TY - CONF A1 - Schaupp, Thomas T1 - Einfluss von Konstruktion und Wasserstoff auf die Kaltrissbildung hochfester Feinkornbaustähle N2 - Der konstruktive Leichtbau erfordert den zunehmenden Einsatz hochfester Feinkornbaustähle mit Streckgrenzen ≥ 690 MPa. Neben den durch die Wandstärkenreduzierung erreichbaren Einsparungen an Ressourcen und Fertigungszeit lässt sich eine weitere Minimierung der Schweißzeit und -kosten mittels abgesenkter Schweißnahtvolumina erreichen. Hierzu wurden moderne Lichtbogenprozesse, wie bspw. der modifizierte Sprühlichtbogen (Mod.SLB), mit erhöhter Abschmelzleistung entwickelt, mit denen auch enge Nahtspalte bzw. Nahtöffnungswinkel geschweißt werden können. Hochfeste Verbindungen unterliegen zunehmend erhöhten Anforderungen in Bezug auf die schweißtechnische Verarbeitung und der resultierenden Bauteilperformance und sicherheit. Dies gilt insbesondere beim Bauteil-schweißen mittels solcher Hochleistungsverfahren in Verbindung mit engen Nahtspalten. In der vorliegenden Arbeit soll dieser Herausforderung durch Klärung der Einflüsse auf die Kaltrissbildung bei einem hochfesten Feinkornbaustahl S960QL Rechnung getragen werden. Für die Kaltrissprüfung werden entsprechende adaptierte Proben analog dem selbstbeanspruchenden TEKKEN-Test verwendet und hinsichtlich Rissbildung, Gefüge, Gehalt an diffusiblem Wasserstoff und Eigenspannungen analysiert. Die Variation der Nahtöffnungswinkel der Prüfnähte erfolgt zwischen 30° und 60°. Zur Vermeidung wasserstoffunterstützter Kaltrissbildung wird die Wirksamkeit einer Nachwärmprozedur aus der Schweißwärme heraus untersucht. Als Ergebnis zeigen die Schweißgüter, die an reduziertem Nahtöffnungs-winkel erzeugt wurden, im Mittel etwas höhere Wasserstoffkonzentrationen. Zudem ist an diesen Schweißgütern eine vermehrte Mikro- als auch Makrorissbildung festzustellen. An allen Proben, die nicht nachgewärmt wurden, treten Kerbrisse aufgrund von Kaltrissbildung auf, deren Vermeidung sich durch ein Nachwärmen unmittelbar nach dem Schweißen als besonders effektiv darstellte. T2 - DVS Congress - Große Schweißtechnische Tagung CY - Online meeting DA - 14.09.2020 KW - Hochfester Feinkornbaustahl KW - MAG-Schweißen KW - Kaltriss KW - TEKKEN PY - 2020 AN - OPUS4-51258 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Einfluss der Wärmeführung auf den Beanspruchungszustand in additiv gefertigten Bauteilen aus hochfestem Stahl 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 - OVGU-Kolloquium (BMDK des IWF) CY - Magdeburg, Germany DA - 23.06.2022 KW - MAG-Schweißen KW - Additive Fertigung KW - Eigenspannungen KW - Hochfester Stahl KW - Kaltrisssicherheit KW - Wärmeführung KW - Windenergie PY - 2022 AN - OPUS4-56726 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Large scale hydrogen assisted cracking test for thick walled SAW joints for offshore applications N2 - Offshore wind turbines continuously increase in size and weight and demand adequate offshore foundations concepts like monopiles, tripods or jackets. These components are typically submerged arc welded (SAW) high-strength thick steel plates like the S420ML. During welding, the occurrence of delayed hydrogen assisted cracking (HAC) must be anticipated. HAC is a critical combination of the local hydrogen concentration within a susceptible microstructure under certain mechanical load, i.e., the occurring (welding) residual stresses. The welding sequence of the thick-walled plates complicate the residual stress distribution due to the necessary repeated thermal cycling, i.e., welding seam / layer deposition to fill the joint. For that purpose, SAW with two-wire-technique was used to weld a specially designed and prototype-like mock-up of a real component with a thickness of 50 mm, filled with 22 passes and a seam length of 1,000 mm. Additional welded stiffeners simu-lated the effect of a high restraint, to stimulate critical HAC conditions. The necessity of a minimum waiting time (MWT) before the NDT can be conducted (to exclude HAC) was critically verified by the application of ultrasonic testing of the welded joint at different time-steps of the NDT of 48 h after welding. The residual stresses were determined by a robot XRD goniometer. Tensile residual stresses up to the yield limit are found both in the weld metal and in the heat-affected zone. Numerical modelling allowed the qualitative estimation of the hydrogen diffusion in the weld. A remarkable HAC occurrence was not identified and proves both, a certain resistance of the weld joint to HAC and the (questionable) duration of the MWT. T2 - IIW Annual Assembly, Meeting of Commission II-C CY - Singapore DA - 19.07.2023 KW - Mock-up KW - Hydrogen assisted cracking KW - Submerged arc welding KW - Offshore KW - Steel PY - 2023 AN - OPUS4-57977 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Becker, Amadeus T1 - Adequate repair concepts for high-strength steel weld joints for offshore support structures considering design influences N2 - The sustainable and resource-efficient production of wind energy plants requires the use of modern high-strength fine-grain structural steels. This applies to both foundation and erection structures. During the assembly of steel structures, unacceptable defects can occasionally be found in the weld area. In most cases, the economical solution would be local thermal gouging of the affected areas and re-welding. Due to the high shrinkage restraint of the joint groove in the overall structure, the superposition of global and local welding-induced stresses may lead to crack formation and component failure, particularly in interaction with the degradation of the microstructure and mechanical properties of high-strength steels during the repair process [1]. Corresponding standards hardly provide any information on adequate repair concepts, and there is no uniform scientific data on which to base such concepts. In this study, several relevant findings are discussed based on examples of structural engineering focusing on mechanical-technological properties and residual stresses, e.g. [1]. Further experimental and numerical work as conducted by [2] and weld tests under defined restraint conditions in special weld test-setups [3] show that an optimization of the welding-induced stresses of high-strength structural steels is achievable by means of an adapted heat control. The present research involves systematic investigations of influences of shrinkage restraint, the number of repair cycles and heat control during repair welding of a recently available high-strength offshore steel S500MLO (EN 10225-1). A quantification of the shrinkage restraint of repair weld joints is achievable by means of restraint intensity concept [4], analogous to previous studies [5]. Using structural mechanics calculations, geometries of self-restrained specimens are identified representing different defined rigidity conditions of repair welds considering actual high-strength steel components. Welding experiments with DIC analyses (digital image correlation) of the occurring strains during welding and XRD analyses (X-ray diffraction) of the resulting residual stresses after welding and cooling show increasing transient loads and significantly elevated residual stress profiles in the weld area with increasing restraint intensity. Especially in the heat affected zone, tensile residual stresses of up to 80 % of the nominal yield strength occur when welding under increased restraint conditions. In relation to the presented existing results, this indicates that a safe repair welding is primarily achievable by means of appropriate repair concepts and heat control taking into account the high welding stresses and special microstructures of high-strength steels. Finally, the aim of this research is to derive recommendations for repair concepts appropriate to the stresses and materials involved providing a basis for standards and guidelines, especially for SMEs, in order to avoid damage and, in most cases, expensive reworking and to improve the full utilization of the potential of high-strength steels. T2 - 74th IIW Annual Assembly and International Conference, C II-A CY - Online meeting DA - 07.07.2021 KW - High-strength structural steels KW - Welding KW - Repair KW - Residual stresses KW - Restraint PY - 2021 AN - OPUS4-53320 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Richter, Tim A1 - Erxleben, Kjell A1 - Rhode, Michael A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Michael, Thomas A1 - Börner, Andreas T1 - Microstructure characterization of dissimilar metal welds of innovative high- and medium-entropy alloys to austenitic stainless steels joint by tungsten inert gas and friction stir welding N2 - The new multi-element alloying concept of systems with defined entropy (HEA — high-entropy alloy or MEA — medium-entropy alloy) is increasing in material research interest. Improved properties or combinations of properties are shown by several systems. Thus, the resulting microstructures and production of HEA/MEA as well as properties have been primarily investigated so far. Furthermore, processing is a key issue to transfer HEA/MEA systems to real components. Since welding is the most important joining process for metals, it is crucial to investigate the influence of welding to guarantee component integrity. Since most HEA are made of expensive alloying elements such as Co or Ni, they will not be used entirely as structural materials. Thus, it can be advantageous to weld conventional alloys such as austenitic stainless steels with the HEA and MEA to produce components that are both application-oriented and economically viable. Therefore, in this paper, first results of dissimilar metal welding, by tungsten inert gas (TIG) and friction stir welding (FSW), of a CoCrFeMnNi HEA as well as a CoCrNi MEA with a conventional AISI 304 austenitic stainless steel are presented. The focus is on the microstructure formation due to the two welding processes. The results of TIG welding show a dendritic microstructure, whereas in FSW both materials are stirred but still coexist. KW - Metals and Alloys KW - Mechanical Engineering KW - Mechanics of Materials PY - 2023 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-023-01618-z SN - 1878-6669 SP - 1 EP - 9 PB - Springer AN - OPUS4-59252 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel T1 - Effect of Ultrasonic-Assisted Machining for Surface Functionalization of Innovative Work-Hardening Multi-Principal-Element Alloys N2 - Multi-principal-element alloys (MPEAs) are an alloying concept consisting of at least two main alloying elements resulting in unique microstructures and potentially superior physical, mechanical and chemical properties, for instance a high work hardening capacity. These characteristics are determined by four core effects: sluggish diffusion, severe lattice distortion, high-entropy and cocktail effect. The development of MPEAs is a promising approach to extend the range of applications of conventional alloys by exploiting these core effects. In the present study, as reference to the conventional high-manganese steel X120Mn12 (ASTM A128), characterized by particularly high work hardening capacity generating exceptional mechanical properties, work-hardening MPEAs based on the equimolar composition CoFeNi in combination with Mn and C were developed. Specimens were produced as bulk material by melting via an electric arc furnace. In a second step the specimens undergo a surface finishing via milling process. Therefore, a hybrid milling process was used which, in addition to producing defined surfaces, also has the potential to reduce tool wear and increase surface integrity by introducing compressive stresses and increasing hardness through pronounced work hardening in comparison to conventional machining. The so-called ultrasonic-assisted milling (USAM) is characterized by an axial oscillation of the tool during the milling process. The machining parameters were varied to analyze the effect on work hardening together with process forces during milling and resulting surface integrity. Subsequently, microstructure evolution, hardness as well as resulting wear resisting capacity were investigated and correlated with the composition and the USAM parameters. For the MPEA CoFeNi-Mn12C1.2 a pronounced lattice strain and grain refinement due to the plastic deformation during the USAM was recorded, especially at high USAM amplitude and lower cutting speed due to the greater number of tool oscillations per cutting engagement. Consequently, a hardness increase of up to 380 HV0.025 was induced for the aforementioned MPEA exhibiting a higher wear resistance compared to the X120Mn12. This shows the promising approach for the development of work-hardening materials based on new alloy concepts such as MPEAs allowing also coatings required for applications in tribological systems. As conventional hard and wear-resistant coatings are challenging in machining due to massive tool wear this approach of functional coating materials with high hardening capacity during USAM have the potential to reduce tool wear and ensure a adequate surface integrity and wear resistance. T2 - 50th International Conference on Metallurgical Coatings and Thin Films (ICMCTF 2024) CY - San Diego, CA, USA DA - 19.05.2024 KW - Ultrasonic assisted milling KW - Surface integrity KW - High entropy alloys PY - 2024 AN - OPUS4-61928 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schaupp, Thomas T1 - Zur Bewertung der Kaltrissempfindlichkeit moderner hochfester Feinkornbaustähle mit dem Implant-Test N2 - Der Implant-Test nach ISO 17642-3 gehört zur Gruppe der fremdbeanspruchten Kaltrisstests, bei dem eine äußere Beanspruchung auf einen zylindrischen Stab (Implant-Probe) definiert aufgebracht wird. Mit dieser Kaltrissprüfung wurden vergleichende Analysen zur Kaltrissempfindlichkeit der modernen hochfesten Feinkornbaustähle S960MC und S960QL durchgeführt. Zudem kamen sowohl Massiv- als auch Metallpulverfülldraht zur Variation der Wasserstoffkonzentration zum Einsatz. Der Einsatz des modernen modifizierten Sprühlichtbogens ermöglichte außerdem die Untersuchung des Einbrandprofils auf die Kaltrissbildung. T2 - Sitzung des NA 092-00-05 GA „Gemeinschaftsarbeitsausschuss NAS/NMP: Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen (DVS AG Q 4/Q 4.1)“ CY - Hamm, Germany DA - 04.03.2020 KW - Hochfester Feinkornbaustahl KW - MAG-Schweißen KW - Wasserstoff KW - Kaltriss KW - Implant-Test PY - 2020 AN - OPUS4-50506 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne T1 - Influence of machining on residual stresses in additive manufactured high-strength steel components N2 - This study focuses on the effect of machining on the residual stresses and distortion of WAAM specimens. Defined specimens were welded fully automatically with a special WAAM solid wire (yield strength >820 MPa) with different geometric designs. The residual stresses state before and after cutting of the AM structure from the substrate plate were analyzed by means of X-ray diffraction on the specimen surface and complementary by 3d deformation analyses using photogrammetry. The results reveal significant influences of the geometry on the relaxation and redistribution of residual stresses. T2 - IIW Intermediate Meeting Comission IX-AM CY - Incheon, South Korea DA - 12.03.2024 KW - Residual stress KW - DED-arc KW - High strength steel PY - 2024 AN - OPUS4-59751 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne T1 - Einfluss der Schweiß- und Prüfparameter bei der Heißrissbewertung hochfester Schweißzusatzwerkstoffe N2 - Die Heißrissneigung beim Schweißen kann mittels einer ganzen Reihe von Prüfverfahren ermittelt werden. Eine etablierte Methode ist die sogenannte Varestraint-Prüfung, welche auch an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) als modifizierter Varestraint/Transvarestraint-Test (MVT) zum Einsatz kommt. Die Ergebnisse von Varestraint-Prüfungen hängen jedoch stets in unterschiedlichem Maße von der individuellen Prüfmaschinenauslegung und den verwendeten Prüfparametern ab. Dies kann zu einer uneinheitlichen Bewertung des Rissverhaltens führen, wenn die Risslänge konventionell als Kriterium für die Rissneigung herangezogen wird. Scheinbare Abhängigkeiten von Prozessparametern erschweren dann die Interpretation der Ergebnisse. Eine neuartige Bewertungsmethodik entkoppelt den Maschineneinfluss vom Materialverhalten und verwendet die Dehnrate als Risskriterium in Analogie zu Prokhorovs Heißrissmodell. Die neue Auswertung wird anhand einer Studie hochfester Schweißzusatzwerkstoffe vorgestellt, deren Rissverhalten in Abhängigkeit der chemischen Zusammensetzung und der Schweißparameter bewertet wird. T2 - 5. Symposium Materialtechnik CY - Clausthal-Zellerfeld, Germany DA - 23.02.2023 KW - Heißrisse KW - Varestraint-Test KW - Materialprüfung PY - 2023 AN - OPUS4-57070 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Griesche, Axel T1 - Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) for Hydrogen Measurements in Steel N2 - Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) allows for a time and spatially resolved almost non-destructive in situ measurement of hydrogen in metals. A surface pretreatment is not necessarily needed. We measured quantitatively hydrogen in steel samples, which were charged either electrochemically or by high-pressure hydrogen gas and compared the results. Further, the feasibility of quantitative hydrogen line scan measurements was demonstrated by measuring hydrogen at water jet cut surfaces. The hydrogen concentrations measured with the help of LIBS were compared with CGHE measurements. It was observed that hydrogen can be reliably measured with LIBS for concentrations larger than 2 wt.-ppm. The results show that LIBS is a promising technique for time- and spatially resolved measurements of hydrogen in steel and steel weldments. Results of time-dependant hydrogen permeation experiments will also be presented. T2 - H2MSE 2025 CY - Siegburg, Germany DA - 11.02.2025 KW - LIBS KW - Hydrogen Measurements KW - Steel PY - 2025 AN - OPUS4-62561 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Wandtke, Karsten A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Kromm, Arne A1 - Hensel, J. T1 - Influence of the WAAM process and design aspects on residual stresses in high-strength structural steels N2 - Wire arc additive manufacturing (WAAM) enables the efficient production of weight-optimized modern engineering structures. Further increases in efficiency can be achieved by using high-strength structural steels. Commercial welding consumables for WAAM are already available on the market. Lack of knowledge and guidelines regarding welding residual stress and component safety during production and operation leads to severely limited use for industry applications. The sensitive microstructure of high-strength steels carries a high risk of cold cracking; therefore, residual stresses play a crucial role. For this reason, the influences of the material, the WAAM process, and the design on the formation of residual stresses and the risk of cold cracking are being investigated. The material used has a yield strength of over 800 MPa. This strength is adjusted via solid solution strengthening and a martensitic phase transformation. The volume expansion associated with martensite formation has a significant influence on the residual stresses. The focus of the present investigation is on the additive welding parameters and component design on their influence on hardness and residual stresses, which are analyzed by means of X-ray diffraction (XRD). Reference specimens (hollow cuboids) are welded fully automated with a systematic variation of heat control and design. Welding parameters and AM geometry are correlated with the resulting microstructure, hardness, and residual stress state. Increased heat input leads to lower tensile residual stresses which causes unfavorable microstructure and mechanical properties. The component design affects heat dissipation conditions and the intensity of restraint during welding and has a significant influence on the residual stress. KW - DED-arc KW - Additive manufacturing KW - High-strength steel filler metal KW - Residual stress PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-572698 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-023-01503-9 SN - 1878-6669 VL - 67 IS - 4 SP - 987 EP - 996 PB - Springer CY - Berlin AN - OPUS4-57269 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz A1 - Börner, Andreas T1 - Ultraschallunterstütztes Schlichtfräsen einer schwer spanbaren FeNi-Legierung N2 - Zunächst wird die BAM vorgestellt. Anschließend wird die Messung bzw. Bestimmung der Amplitude der Ultraschallunterstützung erläutert, gefolgt von Schlichtfräsexperimenten an AM-Bauteilen aus einer schwer spanbaren FeNi-Legierung. Es werden die Ergebnisse der Zerspankraft, der Rauheit und der Eigenspannungen vorgestellt. T2 - Ultrasonic Seminar CY - Stipshausen, Germany DA - 08.09.2022 KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Alloy 36 KW - Schwer spanbar KW - Additive Fertigung PY - 2022 AN - OPUS4-55709 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Influence of the weld geometry on the residual stress reduction using low transformation temperature welding consumables N2 - Low transformation temperature (LTT) welding consumables offer an innovative approach to increase the fatigue strength of welded high-strength steel structures. LTT welding consumables are characterized by a martensitic phase transformation near ambient temperature, which generates compressive residual stresses in the weld and heat affected zone (HAZ). The aim is to achieve a weld geometry, which generate high compressive residual stresses at the fatigue crack critical weld toe. Longitudinal stiffeners were gas metal arc welded using a conventional welding consumable; the base material was a high strength steel S700M. A chromium-nickel alloyed LTT consumable was deposit subsequently just on front sides of the stiffeners. Different welding parameters led to varying cross sections of the weld. The residual stresses were determined using X-ray diffraction (XRD) in the crack critical HAZ. When using only the conventional, the HAZ is characterized by high tensile residual stresses. The additional application of the LTT alloy leads to a significant reduction of the tensile residual stresses. Depending on the weld geometry, even compressive residual stresses can be observed at the weld toe T2 - ECRS 2024 CY - Prague, Czech Republic DA - 03.06.2024 KW - LTT (Low Transformation Temperature) KW - Residual stress reduction KW - Fatigue PY - 2024 AN - OPUS4-60305 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Influence of the WAAM process on residual stresses in high-strength steels (IIW-Doc. II-A-408-2022) N2 - High-strength fine-grain structeural steels have great potential for weight optimization of many modern engineering structures. Efficient manufacturing can be achieved here above all by Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). First commercial high-strength welding consumables for WAAM are already available. However, due to a lack of knowledge and guidelines for the industry regarding welding residual stresses and component safety in manufacturing and operation, their application is still severely limited. Residual stresses play a crucial role here, as the sensitive microstructure of high-strength steels carries a high risk of cold cracking. For this reason, process- and material-related influences, as well as the design aspects on residual stress formation and the risk of cold cracking, are being investigated in a recent project (FOSTA-P1380/IGF21162BG). This high strength of the WAAM welding consumables is adjusted via a martensitic phase transformation. The volume expansion associated with martensite formation has a significant influence on residual stress evolution. However, this has not yet been investigated in relation to the processing of high-strength steels by WAAM. The aim of this work is to establish a WAAM cold crack test and easy-to-apply processing recommendations that will allow economical, expedient, and crack-resistant fabrication of high-strength steels, especially for SME. This paper focuses on the analysis of the effects of welding heat control and design of WAAM components on cooling conditions, microstructure, mechanical-technological properties and residual stresses. For this purpose, geometrically defined specimens (hollow cuboids) are welded fully automatically with a special, high-strength WAAM solid wire (yield strength >790 MPa). The heat control and specimen dimensions are varied within a statistical experimental design. The weld heat control is adjusted in such a way that the t8/5 cooling times are ensured within the recommended processing range (approx. 5–20 s). For this purpose, additional thermo-physical forming simulations using a dilatometer allowed the complex heat cycles to be reproduced and the resulting ultimate tensile strength of the weld metal to be determined. The WAAM welding of complex geometries with varying welding heat control and geometric factors or wall thicknesses not only has an effect on the cooling conditions, cooling times and microstructure, but also has a significant influence on the structural restraint conditions during welding. Hence, the welding experiments show significant effects of specimen scaling and heat input on the welding residual stresses, which may be detrimental regarding component properties and crack-critical tensile residual stresses. These complex interactions are analyzed within this investigation. T2 - Intermediate Meeting of IIW Comissions II and IX CY - Online meeting DA - 17.03.2022 KW - MAG-Welding KW - Additive Manufacturing KW - Residual stresses KW - high-strength steel KW - cold cracking safety PY - 2022 AN - OPUS4-56712 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina T1 - Innovatives Instandsetzungsschweißen von Altstahl: Materialverhalten und Herausforderungen N2 - Aus Gründen der Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit gibt es in der stahlverarbeitenden Industrie einen Trend zum Bauen im Bestand, um kostenintensive Sperrungen oder Rückbau zu vermeiden. Schweißen wird dabei als wirtschaftliches Fügeverfahren im Zusammenhang mit Altstählen kaum genutzt, obwohl Nieten- und Schraubenverbindungen oft unwirtschaftlich sind. Für die Instandsetzung ist häufig beschädigtes Bestandsmaterial durch neue Stähle zu ersetzen bzw. Alt-Neu-Stahl-Mischverbindungen herzustellen. Aufgrund der verschiedenen Herstellungsprozesse von Altstählen ist nicht jeder Stahl aus dem 20. Jahrhundert schweißgeeignet. Daher ist zunächst eine Schweißeignungsprüfung erforderlich. In den vorliegenden Untersuchungen wurden verschiedene Altstähle hinsichtlich ihres Schweißverhaltens mittels Dilatometrie analysiert. Ziel war es, eine Datenbasis aus Schweiß-Zustands-Zeit-Diagrammen und Simulationen der Wärmeeinflusszone zu erstellen, um praxisrelevante Schweißuntersuchungen ableiten zu können. Diese geben wesentlichen Aufschluss hinsichtlich ihres schweißmetallurgischen Verhaltens und ihrer Schweißeignung. Solche Grundlagen sind zur Entwicklung innovativer schweißtechnischer Konzepte zur beanspruchungsgerechten Instandsetzung bestehender Altstahl-Infrastruktur in Deutschland notwendig. T2 - 6. Niedersächsisches Symposium Materialtechnik CY - Clausthal-Zellerfeld, Germany DA - 20.02.2025 KW - Altstahl KW - Schweiß-ZTU Diagramme KW - Instandsetzungsschweißen KW - Schweißeignungsprüfung KW - Dilatometrie PY - 2025 AN - OPUS4-62629 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Dittmann, Florian A1 - Varfolomeev, Igor T1 - Effect of weld design on fatigue strength of welded components using LTT filler materials N2 - Low transformation temperature (LTT) filler metals are an innovative approach to reduce tensile residual stress in weld seams and the surrounding heat affected zone (HAZ). The reduced tensile stress leads to an improvement in the fatigue strength of welded components. LTT filler metals are characterized by a reduced martensite start temperature (Ms), which is close to room temperature because of their chemical composition. This paper focuses on the hybrid use of LTT filler metals, where the LTT filler is applied as an additional layer to conventional welds on fatigue-critical spots. Conventional gas metal arc welded longitudinal stiffeners are used as specimens and at the face ends of the stiffeners, a second LTT layer was added with various weld modifications. These modifications were achieved by changing the welding parameters such as welding speed and offset to the first layer. These samples were used to analyze shape, dilution and resulting Ms, residual stress and fatigue strength. The dilution and dilatometer verified Ms did not change significant, although the surface of the 2nd LTT weld seam was varying clear with each modification. However, the weld modification had a significant effect on the residual stress state and the fatigue strength. The X-ray determined residual stress in the HAZ became lower when the weld toe of the LTT layer was further away from the stiffener. The Fatigue strength is clearly dependent on the residual stress state. The lower the residual stress at weld toe, the higher the fatigue strength. All samples with LTT weld exhibit significantly higher fatigue strength values than conventionally single and double-layer welded samples. The results show that on the one hand LTT filler metals increase the fatigue strength, and on the other hand the impact of LTT fillers materials is not restricted to the dilution and Ms, the shape of the weld seam must also be considered. T2 - IIW Intermediate Meeting CII CY - Trollhättan, Sweden DA - 10.03.2025 KW - LTT (Low Transformation Temperature) KW - Residual stress reduction KW - Fatigue strength KW - High-strength steels KW - Welding PY - 2025 AN - OPUS4-62708 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Griesche, Axel T1 - In situ Measurement of Hydrogen in Steel using Laser‑induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) N2 - The ISO 3690 standard “Determination of hydrogen content in arc weld metal” requires a thermal activation of the diffusible hydrogen in a piece of weld metal for the subsequent ex situ concentration measurement by carrier gas hot extraction CGHE or thermal desorption spectroscopy (TCD). Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) offers a time and spatially resolved, almost non-destructive, in situ measurement of hydrogen at surfaces without sample preparation. We measured hydrogen in steels, which were charged either electrochemically or by high-pressure hydrogen gas and compared the results. Further, the feasibility of quantitative hydrogen line scan measurements with LIBS was demonstrated by measuring hydrogen at water jet cut surfaces. The hydrogen concentrations measured with the help of LIBS were compared with CGHE measurements. It was observed that hydrogen can be reliably measured with LIBS for concentrations larger than 2 wt.-ppm. The maximum hydrogen concentration achieved using electrochemical charging was 85.1 ppm. The results show that LIBS is a promising technique for time- and spatially resolved measurements of hydrogen in steels. T2 - 2025 European Winter Conference on Plasma Spectrochemistry CY - Berlin, Germany DA - 02.03.2025 KW - Hydrogen measurement KW - LIBS KW - Spatial resolution KW - Temporal resolution PY - 2025 AN - OPUS4-62699 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Einfluss unterschiedlicher Mikrolegierungsrouten eines S690QL auf das Ausscheidungsverhalten in der Wärmeeinflusszone N2 - Mikrolegierungselementen, wie Nb und Ti sind für eine signifikante Festigkeitssteigerung von vergüteten, hochfesten Feinkornbaustählen mit einer Nominalstreckgrenze ≥ 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. Vor diesem Hintergrund werden im Rahmen eines DFG-Vorhabens systematisch Mikrolegierungs-routen mit variierenden Ti- und Nb-Gehalten des hochfesten und vergüteten Feinkornbaustahls S690QL untersucht. Dazu wird das MAG-Schweißen mit modifizierten Sprühlichtbogen verwendet, welches durch hohe Abschmelzleistung gekennzeichnet ist und schmalere Nahtöffnungswinkel (α = 30°) ermöglicht. An Dreilagen-Schweißungen wird der Effekt der metallurgischen Zusammensetzung in Kombination mit hoher Wärmeeinwirkung auf die Ausbildung einer kritischen WEZ-Gefügezone mit Erweichung und/oder exzessiver Aufhärtung untersucht. Ein besonderes Augenmerk wird auf die Phasenumwandlungen und das Ausscheidungsverhalten im Gefüge der Wärmeeinflusszone gelegt. Neben umfangreichen metallographischen Untersuchungen einzelner WEZ-Bereiche wurden, unter Variation der chemischen Zusammensetzung, thermodynamische Phasenberechnungen mittels Thermo-Calc durchgeführt. Hierdurch wird ein Verständnis zur Phasentransformation und Ausscheidungswachstum und -auflösung während des Schweißens in Abhängigkeit von Temperatur und Abkühlbedingungen geschaffen. Das Ziel ist es, den Einfluss der Wärmeeinwirkung auf die Gefügeausbildung in der WEZ und dessen mechanischer Eigenschaften zu analysieren. Insbesondere wird hier auf die Auswirkung der unterschiedlichen Mikrolegierungskonzepte (Ti oder Nb) geachtet. T2 - 5. Symposium Materialtechnik CY - Clausthal-Zellerfeld, Germany DA - 23.02.2023 KW - WEZ Erweichung KW - Thermodynamische Simulation KW - Mikrolegierungseinfluss KW - Schweißen von hochfesten FKB PY - 2023 SN - 978-3-8440-9105-2 VL - 12 SP - 332 EP - 343 PB - Shaker Verlag AN - OPUS4-58006 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Czeskleba, Denis T1 - Numerical simulation of hydrogen diffusion in thick-walled S690 SAW joints: the role of microstructure-dependent diffusion vs. welding heat input N2 - S690 steels are increasingly employed in modern steel construction, including building, plant, and mobile crane applications, due to their high strength and weldability. Submerged arc welding (SAW) is commonly used for these thick-walled structures but poses a risk of delayed hydrogen-assisted cold cracking (HACC). The influence of microstructure-dependent diffusion coefficients (DH) on hydrogen accumulation and distribution during welding and cooling remains poorly understood. In this study, the HACC susceptibility of thermomechanically rolled (MC) and quenched and tempered (Q) variants of S690 steel was compared. Weldments were fabricated using SAW, followed by electrochemical hydrogen permeation tests to determine microstructure-specific DH. A numerical model was developed to analyze hydrogen diffusion as a function of temperature, time, and microstructure. Results showed that the MC-grade exhibited slightly faster hydrogen diffusion than the Q-grade. However, simulations indicated that higher welding heat input and increased plate thickness had a significantly greater impact on hydrogen retention than microstructure-dependent diffusion effects. These findings suggest that while differences in hydrogen diffusivity exist between S690MC and S690Q, microstructure-specific diffusion plays a minor role in HACC risk. Instead, proper control of welding parameters is crucial for mitigating HACC, particularly in thick-plate, multi-layer SAW joints. T2 - Cracking Phenomena in Welding and Additive Manufacturing, 5th Int. Conference CY - Trollhätten, Sweden DA - 12.03.2025 KW - Hydrogen Cracking KW - Submerged Arc Welding KW - Hydrogen Diffusion KW - Cold Cracking PY - 2025 AN - OPUS4-63126 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Mente, Tobias A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Schaupp, Thomas A1 - Zavdoveev, Anatoly T1 - Challenges for testing hydrogen-assisted cold cracking in weld seams of high-strength steel grades N2 - Hydrogen can cause weld cold cracking even days after fabrication. In this respect, higher strength steels present a challenge to established cold crack testing. In general, the tolerable hydrogen concentration for crack prevention decreases with increasing material strength. In addition, advanced welding processes require changes in weld geometry and heat input. This directly influences the formation of crack-critical microstructures, e.g. in hardened areas of the heat-affected zone. The limits of use and application of modern cold cracking tests are evaluated by (1) the externally loaded Implant-test and (2) the self-restraint Tekken-test. In particular, external mechanical stresses, which cause additional mechanical loads on the components during welding, must be considered due to the component-specific stiffness of high-strength steels. Accompanying test methods for determining hydrogen concentration and diffusion in welds are presented, such as carrier gas hot extraction for determining hydrogen concentration (ISO 3690) or temperature-dependent diffusion coefficients. These values are of great importance for a holistic approach to the evaluation of the cold cracking sensitivity of high strength steels. KW - Hydrogen KW - Welding KW - Cold cracking test KW - High-strength steel PY - 2024 DO - https://doi.org/10.37434/tpwj2024.08.01 SN - 0957-798X VL - 2024 IS - 8 SP - 3 EP - 9 PB - International Association "Welding" CY - Kyiv, Ukraine AN - OPUS4-60946 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina T1 - Auswirkungen von Ti und Nb auf die physikalisch simulierten WEZ-Bereiche von hochfestem Feinkornbaustahl S690QL N2 - Mikrolegierungselemente, wie Nb und Ti, sind für die signifikante Festigkeitssteigerung von vergüteten, hochfesten Feinkornbaustählen mit einer Nominalstreckgrenze ≥ 690 MPa unerlässlich. Nominalvorgaben zur chemischen Zusammensetzung geben den Herstellern dieser Stähle dabei nur obere Grenzwerte für die Legierungsanteile in der chemischen Zusammensetzung 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 Mikrostruktur erschwert oder ist gar nicht möglich. 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 des Einflusses von unter-schiedlichen Mikrolegierungsrouten auf die Ausbildung der WEZ wurden physikalische Simulationen an Abschreckproben an einem Dilatometer durchgeführt. Der Fokus der analytischen Betrachtungen lag hier auf der Identifikation der Phasenumwandlungen beim Abkühlen und der finalen WEZ-Gefüge. Ein besonderes Untersuchungsmerkmal bestand in der vorliegenden Arbeit bei der Untersuchung des doppelten Anlassvorganges bzw. der Simulation der interkritischen WEZ (IKWEZ), die sich beim Mehrlagenschweißen ausbildet. Ergeb-nisse haben gezeigt, dass der Effekt unterschiedlicher Mikrolegierungsrouten einen signifikanten Einfluss auf die Ausbildung der einzelnen WEZ-Bereiche aufweist. Insbesondere haben Einflüsse, wie die thermische Sta-bilität der Ausscheidungen wie Ti- oder Nb-Karbonitride und Synergieeffekte zwischen anderen Elementen wie Mo eine Wirkung auf die Phasenumwandlung in der WEZ. Die Ergebnisse lassen sich gut mit den realen Schweißungen kongruieren und stellen hier eine systematische Validierung und einen umsetzbaren Wissenstransfer in die Entwicklung der Stahlherstellung und ihrer fügetechnischen Verarbeitung dar. T2 - DVS CONGRESS 2024 CY - Erfurt, Germany DA - 16.09.2024 KW - WEZ-Erweichung KW - Digital Image Correlation KW - Mikrolegierungseinfluss KW - Querzugversuch KW - Dilatometrie PY - 2024 AN - OPUS4-61380 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Erxleben, Kjell T1 - Prüfkonzept für die Wasserstoffaufnahme beim Schweißen im Betrieb an Wasserstoffpipelines N2 - Für eine effektive Nutzung von Wasserstoff ist zukünftig ein nationales, sowie europäisches Wasserstoffnetz aus Pipelines geplant. Schweißen an zukünftigen Wasserstoffpipelines im Betrieb (unter Gasfluss und Druck) ist dabei unumgänglich. Für Erdgaspipelines bestehen etablierte Reparaturkonzepte, wie z.B. das "Hot-tapping". Beim Schweißen an Wasserstoffpipelines muss jedoch eine erhöhte Wasserstoffaufnahme in das Pipelinematerial hinlänglich untersucht werden, um mögliche wasserstoffinduzierte Schädigungen auszuschließen. Im Rahmen des Projekts H2-SuD "Schweißen an in Betrieb befindlichen Wasserstoffpipelines" wurde ein Prüfkonzept für die Wasserstoffaufnahme beim Schweißen im Betrieb entwickelt, getestet und angewandt. Dabei wurden realitätsnahe Schweißexperimente an unter Druck stehenden Demonstratoren durchgeführt. Anschließend wurde eine kryogene Probenentnahmeprozedur etabliert und der diffusible Wasserstoffgehalt in den Proben via Trägergasheißextraktion (TGHE) ermittelt. Vielfältige Schweißexperimente an unter 50 bar bis 100 bar Druckwasserstoff stehenden Demonstratoren verschiedener Durchmesser (DN50, DN200) und Wandstärken (4,1 mm bis 7,8 mm) wurden mit unterschiedlichen Schweißparametern durchgeführt. Dabei wurde ein signifikanter Einfluss von Wandstärke, Streckenenergie, Schweißnahtgeometrie und Abkühlbedingung auf die Wasserstoffaufnahme nachgewiesen. Die Durchführbarkeit und Eignung des Prüfkonzepts wurde aufgezeigt. T2 - Bacheloranden-, Masteranden-, Doktoranden Kolloquium (BMDK) OvGU Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 22.01.2025 KW - Reparaturschweißen KW - Pipeline KW - Wasserstoff KW - Ferngasleitung PY - 2025 AN - OPUS4-62502 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -