TY - CONF A1 - Duarte, Larissa A1 - Madia, Mauro A1 - Kanna, Naveen A1 - Bär, Jürgen ED - Ricoeur, Andreas T1 - Anwendung der zyklischen R-Kurven-Analyse zur Abschätzung des Kitagawa-Takahashi-Diagramms N2 - Die ausgeprägte Langzeitfestigkeit eines Werkstoffes entspricht der maximalen Spannung, unterhalb derer alle ursprünglich wachstumsfähigen Mikrorisse arretieren. Für fehlerbehaftete Werkstoffe stellt das Kitagawa-Takahashi (KT)-Diagramm die Abhängigkeit der ausgeprägten Langzeitfestigkeit von der Defektgröße dar. Das KT-Diagramm kann mit großem Aufwand experimentell bestimmt oder durch verschiedene Modelle abgeschätzt werden. Solche Ansätze ergeben oft nichtkonservative Prognosen und berücksichtigen weder den Aufbau der Rissschließeffekte noch lokale Spannungen. In dieser Arbeit wird ein Kurzrissmodell auf Grundlage der zyklischen R-Kurve und des Rissarrestphänomens zur Abschätzung des KT-Diagramms vorgestellt. Die Abschätzungen werden mit experimentellen Daten validiert, die mit gekerbten Proben nach dem Treppenstufenverfahren ermittelt wurden. T2 - 57. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Köln, Germany DA - 18.02.2025 KW - Langzeitfestigkeit KW - KT-Diagramm KW - zyklische R-Kurven-Analyse PY - 2025 DO - https://doi.org/10.48447/BR-2025-512 VL - 257 SP - 93 EP - 104 PB - Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung e.V. CY - Berlin, Deutschland AN - OPUS4-62603 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Strauß, Lea A1 - Duarte, Larissa A1 - Kruse, Julius A1 - Madia, Mauro A1 - Löwisch, Günther T1 - An equivalent stress approach for predicting fatigue behavior of additively manufactured AlSi10Mg N2 - Laser-based powder bed fusion (PBF-LB) is an advanced additive manufacturing technique renowned for its precision and capability to fabricate complex metal components. However, the high thermal gradients and rapid cooling rates intrinsic to this process introduce significant process-induced effects, such as inhomogeneities, surface roughness, anisotropy, and residual stress, all of which critically influence the fatigue behavior of the produced parts. This study investigates the fatigue performance of AlSi10Mg samples produced by PBF-LB, examining the impact of varying surface conditions, geometries, and residual stress levels. Fatigue-life prediction models are formulated based on nominal stress amplitude, residual stress, form factor, crack-initiating inhomogeneity, and surface roughness, with smooth samples serving as a baseline reference. The study presents two empirical models for predicting fatigue life and fatigue strength using S–N curves and the Kitagawa–Takahashi diagram with the El Haddad approach, derived from comprehensive experimental data, including finite element modeling, fatigue-life measurements, surface roughness evaluations, and residual stress analysis. KW - AlSi10Mg KW - Kitagawa–Takahashi diagram KW - El Haddad KW - Equivalent stress KW - Fatigue-life prediction KW - PBF-LB/M PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-625176 DO - https://doi.org/10.1007/s40964-025-00974-0 SP - 1 EP - 16 PB - Springer Science and Business Media LLC AN - OPUS4-62517 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Madia, Mauro T1 - Additive Fertigung von Bauteilen und Strukturen – Grenzen, Risiken, Chancen N2 - Dieser Eröffnungsvortrag des DVM-Tages beleuchtet Herausforderungen in der additiven Fertigung und plädiert für eine enge Zusammenarbeit von Fertigungstechnik und Bruchmechanik für die Vorhersage der Lebensdauer AM-gefertigter Komponenten. T2 - DVM-Tag CY - Berlin, Germany DA - 08.04.2025 KW - Additive Fertigung KW - Digitale Qualitätssicherung KW - Ermüdungsfestigkeit PY - 2025 AN - OPUS4-62971 LA - deu 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 - 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 - 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 - 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 - 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 - 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 - TY - CONF A1 - Fey, Gero T1 - Thermophysically Simulated Weld HAZ and CCT Diagram of High Strength Low Alloy Pipeline Steel 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 - 78th IIW Annual Assembly & International Conference on Welding and Joining CY - Genoa, Italy DA - 22.06.2025 KW - Pipeline steel KW - CCT KW - HAZ KW - Dilatometry KW - Welding KW - L485ME KW - X70M PY - 2025 AN - OPUS4-63752 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fey, Gero T1 - Unter Druck gesetzt: Die unterschätzte Bedeutung des In-Service-Schweißen an druckführenden, in Betrieb befindlicher H2-Ferngasleitungen N2 - Wasserstoff gilt als Energieträger für die Erreichung der Klimaziele und einer nachhaltigen zukünftigen Energieversorgung. Für den notwendigen Transport des Wasserstoffs in großem Maßstab und über weite Entfernungen ist eine zuverlässige Pipeline-Infrastruktur erforderlich. Umfassende weltweite Forschungsprojekte deuten auf die allgemeine Kompatibilität der verwendeten überwiegend ferritischen Stähle für die vorgesehenen Betriebsbedingungen von bis zu 60 °C bei 100 bar Wasserstoff hin. Dies ist jedoch nicht direkt übertragbar auf schweißtechnische Reparatur- und Wartungsarbeiten an im Betrieb befindlichen Pipelines. Ein im Erdgasnetz etabliertes Verfahren stellt das „Hot-Tapping“ dar, bei dem eine unter Druck stehende Pipeline im Betrieb angebohrt wird. Hierfür kommt ein an die Rohrleitung geschweißtes Formstück zum Einsatz, das die Montage der Bohr-/Lochschneidemaschine ermöglicht. In den Richtlinien EIGA 121/14 bzw. AIGA 033/14 wird darauf hingewiesen, dass das Anbohren von Wasserstoffleitungen kein Routineverfahren darstellt: “[…] a hydrogen hot-tap shall not be considered a routine procedure […]“. Dieser Aussage liegt unter anderem zugrunde, dass das Anschweißen des Formstücks an das Rohr und alle zu erwartenden Wärmebehandlungen vor und nach dem Schweißen eine lokale Temperaturerhöhung verursachen. Insbesondere auch an der Rohrinnenfläche, die dem Wasserstoff ausgesetzt ist. Diese erhöhten Temperaturen begünstigen die Absorption und Diffusion von Wasserstoff in das Material. Besonders zu beachten ist außerdem die lokal auftretende kurzzeitige Austenitisierung des Materials, die eine lokal stark erhöhte Wasserstoffkonzentration verursachen kann. Aus den genannten Gründen gibt diese Studie einen kurzen Überblick über die derzeit weltweit verfügbaren Forschungsprojekte zum Schweißen von Wasserstoff-Pipelines im Betrieb. Vorgestellt werden unter anderem erste Ergebnisse des Kooperationsforschungsprojektes H2SuD, das derzeit an der BAM bearbeitet wird. T2 - DVM-Workshop "Werkstoffe für die Wasserstoffinfrastruktur – von der Werkstoffentwicklung bis zum Einsatz im Bauteil" CY - Berlin, Germany DA - 21.05.2025 KW - Pipeline KW - Schweißen KW - Wasserstoff KW - In-Service Welding KW - Reparaturschweißen PY - 2025 AN - OPUS4-63749 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fey, Gero T1 - Ermittlung wasserstoffabhängiger, mechanischer Eigenschaften der Schweißnahtgefüge niedriglegierter Stähle für Ferngasleitungen 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 - DVM-Workshop "Werkstoffe für die Wasserstoffinfrastruktur – von der Werkstoffentwicklung bis zum Einsatz im Bauteil" CY - Berlin, Germany DA - 21.05.2025 KW - Pipelinestahl KW - Dilatometrie KW - ZTU KW - WEZ PY - 2025 AN - OPUS4-63750 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Erxleben, Kjell A1 - Kaiser, Sebastian A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengiesser, Thomas A1 - Kromm, Arne T1 - In-service and repair welding of pressurized hydrogen pipelines–a review on current challenges and strategies N2 - Hydrogen is the energy carrier for a sustainable future without fossil fuels. As this requires a reliable transportation infrastructure, the conversion of existing natural gas (NG) grids is an essential part of the worldwide individual national hydrogen strategies, in addition to newly erected pipelines. In view of the known effect of hydrogen embrittlement, the compatibility of the materials already in use (typically low-alloy steels in a wide range of strengths and thicknesses) must be investigated. Initial comprehensive studies on the hydrogen compatibility of pipeline materials indicate that these materials can be used to a certain extent. Nevertheless, the material compatibility for hydrogen service is currently of great importance. However, pipelines require frequent maintenance and repair work. In some cases, it is necessary to carry out welding work on pipelines while they are under pressure, e.g., the well-known tapping of NG grids. This in-service welding brings additional challenges for hydrogen operations in terms of additional hydrogen absorption during welding and material compatibility. The challenge can be roughly divided into two parts: (1) the possible austenitization of the inner piping material exposed to hydrogen, which can lead to additional hydrogen absorption, and (2) the welding itself causes an increased temperature range. Both lead to a significantly increased hydrogen solubility in the respective materials compared to room temperature. In that connection, the knowledge on hot tapping on hydrogen pipelines is rare so far due to the missing service experiences. Fundamental experimental investigations are required to investigate the possible transferability of the state-of-the-art concepts from NG to hydrogen pipeline grids. This is necessary to ensure that no critical material degradation occurs due to the potentially increased hydrogen uptake. For this reason, the paper introduces the state of the art in pipeline hot tapping, encompassing current research projects and their individual solution strategies for the problems that may arise for future hydrogen service. Methods of material testing, their limitations, and possible solutions will be presented and discussed. KW - In-service KW - Welding KW - Hydrogen pipeline KW - Review PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-638847 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-025-02127-x SN - 0043-2288 SP - 1 EP - 24 PB - Springer Science and Business Media LLC AN - OPUS4-63884 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -