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 - TY - JOUR A1 - Liepold, Philipp A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - A Force Based Determination of Hot Cracking Susceptibility N2 - Two high-strength, low-alloy Gas Metal Arc Welding (GMAW) wires were evaluated for their susceptibility to Solidification Cracking (SC) using a modified version of the Transverse Motion Weldability (TMW) test. In theoriginal TMW test, the Transverse Displacement Speed (TDS) is varied iteratively, and crack lengths are measured in each iteration. The modified version eliminates the need for multiple runs by continuously reducing the TDS over a single run. Rather than emphasizing crack lengths, this method assesses the reaction force to the TDS, thereby determining a Critical TDS (CTDS). This critical point directly correlates with the cessation of SC growth. CTDS values were measured under a range of welding parameters, thereby demonstrating the influence of Welding speed and arc energy (U × I/welding speed) on SC susceptibility for the tested filler metals. The CTDS data obtained from this testing method have the potential to provide valuable insights for practical applications in the field. KW - Force based KW - Neural Network KW - TRS PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-640140 DO - https://doi.org/10.5781/JWJ.2025.43.4.10 SN - 2466-2100 VL - 43 IS - 4 SP - 447 EP - 457 AN - OPUS4-64014 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Czeskleba, Denis A1 - Irfan, Muhammad Dary A1 - Wandtke, Karsten A1 - Kaiser, Sebastian A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Wasserstoffdiffusion in hochfesten UP-Schweißverbindungen – einfacher als gedacht N2 - Hochfeste Baustähle werden im modernen Stahlbau aus wirtschaftlichen und konstruktiven Gründen zunehmend eingesetzt, z. B. im Gebäude-, Anlagen- oder Mobilkranbau. Durch den Einsatz von Stählen mit höheren 690 MPa) können durch die Reduzierung der Wanddicke erhebliche Gewichtsreduzierungen und geringere Verarbeitungskosten erreicht werden, insbesondere bei der Verwendung des Unterpulverschweißen (UP) durch seine hohe Abschmelzleistung. Aufgrund ihrer speziellen Mikrostruktur haben hochfeste Stähle eine begrenzte Duktilität und sind anfälliger für wasserstoffunterstützte Kaltrisse (HACC). Darüber hinaus führen große mittels UP geschweißter Blechdicken zu hohen Schweißeigenspannungen und langen Diffusionswegen für z.B. durch den Schweißprozess eingebrachten Wasserstoff. Abgesicherte Diffusionskoeffizienten für UP-Schweißungen dieser Festigkeitsklasse sind als Grundlage für die Abschätzung des Zeitintervalls einer möglichen verzögerten Kaltrissbildung oder für Nachwärmung zur Wasserstoffreduktion nur sehr begrenzt verfügbar. Aus diesem Grund wurden experimentelle Versuche zur mikrostruktur-spezifischen Diffusion in S690-Schweißungen durchgeführt. Dazu wurde ein thermomechanisch (TM) gewalzter bzw. vergüteter (QL) Zustand dieses Werkstoffs betrachtet, sowie das jeweilige charakteristische Schweißgut und WEZ. Dazu wurden den Schweißmikrostrukturen lokal Proben entnommen und über Permeations- bzw. Warmauslagerungsversuche die gefügespezifische Diffusion von Raumtemperatur bis 400°C charakterisiert. Im Gegensatz zu bekannten Effekten des Wärmebehandlungszustandes der Grundwerkstoffe auf die Diffusion in MSGSchweißverbindungen, zeigten die Wasserstoffdiffusionskoeffizienten über alle untersuchten Gefügezustände keine signifikanten Unterschiede, insbesondere nicht für die lokale WEZ diverser, untersuchter Streckenergiebereiche. Aus praktischer Anwendersicht können daher dickwandige UP-Verbindungen hinsichtlich einer verzögerten Wasserstoffdiffusion nur anhand der einfach ermittelbaren Diffusionskoeffizienten für den Grundwerkstoffkoeffizient beurteilt werden. Zudem zeigte sich, dass der unterschiedliche Walz- und Wärmebehandlungszustand (TM vs. QL) in UP-Schweißnähten eine untergeordnete Rolle für die Wasserstoffdiffusion und damit für die mögliche Zeitverzögerung der Kaltrissbildung hat. Ergänzende numerische Simulationen der Wasserstoffverteilung bestätigten das Verhalten. T2 - DVS Congress 2025 CY - Essen, Germany DA - 16.09.2025 KW - Unterpulverschweißen KW - Wasserstoffdiffusion KW - Wasserstoffunterstützte Kaltrissbildung KW - Wasserstoffrisse PY - 2025 SN - 978-3-96144-299-7 DO - https://doi.org/10.53192/DVSC20250330 VL - 401 SP - 330 EP - 340 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-64132 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Erxleben, Kjell T1 - Component test for the assessment of in-service welding on/onto pressurized hydrogen pipelines N2 - Hydrogen is seen as the energy carrier of the future. Therefore a reliable infrastructure to transport hydrogen in a large scale is needed. A so called European hydrogen backbone out of long distance transmission pipelines is planned by European countries to create a hydrogen transport infrastructure. Due to economic reasons this will be achieved by new build pipelines such as repurposed natural Gas (NG) pipelines, converted to hydrogen useage. A general suitability for hydrogen service of low alloyed pipeline steel, as it is used for NG service today, is given. But in case of necessary in-service welding procedures in terms of e.g. hot-tapping and stoppling, the risk of a critical hydrogen uptake into the pipe materials due to much higher temeperatures while welding and the possibility of hydrogen embrittlement (HE) needs to be closely investigated. The presentation gives an overview of the current H2-SuD project, investigating the feasability of in-service welding on future hydrogen pipelines. Therefore, component-like demonstrators were developed to test (I) the additional hydrogen uptake due to in-service welding under hydrogen pressure and (II) to measure the temperature field due to different welding parameters and demonstrator geometries, especially on the inner pipe wall surface. Collected data will be used to validate a numerical simulation of the thermal field and additionally the hydrogen diffusion in the pipeline material. T2 - Presentation at The University of Manchester CY - Manchester, United Kingdom DA - 12.09.2025 KW - In-service KW - Hydrogen KW - Pipeline KW - Welding PY - 2025 AN - OPUS4-64129 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kaiser, Sebastian T1 - Wasserstoffdiffusion in hochfesten UP-Schweißverbindungen - einfacher als gedacht N2 - Hochfeste Baustähle werden im modernen Stahlbau aus wirtschaftlichen und konstruktiven Gründen zunehmend eingesetzt, z. B. im Gebäude-, Anlagen- oder Mobilkranbau. Durch den Einsatz von Stählen mit höheren 690 MPa) können durch die Reduzierung der Wanddicke erhebliche Gewichtsreduzierungen und geringere Verarbeitungskosten erreicht werden, insbesondere bei der Verwendung des Unterpulverschweißen (UP) durch seine hohe Abschmelzleistung. Aufgrund ihrer speziellen Mikrostruktur haben hochfeste Stähle eine begrenzte Duktilität und sind anfälliger für wasserstoffunterstützte Kaltrisse (HACC). Darüber hinaus führen große mittels UP geschweißter Blechdicken zu hohen Schweißeigenspannungen und langen Diffusionswegen für z.B. durch den Schweißprozess eingebrachten Wasserstoff. Abgesicherte Diffusionskoeffizienten für UP-Schweißungen dieser Festigkeitsklasse sind als Grundlage für die Abschätzung des Zeitintervalls einer möglichen verzögerten Kaltrissbildung oder für Nachwärmung zur Wasserstoffreduktion nur sehr begrenzt verfügbar. Aus diesem Grund wurden experimentelle Versuche zur mikrostruktur-spezifischen Diffusion in S690-Schweißungen durchgeführt. Dazu wurde ein thermomechanisch (TM) gewalzter bzw. vergüteter (QL) Zustand dieses Werkstoffs betrachtet, sowie das jeweilige charakteristische Schweißgut und WEZ. Dazu wurden den Schweißmikrostrukturen lokal Proben entnommen und über Permeations- bzw. Warmauslagerungsversuche die gefügespezifische Diffusion von Raumtemperatur bis 400°C charakterisiert. Im Gegensatz zu bekannten Effekten des Wärmebehandlungszustandes der Grundwerkstoffe auf die Diffusion in MSGSchweißverbindungen, zeigten die Wasserstoffdiffusionskoeffizienten über alle untersuchten Gefügezustände keine signifikanten Unterschiede, insbesondere nicht für die lokale WEZ diverser, untersuchter Streckenergiebereiche. Aus praktischer Anwendersicht können daher dickwandige UP-Verbindungen hinsichtlich einer verzögerten Wasserstoffdiffusion nur anhand der einfach ermittelbaren Diffusionskoeffizienten für den Grundwerkstoffkoeffizient beurteilt werden. Zudem zeigte sich, dass der unterschiedliche Walz- und Wärmebehandlungszustand (TM vs. QL) in UP-Schweißnähten eine untergeordnete Rolle für die Wasserstoffdiffusion und damit für die mögliche Zeitverzögerung der Kaltrissbildung hat. Ergänzende numerische Simulationen der Wasserstoffverteilung bestätigten das Verhalten. T2 - DVS Congress 2025 CY - Essen, Germany DA - 16.09.2025 KW - Unterpulverschweißen KW - Wasserstoffdiffusion KW - Wasserstoffunterstützte Kaltrissbildung KW - Wasserstoffrisse PY - 2025 AN - OPUS4-64130 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Numerical simulation of weld heat input effect on microstructure and hydrogen diffusion in thick-walled S690 submerged arc welded joints N2 - High-strength, low-alloy (HLSA) steels such as S690 are an attractive option for heavy industries such as offshore wind turbines and peripheral equipment due to their combination of excellent mechanical properties and weldability. The construction of these thick-walled structures requires highly efficient welding processes such as submerged arc welding (SAW). However, SAW presents challenges related to delayed hydrogen assisted cold cracking (HACC). Despite its importance, the effect of different diffusion coefficients on the cold cracking susceptibility of different microstructures within SAW-welded S690 steels is not fully understood. For this reason, the present study focuses on comparing the cold cracking susceptibility of thermomechanically rolled (TM) or quenched and tempered (QL) variants of S690 steel. SAW was performed on specimens of both steel grades to produce weldments consisting of weld metal, heat-affected zone (HAZ), and base metal. Electrochemical hydrogen permeation tests (ISO 17081) were performed to determine the microstructure specific coefficients. Using the obtained coefficients, a numerical model was developed to identify the time- and microstructure-dependent local hydrogen diffusion and its influence on the distribution within the welds. The results showed that the TM grade exhibited slightly accelerated hydrogen diffusion compared to the QL grade, which is beneficial for hydrogen reduction and increases the HACC resistance. However, the further simulations with different ply sequences showed that the welding heat input (i.e. welding ply sequence) had a significantly higher effect on hydrogen accumulation. Specifically, increased welding heat input and increased thicknesses decrease hydrogen diffusivity. For this reason, microstructure-specific hydrogen diffusion played a minor role in thick-layer SAW joints compared to the need to control the welding parameters (layer sequence, individual layer thickness, welding heat input). T2 - FEMS Euromat 2025 - 18th European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes CY - Granada, Spain DA - 15.09.2025 KW - Hydrogen assisted cracking KW - Welding KW - High strength steels KW - Numerical simulation KW - Electrochemical permeation PY - 2025 AN - OPUS4-64158 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Hydrogen trap characterization in 200 and 1,000 bar charged CoCrNi medium entropy alloy compared to steel AISI 316L N2 - Multiple principal element alloys (MPEAs) represent a new class of metallic materials. MPEAs, such as the CoCrNi medium entropy alloy (MEA), have attracted considerable research attention as potential materials to replace, for example, austenitic steels in high-pressure hydrogen environments. Due to the relatively new alloy concept, studies on the specific hydrogen diffusion and trapping behavior of high-pressure hydrogen-charged CoCrNi MEAs are rare so far. For this reason, a CoCrNi-MEA was investigated and compared to an austenitic stainless steel, AISI 316L. Both materials were subjected to high pressure hydrogen loading for two different pressures: 200 bar and 1,000 bar. After charging, thermal desorption analysis (TDA) was used with three heating rates from 0.125 K/s to 0.500 K/s to clarify the specific hydrogen desorption and trapping behavior. To the best of our knowledge, this study is the first to characterize hydrogen diffusion and trapping in 1,000 bar high-pressure charged CoCrNi. For this purpose, the underlying TDA spectra were analyzed in terms of peak deconvolution into a metallurgically justifiable number of defined peaks. The individual peak temperatures and activation energies “EA” were calculated. The following conclusions can be drawn from the results obtained: (1) Exposure to 200 bar or 1,000 bar leads to an increase in hydrogen absorption, regardless of the material investigated, expressed by a significantly increased desorption rate at 1,000 bar. However, the effusion peaks typically occur only at high temperatures. The (2) TDA showed that a four-peak deconvolution scenario was sufficient to describe the trapping behavior and the "EA" indicated the dominance of irreversible traps. In addition, the average trapping energy is higher than in the 316L. The (3) charge pressure related hydrogen solubility was in the order of: CoCrNi-MEA < 316L for both pressures and (4) charging at 1000 bar results in an average concentration of 49 wt.ppm (CoCrNi-MEA) and > 75 wt.ppm (316L). In summary, the CoCrNi-MEA was characterized by a reduced solubility, but very deep entrapment compared to the 316L. For this reason, further application potentials of the MEA may arise. T2 - FEMS Euromat 2025 - 18th European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes CY - Granada, Spain DA - 15.09.2025 KW - Medium entropy alloy KW - Hydrogen KW - Trapping KW - Diffusion KW - High-pressure charging PY - 2025 AN - OPUS4-64160 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Effect of Ti and Nb on hydrogen trapping in welded S690 HSLA steel and effect on delayed cold cracking N2 - Fine-grain, high-strength, low-alloy (HSLA) structural steels with yield strengths > 600 MPa are now the state of the art in construction applications such as mobile cranes and civil engineering. HSLA grades derive their strength from a combination of specific heat treatment and the underlying chemical composition. In this context, Ti or Nb are essential to obtain a fine-grained microstructure as well as the necessary carbides or nitrides for precipitation strengthening. In this context, the specific effect of Ti or Nb-rich compounds on hydrogen trapping and diffusion is well known for special laboratory cast alloys, but unknown for realistic steel compositions. For this reason, a series of S690Q-based alloys were synthesized, close to a real steel composition, but with well controlled Ti or Nb additions in different amounts. Specimens were obtained from these alloys by electrochemical discharge machining (EDM). The specimens were tested using the well-established electrochemical permeation technique. From the experimental results, the hydrogen diffusion coefficients and the analytical subsurface hydrogen concentration were calculated. In addition, the hydrogen trapping behavior at elevated temperatures was interpreted by thermal desorption analysis (TDA) using different heating rates of hydrogen charged samples. The results showed that in contrast to metallurgically "pure" laboratory cast alloys, realistic chemical compositions were similar in their hydrogen trapping behavior, despite some small differences. All investigated steel grades exhibited shallow and reversible hydrogen trapping, regardless of their chemical composition. Of course, the experiments only allowed the calculation of effective diffusion coefficients and trapping energies, which represent an average of the entire microstructure. Nevertheless, HSLA steels are typically joined by arc welding, which includes the risk of delayed hydrogen assisted cracking. From the point of view of welding practice, however, a more or less identical hydrogen diffusion behavior means that no special "metallurgically specific", justifiable measures need to be considered, despite the well-established processes such as "soaking" or dehydrogenation heat treatment. Of course, a closer look at the heat-affected zone (HAZ) or the weld metal of the specific welds is necessary. However, especially in the case of thick-walled welds, it is assumed that the weld metal and HAZ are similar to the base material due to the multi-layer welding, which results in multiple annealing cycles of the weld metal and HAZ. T2 - FEMS Euromat 2025 - 18th European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes CY - Granada, Spain DA - 15.09.2025 KW - Hydrogen assisted cracking KW - HSLA KW - Diffusion KW - Electrochemical permeation PY - 2025 AN - OPUS4-64156 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Component test for the assessment of in-service welding on/onto pressurized hydrogen pipelines N2 - Hydrogen is the energy carrier of tomorrow and requires a reliable large-scale transport infrastructure. In addition to new pipelines, the conversion of existing natural gas (NG) pipeline grids is an essential part. The transport of hydrogen is fundamentally different from that of NG, as hydrogen can be absorbed into the pipeline material. Given the effects of hydrogen embrittlement, the material compatibility (low alloy steels in a wide range of strengths and thicknesses) must be investigated. However, pipelines e.g. require maintenance or the need for installation of additional outlets with the necessity of welding on/onto the pipelines while they are still in service, i.e. with gas flow under high pressure, such as the well-known "hot tapping". This in-service welding poses challenges for hydrogen operations. The challenge can be roughly divided into the possible austenitization of the inner pipe material exposed to hydrogen, the welding itself, which causes an increased temperature range. Both lead to a significant increase in hydrogen solubility and diffusivity compared to room temperature. In addition, possible surface reactions of the present iron oxides (e.g. magnetite or hematite) with the hot hydrogen should be considered. In this context, the knowledge of hydrogen pipelines is scarce due to the lack of operational experience. Fundamental experimental investigations are required to investigate the transferability from NG to hydrogen pipeline grids. For this reason, the present study presents a specially designed mock-up / demonstrator concept for the realistic assessment of the welding process conditions. The mock-up was designed to allow in-situ temperature measurement during the welding process as well as ex-post sample extraction for quantification of the absorbed hydrogen concentration. For safety reasons, the required volume of pressurized hydrogen was limited by inserting a solid cylinder to ensure a 1 cm thick layer of hydrogen gas. Welding experiments on the DN60 and DN200 pressurized mock-ups showed the possibility of safe welding on or onto pressurized hydrogen pipelines. Indeed, the austenitizing temperature was reached on the inner surface of the pipeline, especially on thinner-walled pipelines, using current welding parameter recommendations. This corresponded to an increased hydrogen uptake in the welded area of several ppm. From this point of view, the suggested component concept is a viable strategy for the screening of several materials and welding parameter combinations under realistic operational conditions. T2 - FEMS Euromat 2025 - 18th European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes CY - Granada, Spain DA - 15.09.2025 KW - In-service welding KW - Pipeline KW - Hydrogen KW - Component test PY - 2025 AN - OPUS4-64159 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Component-test for determination of welding residual stresses and their effect on stress relief cracking in thick-walled welds N2 - Controlling the residual stress level during welding of creep-resistant Cr-Mo-V steels is crucial to avoid so called stress relief cracking (SRC) during post weld heat treatment (PWHT) of large-scale components. In the present study, a laboratory scale test specimen (slotted sample with 400 mm width, 400 mm length and 25 mm thickness) was used to simulate thick-walled component welds made of 13CrMoV9-10. The aim was to identify the level and distribution of residual stresses to evaluate the suitability of the specimen for laboratory based SRC testing. High restraint was ensured by the specimen geometry with a narrow welding gap in the center. This gap was filled by multi-layer submerged arc welding. Two specimens were welded with identical parameters and compared in the as-welded state and after PWHT (705 °C for 10 h). Neutron diffraction was used to determine the residual stresses in the weld metal, the heat-affected zone (HAZ) and the base material at different depths longitudinal, transverse, and normal to the welding direction. The experiments were performed on the former instrument E3 of the research reactor BER II of Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), Germany. Complementarily, laboratory X-ray diffraction was applied to characterize the surface residual stresses. In the welded condition, especially in the weld metal and the adjacent HAZ, the longitudinal residual stresses reached values of up to 1,000 MPa to 1,200 MPa due to the increasing strength and hardness of the CrMoV-material during welding. The conducted welding experiments revealed that way higher residual stresses in the welded joint have to anticipated before the PWHT is performed than it was expected in advance. This demonstrated the necessity of suitable component-like welding tests as they must ensure realistic mechanical stiffness (hindered shrinkage of welding joint by slotted self-restraint sample) and heat dissipation conditions (definition of minimum welding joint thickness vs. welding process-specific heat input). T2 - FEMS Euromat 2025 - 18th European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes CY - Granada, Spain DA - 15.09.2025 KW - Component test KW - Submerged arc welding KW - Post weld heat treatment KW - Residual stresses KW - Neutron diffraction PY - 2025 AN - OPUS4-64161 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Blasón Gonzalez, Sergio A1 - Chaudry, Mohsin Ali A1 - Elorriaga, A. A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Llavori, I. A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Design methodology of vessel produced by L PBF stainless steel using representative specimens N2 - This work presents the preliminary results of an ongoing project with a double objective: on the one hand, the characterisation of the mechanical properties against fatigue damage of an additively manufactured 316 stainless steel produced by laser powder bed-based (L-PBF) technology; on the other hand, the implementation of numerical simulation techniques able to predict the mechanical behaviour of the material in order to optimise and reduce the design costs of vessels used in the chemical sector. The current state of the work developed in this research framework allows showing the first batch of experimental results of crack propagation rate (FCGR) and high cycle fatigue (HCF) tests. The geometry of the vessels studied presents three clearly differentiated regions, either in terms of thickness (11-15 mm) or concerning the inclination of the walls to the direction of manufacturing (0º - 45º). The experimental campaign carried out so far allows identifying the differences in behaviour when comparing different extraction locations around the vessel. This is due to the variations in thermal cycles that the deposited material undergoes during the manufacturing process. Therefore, this causes variations in the microstructure which lead to changes in the response of the material. In this work, these differences are analysed qualitatively and quantitatively from the results of FCGR and HCF, thus allowing to locate the regions with the highest risk in terms of structural integrity against fatigue. This preliminary phase together with the numerical simulation of the additive manufacturing process are key to achieving a reliable description and modelling of the material. The latter will make it possible to address the priority aim of this project, involving the manufacture of independent samples whose properties are representative of the original material extracted from the reference vessels. It is, therefore, a comprehensive methodology for the design of additively manufactured components based on the localised fatigue mechanical properties of representative specimens. T2 - ECF23, European Conference on Fracture 2022 CY - Funchal, Portugal DA - 27.06.2022 KW - Additive manufacturing KW - Steel 316L KW - Fracture Mechanics PY - 2022 AN - OPUS4-55240 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Blasón Gonzalez, Sergio A1 - Chaudry, Mohsin Ali A1 - Elorriaga, A. A1 - Madia, Mauro A1 - Llavori, I. A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Diseño de componentes fabricados aditivamente basado en propiedades locales del material T1 - Design of additively manufactured components based on locally representative material fatigue properties N2 - La tecnología de fabricación aditiva (AM) continúan progresando y permitiendo alcanzar diseños cada vez más complejos y optimizados. La industria química es uno de los sectores donde componentes AM han adquirido un gran interés. La falta hasta la fecha de una directiva europea que regule la inspección, certificación y aceptación de equipos sometidos a presión hace necesario progresar en esta línea. El objetivo que se persigue en este trabajo es el de desarrollar una metodología de diseño sobre componentes fabricados aditivamente basada en la estimación de vida a fatiga de las zonas más susceptibles de sufrir dicho tipo de fallo. El estudio comprende diversas facetas de análisis, simulaciones numéricas, análisis de la microestructura del material y una extensa campaña experimental. La evaluación de la integridad estructural se realiza aplicando mecánica de fractura. La historia térmica a lo largo del proceso de fabricación determina la microestructura del componente en cada región y, por ende, influye en las propiedades mecánicas en cada una. Se presentan los resultados preliminares de un proyecto de investigación en curso dirigido a la caracterización de propiedades mecánicas en recipientes de presión producidos por fusión láser en lecho de polvo (L-PBF, por sus siglas en inglés) de acero inoxidable 316L. Se detallan los resultados preliminares en términos de velocidad de crecimiento de grietas por fatiga (FCGR), y se comparan los resultados de probetas extraídas de diferentes regiones de los depósitos. N2 - Additive manufacturing (AM) technology continues to make progress and allows for reaching increasingly complex and optimised designs. The chemical industry is one of the sectors where AM components have acquired relevance. There is a lack of any European directive in order to regulate the inspection, certification as well as acceptance of additively manufactured (AM) equipment subjected to pressure loads, so progression in this line becomes necessary. This work aimed to develop a design methodology for AM components based on the estimation of fatigue lifetime on those regions with a higher risk of failure. Diverse facets are involved in this study, including numerical simulations, microstructure analysis and an extensive experimental campaign. The fatigue assessment is performed based on fracture mechanics. The microstructure characteristics are dependent on the thermal history along the manufacturing process for each region and, accordingly, the mechanical properties are likewise influenced. Preliminary results of an ongoing research project for characterizing the mechanical properties in demonstrator pressure vessels produced by laser powder bed fusion (L-PBF) on stainless steel 316L are presented. The preliminary findings obtained in terms of fatigue crack growth rate (FCGR) and are detailed. Results from specimens extracted from different regions of the vessel are compared. T2 - 5th Iberian Conference on Structural Integrity IbCSI 2022 CY - Coimbra, Portugal DA - 30.03.2022 KW - Fabricación Aditiva KW - Additive Manufacturing KW - Acero 316L KW - Mecánica de Fractura KW - Predicción vida a fatiga KW - Fit4AM KW - Steel 316L KW - Fracture Mechanics KW - Fatigue lifetime prediction PY - 2022 AN - OPUS4-55241 LA - spa AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Blasón Gonzalez, Sergio A1 - Werner, Tiago A1 - Kruse, Julius A1 - Gilli, Daniel A1 - Madia, Mauro T1 - Experimental procedure for the determination of intrinsic fatigue crack propagation threshold ΔKth,eff and characterization of FCGR curves on miniature steel specimens N2 - The largest percentage of component life under fatigue loading conditions is spent in the short crack regime and in the initial phase of long cracks. The use of Fracture Mechanics in the characterization of fatigue crack growth rate curves has proven to be a useful and adequate tool in the prediction of fatigue lifetimes as long as certain conditions are satisfied. All the above implies the need for a methodical and accurate procedure of assessment of the material response in order to achieve a reliable prediction of lifetime in components under safe conditions, based on the damage tolerance approach. It also highlights the need to analyse the response of increasingly reduced thicknesses, which, as time goes by, show greater differences with respect to those commonly studied and defined in standards and design guidelines, as well as to the experimental studies that can be found in the literature at present. Some examples of thin-walled components are turbine blades or certain additively manufactured parts where, additionally, variations in material properties can occur locally and should also be examined. T2 - 2nd International Symposium on Notch Mechanics (2nd ISNM) CY - Madrid, Spain DA - 03.09.2020 KW - miniature specimens; FCGR curves; intrinsic threshold PY - 2021 SP - 1 EP - 2 AN - OPUS4-55242 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Cortabitarte, G. A1 - Llavori, I. A1 - Esnaola, J.A. A1 - Blasón Gonzalez, Sergio A1 - Larrañaga, M. A1 - Larrañaga, J. A1 - Arana, A. A1 - Ulacia, I. T1 - Application of the theory of critical distances for fatigue life assessment of spur gears N2 - This study evaluates the effectiveness of the theory of critical distances (TCD) method in determining the fatigue lifetime of a spur gear. A comprehensive characterization of the material parameters necessary for critical distance calculation was performed, including the fatigue limit and crack growth threshold, as well as σ-N and ε-N curves for 16MnCr5 steel. A variety of TCD methods were applied to analyse the component, including the point method, line method, volume method, and mesh control. The results indicate that overall, the TCD method is a reliable and accurate way to predict the fatigue lifetime of spur gears. The study reveals a strong correlation between predicted and experimental crack locations and fatigue lifetime, suggesting accurate prediction using TCD and the Smith-Watson-Topper parameter. Although all TCD methods, when applied correctly, yield similar results, mesh control is the faster method and is therefore more attractive from an industrial perspective. The results of this study provide valuable insight for engineers and researchers in the field of fatigue analysis of spur gears and similar mechanical components. KW - Spur gear KW - Theory of critical distances (TCD) KW - Multiaxial fatigue PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-624246 DO - https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2023.104086 SN - 0167-8442 VL - 128 SP - 1 EP - 10 PB - Elsevier CY - Amsterdam AN - OPUS4-62424 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duarte, Larissa T1 - Anwendung der zyklischen R-Kurven-Analyse zur Ermittlung 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 - AK-Bruch 2025 CY - Cologne, Germany DA - 18.02.2025 KW - Langzeitfestigkeit KW - KT-Diagramm KW - Zyklische R-Kurven-Analyse PY - 2025 AN - OPUS4-62598 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro 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 Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Cologne, Germany DA - 18.02.2025 KW - Strukturintegrität KW - Bruchmechanik KW - Turbinenscheibe KW - Repräsentative Proben PY - 2025 AN - OPUS4-62601 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Eissel, A. T1 - Modification of Co Cr alloys to optimize of additively welded microstructures and subsequent surface finishing N2 - Cobalt chromium alloys are often used in turbine and plant construction. This is based on their high thermal and mechanical stress resistance as well as their high wear resistance to corrosive and abrasive loads. However, cobalt is a cost-intensive material that is difficult to machine. Moreover, increasingly complex structures and the optimisation of resource efficiency also require additive manufacturing steps for the production or repair of components in many sectors. Concerning inhomogeneity and anisotropy of the microstructure and properties as well as manufacturing-related stresses, a lot of knowledge is still necessary for the economic use of additive welding processes in SMEs. As a result of the high stresses on the components and requirements for a high surface quality, a complementary use of additive and machining manufacturing processes is necessary. Thereby, Co–Cr alloys are extremely challenging for machining with geometrically defined cutting edges because of their low thermal conductivity combined with high strength and toughness. An approach to solve this problem is to refine and homogenise the microstructure. This is achieved by modifying the alloy with elements zirconium and hafnium, which are added up to a maximum of 1 wt.-%. A reduction of the process forces and stresses on the tool and work piece surface is also achievable via hybrid milling processes. There are already studies on the combined use of additive and machining manufacturing processes based on laser technology. However, knowledge based on powder and wire-based arc processes is important, as these processes are more widespread. Furthermore, the effects on the surface zone of additively manufactured components by hybrid finish milling have not yet been a subject of research. The results show that the structural morphology could be significantly influenced with the addition of zirconium and hafnium. T2 - 74th IIW Annual Assembly CY - Online meeting DA - 12.07.2021 KW - Modification of structural morphology KW - Co–Cr-alloy KW - Plasma-transferred arc welding KW - Ultrasonic-assisted milling PY - 2021 AN - OPUS4-56670 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Erxleben, Kjell A1 - Richter, Tim A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Mente, Tobias A1 - Michael, Thomas T1 - Local mechanical properties of dissimilar metal TIG welded joints of CoCrFeMnNi high entropy alloy and AISI 304 austenitic steel N2 - Multiple principal element alloys encompass the well-known high entropy alloys (HEA). The alloy system represents a new class of materials consisting of at least three alloying elements, each containing 5 to 35 at.%. Thus, this alloying concept differs fundamentally from conventional materials such as steel or nickel alloys. For this purpose, the alloying elements are specifically selected, the microstructures are adjusted in a single-phase and, in some cases, multi-phase manner. In particular, conflicting goals, such as the trade-off between strength and ductility in conventional steels, are overcome. However, in the last 20 years, the focus has been on material synthesis. With the increase in available material quantities, the focus is now on processing issues such as joining and welding processes. The weldability of HEAs has received very little attention so far. The experience with dissimilar metal welds is completely lacking but is essential for the application of these materials in combination with conventional materials. The present study presents comprehensive experimental results on the weldability of an equimolar CoCrFeMnNi-HEA in cold-rolled and heat-treated condition, which was joined by tungsten inert gas welding to an austenitic steel AISI 304. The mechanical properties of the dissimilar metal welds were characterized by cross-weld tensile samples, whereas the local deformation in the weld of the different welding zones was measured by digital image correlation. In accordance with the respective initial HEA condition (cold-rolled vs. heat-treated), the local strain behavior was divergent and influenced the global mechanical properties of both DMW types. Nonetheless, the experiments provided proof in principle of the weldability for dissimilar joints of the CoCrFeMnNi-HEA welded to conventional materials like austenitic stainless steels ensuring a corresponding capability for mechanical loading. This allows further considerations on the application of these innovative materials. KW - TIG welding KW - High-entropy alloys KW - Mechanical properties KW - Dissimilar metal weld PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-595775 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-024-01718-4 SN - 0043-2288 SP - 1 EP - 11 PB - Springer Science and Business Media LLC AN - OPUS4-59577 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Richter, Tim A1 - Giese, Marcel A1 - Rhode, Michael A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Michael, Thomas A1 - Fritsch, Tobias T1 - Influence of Surface Preparation on Cracking Phenomena in TIG-Welded High and Medium Entropy Alloys N2 - Multi-element systems with defined entropy (HEA—high entropy alloy or MEA—medium entropy alloy) are rather new material concepts that are becoming increasingly important in materials research and development. Some HEA systems show significantly improved properties or combinations of properties, e.g., the overcoming of the trade-off between high strength and ductility. Thus, the synthesis, the resulting microstructures, and properties of HEA have been primarily investigated so far. In addition, processing is crucial to achieve a transfer of potential HEA/MEA materials to real applications, e.g., highly stressed components. Since fusion welding is the most important joining process for metals, it is of vital importance to investigate the weldability of these materials. However, this has rarely been the subject of research to date. For that reason, in this work, the weldability depending on the surface preparation of a CoCrFeMnNi HEA and a CoCrNi MEA for TIG welding is investigated. The fusion welding of longer plates is described here for the first time for the CoCrNi alloy. The welds of both materials showed distinct formation of cracks in the heat affected Zone (HAZ). Optical and scanning electron microscopy analysis clearly confirmed an intergranular fracture topography. However, based on the results, the crack mechanism cannot be conclusively identified as either a liquid metal embrittlement (LME) or hot cracking-like liquid film separation. T2 - 2nd International Conference on Advanced Joining Processes CY - Sintra, Portugal DA - 21.10.2021 KW - TIG welding KW - Cracking KW - High entropy alloy KW - Medium entropy alloy KW - Surface preparation PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-541697 DO - https://doi.org/10.3390/jmmp6010005 SN - 2504-4494 VL - 6 IS - 5 SP - 1 EP - 13 PB - MDPI CY - Basel (CH) AN - OPUS4-54169 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas T1 - In situ Messung chemischer Konzentrationen im Schmelzbad von Duplexstählen während des WIG-Schweißens 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 - 08.11.2023 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - Duplex stainless steel KW - TIG welding KW - Calibration free PY - 2023 AN - OPUS4-58777 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Richter, Tim T1 - Residual stresses in near-component specimens of a high and a medium entropy alloy due to tig and friction stir welding N2 - The new alloying concept of multi-element systems with defined entropy (HEA - High Entropy Alloy or MEA - Medium Entropy Alloy) is gaining increasing importance in materials research. Significantly improved properties or combinations of properties are shown by some HEA/MEA-systems, which have the potential to substitute conventional alloys such steels and are therefore promising for a wide range of applications, e.g., overcome of the trade-off between high strength and ductility. Thus, primarily the production and resulting microstructures of HEA as well as properties have been investigated so far. Furthermore, processing is a main issue to transfer HEA systems from the laboratory to real components, e.g., for highly stressed components. Since welding is the most important joining process for metals, it is crucial to investigate the influence of welding processing on these material properties to guarantee component integrity. Welding leads to residual stresses, which significantly affect the component integrity. Only a very few studies on the effect of welding on residual stresses in HEA and MEA weld joints are available so far. Hence, the focus of this study is the residual stress formation and distribution in a CoCrFeMnNi HEA and ternary CoCrNi MEA using two different welding processes: Tungsten Inert Gas (TIG) welding and soldi-state Friction Stir Welding (FSW). As a pathway for application of HEA in this investigation for the first time residual stress analyses in realistic near-component specimens were performed. The residual stresses were determined by X-ray diffraction (XRD) on the surfaces of top and root weld side. The results were correlated with the local welding microstructures. The results show that both FSW and TIG generate significant tensile residual stresses on the weld surfaces in and transverse to the welding direction. In the case of FSW of the CoCrFeMnNi HEA, the longitudinal residual stresses are in the range of the yield strength of approx. 300 MPa in the weld zone. T2 - OVGU-Kolloquium (BMDK des IWF) CY - Online meeting DA - 19.05.2022 KW - High Entropy Alloy KW - Welding KW - Residual stresses KW - Microstructure PY - 2022 AN - OPUS4-56671 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Richter, Tim A1 - Diese, Marcel A1 - Rhode, Michael A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Characterization of cracking phenomena in TIG welds of high and medium entropy alloy N2 - Multi-element systems with defined entropy (HEA - High Entropy Alloy or MEA - Medium Entropy Alloy) are rather new material concepts that are becoming increasingly important in materials research and development. Some HEA systems show significantly improved properties or combinations of properties, e.g., the overcome of the trade-off between high strength and ductility. Thus, the synthesis, the resulting microstructures, and properties of HEA have been primarily investigated so far. In addition, processing is crucial to achieve a transfer of potential HEA/MEA materials to real applications, e.g. highly stressed components. Since fusion welding is the most important joining process for metals, it is of vital importance to investigate the weldability of these materials. However, this has rarely been the subject of research up to date. For that reason, in this work the weldability depending on the surface preparation of a CoCrFeMnNi-HEA and a CoCrNi-MEA for TIG welding is investigated. The fusion welding of longer plates is described here for the first time for the CoCrNi alloy. The welds of both materials showed distinct formation of cracks in the heat affected zone (HAZ). Optical and scanning electron microscopy analysis clearly confirmed an intergranular fracture topography. But based on the results, the crack mechanism cannot be conclusively clarified as either a liquid metal embrittlement (LME) or hot cracking like liquid film separation occurred. T2 - 2nd International Conference on Advanced Joining Processes CY - Online meeting DA - 21.10.2021 KW - High Entropy Alloy KW - TIG welding KW - Cracking PY - 2021 AN - OPUS4-53607 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Blasón Gonzalez, Sergio A1 - Fernández-Canteli, A. A1 - Poveda, E. A1 - Ruiz, G. A1 - Yu, R. C. A1 - Castillo, E. T1 - Damage evolution and probabilistic strain-lifetime assessment of plain and fiber-reinforced concrete under compressive fatigue loading: Dual and integral phenomenological model N2 - A phenomenological approach is proposed to describe and predict the random behaviour of the total strain in plain and fiber concrete under compressive fatigue loading. Twofold viewpoints are considered in the assessment of the fatigue damage process. The first one, acknowledged as the stochastic cumulative damage evolution in terms of the number of applied cycles is represented by a sample function, physically identified with the total specimen strain caused by matrix microcracking. The second one is ascribed to the intrinsic scatter of the total lifetime referred to as the prefixed ultimate fatigue strain limit state (not necessarily failure). The sample function, once normalized to the total fatigue lifetime, is identified as a cumulative distribution function (cdf) of the generalized extreme value (GEV) family, particularly as Weibull distribution. Besides the reliable probabilistic lifetime prediction for the material under compressive fatigue, the approach allows fatigue tests to be prematurely interrupted while the remaining evolution of the ε-N curve up to failure is fully restored from the fragment recorded. In this way, a remarkable time and cost reduction of the experimental program is achieved without detriment of data reliability. KW - Prematurely interrupted tests KW - Fatigue damage KW - Cyclic creep curve KW - Lifetime normalization KW - Probabilistic lifetime prediction PY - 2022 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2022.106739 SN - 0142-1123 VL - 158 SP - 1 EP - 20 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-55239 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Design of representative specimens for the characterization of the fatigue properties of metallic components fabricated by PBF-LB/M N2 - The process-structure-property-performance relationship is a fundamental paradigm in metal additive manufacturing (AM). The knowledge of how process parameters and post-process treatments influence the material properties and therefore the structural integrity of additively manufactured metallic components is of paramount importance. With respect to this, one of the unsolved problems related to the unique AM process is the reliability of witness samples for part qualification. Focusing on the Laser Powder Bed Fusion (PBF-LB/M) process, the microstructure and therefore the mechanical performance of test coupons are not representative of parts of the same material in every case. This work summarizes part of the results of an ongoing cooperation between BAM and BASF, which aims at addressing this issue by designing dedicated specimens, representative of the fatigue properties of the real component. The considered case study consisted in the fabrication and characterization of the fatigue properties of a pressure vessel made of AISI 316L. The first phase of the project was devoted to the process monitoring to understand the relationship between process parameters and temperature distribution during the fabrication of the component. Finite element models were tuned on the experimental data from the process monitoring and simulations of the temperature field in the component were conducted. The numerical results were in good agreement with the temperature profiles measured during the fabrication of the component. The second phase dealt with the evaluation of the fatigue and fatigue crack propagation properties on specimens extracted from different regions of the pressure vessel. The experimental investigations showed significant differences in hoop and longitudinal direction. A clear dependence of the fatigue properties on heat accumulation (temperature distribution) and defect size was pointed out. The third phase encompassed the fabrication and testing of the representative specimens. Numerical simulations were used to design specimens displaying the same temperature profile as in the most critical region of the component. The fatigue testing of the representative specimens is subject of ongoing work. T2 - 8. DVM-Tagung Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen CY - Berlin, Germany DA - 28.11.2023 KW - PBF-LB/M KW - Process Monitoring KW - Process Simulation KW - Fatigue KW - Representative Specimens PY - 2023 AN - OPUS4-58973 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Werner, Tiago T1 - Experimentelle und numerische Untersuchung des Druckanschwingens von bruchmechanischen Proben aus konventionell und additiv gefertigtem 316L Stahl N2 - Die Erzeugung rissschließfreier Anrisse in gekerbten bruchmechanischen Proben für anschließende Ermüdungsversuche kann durch eine zyklische Druckbelastung an der Kerbe erfolgen: Bei der Erstbelastung wird eine plastische Verformung an der Kerbspitze erzeugt, welche Zugeigenspannungen und damit eine risstreibende Kraft bei der folgenden zyklischen Druckbelastung hervorruft. Durch das Risswachstum kommt es zu einer Entspannung, bis der Riss schließlich arretiert, weil die effektive risstreibende Kraft auf den Schwellenwert abgesunken ist. Um Kurzrisswachstum in additiv, mittels pulverbettbasiertem Laserstrahlschmelzen (Laser Powder Bed Fusion - LPBF) gefertigtem AISI 316L Stahl und seinem konventionell erzeugten, warmgewalzten Pendant zu untersuchen, wurde dieses Verfahren im Rahmen der vorliegenden Arbeit genutzt. Im Falle des additiv gefertigten Materials kam es zu unerwartet langem Ermüdungsrisswachstum, bevor der Riss arretierte. Zur Ermittlung der Ursache erfolgte eine Messung der Eigenspannungsverteilungen mittels Neutronendiffraktion in der Kerbebene der additiv gefertigten Proben. Anschließend wurde ein Finite-Elemente-Modell zur Simulation des Ermüdungsrisswachstums in konventionellem und additiv gefertigtem Material implementiert. Im Rahmen dieses Vortrages wird insbesondere auf das Vorgehen bei der Simulation und auf die getroffenen Annahmen und Vereinfachungen eingegangen. Die Resultate werden mit den experimentellen Ergebnissen verglichen und das für die Simulation von Risswachstum genutzte Knoten-Freigabe-Verfahren (Node-Release), das Einbringen von Eigenspannungen als initiale Spannungen in der Simulation, und die Rechengrößen zur Quantifizierung der risstreibenden Kraft kritisch diskutiert. T2 - 56. DVM Tagung "Bruchmechanik und Bauteilsicherheit" CY - Kassel, Germany DA - 20.02.2024 KW - PBF/LB KW - Additive Fertigung KW - Ermüdungsrisswachstum KW - Druckanschwingen KW - FEM KW - Node-release KW - Eigenspannungsmessung KW - Neutronendiffraktion PY - 2024 AN - OPUS4-59559 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - García-González, M. A1 - Blasón Gonzalez, Sergio A1 - García-García, I. A1 - Lamela-Rey, M. J. A1 - Fernández-Canteli, A. A1 - Álvarez-Arenal, Á. T1 - Optimized planning and evaluation of dental implant fatigue testing: A specific software application N2 - Mechanical complications in implant-supported fixed dental prostheses are often related to implant and prosthetic design. Although the current ISO 14801 provides a framework for the evaluation of dental implant mechanical reliability, strict adherence to it may be difficult to achieve due to the large number of test specimens which it requires as well as the fact that it does not offer any probabilistic reference for determining the endurance limit. In order to address these issues, a new software program called ProFatigue is presented as a potentially powerful tool to optimize fatigue testing of implant-supported prostheses. The present work provides a brief description of some concepts such as load, fatigue and stress-number of cycles to failure curves (S-N curves), before subsequently describing the current regulatory situation. After analyzing the two most recent versions of the ISO recommendation (from 2008 and 2016), some limitations inherent to the experimental methods which they propose are highlighted. Finally, the main advantages and instructions for the correct implementation of the ProFatigue free software are given. This software will contribute to improving the performance of fatigue testing in a more accurate and optimized way, helping researchers to gain a better understanding of the behavior of dental implants in this type of mechanical test. KW - Dental materials KW - Prostheses KW - Implants KW - Reference standards KW - Software KW - Cyclic loading KW - Fatigue KW - Lifetime KW - S-N curve KW - Staircase method PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-516268 DO - https://doi.org/10.3390/biology9110372 SN - 2079-7737 VL - 9 IS - 11 SP - 372-1 EP - 372-12 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-51626 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Fernádez-Canteli, A. A1 - Castillo, E. A1 - Blasón Gonzalez, Sergio T1 - A methodology for phenomenological analysis of cumulative damage processes. Application to fatigue and fracture phenomena N2 - Sample functions, i.e., stochastic process realizations, are used to define cumulative damage phenomena which end into an observable terminal state or failure. The complexity inherent to such phenomena justifies the use of phenomenological models associated with the evolution of a physical magnitude feasible to be monitored during the test. Sample functions representing the damage evolution may be identified, once normalized to the interval [0,1], with cumulative distribution functions (cdfs), generally, of the generalized extreme value (GEV) family. Though usually only a fraction of the whole damage evolution, according to the specific problem handled, is available from the test record, the phenomenological models proposed allow the whole damage process to be recovered. In this way, down- and upwards extrapolations of the whole damage process beyond the scope of the experimental program are provided as a fundamental tool for failure prediction in the practical design. The proposed methodology is detailed and its utility and generality confirmed by its successive application to representative well-known problems in fatigue and fracture characterization. The excellent fittings, the physical interpretation of the model parameters and the good expectations to achieve a complete probabilistic analysis of these phenomena justify the interest of the proposed phenomenological approach with possible applications to other cumulative damage processes. KW - Bayesian technique KW - Sample random results KW - Stochastic sample functions KW - Probabilistic assessment PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-552371 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2021.106311 SN - 0142-1123 VL - 150 SP - 106311 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-55237 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Werner, Tiago A1 - Blasón Gonzalez, Sergio A1 - Madia, Mauro A1 - Kruse, Julius A1 - Benedetti, Matteo T1 - Determination of fatigue crack propagation thresholds using small-scale specimens N2 - The damage tolerance approach is widely used in the design and estimation of inspection intervals of safety-relevant metallic components subject to fatigue loading. The approach relies on the knowledge of the fatigue crack propagation characteristics, wherein a relevant role is played by the fatigue crack propagation threshold. Nevertheless, the use of material data determined by testing on conventional specimens is not straightforward in the case of thin-walled components such as turbine blades or additively manufactured parts, in which the local variation of material properties in highly stressed regions must be considered. In these cases, the possibility of investigating the fatigue crack propagation properties on a limited portion of material is crucial. For this purpose, a new test procedure has been developed for small-scale specimens which allows the determination of the intrinsic fatigue crack propagation threshold and the near-threshold regime. The validity and limitations of the method are demonstrated on the high strength steel S960QL, along with a comparison with data determined by testing on conventional geometries. T2 - FATIGUE DESIGN 2021 CY - Online meeting DA - 17.11.2021 KW - Fatigue crack propagation threshold KW - Small-scale specimens KW - High strength steel KW - Crack-tip constraint KW - Damage tolerance PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-544967 DO - https://doi.org/10.1016/j.prostr.2022.03.031 SN - 2452-3216 VL - 38 SP - 300 EP - 308 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-54496 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Mohr, Gunther A1 - Chaudry, Mohsin Ali A1 - Scheuschner, Nils A1 - Blasón Gonzalez, Sergio A1 - Madia, Mauro A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Thermal history transfer from complex components to representative test specimens in laser powder bed fusion N2 - Additively manufactured components are characterized by heterogeneous mechanical properties due to variations of the microstructure, flaws and residual stresses resulting from the inhomogeneous fabrication process. The large number of influencing factors poses a further challenge in understanding the correlation between material properties, process parameters and component geometry. Therefore, the qualification of components based on witness specimens produced within the same job is questionable. This work aims to present a new strategy for the characterization of PBF-LB/M components based on representative specimens. The key assumption is the feasibility of a transfer of the thermal history from a component to a specimen. It is assumed that similar material properties are determined for components and specimens produced adopting a similar thermal history. After the definition of a region of interest in the component, a combination of thermal analyses by means of finite elements and in-situ experimental determination of the thermal history through infrared thermography is used to produce test coupons with a similar thermal history. The effectiveness of the procedure is demonstrated on a pressure vessel for applications in the chemical industry. KW - Additive manufacturing KW - Heat accumulation KW - Thermal history KW - In situ monitoring KW - Process simulation KW - Representative specimens PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-602651 DO - https://doi.org/10.1007/s40964-024-00689-8 SN - 2363-9512 SN - 2363-9520 SP - 1 EP - 16 PB - Springer CY - Cham, Switzerland AN - OPUS4-60265 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mohr, Gunther T1 - Development of representative test specimens by thermal history transfer in laser powder bed fusion N2 - The use of components manufactured by laser powder bed fusion (PBF LB/M) and subjected to fatigue loading is still hampered by the uncertainty about the homogeneity of the process results. Numerous influencing factors including the component’s geometry contribute to the risk of process instability and resulting inhomogeneity of properties. This drastically limits the comparability of different built parts and requires expensive full component testing. The thermal history as the spatiotemporal temperature distribution has been identified as a major cause for flaw formation. Therefore, it can be hypothesized that a similar thermal history between components and test specimens enhances their comparability. Following this assumption, a strategy is developed to transfer the intrinsic preheating temperature as a measure of comparability of thermal histories from a region of interest of a complex component to a simple test specimen. This transfer concept has been successfully proved by the use of FEM-based macroscale thermal simulations, validated by calibrated infrared thermography. An adoption of the specimen manufacturing process by the adjustment of the inter layer times was established to manufacture specimens which are representatives of a specific region of a large-scale component in terms of the thermal history similarity criterion. The concept is schematically illustrated in Figure 1 and was demonstrated using a pressure vessel geometry from the chemical industry. T2 - 4th Symposium on Materials and Additive Manufacturing CY - Berlin, Germany DA - 12.06.2024 KW - Additive manufacturing KW - Thermal history KW - Laboratory specimens KW - In situ monitoring KW - Representative specimens PY - 2024 AN - OPUS4-60260 LA - eng 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 - Kurzvorstellung der laufenden Projekte "Wasserstoffabhängige mechanische Eigenschaften der Schweißnahtgefüge niedriglegierter Stähle für Ferngasleitungen" und "Praktikable Prüfung geschweißter Ferngasleitungen aus niedrig-legierten Stählen für den sicheren Transport von Wasserstoff" mit kurzem Ergebnisstand und zukünftiger Versuchsplanung/Outlook T2 - Sitzung des NA 092-00-05 GA "Gemeinschaftsarbeitsausschuss NAS/NMP: Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen (DVS AG Q 4/Q 4.1)" CY - Online meeting DA - 20.03.2025 KW - ZTU-Diagramm KW - CCT KW - WEZ KW - Dilatometry KW - Pipeline Steel PY - 2025 AN - OPUS4-63107 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin T1 - Einfluss der Nahtgeometrie auf den Eigenspannungsabbau unter Verwendung von Low Transformation Temperature (LTT) – Schweißzusätzen N2 - Low Transformation Temperature (LTT)-Schweißzusätze stellen einen innovativen Ansatz zur Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit geschweißter Konstruktionen dar. LTT-Schweißzusätze zeichnen sich durch eine martensitische Phasenumwandlung nahe der Raumtemperatur aus, welche Druckeigenspannungen in der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone (WEZ) generieren. Dieser Vortrag fokussiert sich auf die gezielte Einbringung zusätzlicher LTT-Lagen an ermüdungskritischen Stellen von konventionell geschweißten Verbindungen. Dies ermöglicht eine ökonomische Anwendung, ohne dass die Schweißnahtintegrität zu stark beeinflusst wird. Die Auswirkungen zusätzlicher LTT-Lagen wurden anhand geschweißter Längssteifen aus hochfestem Stahl hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung und der Eigenspannungen untersucht. Unter Variation der Schweißgeschwindigkeit und Abstand zur konventionellen Naht konnten 3 unterschiedliche Nahtausführungen des Chrom-Nickellegierten LTT-Zusatzes bewertet werden. Die chemische Zusammensetzung wurde mittels OES-Analysen untersucht. Dabei stellte heraus, dass die Aufmischung in allen Varianten sehr ähnlich war trotz teils unterschiedlicher LTT-Volumina. Härtebestimmungen ergaben in allen 3 Varianten eine ähnliche Härte. Daraus lässt sich annehmen, dass die Martensitstarttemperatur bei allen Nahtvarianten ähnlich ist. Röntgenografische Eigenspannungsmessungen belegen, dass die Eigenspannungen am versa-genskritischen Nahtübergang bei Einsatz von LTT-Schweißzusätzen deutlich abgesenkt werden. Während die konventionelle Schweißnaht Zugeigenspannungen von ca. 350 MPa aufweist, können an den LTT-Nähten teilweise Druckeigenspannungen von bis zu -150 MPa nachgewiesen werden. Je höher der Abstand zur konventionellen Naht und je größer das eingebrachte LTT-Volumen ist, umso stärker sind die Eigenspannungsreduzierungen am Nahtübergang. Da in allen 3 Varianten eine ähnliche Martensitstarttemperatur angenommen werden kann, ist somit die Geometrische Komponente der LTT-Zusatzlage ein entscheidender Faktor für die Eigenspannungsreduzierung. T2 - AWT FA 13 CY - Wolfsburg, Germany DA - 19.03.2024 KW - Chemische Zusammensetzung, KW - LTT KW - Nahtgeometrie KW - Eigenspannungen PY - 2024 AN - OPUS4-60135 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne T1 - Residual stress reduction using LTT welding consumables with focus on the weld geometry N2 - This article focuses on the selective placement of additional LTT layers to generate compressive residual stresses in fatigue-critical areas of conventional weld joints. This enables an economical solution without effecting the integrity of welded joints. For this, longitudinal stiffeners made of high-strength steel were gas metal arc welded using conventional welding consumable in the first layer. Afterwards, a chromium-nickel alloyed LTT welding consumable was deposit on front sides of the stiffeners. By varying the welding parameters, different weld geometries of the LTT filler metal could be analyzed. The effects of additional LTT layers were investigated with regards to residual stresses, microstructure and strength. X-ray residual stresses measurements show that the residual stresses at the failure critical weld toe are significantly reduced by using additional LTT layers. While the conventional weld is characterized by tensile residual stresses, compressive residual stresses can be detected at the LTT weld. The level of residual stresses is influenced by the geometry of the LTT layer. Additional LTT layers with a high offset to the conventional weld generate more compressive residual stress in the HAZ than with a low offset. Therefore, the weld geometry has a considerable impact on the residual stress profile. T2 - IIW Intermediate Meeting Comission II-A CY - Incheon, Republic of Korea DA - 12.03.2024 KW - LTT KW - Residual stress KW - High strength steel PY - 2024 AN - OPUS4-59747 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Hensel, J. A1 - Wandtke, Karsten A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Einfluss von Wärmeführung und Bauteildesign auf die Eigenschaften und fertigungsbedingten Beanspruchungen additiv geschweißter hochfester Feinkornbaustähle N2 - Hochfeste Feinkornbaustähle verfügen über großes Potenzial für gewichtsoptimierte, effiziente Strukturen in vielen modernen Stahlkonstruktion. Weitere Effizienzsteigerungen können durch additives Fertigen sowie bionische Bauweisen erreicht werden. Hochfeste Zusatzwerkstoffe für additives MSG-Schweißen (engl.: Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM) sind bereits von den Schweißzusatzherstellern lieferbar. Eine breite industrielle Anwendung insbesondere für KMU ist aufgrund fehlender quantitativer Erkenntnisse und Richtlinien bezüglich schweißbedingter Beanspruchungen und Bauteilsicherheit während der Herstellung und des Betriebs derzeit stark limitiert. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt (FOSTA-P1380/IGF21162BG) der BAM und der TU Chemnitz werden daher die mit Eigenspannungsausbildung und der Gefahr einer Kaltrissbildung verbundenen prozess- und werkstoffbedingten sowie konstruktiven Einflüsse beim WAAM hochfester Stähle untersucht. Der vorliegende Beitrag fokussiert die Analyse der Auswirkungen von Schweißwärmeführung und Design der WAAM-Bauteile auf die Abkühlbedingungen, Gefüge, mechanisch-technologischen Eigenschaften und Eigenspannungen. Hierfür werden geometrisch definierte Probenkörper (Hohlquader) vollautomatisiert mit einem speziellen, hochfesten WAAM-Massivdraht (Streckgrenze >790 MPa) geschweißt. Die Wärmeführung und Probenabmessungen werden innerhalb eines statistischen Versuchsplans variiert. Die Schweißwärmeführung wird dabei so eingestellt, dass die t8/5-Abkühlzeiten im empfohlenen Verarbeitungsbereich (ca. 5 s bis 20 s) sichergestellt sind. Hierzu ließen sich über zusätzliche thermo-physikalische Umformsimulationen mittels Dilatometer die komplexen Wärmezyklen abbilden und die resultierende Zugfestigkeit des Schweißgutes bestimmen. Das WAAM-Schweißen komplexer Geometrien mit variierenden Schweißwärmeführungen und geometrischen Verhältnissen bzw. Wanddicken bedingt neben den Auswirkungen auf die Abkühlbedingungen, Abkühlzeiten und Gefüge deutliche Einflüsse auf die konstruktiven Steifigkeitsverhältnisse beim Schweißen. Es zeigen sich anhand der Schweißexperimente signifikante Auswirkungen durch Probenskalierung und Wärmeeinbringung auf die resultierenden lokalen Eigenspannungen. Die Folge können ungünstige Bauteileigenschaften und risskritische Zugeigenspannungen sein. T2 - DVS Congress 2022 CY - Koblenz, Germany DA - 19.09.2022 KW - MAG-Schweißen KW - Additive Fertigung KW - Eigenspannungen KW - Hochfester Stahl KW - Kaltrisssicherheit KW - Wärmeführung KW - Windenergie PY - 2022 SN - 978-3-96144-189-1 VL - 382 SP - 737 EP - 745 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-56719 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Mikrolegierungseinfluss auf das Ausscheidungsverhalten und die mechanischen Eigenschaften geschweißter hochfester Baustähle N2 - Mikrolegierungselemente, wie Nb und Ti, sind für die signifikante Festigkeitssteigerung von vergüteten, hochfesten Feinkornbaustählen mit einer Nominalstreckgrenze ≥ 690 MPa unerlässlich. Normvorgaben zur chemischen Zusammensetzung geben dabei nur obere Grenzwerte für die Hersteller vor. Weiterhin wirken sich bereits kleine Abweichungen in der Legierungsroute teilweise drastisch auf die mechanischen Eigenschaften aus. Somit wird eine adäquate Vorhersage der Schweißeignung und der Integrität der Schweißverbindung aufgrund der variierenden Mikrogefüge erschwert bis unmöglich. Unerwünschte Nebeneffekte sind die mögliche Erweichung der Wärmeeinflusszone (WEZ) als auch der gegenteilige Effekt der Aufhärtung. Vor diesem Hintergrund werden erstmals systematisch die unterschiedlichen Mikrolegierungsrouten mit variierenden Ti und Nb-Gehalten an Versuchsschmelzen untersucht. Die Stahlgüte S690QL bildet dabei die Grundlage der chemischen Zusammensetzung sowie der entsprechenden Wärmebehandlung. Zur Untersuchung der jeweiligen Schweißeignung wurden Dreilagen-Schweißungen mittels moderner MAG-Hochleistungsschweißprozesse durchgeführt und kritische Gefügebereiche mit hoher Erweichung/Aufhärtung identifiziert. Der Fokus der analytischen Betrachtungen lag hier auf der Identifikation der Phasenumwandlungen beim Abkühlen und auf dem metallurgischen Ausscheidungsverhalten. Zusätzlich wurden isotherme und nicht-isotherme Phasenberechnungen mit der Software Thermo-Calc durchgeführt. Mechanisch-technologische Untersuchungen zur Kerbschlagzähigkeit mittels Kerbschlagbiegeversuchen durchgeführt wurden, bestätigen dabei die Ergebnisse der thermodynamischen Simulation bezüglich des Ausscheidungsverhaltens während der Temperatur-Zeit Schweißzyklen. Daraus lässt sich der Einfluss der Wärmeeinwirkung beim Schweißen auf die Gefügeausbildung in der WEZ und der korrespondierenden mechanischen Eigenschaften qualitativ beschreiben. T2 - DVS Congress 2023 Große Schweißtechnische Tagung CY - Essen, Germany DA - 11.09.2023 KW - WEZ-Erweichung KW - Mikrolegierungseinflüsse KW - Hochfester Feinkornbaustahl KW - Kerbschlagzähigkeit PY - 2023 SN - 978-3-96144-230-0 VL - 389 SP - 218 EP - 225 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-59419 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina T1 - Einfluss unterschiedlicher Mikrolegierungsrouten eines S690QL auf das Ausscheidungsverhalten in der WEZ N2 - Mikrolegierungselementen, wie Nb und Ti sind für eine signifikante Festigkeitssteigerung von vergüteten, hochfesten Feinkornbaustählen mit einer Nominalstreckgren-ze ≥ 690 MPa unerlässlich. Normvorgaben zur chemischen Zusammensetzung dieser Stähle geben zur Erzielung der vorgeschriebenen Eigenschaften dabei oft nur Grenzgehalte für die Hersteller vor. Die Wirkung der Mikrolegierungselemente 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. Eine unerwünschte Eigenschaft ist dabei die Erweichung der WEZ, wie auch u.U. der gegenteilige Effekt der Aufhärtung. T2 - 5. Symposium Materialtechnik CY - Clausthal-Zellerfeld, Germany DA - 23.02.2023 KW - Divergente Ausbildung der Wärmeeinflusszone KW - Hochfester vergüteter Feinkornbaustahl KW - Thermodynamische Simulation KW - Mikrolegierungseinfluss PY - 2023 AN - OPUS4-58004 LA - deu 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 - 77th IIW Annual Assembly and International Conference, Meeting of Commission II-A CY - Ixia, Rhodes, Greece DA - 07.07.2024 KW - Stress relief cracking KW - Submerged arc welding KW - Post weld heat treatment KW - Cr-Mo-V steel PY - 2024 AN - OPUS4-60675 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne T1 - Projektkurzvorstellung: Bewertung konstruktiv bedingter Erstarrungsrisse beim Schweißen hochfester Feinkornbaustähle N2 - Die Integrität von Leichtbaustrukturen aus hochfesten Stählen ist zunehmend durch die Bildung von Heißrissen gefährdet. Aktuell treten Erstarrungsrisse an Konstruktionsmerkmalen auf, obwohl heißrisssichere niedriglegierte Grund- und Zusatzwerkstoffe als auch Schweißprozessbedingungen eingesetzt wurden. Werkstoff- und prozessseitig wurden diese Rissursachen bereits eingehend erforscht. Untersuchungen zum Aspekt der konstruktiv bedingten Heißrissvermeidung, aus denen sich Empfehlungen für ein beanspruchungsgerechtes Gestalten für KMU ableiten lassen, liegen bislang lückenhaft vor bzw. sind veraltet und für hochfeste Leichtbauten kaum zielführend. Konstruktive Gegenmaßnahmen zur Vermeidung von Erstarrungsrissen liegen oft nicht vor. Das Design und die konstruktiven Randbedingungen beeinflussen die Erstarrungsrisse entscheidend. Um eine schnelle Umsetzbarkeit der Resultate für KMU zu ermöglichen, soll eine einfache und kostengünstige Methodik zur Heißrissbewertung entwickelt werden. Gerade KMU haben einen hohen Nachholbedarf an heißrisssicheren und wirtschaftlichen Leichtbaulösungen. Konstrukteure und Anwender aus KMU würden durch fundierte Kenntnisse über mögliche erstarrungsrisskritische Beanspruchungszustände kostenintensive Qualitätsmängel vermeiden. Das Ziel ist es, Kenngrößen zu identifizieren, die während des Schweißens unter realitätsnahen Bedingungen erfasst werden können. Diese Parameter werden als Transfergrößen genutzt, um eine Heißrissbewertung eines geschweißten Bauteils zu ermöglichen. Anliegen des Vorhabens wird die Prüfung und Bewertung von typischen Beanspruchungszuständen beim Schweißen von Leichtbaustrukturen hinsichtlich ihrer Erstarrungsrissneigung sein. Durch Ableitung klassifizierter Gestaltungshinweise wird ein signifikanter Beitrag zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit insbesondere für KMU geliefert. Die Ergebnisse werden in Normen zur sicheren schweißtechnischen Fertigung von Leichtbaustrukturen aus hochfesten Stählen direkt einfließen. T2 - Sitzung des NA 092-00-05 GA "Gemeinschaftsarbeitsausschuss NAS/NMP: Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen (DVS AG Q 4/Q 4.1)" CY - Online meeting DA - 10.03.2022 KW - Schweißen KW - Erstarrungsrisse KW - hochfester Stahl PY - 2022 AN - OPUS4-54579 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Einfluss der Prozessführung auf den Eigenspannungszustand beim WAAM-Schweißen hochfester Stahlbauteile N2 - Hochfeste Feinkornbaustähle verfügen über großes Potenzial für gewichtsoptimierte, effiziente Strukturen in vielen modernen Stahlkonstruktion. Weitere Effizienzsteigerungen können durch additives Fertigen sowie bionische Bauweisen erreicht werden. Hochfeste Zusatzwerkstoffe für additives MSG-Schweißen (engl.: Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM) sind bereits von den Schweißzusatzherstellern lieferbar. Eine breite industrielle Anwendung insbesondere für KMU ist aufgrund fehlender quantitativer Erkenntnisse und Richtlinien bezüglich schweißbedingter Beanspruchungen und Bauteilsicherheit während der Herstellung und des Betriebs derzeit stark limitiert. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt (FOSTA-P1380/IGF21162BG) der BAM und der TU Chemnitz werden daher die mit Eigenspannungsausbildung und der Gefahr einer Kaltrissbildung verbundenen prozess- und werkstoffbedingten sowie konstruktiven Einflüsse beim WAAM hochfester Stähle untersucht. Der vorliegende Beitrag fokussiert die Analyse der Auswirkungen von Schweißwärmeführung und Design der WAAM-Bauteile auf die Abkühlbedingungen, Gefüge, mechanisch-technologischen Eigenschaften und Eigenspannungen. Hierfür werden geometrisch definierte Probenkörper (Hohlquader) vollautomatisiert mit einem speziellen, hochfesten WAAM-Massivdraht (Streckgrenze >790 MPa) geschweißt. Die Wärmeführung und Probenabmessungen werden innerhalb eines statistischen Versuchsplans variiert. Die Schweißwärmeführung wird dabei so eingestellt, dass die t8/5-Abkühlzeiten im empfohlenen Verarbeitungsbereich (ca. 5 s bis 20 s) sichergestellt sind. Hierzu ließen sich über zusätzliche thermo-physikalische Umformsimulationen mittels Dilatometer die komplexen Wärmezyklen abbilden und die resultierende Zugfestigkeit des Schweißgutes bestimmen. Das WAAM-Schweißen komplexer Geometrien mit variierenden Schweißwärmeführungen und geometrischen Verhältnissen bzw. Wanddicken bedingt neben den Auswirkungen auf die Abkühlbedingungen, Abkühlzeiten und Gefüge deutliche Einflüsse auf die konstruktiven Steifigkeitsverhältnisse beim Schweißen. Es zeigen sich anhand der Schweißexperimente signifikante Auswirkungen durch Probenskalierung und Wärmeeinbringung auf die resultierenden lokalen Eigenspannungen. Die Folge können ungünstige Bauteileigenschaften und risskritische Zugeigenspannungen sein. Im Rahmen der Normungssitzung werden praktikable Verarbeitungsempfehlungen basierend auf den Erkenntnissen des Vh. mit Vertretern aus Industrie und Forschung diskutiert. T2 - NA 092-00-05 GA: Gemeinschaftsarbeitsausschuss NAS/NMP: Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen (DVS AG Q 4/Q 4.1) CY - Online meeting DA - 10.03.2022 KW - MAG-Schweißen KW - Additive Fertigung KW - Eigenspannungen KW - Hochfester Stahl KW - Kaltrisssicherheit KW - Wärmeführung KW - Windenergie PY - 2022 AN - OPUS4-56722 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina T1 - Auswirkungen von Titan und Niob auf das metallurgische Schweißverhalten von hochfesten Feinkornbaustählen und deren mechanischen Eigenschaften N2 - Mikrolegierungselemente wie Nb und Ti sind entscheidend für die erwünschte mechanische Festigkeit von vergüteten Feinkornbaustählen mit einer Nennstreckgrenze von ≥ 690 MPa. Aktuelle Spezifikationen geben lediglich Obergrenzen für die chemische Zusammensetzung vor, allerdings können geringfügige Abweichungen erhebliche Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften haben. Die Vorhersage der Schweißbarkeit und Integrität von Schweißverbindungen stellt aufgrund der variierenden Zusammensetzung und Mikrostrukturen Herausforderungen dar. Unerwünschte Effekte wie Erweichung der Wärmeeinflusszone (WEZ) oder Verfestigung können auftreten. Um dies zu untersuchen, wurden verschiedene Mikrolegierungsrouten mit variierenden Ti- und Nb-Gehalten an Laborschmelzen erforscht. Die Basis jeder Route entsprach der üblichen S690QL in Zusammensetzung und Wärmebehandlung. Dreilagenschweißungen wurden mittels Metallaktivgasschweißens (MAG) durchgeführt, um kritische Gefügebereiche zu identifizieren. Die Analyse konzentrierte sich auf Phasenumwandlungen während der Abkühlung und metallurgisches Ausscheidungsverhalten. Die mechanischen Eigenschaften der Schweißnähte wurden durch Zugversuche ermittelt. Die Ergebnisse zeigen einen bedeutenden Einfluss der Mikrolegierungsroute und Schweißwärmezufuhr auf die Ausscheidungskinetik, trotz insgesamt guter Schweißbarkeit der Werkstoffe. T2 - Bacheloranden-, Masteranden-, Doktoranden Kolloquium CY - Magdeburg, Germany DA - 17.01.2024 KW - WEZ-Erweichung KW - Hochfester Feinkornbaustahl KW - Digital Image Correlation KW - Querzugversuch KW - Mikrolegierungseinfluss PY - 2024 AN - OPUS4-59420 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne T1 - Einfluss spanender Bearbeitungsschritte auf die Eigenspannungen additiv gefertigter Komponenten aus hochfestem Stahl N2 - Diese Studie konzentriert sich auf den Einfluss der Bearbeitung auf die Eigenspannungen und den Verzug von WAAM-Proben. Definierte Proben wurden vollautomatisch mit einem speziellen WAAM-Massivdraht (Streckgrenze >820 MPa) mit unterschiedlichen geometrischen Designs geschweißt. Der Eigenspannungszustand vor und nach dem Abtrennen der AM-Struktur von der Substratplatte wurde mittels Röntgenbeugung an der Probenoberfläche analysiert und durch 3D-Verformungsanalysen mittels Photogrammetrie ergänzt. Die Ergebnisse zeigen einen signifikanten Einfluss der Geometrie auf die Relaxation und Umverteilung der Eigenspannungen. 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 - DED-arc KW - Eigenspannungen KW - Hochfester Stahl PY - 2024 AN - OPUS4-59753 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Joining technologies for hydrogen components: current need and future perspectives N2 - The study provides an overview of the aspects of joining and its importance in manufacturing of components for the more and more important field of hydrogen as key factor for the energy transition to a decarburized future. To this end, the fundamentals of the technology fields of hydrogen production, storage, transport, and application are presented and the state of the art of manufacturing of components for hydrogen technologies by joining is summarized. Based on representative examples from practice, research and development, the importance of joining technology in hydrogen technologies is clearly highlighted and perspectives for the future are derived. From a macroeconomic perspective, the focal points, or trends of joining technologies here include: the erection of new infrastructure for hydrogen storage and transport, and the safe conversion of existing natural gas infrastructure and its challenges for welded materials. In addition, we show the problems that are anticipated with in-service repair welding of hydrogen pipelines. In hydrogen applications, the efficient mass production of fuel cells and electrolysers is becoming increasingly important. For that reason, the importance of additive manufacturing is highlighted. Finally, the challenges for technical regulations and standardization by using hydrogen are shown. T2 - AJP 2023: 3rd International Conference on Advanced Joining Processes 2023 CY - Braga, Portugal DA - 19.10.2023 KW - Hydrogen KW - Infractstructure KW - Joining KW - Welding KW - Research PY - 2023 AN - OPUS4-58674 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Eissel, A. A1 - Engelking, Lorenz A1 - Treutler, K. A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Wesling, V. A1 - Kannengießer, Thomas ED - da Silva, L. F. M. ED - Martins, P. A. F. ED - Reisgen, U. T1 - Nickel-Iron-Alloy Modification to Enhance Additively Welded Microstructure for Subsequent Milling N2 - The aerospace industry uses nickel–iron alloys, e.g., FeNi36, to create moulding tools for composite materials, since these alloys have a low coefficient of thermal expansion. Nickel–iron alloys are hard-to-cut materials. The moulding tools are large in size and involve complex structures, making them cost-intensive and difficult to manufacture. Thus, the focus is set on additive manufacturing, which can additionally enable the repair of components in order to eliminate local defects. However, the process usually results in a heterogeneous microstructure and anisotropic mechanical properties. As there is a high demand for a precise and exact fit of the precision moulds and the surface quality, the welded components must be subsequently machined. Additionally, inhomogeneous microstructure may lead to unstable cutting forces and conditions. Consequently, a modification of the microstructure morphology is achieved through specific alloy modifications in order to stabilise and improve the subsequent machining process. Therefore, titanium and zirconium are chosen as modification elements with a maximum 1% weight percent and are added to nickel–iron alloy powder. The elements are alloyed, and build-up welded by plasma-transferred-arcwelding. The resulting microstructure morphology of the welded wall structure and the machining properties are then determined. It can be shown that titanium has a significant effect on the structural morphology of the welded layers, as well as on the machining. KW - Alloy modification KW - Alloy 36 KW - Plasma-transferred arc welding KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Surface integrity PY - 2022 SN - 978-3-030-95463-5 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-030-95463-5_6 SP - 85 EP - 99 PB - Springer CY - Cham AN - OPUS4-55484 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz A1 - Eissel, A. T1 - 3. Sitzung des projektbegleitenden Ausschusses, 23.09.2021: „Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten“ N2 - Das DVS-Vorhaben 01.3211 „Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten“ ist ein Kooperationsprojekt der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und dem Institut für Schweißtechnik und Trennende Fertigungsverfahren (ISAF) der Technischen Universität Clausthal. Das Übergeordnete Projektziel ist das Erlangen von Erkenntnissen für eine sichere und wirtschaftliche, kombinierte additive und abtragende Fertigung aus kostenintensiven Werkstoffen hochbelasteter Komponenten insbesondere für KMU. Dabei stehe die beiden Werkstoffe CoCr26Ni9Mo5W (2.4681) und FeNi36 (1.3912) im Fokus. Mittels Modifikation der Schweißzusätze sind homogen und isotrop ausgeprägte Werkstoffeigenschaften und eine Erhöhung der Prozessstabilität und Fertigungsfreiheitsgrade bei der additiven Fertigung erzielbar. Darüber hinaus wird der Einfluss nachfolgender abtragender Bearbeitungsschritte des ultraschallunterstützen und des konventionellen Fräsprozesses untersucht. Im Laufe der Sitzung des projektbegleitenden Ausschusses (PbA) wurde der aktuelle Bearbeitungsstand sowie der Zeitplan vorgestellt. Darüber hinaus wurde mit dem PbA über die bereits erzielten Ergebnisse diskutiert. Abschließend wurde ein kurzer Ausblick über die zeitnah beginnenden Arbeiten beider Forschungseinrichtungen sowie ein Überblick über die vorhabenbezogenen Aufwendungen der Wirtschaft und des Ergebnistransfers in die Wirtschaft gegeben. T2 - 3. Sitzung des Projektbegleitenden Ausschusses CY - Online meeting DA - 23.09.2021 KW - Projektbegleitender Ausschuss KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Additive Fertigung KW - Schweißzusatzmodifikation PY - 2021 AN - OPUS4-53637 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hensel, J. T1 - Influence of build-up height and heat input on distortion and residual stresses in additive repair and modification of multi-material composites using DED-Arc N2 - In hybrid additive manufacturing, components or semi-finished products manufactured by conventional primary forming are enhanced or modified by additive manufactured structures. The integration of additive manufacturing steps into existing production routes opens up significant economic and technical potential. However, systematic investigations focusing on the critical transition area between the specific properties of the substrate (like high-strength) and the additively manufactured component, made of specific filler material, are still lacking. Residual stresses heighten the risk of cold cracking, excessive distortion and a reduction in yield stress. This is particularly evident in sensitive transition areas, resulting from a complex interaction among the material used, process conditions, and component design. This risk can be minimized by an optimized layer structure in combination with suitable process parameters. The focus of the present study was to determine the influence of deposition strategy on t T2 - International Materials Science and Engineering Congress - MSE 2024 CY - Darmstadt, Germany DA - 02.04.2024 KW - DED-Arc KW - Residual stress KW - Heat control PY - 2024 AN - OPUS4-61929 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 - It was found that there is a systematic dependence of the crack growth on the welding parameters as well as on the load. Decreasing welding speeds with simultaneously higher heat input promote crack formation with increasing strain rate. Based on the results, a new crack criterion was finally selected which allows an extended assessment of the material behavior during the MVT-test. The threshold introduced can quantify the dependencies of the crack formation on the welding and testing parameters, which could not be comprehensively described with the conventional evaluation. In principle, the evaluation routine can also be transferred to other Varestraint or externally loaded hot cracking tests. T2 - IIW Intermediate Meeting Comission II-c CY - Garching, Germany DA - 06.03.2023 KW - Solidification cracking KW - Varestraint-Test PY - 2023 AN - OPUS4-57131 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Quantitative Bestimmung von Wasserstoff durch Heißgasextraktion: Erfahrungen und Grenzen N2 - Die Trägergas-Heißextraktion (TGHE) mit Warmauslagerung (d.h. ohne Schmelzen der Proben) ist eine häufig angewandte Technik zur Bestimmung von Wasserstoff, u.a. für Schweißverbindungen aber auch allgemein für Metalle geeignet. Die TGHE basiert auf der beschleunigten Wasserstoffausgasung aufgrund der thermischen Aktivierung bei erhöhten Temperaturen. Die Norm ISO 3690 schlägt hierzu verschiedene Probengeometrien sowie die erforderliche Mindestextraktionszeit in Abhängigkeit der Temperatur vor. Die vorliegende Präsentation fasst die Ergebnisse und Erfahrungen zahlreicher Testläufe an der BAM der letzten 15 Jahre mit unterschiedlichen Probentemperaturen, Geometrien, etc. zusammen, die die Wasserstoffbestimmung beeinflussen können. Dabei handelt es sich insbesondere um die Bewertung des Absorptionskoeffizienten für Infrarotstrahlung der Probenoberfläche, die begrenzte Empfindlichkeit von WLD im Vergleich zum MS, die Temperaturmessung, u.v.m. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Temperatur die treibende Kraft der TGHE ist. Es werden Vorschläge zur Verbesserung der Zuverlässigkeit der Wasserstoffbestimmung gemacht, die von der Stabilität des Wasserstoffsignals während der Extraktion und der Auswertung der aufgezeichneten Daten abhängt. Im Allgemeinen ist eine unabhängige Temperaturmessung mit Dummy-Proben für die weitere Datenanalyse nützlich, insbesondere wenn diese Daten für die Berechnung der Einfangkinetik verwendet werden. T2 - Herbstsitzung des DGM Arbeitskreises "Materialprüfung unter Wasserstoff" CY - Dortmund, Germany DA - 19.11.2024 KW - Wasserstoff KW - Trägergasheißextraktion KW - Messung KW - Massenspektrometrie KW - Schweißen PY - 2024 AN - OPUS4-61721 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Residual stress formation in DED-arc manufactured high strength steel components N2 - Additive manufacturing (AM) processes enable the efficient production of advanced constructions. New developments in topology optimization are leading to weight-optimized designs of increasing complexity. Direct energy deposition processes (DED) such as wire and arc-based additive manufacturing are an important method of additive manufacturing. The wire filler metals enable a wide range of materials, while the arc process provides a high deposition rate compared to laser and powder-based processes. Combined with the use of high-strength steels, the thickness of walls or components can be significantly reduced in the context of lightweight construction, which results in significant savings in energy, costs, time and resources. Suitable high-strength steel filler metals are commercially available for DED-arc AM processes. However, guidelines and quantitative knowledge about welding stresses and cold cracking issues during component production and service are lacking. This limits the industrial application considerably. In a joint project of BAM and Chemnitz University of Technology, the main influences and complex interactions of material, production process, design and processing steps on the residual stress level are investigated. The aim is to develop processing recommendations and a cold cracking test for economical processing and stress-related design of high-strength steels with DED-arc. This study focuses on residual stress analysis by neutron diffraction (ND) and X-ray diffraction (XRD) on defined test specimens. The ND analysis were performed at the Paul Scherrer Institute- Villigen, Switzerland (PSI) and the XRD analysis at BAM. The study shows a quantitative and qualitative comparison of the residual stress magnitudes and distribution between the component bulk (ND) and surface (XRD) analyses. The ND analysis reveals that in DED-arc AM walls the residual stresses dominate in the direction of welding and are negligibly small in each case transverse to the direction of welding. The topology of the analyzed residual stresses shows almost identical residual stress maps compared to XRD. In addition, the residual stresses are significantly influenced by the solid phase transformation of the material due to low cooling times and less post heat treatment cycles of following AM layers in the area of the top layer. T2 - IIW Intermediate Meeting C-II/CIX CY - Munich, Germany DA - 06.03.2023 KW - Additive manufacturing KW - High strength steel KW - Residual stress PY - 2023 AN - OPUS4-59307 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Projektvorstellung FOSTA P1311: Beanspruchungsgerechte Reparatur von Schweiß-verbindungen bei der Fertigung von Bauteilen aushochfesten Feinkornbaustählen N2 - Bei der Montage von Stahlkonstruktionen kommt es trotz anforderungsgerechter schweißtechnischer Fertigung vereinzelt zur Detektion von unzulässigen Unregelmäßigkeiten im Schweißbereich. Die Verarbeitungsregelwerke empfehlen das lokale thermische Ausfugen betroffener Bereiche und erneutes Schweißen, geben aber aufgrund fehlender wissenschaftlich fundierter Untersuchungen kaum Informationen zu adäquaten Reparaturkonzepten. Dies betrifft insbesondere die Berücksichtigung und Optimierung resultierender schweißbedingter Beanspruchungen durch hohe Schrumpfbehinderungen der Ausfugenuten sowie der Gefügedegradation angrenzender Bereiche durch das Ausfugen und erneute Schweißen. Gerade bei hochfesten Stahlgüten ergeben sich dadurch häufig reduzierte mechanische Eigenschaften und zusätzliche schweißbedingte Beanspruchungen sowie erneut auftretende Nahtdefekte. Deshalb sind für das Forschungsvorhaben systematische bauteilrelevante Untersuchungen der schweißbedingten Beanspruchungen und Gefügeveränderungen reparierter Schweißnähte in Abhängigkeit von der Schrumpfbehinderung und Wärmeführung beim Schweißen und Ausfugen sowie von der Reparaturzyklenanzahl geplant, mit dem Ziel Empfehlungen für beanspruchungs- und werkstoffgerechte Reparaturkonzepte abzuleiten. Hierfür sind gerade Analysen an hochfesten Stahlgüten S500 für den Offshore-Bereich und S960QL für den Mobilkranbau interessant, die zur Errichtung und Fertigung hocheffizienter Konstruktionen wie Windenergieanlagen notwendig sind. Die Erkenntnisse bieten eine Grundlage für entsprechende Normen und Regelwerke. Damit können letztlich Schäden und zumeist teure Nacharbeiten verhindert und eine verbesserte Ausnutzung des hohen Festigkeitspotentials hochfester Stähle erreicht werden. Gerade auch KMU können mit Blick auf die Kosten für Fertigung, Schweißarbeit und Material von den Erkenntnissen beim Einsatz hochfester Stähle, die für eine effiziente Realisierung der Energiewende in Deutschland notwendig sind, profitieren T2 - NA 092-00-05 GA (DVS AG Q 4/Q 4.1) CY - Hamm, Germany DA - 04.03.2020 KW - Reparatur KW - Eigenspannungen KW - Schweißen KW - Wärmeführung KW - Hochfester Feinkornbaustahl KW - Gefügedegradation PY - 2020 AN - OPUS4-51584 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -