amsterdam ET - 1 AN - OPUS4-52854 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Reichelt, Manuel A1 - Cappella, Brunero T1 - Atomic force microscope study of friction at the submicron-scale during tribotests with self-mated steel N2 - Friction at the microscale during reciprocal sliding tribotests was studied for the first time with self-mated steel (100Cr6/AISI 52100) taking advantage of an atomic force microscope (AFM). To this aim, microsized steel particles were glued to the AFM-cantilever and employed as colloidal tips to perform tribotests on a steel disc. The torsion of the cantilever, which correlates with the friction force, was measured during the tests. Few tests with the same load did not yield any wear and show that the load and adhesion contributions to friction stay constant when the shape of the test particle does not change. Most of the presented tribotests engendered wear. For those tests, the increase of friction during the tribotests was attributed to the emerging plowing contribution. Furthermore, analysis of both torsion and local slope gives information on the creation of wear particles and their influence on friction. KW - Friction KW - Microtribology KW - Sliding KW - Wear PY - 2022 DO - https://doi.org/10.1115/1.4054251 VL - 144 IS - 10 SP - 1 EP - 9 PB - ASME AN - OPUS4-54839 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Werner, Tiago T1 - Structural integrity of cold spray repaired aerospace components N2 - Components in aircrafts are usually replaced when critical defects are present. An alternative approach is repairing using gas dynamic cold spraying: metal particles are shot at a surface at supersonic speeds to selectively rebuild damaged material. Compared to other material-deposition techniques, its advantage is the small thermal impact on the component, preserving its mechanical properties. Component-repair can save considerable amounts of energy and resources. However, its industrial application at large scale needs reproducible, good repair-material properties to guarantee a safe component life. The aim of this project is the development of safe, automatized repair-procedures considering the mechanical fatigue properties of the repair. T2 - ICEAF VII Conference 2023 CY - Spetses, Greece DA - 21.06.2023 KW - Cold Spray KW - Repair KW - Fatigue KW - Fatigue Crack Growth KW - Slow Strain Rate Testing PY - 2023 AN - OPUS4-57784 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - BOOK A1 - Zerbst, Uwe A1 - Madia, Mauro T1 - Bruchmechanische Bauteilbewertung N2 - Die sichere Auslegung von Bauteilen kommt an der Anwendung bruchmechanischer Methoden heute nicht mehr vorbei. Das vorliegende Buch bietet eine Einführung in diese Methoden mit besonderen Schwerpunkten auf dem aktuellen Stand der bruchmechanischen Kennwertermittlung und den Methoden der analytischen bruchmechanischen Bauteilbewertung. Es beschreibt die Mechanismen von Risswachstum und Bruch, die grundlegenden Konzepte der Bruchmechanik, die analytische Ermittlung der Rissspitzenbelastung in Bauteilen sowie die Anwendung der Bruchmechanik in unterschiedlichen Kontexten. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der praktischen Anwendung u. a. anhand von Demonstrationsbeispielen, die im Detail nachvollzogen werden können. KW - Rissausbreitung KW - Bruch KW - Bruchmechanische Konzepte KW - Bruchmechanische Kennwerte KW - Rissspitzenbelastung KW - Failure Assessment Diagram KW - Rissschließfunktion KW - Kritische Last KW - J-Integral KW - Risswiderstand KW - Stretch-Zone KW - IBESS-Prozedur KW - Constraint faktor KW - Mismatch KW - Ligamentplastifizierung KW - Crack Tip Opening Displacement (CTOD) PY - 2022 SN - 978-3-658-36150-1 SN - 978-3-658-36151-8 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-658-36151-8 SP - C1 EP - 372 PB - Springer CY - Heidelberg AN - OPUS4-56004 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Buchheim, Janine T1 - A new approach towards performance-related design and scientific evaluation of joint sealing systems N2 - While there is a permanent improvement of concrete pavement mixtures and pavement construction types over the last decades, the state-of-the-art joint sealing materials and joint constructions seem to stagnate on an antiquated empirical level. This status has been reaffirmed in the latest European standard. The consequences in the motorway network due to unsatisfying capability and durability of joint sealing systems are unacceptable. In addition, inadequate traffic performance (noise emissions, roll-over comfort) and traffic safety losses in the joint area of concrete pavements are existing challenges. These deficits and weaknesses reflect a demand for joint sealing materials and constructions whose approval requirements take functional aspects into account. Furthermore a sufficient analysis of decisive loads and a practice-oriented method to evaluate the requirements towards performance and durability is still missed. In this contribution decisive loads to German highways are analyzed. The design of test specimen for representative functional testing of joint sealing systems is discussed. The focus is on the geometry of the test specimens and the used concrete mixture. Finally, a new approach for a function-orientated test concept that considers representative load functions is presented. The potential of this approach to validate the durability and capability of various joint sealing systems is also presented using an example. T2 - RILEM International Symposium on Bituminous Materials CY - Online Meeting DA - 14.12.2020 KW - Joint sealing KW - Expansion joint KW - Performance testing KW - Capability KW - Durability PY - 2020 AN - OPUS4-52437 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 - Czeskleba, Denis T1 - Entwicklung von Wärmenachbehandlungskonzepten zur Vermeidung von Spannungsrelaxationsrissen - Endbericht (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 Bauteilsteifigkeiten (definierte 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 Aufheizrate und Endtemperatur) beaufschlagt. Die Ergebnisse des Projektes DVS 01.2261 / IGF 20171 N werden in diesem Beitrag vorgestellt. T2 - DVS Congress 2022 CY - Koblenz, Germany DA - 19.09.2022 KW - UP-Schweißen KW - Spannungsrelaxationsriss KW - Forschung KW - Wärmenachbehandlung PY - 2022 AN - OPUS4-55945 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Czeskleba, Denis 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 SRR-Anfälligkeit finden weder die, mit klassischen, freischrumpfenden Schweißversuchen nicht abbildbaren, erhöhten Eigenspannungen aus der Schrumpfbehinderung der Bauteilsteifigkeit Beachtung, noch damit einhergehende metallurgischen Effekte. Die Aufheizrate des PWHT als Einflussfaktor für die SRR-Bildung bleibt blieb bisher 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 das as-welded UP-Schweißgut und die thermisch simulierte GKZ eines 13CrMoV9-10 Stahls untersucht und an Kleinzugproben, die Dehnung bei variablen Querspannungen und Aufheizraten gemessen. T2 - DVS Congress 2022 CY - Koblenz, Germany DA - 19.09.2022 KW - UP-Schweißen KW - Spannungsrelaxationsriss KW - Wärmenachbehandlung KW - Prüfverfahren KW - CrMoV-Stahl PY - 2022 AN - OPUS4-55947 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Konert, Florian 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 - Minimum Waiting Time KW - Cold Cracking KW - Offshore steel grade PY - 2022 AN - OPUS4-56008 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne T1 - LTT-Zusatzwerkstoffe zur Optimierung von Schweißeigenspannungen N2 - Der Vortrag gibt eine Einführung zum Thema LTT-Zusatzwerkstoffe. Anhand experimenteller Befunde werden die Mechanismen erläutert und die Auswirkungen auf die Schweißeigenspannungen verdeutlicht. T2 - 1. LTT-Workshop des ISF RWTH Aachen CY - Aachen, Germany DA - 11.05.2022 KW - LTT-Zusatzwerkstoff KW - Hochfester Stahl KW - Eigenspannungen KW - Martensit KW - Phasenumwandlung PY - 2022 AN - OPUS4-56267 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Griesche, Axel T1 - The debye waller factor for temperature distribution determination in NBEI experiments: a case study for GTAW N2 - We could show in GTAW experiments with steel samples that the attenuation of neutron transmission underneath the welding torch due to the Debye-Waller-effect correlates well with sample temperatures obtained by FE numerical simulations. This would allow principally to determine sample temperatures by measuring the neutron beam attenuation. T2 - ITMNR-9 CY - Buenos Aires, Argentina DA - 17.10.2022 KW - Debye waller factor KW - GTAW KW - Temperature distribution determination PY - 2022 AN - OPUS4-56150 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Repair welding of pressurized in-service hydrogen pipelines - A review on current challenges and strategies N2 - As energy carrier of the future, green hydrogen can make a decisive contribution to a sustainable energy supply. Particularly important is the decarbonization of heavy industry. Therefore, a reliable supply of hydrogen must be guaranteed. A hydrogen pipeline grid can achieve this purpose. In Europe concrete plans for a hydrogen pipeline grid already exist, as the so called “European Hydrogen backbone”. As building a completely new pipeline grid is economically not justifiable, a dual-way strategy of repurposing natural gas (NG) pipelines and newly built pipelines is intended. Long distance pipeline grids require regular maintenance and repairs. For natural gas (NG) pipelines in-service welding is state of the art. Concepts such as hot-tapping (drilling into pressurized pipelines) and “stoppling” (sealing off pipeline sections after installing bypasses or pressure relieves) allow the repair of damaged pipeline sections or the installation of new branches without shutting the pipeline down, which in most cases isn’t possible from an economic standpoint. The EIGA 121/14 guideline already pointed out in 2014 that “a hydrogen hot-tap shall not be considered a routine procedure”. This shows that the determination of the transferability of these repair concepts to hydrogen pipelines is of utmost importance. Due to the degrading effects of hydrogen on mechanical proper-ties, commonly referred to as “hydrogen embrittlement” it is necessary to understand and investigate the occurring effects. In the special case of repair welding on in-service hydrogen pipelines an increased hydro-gen uptake due to a large heat input and microstructural changes in the material needs to be considered. Therefore, material degradation must be investigated to determine whether modifications of repair procedures are necessary to ensure a reliable and safe hydrogen transportation via pipelines. For this reason, this paper gives an overview on existing weld repair concepts and its risks and limitations in terms of hydrogen absorption and possible embrittlement effects when transferred to hydrogen pipelines. The complexity lies in a large variety of materials (low alloyed steels), pipeline diameters and corresponding welded joints. The material compatibility of materials in used (repurposed NG-pipelines) and new condition must be investigated. Particularly for repurposed/used pipelines the effect of a pre-matured/corroded inner surface and sometimes insufficient documentation of the material “history” needs to be considered. An overview on ongoing and completed R&D-projects with respect to repair concepts for hydrogen pipelines and hydrogen effects on pipeline materials is given. The focus hereby lies on possible methods of material testing and modeling. Its current difficulties, limits and possible solution will be discussed. T2 - IIW Intermediate Meeting, Com. II-A CY - Incheon, Republic of Korea DA - 12.03.2024 KW - Hydrogen KW - Repair welding KW - Pipelines KW - In-service PY - 2024 AN - OPUS4-59674 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Combined effect of heating rate and restraint condition on stress relief cracking susceptibility during PWHT of thick-walled Cr-Mo-V steel submerged arc welded joints N2 - Contemporary steels creep-resistant steels like the 13CrMoV9-10 are used as thick plates e.g., for applications in hydrocrackers. The large plate thickness requires high efficiency welding processes like submerged arc welding (SAW) and a mandatory post weld heat treatment (PWHT). The PWHT-parameters stem from a combination of empirical knowledge and traditional experiments on free shrinking (FS) welds. In that connection, the formation of so-called stress-relief cracking (SRC) must be anticipated. The SRC susceptibility of a welded component is a complex combination and interaction of com-ponent specific, thermal, and metallurgical factors. Many of which have to date not been conclusively researched. For example, it is well known that SRCs develop during PWHT due to formation and growth of carbides on prior austenite grain boundaries, resulting in a significant hardness increase (secondary hardening) and toughness decrease. This leads to a high SRC susceptibility of the coarse grain heat-affected zone (CGHAZ) of the last weld bead during PWHT. This is intensified in case of high residual stresses from the component-specific, structurally induced stiffness. In combination with multi-layer welding this leads to a multiaxial stress distribution. Nonetheless, the combined effect of PWHT and high-residual stresses on the SRC formation is merely unknown. For that reason, this study presents the effect of different heating rates in conjunction with a certain component stiffness. For that reason, SAW joints of 13CrMoV9-10 steel were investigated under FS and defined external restraint condition. T2 - IIW Intermediate Meeting, Com. II-A CY - Incheon, Republic of Korea DA - 12.03.2024 KW - Stress relief cracking KW - Welding KW - Post weld heat treatment KW - Submerged arc welding KW - Cr-Mo-V steel KW - Creep-resisting steel PY - 2024 AN - OPUS4-59673 LA - eng 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 - Liepold, Philipp T1 - CTS Testing of High-Strength Filler Materials N2 - Controlled Thermal Severity (CTS) tests are known for applicatying high restraint intensity to fillet welds. Due to two different variations of the test it was possible to apply different amounts of restraint intensity to high-strength GMAW fillet welds at a high level of restraint. The results show the effect of heat input, filler material and restraint intensity on solidification cracking susceptibility. T2 - DIN Sitzung NA 092-00-05 GA „Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen“ (DVS AG Q 4/Q 4.1) CY - Berlin, Germany DA - 20.03.2024 KW - CTS PY - 2024 AN - OPUS4-59773 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne T1 - Eigenspannungsabbau mittels LTT - Schweißzusätzen unter Berücksichtigung der Nahtgeometrie N2 - Der Vortrag befasst sich mit der gezielten Einbringung zusätzlicher LTT-Lagen zur Erzeugung von Druckeigenspannungen in ermüdungskritischen Bereichen von konventionellen Schweißverbindungen. Dies ermöglicht eine wirtschaftliche Lösung, ohne die Integrität der Schweißverbindungen zu beeinträchtigen. Dazu wurden Längssteifen aus hochfestem Stahl in der ersten Lage mit konventionellem Schweißzusatzwerkstoff mittels Metall-Lichtbogenschweißen geschweißt. Anschließend wurde ein Chrom-Nickel-legierter LTT-Schweißzusatz auf die Stirnseiten der Steifen aufgebracht. Durch Variation der Schweißparameter konnten verschiedene Schweißnahtgeometrien des LTT-Zusatzwerkstoffs analysiert werden. T2 - NA 092-00-05 GA "Gemeinschaftsarbeitsausschuss NAS/NMP: Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen (DVS AG Q 4/Q 4.1) CY - Berlin, Germany DA - 20.03.2024 KW - LTT KW - Eigenspannungen KW - hochfester Stahl PY - 2024 AN - OPUS4-59752 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne T1 - Investigation of hot cracking susceptibility via Modified Varestraint Transvarestraint testing of high-strength filler material N2 - MVT testing was conducted in Transvarestraint mode in multiple welding conditions and under a range of bending speeds. The materials observed were high strength filler metals used in GTAW namely DIN EN ISO 16834-A G 69 4 M21 Mn3Ni1CrMo (G69), 16834-A G 89 6 M21 Mn4Ni2CrMo (G89 6), 16834-A G 89 5 M21 Mn4Ni2,5CrMo (G89 5) and a filler wire 18276-A T 89 4 ZMn2NiCrMo M M21 1 H5 (T89). For evaluation light optical microscope pictures were used. Pixels containing cracks were manually segmented using a self-written program. Out of the segmented images data including crack length, position and area can be calculated for every crack. The results show dependencies of solidification cracking on the test parameters. T2 - IIW Intermediate Meeting Comission II-C CY - Incheon, Republic of Korea DA - 12.03.2024 KW - Solidification cracking KW - High strength steel KW - Varestraint test PY - 2024 AN - OPUS4-59749 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina T1 - Ti and Nb influence on the HAZ microstructures of weld-simulated high strength structural steel S690QL N2 - High-strength low-alloyed (HSLA) steels with yield strength / proof stress ≥ 600 MP are the basis of modern light-weight steel constructions. Indeed, the economic and ecological benefits strongly depend on their processability in terms of welding. In this context, he use of highly productive welding processes, suitable welding consumables is of vital interest and requires a fundamental understanding of the microstructural changes in the HSLA steel and especially the heat-affected zone (HAZ) of the welded joint. Microalloying elements, such as Ti or Nb, are essential to achieve the desired mechanical properties. In this context, the underlying standards such as EN 10025-6 only specify maximum values, resulting in different manufacturer customized microalloy concepts. Furthermore, even small deviations can have a drastic effect expressed by an excessive hardening or softening despite identical welding conditions and filler metal. The reason is the different thermal stability of the Ti and Nb-related precipitates (typically carbides or carbon nitrides). As a result, it is difficult (or even impossible) to adequately predict the weldability. Against this background, different microalloying routes with varying Ti and Nb contents for a S690QL reference grade were systematically investigated in terms of lab-cast alloys close to realistic chemical compositions. To investigate the influence of the welding heat input on the HAZ microstructure formation, physical simulations were carried with specified peak temperatures and cooling times (by a dilatometer, see Fig. 1a). The focus was the identification of the occurring phase transformations during cooling and the final HAZ microstructure, see Fig. 1b. In this context, a double welding cycle was simulated to further identify the behavior of the so-called intercritical HAZ (where softening is likely to occur) in case of the common multi-layer welding for thick plates, see Fig. 1c. The results showed: (1) microalloying has significant influence on the formation of the individual HAZ dependent on (2) the thermal stability of the Ti or Nb-precipitates and (3) synergistic effects of further elements such as Mo and their effect on phase transformations in the HAZ. The results represent a microstructure-based validation of welding processing of such HSLA-steels e.g. in terms of preferred microalloy and weld heat input combinations. T2 - MaterialsWeek/SteelInnovation 2025 CY - Frankfurt am Main, Germany DA - 02.04.2025 KW - HSLA KW - Dilatometry KW - Microalloying elements KW - HAZ-Softening KW - Digital Image Correlation (DIC) PY - 2025 AN - OPUS4-62938 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Simulation der Wasserstoffverteilung in UP-geschweißten Grobblechen als Bewertungstool für die Kaltrissanfälligkeit von Offshorestrukturen N2 - Gründungsstrukturen für Offshore-Windkraftanlagen bestehen in der Regel aus hochfesten Stahlgrobblechen, die im UP-Verfahren geschweißt werden, durch den u.U. größere Mengen an Wasserstoff eingebracht werden können. Die große Blechdicke führt zudem zu langen Diffusionswegen und einer verlängerten Diffusionszeit für den Wasserstoff. Infolgedessen kann sich der Wasserstoff in Bereichen mit hoher mechanischer Spannung und Dehnung ansammeln und daher zu einer verzögerten Kaltrissbildung führen. Aufgrund der verzögerten Diffusion muss daher eine Mindestwartezeit von bis zu 48 h eingehalten werden, bevor eine zerstörungsfreie Prüfung durchgeführt wird. Darüber hinaus ist die Beurteilung möglicher Kaltrissstellen sehr komplex. Es wurde daher ein numerisches Modell zur Abbildung einer bauteilähnlichen Schweißnahtprüfung entwickelt. Dazu wurde das Temperaturfeld während des Schweißens und der anschließenden Abkühlung experimentell bestimmt und numerisch simuliert. Auf dieser Grundlage wurde Diffusionsmodell zur numerischen Simulation der zeitlich-örtlichen Wasserstoffkonzentration erstellt. Mit diesem Modell wurden zwei Anwendungsfälle simuliert: (1) Veränderung der Wasserstoffverteilung als Funktion des Temperaturzyklus während des Mehrlagenschweißens und (2) für das Wartezeitintervall ≤ 48 h. Ein Vorteil des Diffusionsmodells ist die Simulation einer normierten Konzentration, d.h. zwischen „0“ (kein Wasserstoff) und „1“ (max. Konzentration), die auf experimentell ermittelte Wasserstoffkonzentrationen skaliert werden kann. T2 - 6. Symposium Materialtechnik CY - Clausthal-Zellerfeld, Germany DA - 20.02.2025 KW - Gründungsstrukturen KW - Offshore KW - Kaltrissbildung KW - Wasserstoff KW - Numerische Simulation PY - 2025 AN - OPUS4-62616 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin A1 - Reichel, Levin A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Modern welding processes for optimising repair welds on high strength offshore steels N2 - The successful energy transition in Germany will require offshore wind turbines with outputs >10 MW in the future. To achieve these high outputs, turbines far from coast are required with large subsea jacket structures (30 m up to 50 m) and tall towers (up to 200 m). High-strength steels with a yield strength up to 500 MPa and wall thicknesses up to 150 mm are increasingly being used for these structures. This plac-es high demands on welding manufacturing, especially for high-strength offshore steels. During the manu-facturing process detected defects by NDT require localized repair of welds by gouging and rewelding. Due to a lack of investigations, there are no repair concepts and information in standards and guidelines, par-ticularly for high-strength thick plate joints made of high-strength offshore steels. However, these are ur-gently needed to enable manufacturers, especially SMEs, to carry out safe and economical repairs. There-fore, BAM started the FOSTA project P1629 (IGF 01IF22746N) to investigate the stress-optimized repair (local gouging and welding) of high-strength thick plate joints made of offshore grades in the yield strength range off 355 to 460 MPa and similar weld metal with controlled high-performance GMAW pro-cesses and optimized narrow gouging grooves. The experimental analyses take into account the complex interaction of process, material, and design-related influences on the formation of weld induced stresses and the special microstructure of high-strength fine-grain structural steels. Welding-related material degra-dation and crack-critical residual tensile stresses need to be avoided to ensure high component safety and performance. A reduction in residual stress in the presence of high restraint conditions can be achieved by adapted heat control (if no disassembly measures are possible). The repair process involves manual thermal gouging, which allows the groove configuration to be modi-fied. Modern welding processes using high frequency arc control provide deep root penetration and focused energy input capable of welding narrow seams. A comparison was made between the traditional weld con-figuration with a wide 45° groove and transition arc welding and a narrow 30° groove with modern welding process. Even in the case of free shrinkage specimens, the narrow groove weld exhibits a significant reduc-tion of residual stresses, cf. Figure 1, especially in the HAZ and toward the adjacent base material. This can be attributed to the lower weld metal volume needed and the reduction of heat input per layer due to the controlled arc process. For the purposes of this comparison, the same weld seam build-up (but different number of layers) has been applied to both seam configurations. Note that in industrial application (manu-al welding), the wider groove would be welded with several off-center weld beads with conventional weld-ing process. In this analysis this would cause asymmetric effects regarding the residual stress state, diffi-cult to compare to each other. Component-related welding experiments on special testing equipment, adapted process and heat control concepts along with variable groove configurations will be developed and recommendations for guidelines elaborated. This is the prerequisite for fully utilizing the strength potential of high-strength steels and making a valuable contribution to the energy transition in Germany, especially for steel-processing SMEs. T2 - IIW Intermediate Meeting CII CY - Trollhättan, Sweden DA - 10.03.2025 KW - Repair welding KW - Gouging KW - Residual stress KW - Offshore wind turbines KW - High-strength steels PY - 2025 AN - OPUS4-62743 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Dittmann, Florian A1 - Varfolomeev, Igor T1 - Untersuchung der Ermüdungsfestigkeit von LTT-geschweißten Längssteifen mit variierender Nahtausführungen N2 - Low Transformation Temperature (LTT) Schweißzusätze erzeugen während der Abkühlung Druckeigenspannungen in die Schweißnaht und Wärmeeinflusszone durch eine Volumenexpansion, wodurch die Ermüdungsfestigkeit erhöht werden kann. Um das Potential dieser neuartigen Schweißzusätze besser zu quantifizieren, wurden konventionelle Längssteifen als Probenkörper verwendet, welche an den Stirnseiten mit einer LTT-Zusatznaht geschweißt wurden. Durch Variation der Schweißparameter konnten unterschiedliche Nahtformen realisiert werden. Es konnte, je nach Nahtausführung, eine Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit bei 2 Millionen Lastwechsel von 64 MPa bis 100 MPa in Gegensatz zu konventionellen Proben festgestellt werden. Somit sind LTT-Zusätze grundsätzlich geeignet, um die Ermüdungsfestigkeit zu erhöhen. T2 - Frühjahrssitzung 2025 des Fachausschusses Eigenspannungen der AWT CY - Karlsruhe, Germany DA - 07.04.2025 KW - LTT (Low Transformation Temperature) KW - Eigenspannungen KW - Ermüdungsfestigkeit KW - Aufmischung PY - 2025 AN - OPUS4-62930 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Dittmann, Florian A1 - Varfolomeev, Igor T1 - Wechselwirkung zwischen Nahtgestaltung und Ermüdungsfestigkeit in LTT-geschweißten Längssteifen N2 - Schweißzusätze mit niedriger Martensitstarttemperatur (Low Transformation Temperature, LTT) induzieren während der Abkühlphase infolge einer volumeninduzierten Martensitumwandlung Druckeigenspannungen in der Schweißnaht sowie in der angrenzenden Wärmeeinflusszone (WEZ). Diese Spannungen können zu einer signifikanten Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit führen. Zur quantitativen Bewertung des Potenzials dieser innovativen Werkstoffe wurden konventionelle Längssteifen als Versuchsproben herangezogen, bei denen an den Stirnseiten Schweißnähte unter Verwendung von LTT-Zusatzwerkstoffen appliziert wurden. Durch gezielte Variation der Schweißparameter konnten unterschiedliche Nahtgeometrien realisiert werden. In Abhängigkeit von der Nahtausführung zeigte sich bei einer Belastungszahl von 2 Millionen Zyklen eine Steigerung der Ermüdungsfestigkeit im Bereich von 64 MPa bis 100 MPa im Vergleich zu Referenzproben mit herkömmlichen Schweißzusätzen. Die Ergebnisse belegen, dass der Einsatz von LTT-Schweißzusätzen grundsätzlich geeignet ist, die Ermüdungsfestigkeit geschweißter Strukturen zu verbessern. T2 - Din Sitzung: Gemeinschaftsarbeitsausschuss NAS/NMP, Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen CY - Online meeting DA - 20.03.2025 KW - LTT (Low Transformation Temperature) KW - Eigenspannungen KW - Ermüdungsfestigkeit KW - high-strength steels PY - 2025 AN - OPUS4-62929 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fey, Gero T1 - Dilatometer-based welding simulation: CCT-Diagram and investigation of heat-affected zones in pipeline steels N2 - Presentation of the research project “Hydrogen-dependent mechanical properties of the weld microstructure of low-alloy steels for long-distance gas pipelines” and the present results at the Young Professionals International Conference (YPIC) of the International Institute of Welding (IIW) T2 - 2nd Online Young Welding Professional International Conference - YPIC2025 CY - Online meeting DA - 06.02.2025 KW - Pipeline steel KW - CCT KW - Dilatometry KW - Heat-affected zone PY - 2025 AN - OPUS4-62583 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fey, Gero T1 - Dilatometerbasierte Schweißsimulation: ZTU-Diagramme und Untersuchung der Wärmeeinflusszonen in Pipelinestählen N2 - Präsentation des Forschungsprojekts "Wasserstoffabhängige mechanische Eigenschaften der Schweißnahtgefüge niedriglegierter Stähle für Ferngasleitungen" und der bisherigen Ergebnisse auf der 28. Konferenz aller Werkstofftechnischen und Materialwissenschaftlichen Studiengänge (KaWuM) an der TU Ilmenau. T2 - 28. Konferenz aller Werkstofftechnischen und Materialwissenschaftlichen Studiengänge CY - Ilmenau, Germany DA - 07.11.2024 KW - ZTU-Diagramm KW - Wärmeeinflusszone KW - WEZ KW - Dilatometer KW - Pipelinestahl PY - 2024 AN - OPUS4-62418 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Fügetechnik für Wasserstofftechnologien: Ausgewählte Themen und Herausforderungen N2 - Die Präsentation fasst die Bedeutung der Fügetechnik für Wasserstofftechnologien im Rahmen der Arbeiten für einer Studie (DVS-Berichte Nr. 373) mit besonderer Berücksichtigung der Normung und Regelwerkssetzung zusammen. T2 - Sitzung des DIN-Gemeinschaftsarbeitsausschusses NA 092 00 05 GA, NAS/NMP: Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen CY - Online meeting DA - 10.03.2022 KW - Wasserstoff KW - Fügetechnik KW - Schweißen KW - Wasserstofftechnologien KW - Bedeutung PY - 2022 AN - OPUS4-54447 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Witte, Julien T1 - Ultraschallunterstütztes Fräsen von Eisenaluminid N2 - Eisenaluminide eignen sich als Werkstoff für sicherheitsrelevante Komponenten welche hohen thermischen, mechanischen und korrosiven Belastungen ausgesetzt sind. Mit ihrer geringen Dichte und der kostengünstigen Verfügbarkeit der Legierungsbestandteile bieten sie ein hohes Marktpotenzial und eignen sich als Substitutionswerkstoff konventioneller Hochtemperaturwerkstoffe. Durch die Verwendung von Dauerformen im Kokillenguss lassen sich FeAl-Bauteile bereits äußerst wirtschaftlich herstellen. Das dabei entstehende komplexe, mehrphasige, sehr feinkörnige Gefüge mit harten Ausscheidungen und hohen Festigkeiten erschwert jedoch eine nachfolgende spanende Bearbeitung mit hohen Belastungen auf Werkzeug und Bauteiloberfläche. Um eine gesamtheitlich wirtschaftliche Herstellungsroute zu ermöglichen, sollen im Hinblick auf die erschwerte Zerspanbarkeit geeignete Werkzeuge und Fräsprozesse entwickelt werden. Durch die Verwendung des hybriden Bearbeitungsverfahrens des ultraschallunterstützten Fräsens können diese Ziele unter Einhaltung der hohen Anforderung an die Oberflächenintegrität sicherheitsrelevanter Bauteile erreicht werden. T2 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg CY - Online meeting DA - 01.12.2021 KW - Eisenaluminid KW - Zerspanung KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Oberflächenintegrität PY - 2021 AN - OPUS4-54268 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Bewertungsmethode zur Interaktion von Metallurgie und Reaktionskräften beim PWHT warmfester Stähle N2 - Die Präsentation fasst die Entwicklung einer Ersatzprüfmethode für sogenannte Stress-Relief-Cracks (SRC) bei dickwandigen und kriechfesten geschweißten Stahlkomponenten zusammen. Über die Kombination von gezielter mechanischer Beanspruchung unter hoher Temperaturbeanspruchung werden die Effekte des Post Weld Heat Treatments auf SRC realistisch erstmal auf Laborskala nachgebildet. T2 - Sitzung des DIN-Gemeinschaftsarbeitsausschusses NA 092 00 05 GA, NAS/NMP: Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen CY - Online meeting DA - 10.03.2022 KW - PWHT KW - Warmfeste Stähle KW - UP Schweißen KW - Metallurgie KW - Stress relief cracking PY - 2022 AN - OPUS4-54448 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Reliable hydrogen determination in metallic materials and their weld joints: Parameters and challenges N2 - In the course of tomorrow's hydrogen-based energy transition, the construction of the corresponding infrastructure will play a central role. The majority of materials used to date are typically welded for component fabrication. In that context, steels are widely applied and can be prone to hydrogen embrittlement. This includes the classical delayed cold cracking during welding processing as well as embrittlement phenomena during operation. For the evaluation of any hydrogen effect on, for example, the mechanical properties of a welded metallic material, the hydrogen content must be precisely determined. In the case of welds, for example, according to ISO 3690, this is the isothermal carrier gas hot extraction (CGHE). CGHE is based on accelerated hydrogen degassing due to thermal activation of hydrogen at elevated temperatures. In addition to the pure quantification of hydrogen, thermal desorption analysis (TDA) with varied heating rates can be used to determine and evaluate the bonding state at microstructural defects in the material. For both techniques, experimental and measurement influences have to be considered, which have a great effect on the result. For CGHE, for example, ISO 3690 suggests different sample geometries as well as minimum extraction times. The present study summarizes results and experiences of numerous investigations with different sample temperatures and geometries (ISO 3690 type B and cylindrical TDA samples) regarding: the influence of the sample surface (polished/welded), measurement accuracies depending on the sample volume as well as the insufficient monitoring of the effect of the PI controller on the extraction temperature. In particular, a deviating extraction temperature to the set temperature, can significantly falsify the measurement results. Based on the results, methods are shown to quickly reach the desired extraction temperature without having to physically interfere with the measurement equipment. This serves to substantially improve the reliability of hydrogen measurement through increased signal stability and accelerated hydrogen desorption. In general, an independent temperature measurement with dummy samples for the selected heating procedure is advisable to exclude possible unwanted temperature influences already before the measurement. In addition (and way more important), the methods described can be transferred directly to industrial applications. T2 - 47th MPA-Seminar CY - Stuttgart, Germany DA - 10.10.2023 KW - Hydrogen assisted cracking KW - Carrier gas hot extraction KW - Welding KW - ISO 3690 KW - Metals PY - 2023 AN - OPUS4-58677 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz T1 - Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten N2 - In vielen Anwendungen werden aufgrund zunehmender Anforderungen an den Widerstand gegenüber hohen, kombinierten mechanischen, tribologischen, thermischen und korrosiven Beanspruchungen Hochleistungsle¬gierungen eingesetzt. Den vielfach komplexen Bauteilstrukturen, herausfordernden Fertigungseigenschaften und der Erhöhung der Ressourceneffizienz lässt sich heute mit der additiven Fertigung (AM) begegnen, dem oftmals noch unzureichende Kenntnisse über die resultierende Homogenität und Anisotropie der speziellen Gefüge und den damit verbundenen Eigenschaften entgegensteht. Viele Anwendungen benötigen zudem definierte Oberflächen mit hohen Anforderungen an die Oberflächenintegrität, dem durch komplementären Einsatz von additiven und abtragenden Fertigungsschritten Rechnung getragen wird. Hochleistungslegierungen auf der Basis von Nickel oder Kobalt sind infolge der niedrigen Wärmeleitfähigkeit verbunden mit hoher Festigkeit und Zähigkeit äußerst herausfordernd mit Blick auf eine wirtschaftliche Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide. Ein Vorhaben (IGF-Nr. 20.979 N/DVS-Nr. 1.3211) der BAM und TU Clausthal/ISAF befasst sich mit der Lösung dieser Problemstellung durch gezielte Beeinflussung des Gefüges mittels Modifikation der Schweißzusatzwerkstoffe und den Einsatz des ultraschallunterstützten Fräsens (US), bei gleichzeitiger Sicherstellung der geforderten Eigenschaften der untersuchten Werkstoffe. Es werden die Ergebnisse der Mikrostruktur und der Zerspanbarkeit der Modifikationen der MSG-Schweißung der FeNi36-Referenzlegierung mit 0,4 Gew.-% Zr und der Modifikationen der MSG-Schweißung der CoCr-Referenzlegierung mit 1 Gew.-% Zr sowie Hf vorgestellt. Abschließend werden aus den Ergebnissen Handlungsempfehlungen abgeleitet. T2 - Sitzung der Arbeitsgruppe (AG) V 12 „Additive Fertigung“ CY - Online meeting DA - 15.11.2023 KW - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Additive Fertigung KW - Oberflächenintegrität PY - 2023 AN - OPUS4-58859 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas T1 - Analyzing the impact of individual alloying elements on weld microstructure: In situ chemical composition measurement during TIG welding of Duplex Stainless Steels microstructure N2 - Various industrial applications require the joining of DSS components. Tungsten Inert Gas (TIG) welding is particularly well-suited for this purpose due to the ability to achieve highly reproducible automated welds. However, during solidification of the weld pool, critical phase ratios of ferrite (α) and austenite (γ) may occur, leading to solidification cracking, increased corrosion susceptibility, lower ductility and critical strength values. Hence, in order to achieve the desired material characteristics, it is crucial to accurately predict the α/γ phase ratio within the weld. Conventionally, the WRC-1992 diagram is employed for this purpose. In our study, we used Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) to track alterations in the chemical composition of the weld metal on the surface throughout the welding process. One significant benefit of this method is its capability to provide precise and real-time measurements of chemical compositions during welding, both temporally and spatially. In previous investigations, we could develop routines to quantify the measurement of chemical compositions within the weld metal and the Heat-Affected Zone (HAZ). The conducted research focuses on examining the alterations in chemical concentrations of specific alloying elements, namely Cu and Mn as γ-forming elements, and Nb and Cr as α-forming elements, during welding. These changes are measured in real-time using Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). To achieve this, both the ferrite number, determined through magnetic-inductive techniques, and the weld microstructure are analyzed. Through image-analytical methods, a correlation is established between the microstructure and the LIBS data obtained. T2 - AJP 2023 CY - Braga, Portugal DA - 19.10.2023 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - Duplex stainless steel KW - TIG welding PY - 2023 AN - OPUS4-58657 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin T1 - Hybrider Einsatz von LTT-Schweißzusatzwerkstoffen N2 - LTT (Low Transformation Temperature) - Schweißzusätze stellen eine Alternative zur Verfügung, um die Schwingfestigkeit in Schweißnähten zu erhöhen. Ziel dieses Vortages ist es zum einem die Thematik der LTT - Schweißzusätze, insbesondere in hybrider Ausführung zu erläutern, Zum anderen werden die Ergebnisse der Vorversuche präsentiert. T2 - BMDK CY - Magdeburg, Germany DA - 25.10.2023 KW - LTT (Low Transformation Temperature) KW - Martensitstarttemperatur KW - Baustähle KW - Eigenspannungen KW - Aufmischung PY - 2023 AN - OPUS4-58690 LA - deu 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 - 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 - 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 - 6th International Conference on Advances in Solidification Processes CY - Le Bischenberg, France DA - 20.06.2022 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - Duplex stainless steel KW - TIG welding PY - 2022 AN - OPUS4-55116 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas T1 - First measurements of chemical composition changes during cooling of duplex stainless steel during TIG welding using 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 - MSE 2022 CY - Darmstadt, Germany DA - 27.09.2022 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - Duplex stainless steel KW - TIG welding PY - 2022 AN - OPUS4-55922 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas A1 - Griesche, Axel A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Treutler, K. A1 - Gehling, T. A1 - Eissel, A. A1 - Wesling, V. T1 - In situ Messung der chemischen Konzentration in der Schmelze während des WIG-Schweißens von Duplexstählen N2 - Duplexstähle besitzen ein zweiphasiges Gefüge und werden aufgrund ihrer verbesserten Schweißeignung gegenüber den Vollausteniten häufig im Anlagen- bzw. Apparatebau eingesetzt. Aufgrund der hohen Abkühlgeschwindigkeit und dem Abbrand von Legierungselementen kommt es zu einer Ferritisierung des Schweißguts und damit zu einer Degradation der mechanischen Eigenschaften. Zur Vorhersage des Phasenverhältnisses im Schweißgut wird das WRC1992-Diagramm genutzt. Dieses Diagramm zeigt einige Ungenauigkeiten und benötigt zur genaueren Vorhersage der Phasenverhältnisse eine Überarbeitung. Um den Einfluss einzelner Elemente auf das Schweißnahtmikrogefüge besser zu verstehen, wurden drahtförmige Schweißzusatzwerkstoffe mit dem Ferrit-Bildner Nb und dem Austenit-Bildner Cu beschichtet und für Schweißungen verwendet. Die Messmethode der Laser-induzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) bietet hier eine gute Möglichkeit der in situ Überwachung der chemischen Konzentrationen, während des WIG-Schweißens von Duplexstählen. Die LIBS-Messergebnisse, konnten mit der Ferritnummer und der Schweißnahtmikrostruktur korreliert werden. T2 - Symposium Materialtechnik der TU Clausthal CY - Clausthal-Zellerfeld, Germany DA - 23.02.2023 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - WRC 1992 diagram KW - Dduplex stainless steel KW - TIG welding PY - 2023 VL - 12 SP - 612 EP - 627 PB - Shaker CY - Aachen AN - OPUS4-57991 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Neumann, Martin A1 - Gleim, Tobias A1 - Gradt, Thomas T1 - Friction coefficients for wood-wood and wood-steel high pressure contact under temperatures between -40 °C and 90 °C N2 - Wood is widely used in impact limiters of Transport casks for radioactive material. Encapsulated by an outer and inner Steel structure, spruce wood is offen applied in layers of altemating direction. The friction at the interfaces between these layers is of crucial importance for the impact and energy absorption e.g., at an accidental impact of a cask against a hard component. In order to get detailed Information for corresponding numerical calculations, in this study the friction coefficient for the combinations wood-wood and wood-steel was measured in the temperature ränge between -40 °C and 90 °C according to the relevant stress conditions for such casks. Results show decreasing friction with increasing temperature, ranging from 0.43 at -40 °C to 0.22 for 90 °C for wood-steel combinations and from 0.3 at -40 °C to 0.24 at 90 °C to for a wood-wood combination. KW - Wood KW - Friction KW - Transport cask KW - Radioactive material PY - 2023 DO - https://doi.org/10.24053/TuS-2023-0007 SN - 0724-3472 VL - 70 IS - 2 SP - 5 EP - 12 PB - expert verlag AN - OPUS4-57787 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas T1 - Analyse der chemischen Konzentrationen während des WIG-Schweißens von Duplexstählen mittels Laser induzierter Plasmaspektroskopie (LIPS) 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 - 05.07.2023 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - WRC 1992 diagram KW - TIG welding KW - Duplex stainless steels PY - 2023 AN - OPUS4-57873 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas T1 - Measurement of hydrogen concentration in steel using Laser-induced Breakdown spectroscopy (LIBS) N2 - Currently, the ISO 3690 standard requires a thermal activation of the diffusible hydrogen in weld metal for the subsequent ex situ concentration measurement by TDS. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) would offer a time and spatially resolved, almost non-destructive, measurement of hydrogen at surfaces. We could already show that this analysis technique allows for highly accurate in situ measurements of chemical compositions of e.g. Mn, Cr and Ni during welding e.g. in the melt pool, the weld metal or the heat affected zone. For quantitative LIBS measurements of hydrogen in steel, certified reference materials with different hydrogen concentrations were used for calibration. There is a significant problem in welding steels: A critical combination of diffusible hydrogen, hardness microstructure and weld residual stresses can cause cold cracks to form in the weld microstructure. We investigated hydrogen in steels, which was loaded either electrochemically or with high-pressure hydrogen gas. Subsequently, various experiments were conducted to verify the feasibility of hydrogen measurements with LIBS. For example, depth profiles of hydrogen distribution could be obtained. Furthermore, samples were water jet cut and a line scan was made over the cross section to obtain a spatially resolved representation of the hydrogen. Total hydrogen concentrations were determined using carrier gas hot extraction. Our results show that LIBS is a promising technique for time and spatially resolved measurement of hydrogen in steels. T2 - IIW Annual Assembly 2023 CY - Singapore DA - 16.07.2023 KW - LIBS KW - Hydrogen measurement KW - Welding KW - Stainless steel PY - 2023 AN - OPUS4-57989 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne T1 - Increasing the Significance of Varestraint Tests through Improved Crack Evaluation N2 - The contribution describes a newly developed software tool for crack identification and selection in Modified Varestraint Transvarestraint (MVT) testing. From the digital crack information, in addition to the classical results, such as Total Crack Length (TCL) and Maximum Crack Length (MCL), advanced evaluations can be applied, taking into account the loading and welding parameters. A numerical parameter study is conducted to demonstrate how the isolated variation of individual welding and loading parameters, affects the crack lengths that can potentially be expected based on the machine specifics. An alternative crack criterion is presented that evaluates the crack formation in relation to the machine behavior. Some examples demonstrate the possibilities and limitations of the approach. The criterion can be used to compare and transfer the results of different varestraint test variants. T2 - IIW Annual Assembly, Comission II-C CY - Singapore DA - 17.07.2023 KW - Solidification cracking KW - Varestraint-Test PY - 2023 AN - OPUS4-57984 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina T1 - Local strain behaviour by digital image correlation of cross weld tensile specimens of high strength steel with two different Ti microalloying routes N2 - Microalloying elements such as Nb and Ti play a decisive function in achieving the desired mechanical strength of quenched and tempered, high-strength fine-grain structural steels with a nominal yield strength ≥ 690 MPa. The current specifications for the chemical composition only provide manufacturers with upper limits. However, even minor deviations in the alloy concept can have a significant impact on the mechanical properties. Consequently, accurate prediction of weldability and the integrity of welded joints becomes difficult or even impossible due to differences in composition and the resulting microstructures. Undesirable consequences include a possible softening of the heat-affected zone (HAZ) or, conversely, hardening effects. In view of these challenges, various microalloying strategies with different Ti and Nb contents are being systematically investigated for the first time using specially developed laboratory casting alloys. Each alloying route is based on the common S690QL, maintaining both the chemical composition and the heat treatment parameters. To analyse the weldability, three-layer welds were performed using gas metal arc welding (GMAW) and critical microstructures, such as areas of the heat-affected zone (HAZ) that exhibit significant softening or hardening, were identified. The effect of the softened HAZ region on failure was evaluated using transverse tensile specimens. Digital image correlation (DIC) is used to image changes in local strains in different HAZ regions in situ. Using a specially developed mirror system, the local strains of the microstructure zones on the top and bottom of the weld are recorded simultaneously. This makes it possible to analyse how the weld seam geometry (e.g., V-seam) influences the strain gradients. In addition, the analysis of the local deformation helps to understand the effects of the softened HAZ on the global strain, the fracture constriction, the fracture position, and the overall fracture behavior T2 - The 77th IIW Annual Assembly and International Conference on Welding and Joining CY - Rhodos, Greece DA - 07.07.2024 KW - HSLA KW - Digital Image Correlation KW - Microalloy KW - GMAW KW - HAZ KW - Cross-weld tensile test PY - 2024 AN - OPUS4-60794 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Westin, Elin T1 - Assessing ferrite content in duplex stainless weld metal: WRC '92 predictions vs. practical measurements N2 - The 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 (FN). 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 PVD-coated with either niobium (Nb), copper (Cu), nickel (Ni), manganese (Mn), carbon (C), or silicon (Si). The actual ferrite content was evaluated using image analysis, FERITSCOPE® 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. T2 - Annual Assembly and International Conference CY - Rhodes, Greece DA - 07.07.2024 KW - Duplex steel KW - Ratio austenite / ferrite KW - WRC diagram PY - 2024 AN - OPUS4-60771 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Liepold, Philipp T1 - Einfluss des Einspanngrades auf die Bildung von Erstarrungsrissen in Überlappverbindungen hochfester Stähle N2 - Im Vortrag werden Ergebnisse aus Versuchen mit dem Controlled Thermal Severity (CTS)-Test vorgestellt, der für sehr stark eingespannte Kehlnähte bekannt ist. Niedriglegierte Schweißungen an hochfesten Stählen sind nicht anfällig für Erstarrungsrissbildung. Unter dem besonderen Einfluss eines hohen Einspanngrades wurde die Erstarrungsrissneigung durch Abmessen der Rissflächen als Funktion der Schweißparameter und des Einspanngrades für vier hochfeste Schweißzusätze im MAG-Schweißen untersucht. Die Tests zeigen, dass sowohl eine Erhöhung des Einspanngrades als auch eine Änderung der Schweißparameter (hinsichtlich Streckenenergie und Geschwindigkeit) zu mehr Erstarrungsrissfläche führen. Besonders die Kombination aus sehr hohem Einspanngrad und hoher Streckenenergie plus hoher Schweißgeschwindigkeit sollte im Sinne der Erstarrungsrissminimierung vermieden werden. T2 - DVS-Congress CY - Erfurt, Germany DA - 16.09.2024 KW - CTS KW - Kehlnähte KW - Erstarrungsrisse PY - 2024 AN - OPUS4-61068 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Liepold, Philipp T1 - Investigation of Solidification cracking susceptibility via Modified Varestraint Transvarestraint testing of high-strength filler material N2 - The Modified Varestraint Transvarestraint test is a local variant of the globally used Varestraint test. With these tests, measuring solidification cracking susceptibility as a function of welding parameters is possible. A wide range of welding parameters for four high-strength steel filler wires, including three solid wires and one-flux cored metal wire, were tested. All wires do show a very low solidification cracking susceptibility, regardless of the paramaters. On a low level, it could be shown that solidification cracking susceptibility increases with heat input and welding speed. T2 - IIW Annual Assembly CY - Rhodos, Greece DA - 07.07.2024 KW - MVT KW - Varestraint KW - Transvarestraint KW - Solidification cracking PY - 2024 AN - OPUS4-60684 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Liepold, Philipp T1 - Investigation of restraint intensity influence on solidification cracking of high-strength filler materials in fillet welds via CTS testing N2 - Testing of highly restraint high-strength fillet welds with regards to solidification cracking susceptibility. The Controlled Thermal Severity test was used to apply a high amount of strain to solidifying welds. Test welds were cut and observed under an optical light microscope. A clear positive correlation between restraint intensity and measured crack sizes, as well as heat input and measured crack sized could be observed. T2 - IIW Annual Assembly CY - Rhodos, Greece DA - 07.07.2024 KW - CTS KW - Solidification cracking KW - Hot cracking KW - High-strength steel PY - 2024 AN - OPUS4-60682 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin T1 - Residual stress reduction using LTT welding consumables with focus on the weld geometry N2 - Low Transformation Temperature (LTT) welding consumables represent an innovative approach to realize compressive residual stress in weld and HAZ. LTT welding consumables use the volume-expanding martensitic phase transformation near room temperature to generate compressive residual stress during cooling. This article focusses on the weld geometry of LTT welding consumables and their influence on residual stress reduction. For this purpose, LTT layers were additionally applied to the front sides of conventionally welded longitudinal stiffeners. By varying parameters such as offset and welding speed, different weld geometries could be realized. These were analyzed for geometric parameters, chemical composition and residual stress using X-ray diffraction and fatigue testing. While the chemical composition was only slightly influenced by parameters changes, a clear influence was observed regarding to weld geometry and residual stress. The conventionally weld was characterized by tensile residual stress of ≈350 MPa at the weld toe, the additional LTT weld bead exhibits compressive and tensile residual stress of ≈-150MPa to ≈+150MPa depending to the parameter variation. T2 - International Institut of Welding 2024 CY - Rhodos, Greece DA - 07.07.2024 KW - LTT (Low Transformation Temperature) KW - Residual stress KW - Fatigue strength KW - High-strength steels PY - 2024 AN - OPUS4-60825 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fey, Gero T1 - Nachbildung der Schweißgefüge von Pipelinestählen durch Dilatometerversuche: ZTU-Diagramme und Wärmeeinflusszonen im Fokus N2 - This study investigates the suitability of low-alloy pipeline steels for hydrogen transportation, focusing on the development of weld microstructures. Previous research has been limited by a deficiency in the understanding of how different microstructural components respond to trapped hydrogen. By developing Continuous Cooling Transformation (CCT) diagrams through dilatometry analysis, this study explores the impact of t8/5-cooling times (the time between 800 °C and 500 °C) on the microstructure and mechanical properties of the HAZ compared to the base material. The findings provide valuable insights into how cooling times influence transformation temperatures and microstructure development, which, in turn, affect hydrogen diffusion and absorption. These findings establish a foundation for future investigations into hydrogen's impact on weld microstructures, including experimental studies, with the aim of optimizing welding practices and enhancing resistance to hydrogen-assisted cracking. Ultimately, this research contributes to improving the safety and reliability of hydrogen transportation systems in commonly used industrial pipeline steels. T2 - Forschungsseminar am Institut für Werkstoff- und Fügetechnik der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 18.06.2025 KW - Pipelinestahl KW - ZTU KW - WEZ KW - L555ME KW - X80M KW - Dilatometrie PY - 2025 AN - OPUS4-63751 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -