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 - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Wasserstoffunterstützte Kaltrissbildung in Schweißnähten hochfester Stahlgüten - Anforderungen an die Prüfung N2 - Die Vortrag gibt einen Überblick, warum Kaltrissprüfung von geschweißten Stählen ständig weiterentwickelt werden muss. Am Beispiel des Implant- und Tekken-Tests werden die Einsatz- u. Anwendungsgrenzen bewertet. Zu berücksichtigen ist, dass beim Schweißen eine äußere mechan. Beanspruchung durch bauteilspezifische Steifigkeitsverhältnisse wirksam ist. Zusätzlich werden weiterführende Prüfverfahren zur Bestimmung der Wasserstoffkonzentration und -diffusion in Schweißnähten vorgestellt, wie die Trägergasheißextraktion (TGHE) für die Ermittlung der Wasserstoffkonzentration (ISO 3690) oder Hochtemperaturdiffusionskoeffizienten. Diese Werte sind für die schweißtechnische Praxis von großer Bedeutung, um Haltezeiten z.B. für das Wasserstoffarmglühen abzuleiten. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2021 CY - Online meeting DA - 02.12.2021 KW - Wasserstoff KW - Kaltrissprüfung KW - Schweißen KW - Stahl KW - Hochfest PY - 2021 AN - OPUS4-53902 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina T1 - Schweißen von hochfesten Feinkornbaustählen N2 - Das Schweißen von hochfesten Feinkornbaustählen erfordert aufgrund der Sicherstellung der Gütewerte des Grundwerkstoffes (Zähigkeit, Festigkeit) auch in der Schweißverbindung, die Einhaltung von engen Grenzen bei der Auswahl von Schweißparametern. Die Reproduzierbarkeit von beanspruchungsgerechten hochfesten Schweißverbindungen hängt vom Schweißverfahren und der damit einhergehenden komplexen Gefügeausbildung ab. Hierbei müssen hochfeste Schweißverbindungen mindestens die gleichen Festigkeitsanforderungen erfüllen wie der eingesetzte Grundwerkstoff. In diesem Vortrag werden speziell die Herausforderungen wie der Empfindlichkeit gegenüber der wasserstoffunterstützen Kaltrissbildung beim Schweißen von hochfesten Feinkornbaustählen und dem Mikrolegierungseinfluss auf die divergente Ausbildung der Wärmeeinflusszone thematisiert. T2 - Jahresmitgliederversammlung DVS BV Berlin CY - Berlin, Germany DA - 03.05.2023 KW - Herausforderungen beim Schweißen hochfester FKB KW - Wasserstoffunterstütze Kaltrissbildung KW - TEKKEN Test KW - Mikrolegierungseinfluss KW - Wärmeeinflusszone PY - 2023 AN - OPUS4-57995 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina T1 - Mikrolegierungseinfluss beim Schweißen hochfester Feinkornbaustähle N2 - Mikrolegierungselemente, wie Nb und Ti, sind für die signifikante Festigkeitssteigerung von vergüteten, hochfesten Feinkornbaustählen mit einer Nominalstreckgrenze ≥ 690 MPa unerlässlich. Normvorgaben zur chemischen Zusam-mensetzung geben dabei nur obere Grenzwerte für die Hersteller vor. Weiterhin wirken sich bereits kleine Abwei-chungen in der Legierungsroute teilweise drastisch auf die mechanischen Eigenschaften aus. Somit wird eine adä-quate Vorhersage der Schweißeignung und der Integrität der Schweißverbindung aufgrund der variierenden Mikro-gefüge erschwert bis unmöglich. Unerwünschte Nebeneffekte sind die mögliche Erweichung der Wärmeeinflusszone (WEZ) als auch der gegenteilige Effekt der Aufhärtung. T2 - DVS BV Potsdam, Mitglieder Weiterbildungsveranstaltung CY - Groß Kreutz (Havel), Germany DA - 31.05.2023 KW - WEZ Erweichung KW - WEZ Aufhärtung KW - Mikrolegierungseinfluss KW - Schweißen von hochfesten FKB PY - 2023 AN - OPUS4-57996 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. T1 - Effect of deposition strategies on mechanical properties and residual stresses at the transition zone of component and substrate in hybrid DED-arc manufacturing 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 the Δt8/5 cooling time, the mechanical properties and the residual stresses in order to establish a correlation between heat control, cooling conditions and residual stresses in the transition area of hybrid-additive components. This contributed to the knowledge regarding the safe avoidance of cold cracking, excessive distortion and a reduction in yield stress and the implementation of hybrid DED-arc manufacturing. The heat control was varied by means of the build-up strategy, heat input and working temperature such that the Δt8/5 cooling times corresponded to the recommended processing range. For the deposition strategy, significant effects were exhibited, in particular on the local residual stresses in the transition area. The working temperature showed a higher influence on cooling time, displacement and residual stresses than the heat input. A low working temperature of 100 °C produces almost twice as much deformation of the substrate plate in the tests compared to manufacturing at a high working temperature of 300 °C. Furthermore, compressive longitudinal residual stresses in the sensitive transition area are reduced from 500 MPa to approx. 100 MPa by adjusting the working temperature from 100 °C to 300 °C. Such complex interactions must be clarified comprehensively to provide users with easily applicable processing recommendations and standard specifications for an economical hybrid additive manufacturing of components, for example made of high-strength steels in the transition area. T2 - 77th IIW Annual Assembly and International Conference on Welding and Joining CY - Rhodes, Greece DA - 06.07.2024 KW - DED-Arc KW - Residual stress KW - Heat control PY - 2024 AN - OPUS4-61925 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Erxleben, Kjell T1 - Reparaturschweißen zukünftiger, in Betrieb befindlicher Wasserstoffpipelines N2 - Wasserstoff leistet als Energieträger der Zukunft einen entscheidenden Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung. Der Transport wird vorwiegend durch das europäische Ferngasleitungsnetz erfolgen. Bisherige Untersuchungen zeigen, dass bisher verwendete Rohrstähle grundsätzlich für den Wasserstofftransport geeignet sind. Diese Eignung ist nicht direkt auf Reparaturfragestellungen im Betrieb übertragbar, da Schweißungen aus technisch-ökonomischen Gründen oft unter fortwährendem Gasfluss durchgeführt werden. Ein im Erdgasnetz angewandtes Konzept ist das Anbohren druckführender Pipelines („Hot Tapping“). Dazu werden Zylinderhalbschalen zuerst durch Längs- und dann per Rohrrundnähten an die Pipeline geschweißt. Essenziell ist dabei die maßgeschneiderte Wärmeeinbringung, um das „Durchbrennen“ in die Pipeline zu vermeiden. Für zukünftige Wasserstoffpipelines liegt der Fokus u.a. auf dünnwandigen Leitungen. Im Gegensatz zu Erdgas, führen die beim Schweißen erreichten hohen Temperaturen an der Innenseite der Pipeline zu einer zusätzlichen Wasserstoffaufnahme in den Rohrstahl mit möglicher Materialdegradation. Zur praktischen Lösung der Fragestellung, sind internationale Aktivitäten im Gang. Diese umfassen bspw. die Möglichkeiten und Weiterentwicklung von realistischen Prüfkonzepten (u.a. durch maßstäbliche Bauteilversuche). Dazu untersucht die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in einem DVGW-geförderten Kooperationsprojekt mit Gasnetzbetreibern, die Frage der Übertragbarkeit der Schweißkonzepte der Erdgastechnik auf zukünftiger Wasserstoffpipelines. T2 - DVS CONGRESS 2024 CY - Erfurt, Germany DA - 16.09.2024 KW - Schweißen KW - Reparatur KW - Wasserstoff KW - Pipeline PY - 2024 AN - OPUS4-61076 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Erxleben, Kjell T1 - Reparaturschweißen zukünftiger, in Betrieb befindlicher Wasserstoffpipelines N2 - Es existieren konkrete nationale und europäische Pläne für eine Wasserstoffpipeline Netz. Dieses soll in Zukunft eine Nachhaltige Energieversorgung von Industrie mit hohem energiebedarf sicherstellen. Dabei müssen zukünftige Wasserstoffpipelines aus wirtschaftlich und technischen Gründen im Betrieb gewartet, repariert oder erweitert werden. Die Übertragbarkeit von etablierten Reparaturkonzepten von Ergaspipelines, wie das "Hot-tapping", muss für Wasserstoffpipelines hinlänglich untersucht werden. Das Schweißen im Betrieb ist dabei unumgänglich. Durch eine erhöhte thermische Belastungen bei der Schweißprozedur muss die Wassestoffaufnahme in den Pipelinestahl ausgehend von der Innenwand der Pipeline und eine mögliche Materialdegradation (hydrogen embrittlement, HE) eingehend untersucht werden. Dazu wurden im Rahmen des Projekts "H2-SuD" zwei Prüfkonzepte entiwckelt. Ein Demonstrator Konzept (1) zur Bestimmung der Wasserstoffaufnahme durch realistische Reparaturschweißversuche an druckbeaufschlagten Demonstratoren und ein Prüfkonzept (2) mit vereinfachter Geometrie zur Messung von Wärmefeldern, die beim Reparaturschweißen entstehen. Erste Ergebnisse zur Wasserstoffaufnahme (1) und Temperaturmessungen (2) werden präsentiert und bewertet. Beide Prüfkonzepte bieten die experimentelle Grundlage zur Validierung von geplanten Temperatur- und Diffusionssimulationen von Reparaturschweißungen an Wasserstoffpipelines. T2 - 1. Weiterbildungsveranstaltung 2025 des DVS BV Potsdam CY - Götz, Germany DA - 19.02.2025 KW - Reparaturschweißen KW - Wasserstoff KW - Pipeline PY - 2025 AN - OPUS4-62606 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Erxleben, Kjell T1 - Component test for safety assessment of in-service welding on / onto pressurized hydrogen pipelines N2 - Hydrogen is the energy carrier of tomorrow for a fossil-free future. This requires a reliable transport infrastructure capable of transporting large quantities of hydrogen, e.g. for the steel and chemical industries. In addition to the construction of new pipelines, the conversion of existing natural gas (NG) networks is an essential part of global hydrogen strategies. The transport of hydrogen is fundamentally different from that of NG, as hydrogen can be absorbed into the pipeline material. Given the known effects of hydrogen embrittlement, the compatibility of the materials for the proposed pipelines (typically low alloy steels in a wide range of strengths and thicknesses) must be investigated. However, pipelines require frequent maintenance, repair, or the need to install additional outlets. In some cases, it is necessary to perform welding on or to the pipelines while they are still in service, i.e. with active gas flow under high pressure, such as the well-known "hot tapping". This in-service welding poses challenges for hydrogen operations in terms of additional hydrogen absorption during welding and material compatibility. The challenge can be roughly divided into the possible austenitization of the inner pipe material exposed to hydrogen, which can lead to sufficient hydrogen absorption, and the welding itself, which causes an increased temperature range. Both lead to a significant increase in hydrogen solubility and diffusivity of the respective materials compared to room temperature. In this context, knowledge about hot tapping on hydrogen pipelines is scarce due to the lack of operational experience. Fundamental experimental investigations are required to investigate the transferability from natural gas to hydrogen pipeline networks. For this reason, the present study presents a specially designed mock-up / demonstrator concept for the realistic assessment of the welding process conditions. T2 - Materials Week 2025 CY - Frankfurt am Main, Germany DA - 02.04.2025 KW - In-service KW - Hydrogen KW - Pipeline KW - Repair welding PY - 2025 AN - OPUS4-62874 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kaiser, Sebastian T1 - Evaluation of welding on in-service pressurized hydrogen pipelines by component testing N2 - Hydrogen transportation is fundamentally different from natural gas (NG) as it can be absorbed into the pipeline material. However, pipelines require frequent maintenance or repair, in some cases on or onto the pipelines while they are still under pressure. This in-service welding causes challenges for hydrogen operations. They can be roughly divided into: (1) possible austenitization of the inner pipe material exposed to hydrogen, and (2) welding itself with its temperature cycles. Both lead to a significant increase in hydrogen solubility/diffusivity of the materials. Fundamental investigations are required due to the missing service experience. The present study introduces a specially designed demonstrator concept for the assessment of the welding processing conditions. The mock-up was designed to enable temperature measurement during welding as well as ex-post extraction of samples for the quantification of the absorbed hydrogen. The necessary pressurized hydrogen volume was limited by the insertion of a solid cylinder. Welding experiments on the pressurized mock-ups (DN50 and DN200) have shown that the austenitization temperature is nearly reached on the inner surface of the pipeline. This corresponds to a significant hydrogen absorption of several ppm in the welded joint, especially for thin-walled pipelines. Nonetheless, a potential hydrogen assisted cracking was not identified. T2 - 24. Werkstofftechnisches Kolloquium CY - Chemnitz, Germany DA - 02.04.2025 KW - Pipeline KW - In-Service KW - Welding KW - Hydrogen PY - 2025 AN - OPUS4-62917 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kaiser, Sebastian A1 - Erxleben, Kjell A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Repair Welding of In-Service Hydrogen Pipelines - Concepts and Challenges N2 - Hydrogen is set as the energy carrier of tomorrow for a more sustainable fossil fuel free future. As this necessitates a reliable transport infrastructure, repurposing of the existing natural gas grid is planned. With regards to the well-known effect of hydrogen embrittlement, the compatibility of utilized materials must be investigated. First comprehensive studies on pipeline material hydrogen compatibility indicate that these materials can be applied to a certain extent. Nonetheless, the material compatibility is currently of high interest and focus of numerous research projects worldwide. However, pipelines require frequent maintenance and repair work. As part of these, in some cases it is necessary to do weldments onto pipelines while they are pressurized. This in-service welding introduces additional challenges for the material compatibility. Due to the resulting high temperatures, the metallurgical changes in the material and of course the presence of high-pressure hydrogen in the pipeline, additional investigations need to be conducted to ensure that no critical material degradation because of increased hydrogen absorption occurs and an overall material compatibility is given. For this reason, the present paper introduces in-service welding on pipelines. An overview of current research projects that deal with the application of in-service welding specifically on hydrogen pipelines and the emerging problems when applying these techniques on hydrogen pipelines is given. Methods of material testing, their limits and possible solutions are presented and discussed. T2 - 2024 15th International Pipeline Conference CY - Calgary, Alberta, Canada DA - 23.09.2024 KW - Hydrogen KW - Pipeline KW - Welding KW - In-Service PY - 2024 SN - 978-0-7918-8856-8 DO - https://doi.org/10.1115/IPC2024-133052 SP - 1 EP - 6 PB - The American Society of Mechanical Engineers (ASME) CY - New York AN - OPUS4-62262 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. T1 - Einfluss der Wärmeführung auf die Eigenschaften und fertigungsbedingten Beanspruchungen additiv geschweißter hochfester Feinkornbaustähle N2 - Hochfeste Feinkornbaustähle verfügen über ein großes Potenzial für gewichtsoptimierte, effiziente Strukturen in vielen modernen Stahlkonstruktion. Weitere Effizienzsteigerungen können durch additives Fertigen sowie bionische Bauweisen erreicht werden. Kommerzielle hochfeste Zusatzwerkstoffe für additives MSG-Schweißen (engl.: Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM) sind bereits von den Schweißzusatzherstellern lieferbar. Derzeit ist jedoch eine breite industrielle Anwendung insbesondere für KMU aufgrund fehlender quantitativer Erkenntnisse und Richtlinien bezüglich schweißbedingter Beanspruchungen und Bauteilsicherheit während der Herstellung und des Betriebs stark limitiert. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt (FOSTA-P1380/IGF21162BG) der BAM und der TU Chemnitz werden die mit Eigenspannungsausbildung und der Gefahr einer Kaltrissbildung verbundenen prozess- und werkstoffbedingten sowie konstruktiven Einflüsse untersucht. Im Fokus dieser Analysen steht die Bestimmung der Wechselwirkungen zwischen WAAM-Prozessparametern bzw. der Wärmeführung auf das Gefüge und die Eigenspannungen. Hierfür werden Referenzproben als offene Hohlquader mit definierten Abmessungen vollautomatisiert mit einem speziellen, hochfesten WAAM-Massivdraht (Streckgrenze >790 MPa) geschweißt. Die gezielte Einstellung der geometrischen Eigenschaften erfolgt durch Schweißparameter und Nahtaufbau bei ca. 4 kg/h mittlerer Abschmelzleistung. Die Wärmeführung wird innerhalb eines statistischen Versuchsplanes mittels Streckenenergie (200 kJ/m bis 650 kJ/m) und Zwischenlagentemperatur (100 °C bis 300 °C) so variiert, dass die t8/5-Abkühlzeiten dem empfohlenen Verarbeitungsbereich entsprechen (ca. 5 s bis 20 s). Ziel ist es bei konstanten geometrisch-konstruktiven Randbedingungen, den Einfluss der Wärmeführung auf Gefüge und resultierende Eigenspannungen zu analysieren. Darüber hinaus erfolgt die Bestimmung des Einflusses der t8/5-Abkühlzeit auf die mechanisch-technologischen Eigenschaften des speziellen, hochfesten WAAM-Massivdrahts mithilfe von Dilatometeranalysen. Für die Streckenenergie können neben den Gefügeeinflüssen aufgrund der resultierenden Abkühlzeit deutliche Effekte insbesondere auf die lokalen Eigenspannungen im Bauteil belegt werden. Das Schweißen mit zu hoher Wärmeeinbringung bzw. Abschmelzleistung kann zu ungünstigen Gefüge- und Bauteileigenschaften führen, gleichzeitig jedoch niedrigere Zugeigenspannungsniveaus bewirken. Die Dilatometeranalysen zeigen für den untersuchten WAAM-Schweißzusatzwerkstoff eine großes t8/5-Zeitfenster mit einer vergleichsweise geringen Abnahme der Zugfestigkeit mit zunehmender t8/5-Abkühlzeit. Solche komplexen Wechselwirkungen gilt es letztlich mit diesen Untersuchungen zu klären, um leicht anwendbare Verarbeitungsempfehlungen und Normvorgaben für ein wirtschaftliches, anforderungsgerechtes und risssicheres WAAM von hochfesten Stählen den Anwendern zur Verfügung zu stellen. T2 - 42. Assistentenseminar Fügetechnik CY - Braunschweig, Germany DA - 06.10.2021 KW - MAG-Schweißen KW - Eigenspannungen KW - Additive Fertigung KW - Hochfester Stahl KW - Kaltrisssicherheit PY - 2021 AN - OPUS4-56691 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Reichel, Levin A1 - Kromm, Arne A1 - Michael, Thomas A1 - Schroepfer, Dirk A1 - Kannengiesser, Thomas T1 - Modern welding processes for optimizing repair welding on high-strength offshore steels N2 - The successful energy transition in Germany will require offshore wind turbines with outputs >10 MW in the future, for which high-strength steels with a yield strength of up to 500 MPa and wall thicknesses up to 150 mm are increasingly being used. The repair of weld seams when detecting defects during NDT requires localized gouging and rewelding. This involves high demands on welding manufacturing, especially for highstrength steels. Due to a lack of investigations, there are no repair concepts and information in standards and guidelines, particularly for high-strength thick plate joints made of high-strength offshore steels. However, these are urgently needed to enable processors, especially SMEs, to carry out safe and economical repairs. Therefore, BAM startedthe FOSTA project P1629 (IGF 01IF22746N) to investigate the stress-optimized repair(local gouging and welding) of high-strength thick plate joints made of offshore grades in the yield strength range off 355 to 460 MPa and similar weld metal with controlled high-performance GMAW processes and optimized narrower gouging grooves. The experimental analyses consider the complex interaction of material, process, and designrelated influences on the formation of weld-related stresses and the special microstructure of high-strength fine-grain structural steels. Welding-related material Degradation and crack-critical residual tensile stresses need to be avoided to ensure high component safety and performance. With component-related welding experiments on special testing equipment, adapted process and heat control concepts along with variable groove configurations will be developed and recommendations for guidelines elaborated. This is the prerequisite for fully utilizing the strength potential of high-strength steels and making a valuable contribution to the energy transition in Germany, especially for steelprocessing SMEs. T2 - 6. Symposium Materialtechnik CY - Clausthal-Zellerfeld, Germany DA - 20.02.2025 KW - Narrow groove KW - Optimized repair welding KW - Modern welding processes KW - High-strength steel PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-636520 DO - https://doi.org/10.21268/20250507-5 SP - 3 EP - 15 AN - OPUS4-63652 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina T1 - Challenges in the evaluation of the weldability of old mild steels for future use N2 - From the middle of the 19th century, the development and implementation of completely new manufacturing processes meant that molten steel could be produced in almost any quantity. This enabled the widespread use of the steels from this time, whose area of application was considerably expanded. Numerous structures built on this basis are still in operation today and represent an essential part of the infrastructure. For example, around 50 % of the bridges and engineering structures in the German railway network are over 80 years old, with around 80 % of these structures having existed for more than 100 years. Similarly, around 6,000 bridges in Germany's road network were built more than 80 years ago. Particularly, today high level of loads due to railway/road traffic (masses, speed etc.) intensifies the importance of maintaining and repairing these structures. The focus of these measures is to enable the structures to fulfil future requirements. As earlier constructions were predominantly designed for screws and rivet joints, old steels were originally manufactured without considering their suitability for welding. In addition, for historical steel structures there is often insufficient or no documentation available. This includes data on material specifications such as the chemical composition, information on the mechanical-technological properties and on the manufacturing process used. These missing information poses a major challenge for the assessment of the steels suitability for welding. Furthermore, old steels are characterised by a typical macrostructure. Depending on whether the manufacturing process is a cast steel process or ingot casting (currently continuous casting), the question arises as to the type of deoxidisation (non-/deoxidized). In the case of non-deoxidized old mild steels, a relatively clean, dense surface layer, the so-called ‘rim-layer’, forms during the solidification of the steel ingot. Towards the centre of the sheet cross-section however, the remaining molten metal becomes increasingly enriched with tramp elements such as sulphur and phosphorus. This so-called segregation layer makes fault-free welding significantly more difficult, as depending on the heat input, chemical composition and the filler metal used, hot cracking, the risk of brittle fracture and a tendency to terrace fracture can be expected. Thus, an individual assessment of the suitability for welding of each old steel charge used in such old structures, that must be repaired is necessary. T2 - 78th Annual Assembly and International Conference CY - Genoa, Italy DA - 22.06.2025 KW - Old mild Steels KW - Weld-CCT diagrams KW - Suitability for welding KW - Dilatometry KW - Repair measures PY - 2025 AN - OPUS4-63649 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Reichel, Levin T1 - From conventional to narrow groove repair: Optimizing repair welding with modern welding processes for high strength offshore steels N2 - The successful energy transition in Germany will require offshore wind turbines with outputs >10 MW in the future. To achieve these high outputs, turbines far from the coast are required, featuring large subsea jacket structures (30 m up to 50 m) and tall towers (up to 200 m). High-strength steels with a yield strength up to 500 MPa and wall thicknesses of up to 120 mm are increasingly being used for these structures. During manufacture, weld defects detected by non-destructive testing (NDT) require localized repair (gouging and rewelding). To date, there is a lack of repair concepts and information in standards and guidelines. Therefore, BAM initiated the FOSTA project P1629 (IGF 01IF22746N) to investigate the stress-optimized repair (local gouging and welding) of high-strength thick plate joints made of offshore grades in the yield strength range off 355 to 460 MPa and similar weld metal. This research aims to develop a stress-optimized repair concept for thick plate joints, using controlled high-performance GMAW processes and optimized, narrow gouging grooves. Thermal and mechanical gouging are performed, allowing the groove configuration to be modified. Modern welding processes provide deep root penetration and focused energy input capable of welding narrow seams. The aimed residual stress reduction can be attributed to the lower input of weld metal due to the changes in groove configuration and to the reduction in heat input per layer due to the controlled arc process. The experimental analyses take into account the interaction of process, material, and design-related influences on the formation of weld induced stresses. Concluding with recommendations for guidelines elaborated for steel-processing SMEs. T2 - 78th IIW Annual Assembly and International Conference CY - Genoa, Italy DA - 22.06.2025 KW - Narrow groove KW - Optimized repair welding KW - Modern welding processes PY - 2025 AN - OPUS4-63651 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina T1 - Influence of various microalloying strategies on the mechanical properties of weld seams in S690QL steel N2 - Microalloying elements such as niobium (Nb) and titanium (Ti) play a crucial role in achieving the desired mechanical properties of quenched and tempered high-strength fine-grained structural steels with a nominal yield strength of ≥ 690 MPa. Current specifications for the chemical composition only define upper limits for these elements, providing manufacturers with some flexibility. However, even minor deviations in alloying concepts can significantly influence the resulting mechanical properties. Consequently, accurately predicting weldability and the integrity of welded joints becomes challenging or even unfeasible due to variations in composition and the associated microstructural changes. Potential adverse effects include the softening of the heat-affected zone (HAZ) or, conversely, localized hardening phenomena. To address these challenges, various microalloying strategies with different Ti and Nb contents are being systematically investigated for the first time using specially designed laboratory-cast alloys. Each alloying approach is based on the commonly used S690QL steel grade while maintaining consistent chemical composition and heat treatment parameters. T2 - 78th Annual Assembly and International Conference CY - Genoa, Italy DA - 22.06.2025 KW - HSLA KW - Digital Image Correlation KW - HAZ Softening KW - Impact Toughness KW - Microalloying influence PY - 2025 AN - OPUS4-63648 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Zuverlässige Wasserstoffbestimmung in Metallen und ihren Schweißverbindungen: Parameter, Einflüsse, Grenzen N2 - Im Zuge der wasserstoffbasierten Energiewirtschaft von morgen, kommt der Errichtung der dementsprechenden Infrastruktur die zentrale Rolle zu. Der überwiegende Teil bisher eingesetzter und meist geschweißter Werkstoffe, wie Stähle, kann unter bestimmten Bedingungen zur Wasserstoffversprödung neigen. Dies umfasst die klassische verzögerte Kaltrissbildung während der Schweißverarbeitung als auch Versprödungsphänomene während des Betriebs. Für die Bewertung eines jeden Wasserstoffeffektes auf bspw. die mechanischen Eigenschaften eines geschweißten metallischen Werkstoffes, muss der Wasserstoffgehalt präzise bestimmt werden, Im Fall von Schweißnähten ist die beispielsweise nach der ISO 3690, die klassische isotherme Trägergas-Heißextraktion (TGHE). Die TGHE basiert dabei auf der beschleunigten Wasserstoffentgasung aufgrund der thermischen Aktivierung des Wasserstoffs bei erhöhten Temperaturen. Neben der reinen Quantifizierung des Wasserstoffs, kann über die thermische Desorptionsanalyse (TDA) mit variierten Heizraten, der Bindungszustand an mikrostrukturellen Defekten im Material festgestellt und bewertet werden. Für beide Techniken sind experimentelle und messtechnische Einflüsse zu beachten, die großen Effekt auf das Ergebnis haben. Für die TGHE schlägt die ISO 3690 schlägt beispielswiese verschiedene Probengeometrien sowie Mindestextraktionszeiten vor. Die vorliegende Studie fasst Ergebnisse und Erfahrungen zahlreicher Untersuchungen an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) mit unterschiedlichen Probentemperaturen und Geometrien (ISO 3690 Typ B und zylindrische TDA-Proben) zusammen hinsichtlich: Einfluss der Probenoberfläche (poliert/geschweißt), Messgenauigkeiten in Abhängigkeit des Probenvolumens sowie die unzureichende Überwachung des Effektes des PI-Reglers auf die Extraktionstemperatur. Insbesondere eine abweichende Extraktionstemperatur zur eingestellten Temperatur, kann die Messergebnisse wesentlich verfälschen. Basierend auf den Ergebnissen werden Methoden aufgezeigt, um schnell die gewünschte Extraktionstemperatur zu erreichen, ohne physisch in das Messequipment eingreifen zu müssen. Dies dient der wesentlichen Verbesserung der Zuverlässigkeit der Wasserstoffmessung durch erhöhte Signalstabilität und beschleunigte Wasserstoffdesorption. Im Allgemeinen ist eine unabhängige Temperaturmessung mit Dummy-Proben für die gewählte Heizprozedur angeraten, um mögliche unerwünschte Temperatureinflüsse bereits vor der Messung auszuschließen. Die beschriebenen Methoden können ohne großen Aufwand direkt in die industrielle Anwendung überführt werden. T2 - DVS Congress 2023 CY - Essen, Germany DA - 11.09.2023 KW - Wasserstoff KW - Messung KW - Trägergasheißextraktion KW - ISO 3690 KW - Schweißverbindung PY - 2023 AN - OPUS4-58307 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Witte, Julien A1 - Hübler, Daniela A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Börner, Andreas A1 - Kannengießer, Thomas ED - Hanke, S. T1 - Wear behavior of innovative niobium carbide cutting tools in ultrasonic-assisted finishing milling N2 - The resources of niobium exceed the ones of tungsten by an order of magnitude. With 92%, Brazil is today the main global producer of niobium. Hence, niobium carbides (NbC) are a sustainable and economic alternative to conventionally used cutting materials, especially tungsten carbides (WC). Moreover, NbC can be used in Ni alloy matrix and thus offer significant advantages by substituting WC in Co matrix as cutting materials in terms of health risks and raw material price and supply risk. Based on recent studies which found an increased performance of NbC compared to WC cutting tools in machining higher strength steels, the composition NbC12Ni4Mo4VC was chosen for finish machining of a high-strength steel S960QL in this study. The experiments were carried out on an ultrasonic-assisted 5-axis milling machine using NbC tools specially made to benchmark them with commercially available coated WC cutting inserts. In addition, the influence of a coating system for the NbC inserts is tested and evaluated for its performance in the cutting process. Tool wear and cutting force analyses are implied to identify optimal parameter combinations as well as tool properties for the novel NbC tool. Together with the oscillation of ultrasonic-assisted milling, the loads on the component surface and the tool can be reduced and the wear behavior of the novel NbC tool can be refined. These milling tests are accompanied by standardized wear tests, i.e., pin-on-disc, between the aforementioned material combinations, and the results are correlated with each other. Finally, the behavior when using hard-to-cut materials such as Ni alloys, or innovative materials such as iron aluminide is also being tested, as these are constantly in the focus of machining optimization. With this strategy, comprehensive knowledge is achievable for future efficient application of NbC for milling tools, which have already been researched for decades using WC. T2 - 24th International Conference on Wear of Materials CY - Banff, Canada DA - 16.04.2023 KW - Niobium carbide KW - Cutting tool KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Tool wear PY - 2023 DO - https://doi.org/10.1016/j.wear.2023.204722 SN - 0043-1648 VL - 522 SP - 1 EP - 7 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-57561 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Eigenspannungsabbau mittels LTT – Schweißzusätzen unter Berücksichtigung der Nahtgeometrie N2 - Low Transformation Temperature (LTT)-Schweißzusätze sind ein innovativer Ansatz, um Eigenspannungen in Schweißnähten zu reduzieren. Dieser Vortrag behandelt neben den Einfluss der LTT-Schweißzusätze auch deren Naht-Ausführungen. Die unterschiedlichen LTT-Nahtgeometrien haben einen signifikanten Einfluss auf den Eigenspannungsabbau in der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone (WEZ). T2 - SFB 1120 Summer School CY - Steinfeld, Germany DA - 11.06.2024 KW - LTT (Low Transformation Temperature) KW - Eigenspannungen KW - Ermüdungsfestigkeit KW - Aufmischung PY - 2024 AN - OPUS4-60306 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina T1 - Ausscheidungsverhalten und Eigenschaften der schweißbedingten Wärmeeinflusszonen hochfester Stähle in Abhängigkeit der Mikrolegierungsroute N2 - Für eine signifikante Festigkeitssteigerung von vergüteten, hochfesten Feinkornbaustählen mit einer Nominalstreckgrenze ≥ 690 MPa, ist die Zugabe von Mikrolegierungselementen, wie Nb und Ti, unerlässlich. Die Normvorgaben zur chemischen Zusammensetzung dieser Stähle (bspw. in DIN EN 10025-6) geben zur Erzielung der vorgeschriebenen Eigenschaften dabei oft nur Grenzgehalte für die Hersteller vor. Die Wirkung der Legierungselemente in der WEZ ist teilweise komplett konträr. Somit wird eine adäquate Vorhersage der Chargenabhängigkeit hinsichtlich der Schweißeignung und des Tragverhaltens der Schweißverbindung erschwert. Neben metallographischen Untersuchungen einzelner WEZ-Bereiche wurden unter Variation der chemischen Zusammensetzung, thermodynamische Phasenberechnungen mittels ThermoCalc durchgeführt. Hierdurch wird ein Verständnis zur Phasentransformation, Ausscheidungswachstum und -auflösung während des Schweißens in Abhängigkeit von Temperatur und Abkühlbedingungen geschaffen. T2 - 40. Vortrags- und Diskussionstagung Werkstoffprüfung 2022 CY - Dresden, Germany DA - 27.10.2022 KW - WEZ-Erweichung KW - Hochfester Feinkornbaustahl KW - ThermoCalc PY - 2022 AN - OPUS4-56169 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina T1 - Experimentelle Bestimmung und thermodynamische Modellierung des Ausscheidungsverhaltens in der WEZ eines S690QL bei unterschiedlichen Mikrolegierungsrouten N2 - Für eine signifikante Festigkeitssteigerung von vergüteten, hochfesten Feinkornbaustählen mit einer Normstreckgrenze > 690 MPa, ist die Zugabe von Mikrolegierungselementen, wie Nb und Ti, unerlässlich. Die Normvorgaben zur chemischen Zusammensetzung dieser Stähle (bspw. in DIN EN 10025-6) geben zur Erzielung der vorgeschriebenen Eigenschaften dabei oft nur Grenzgehalte für die Hersteller vor. Die Wirkung der Legierungselemente bzw. ihrer Karbide und/oder Nitride ist teilweise komplett konträr, insbesondere bei Auflösung und Wiederausscheidung in der WEZ bei identischem Schweißzusatz. Somit wird eine adäquate Vorhersage der Chargenabhängigkeit hinsichtlich der Schweißeignung und des Tragverhaltens der Schweißverbindung erschwert. Zuzüglich können moderne Schweißprozesse, wie MSG mit modifiziertem Sprühlichtbogen (mod. SLB) durch ihre hohe Wärmeeinwirkung die Phasenumwandlung in der Wärmeeinflusszone negativ beeinflussen. Eine unerwünschte Eigenschaft ist dabei die Erweichung (engl.: softening) der WEZ, wie auch u.U. der gegenteilige Effekt der Aufhärtung (engl.: hardening). Vor diesem Hintergrund werden im Rahmen eines DFG-Vorhabens systematisch Mikrolegierungsrouten mit variierenden Ti- und Nb-Gehalten des hochfesten und vergüteten Feinkornbaustahls S690QL untersucht. Dazu wird das MAGSchweißen mit mod. SLB verwendet, welches durch hohe Abschmelzleistung gekennzeichnet ist und schmalere Fugenöffnungswinkel (α = 30°) ermöglicht. An diesen Schweißungen wird der Effekt der metallurgischen Zusammensetzung in Kombination mit hoher Wärmeeinwirkung auf dDie Ausbildung einer kritischen WEZ-Gefügezone mit Erweichung und/oder exzessiver Aufhärtung untersucht. Ein besonderes Augenmerk wird auf die Phasenumwandlungen und das Ausscheidungsverhalten im Gefüge der Wärmeeinflusszone gelegt. Neben umfangreichen metallographischen Untersuchungen einzelner WEZ-Bereiche wurden, unter Variation der chemischen Zusammensetzung, thermodynamische Phasenberechnungen mittels ThermoCalc durchgeführt. Hierdurch wird ein Verständnis zur Phasentransformation und Ausscheidungswachstum und -auflösung während des Schweißens in Abhängigkeit von Temperatur und Abkühlbedingungen geschaffen. Das Ziel ist es, mittels erster Untersuchungen den Einfluss der Wärmeeinwirkung auf die Gefügeausbildung in der WEZ zu zeigen. Insbesondere wird hier auf die Auswirkung der unterschiedlichen Mikrolegierungskonzepte (Ti oder Nb) geachtet. T2 - DVS Congress 2022 - Große Schweißtechnische Tagung CY - Koblenz, Germany DA - 19.09.2022 KW - WEZ-Erweichung KW - Hochfester Feinkornbaustahl KW - ThermoCalc KW - Thermodynamische Simulation KW - Modifizierter Sprühlichtbogen PY - 2022 AN - OPUS4-55835 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel T1 - Alloy Modification and ultrasonic assisted milling of wear resistant alloys with defined surfaces N2 - The targets for reducing CO2 emissions are closely linked to the development of highly efficient and economical steel components in plant, process and power plant technology, which require wear protection coatings tailored to the application and steel material for high combined corrosive, tribological, thermal and mechanical stresses. There is a growing demand in industry for defined functional surfaces of high quality for these coatings. Milling is a standard process for finish machining. The desired properties of wear resistant alloys imply significant challenges for the milling process due to high tool wear and surface defects. Besides the hardness of the coating materials, especially due to the precipitations, inhomogeneous, anisotropic weld structures of the claddings lead to further deteriorations of milling processes due to unstable milling conditions and process forces. A joint project of BAM and ISAF of TU Clausthal (Fosta P1550/IGF 21959 N) investigates the optimization of these challenging machining conditions by means of alloy modifications of the welding powder for plasma transferred arc cladding, without reducing the wear protection potential and using ultrasonic assisted milling process. In this paper, the influence of the microstructure and precipitation morphology adjusted by means of alloy modification on machining for a NiCrMoSiFeB alloy (trade name: Colmonoy 56 PTA) is investigated. Through metallurgical investigations and in-situ measurement of cutting forces and temperatures at the cutting edge during the milling process as well as the subsequent investigation of tool wear and surface integrity, a detailed analysis and correlation between microstructural properties and machinability is feasible. The findings allow recommendations for standards and processing guidelines, enabling safe and economical production of highly stressed steel components with non-critical, cost-reduced materials. T2 - IIW Annual Assembly CY - Singapore DA - 16.07.2023 KW - Werkzeugverschleiß KW - Oberflächenintegrität KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Zerspankräfte PY - 2023 AN - OPUS4-59087 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel T1 - Alloy Modification and ultrasonic assisted milling of wear resistant alloys with defined surfaces N2 - The targets for reducing CO2 emissions are closely linked to the development of highly efficient and economical steel components in plant, process and power plant technology, which require wear protection coatings tailored to the application and steel material for high combined corrosive, tribological, thermal and mechanical stresses. In addition to increasing demands to replace conventional cobalt alloys with nickel alloys as a result of price and supply risks, there is a growing demand in industry for defined functional surfaces of high quality for these coatings. Milling is a standard process for finish machining. The desired properties of wear resistant alloys imply significant challenges for the milling process due to high tool wear and surface defects. Besides the hardness of the coating materials, especially due to the precipitations, inhomogeneous, anisotropic weld structures of the claddings lead to further deteriorations of milling processes due to unstable milling conditions and process forces. A joint project of BAM and ISAF of TU Clausthal (Fosta P1550/IGF 21959 N) investigates the optimization of these challenging machining conditions by means of alloy modifications of the welding powder for plasma transferred arc cladding, without reducing the wear protection potential and using ultrasonic assisted milling process. In this paper, the influence of the microstructure and precipitation morphology adjusted by means of alloy modification on machining is investigated. The alloy used is a NiCrMoSiFeB alloy (trade name: Colmonoy 56 PTA). Through metallurgical investigations and in-situ measurement of cutting forces and temperatures at the cutting edge during the milling process as well as the subsequent investigation of tool wear and surface integrity, a detailed analysis and correlation between microstructural properties and machinability is feasible. The findings allow recommendations for standards and processing guidelines, enabling safe and economical production of highly stressed steel components with non-critical, cost-reduced materials. T2 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium CY - Magdeburg, Germany DA - 31.05.2023 KW - Werkzeugverschleiß KW - Oberflächenintegrität KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Zerspankräfte PY - 2023 AN - OPUS4-59212 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina T1 - Influence of Microalloying on Precipitation Behavior and Notched Impact Strength of Welded High Strength Structural Steels N2 - Microalloying elements, such as Nb and Ti, are essential for significantly increasing the strength of quenched and tempered, high-strength structural steels with a nominal yield strength ≥ 690 MPa and their welded joints. The standard specifications (e.g., EN 10025-6) for the chemical composition are only tolerated limit contents within which the steel manufacturers operate. The standard composition, however, says nothing per se about the properties of the material. Even small deviations in the alloy route can have a drastic effect on the mechanical properties. This makes it difficult or even impossible to adequately predict the weldability and integrity of the welded joint. An undesirable side effect is the possible softening of the heat-affected zone (HAZ), as well as the opposite hardening.Mechanical-technological investigations of the notched impact strength confirm the results of the simulation regarding the development of different microalloy routes in the welded state. From this, the influence of the heat effect of welding on the microstructure formation in the HAZ and the corresponding mechanical properties can be described qualitatively. T2 - 76th IIW Annual Assembly and International Conference on Welding and Joining CY - Singapore DA - 16.07.2023 KW - High-strength structural steel KW - Notched impact strength KW - HAZ-softening KW - Microalloying influences PY - 2023 AN - OPUS4-57997 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina 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. 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 CY - Essen, Germany DA - 11.09.2023 KW - WEZ-Erweichung KW - Digital Image Correlation KW - Mikrolegierungseinfluss KW - Hochfester Feinkornbaustahl KW - Kerbschlagzähigkeit PY - 2023 AN - OPUS4-58354 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel T1 - Alloy modification and ultrasonic assisted milling of wear resistant alloys with defined surfaces N2 - The targets for reducing CO2 emissions are closely linked to the development of highly efficient and economical steel components in plant, process and power plant technology, which require wear protection coatings tailored to the application and steel material for high combined corrosive, tribological, thermal and mechanical stresses. In addition to increasing demands to replace conventional cobalt alloys with nickel alloys as a result of price and supply risks, there is a growing demand in industry for defined functional surfaces of high quality for these coatings. Milling is a standard process for finish machining. The desired properties of wear resistant alloys imply significant challenges for the milling process due to high tool wear and surface defects. Besides the hardness of the coating materials, especially due to the precipitations, inhomogeneous, anisotropic weld structures of the claddings lead to further deteriorations of milling processes due to unstable milling conditions and process forces. A joint project of BAM and ISAF of TU Clausthal (Fosta P1550/IGF 21959 N) investigates the optimization of these challenging machining conditions by means of alloy modifications of the welding powder for plasma transferred arc cladding, without reducing the wear protection potential and using ultrasonic assisted milling process. In this paper, the influence of the microstructure and precipitation morphology adjusted by means of alloy modification on machining is investigated. The alloy used is a NiCrMoSiFeB alloy (trade name: Colmonoy 56 PTA). Through metallurgical investigations and in-situ measurement of cutting forces and temperatures at the cutting edge during the milling process as well as the subsequent investigation of tool wear and surface integrity, a detailed analysis and correlation between microstructural properties and machinability is feasible. The findings allow recommendations for standards and processing guidelines, enabling safe and economical production of highly stressed steel components with non-critical, cost-reduced materials. T2 - European steel technology and application days CY - Düsseldorf, Germany DA - 12.06.2023 KW - Ultrasonic assisted milling KW - Surface integrity KW - Tool wear PY - 2023 AN - OPUS4-58945 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel T1 - Alloy Modification and ultrasonic assisted milling of wear resistant alloys with defined surfaces N2 - The targets for reducing CO2 emissions are closely linked to the development of highly efficient and economical steel components in plant, process and power plant technology, which require wear protection coatings tailored to the application and steel material for high combined corrosive, tribological, thermal and mechanical stresses. There is a growing demand in industry for defined functional surfaces of high quality for these coatings. Milling is a standard process for finish machining. The desired properties of wear resistant alloys imply significant challenges for the milling process due to high tool wear and surface defects. Besides the hardness of the coating materials, especially due to the precipitations, inhomogeneous, anisotropic weld structures of the claddings lead to further deteriorations of milling processes due to unstable milling conditions and process forces. A joint project of BAM and ISAF of TU Clausthal (Fosta P1550/IGF 21959 N) investigates the optimization of these challenging machining conditions by means of alloy modifications of the welding powder for plasma transferred arc cladding, without reducing the wear protection potential and using ultrasonic assisted milling process. In this paper, the influence of the microstructure and precipitation morphology adjusted by means of alloy modification on machining for a NiCrMoSiFeB alloy (trade name: Colmonoy 56 PTA) is investigated. Through metallurgical investigations and in-situ measurement of cutting forces and temperatures at the cutting edge during the milling process as well as the subsequent investigation of tool wear and surface integrity, a detailed analysis and correlation between microstructural properties and machinability is feasible. The findings allow recommendations for standards and processing guidelines, enabling safe and economical production of highly stressed steel components with non-critical, cost-reduced materials. T2 - IIW Intermediate meeting of Commission II-A CY - Garching, Germany DA - 06.03.2023 KW - Werkzeugverschleiß KW - Oberflächenintegrität KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen PY - 2023 AN - OPUS4-59086 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina A1 - Kadoke, Daniel A1 - Kruse, Julius T1 - Investigation of the local strain behavior by digital image correlation and transverse tensile tests on welded differently microalloyed high strength structural steel N2 - Der Einsatz von hochfesten niedriglegierten Stählen (HSLA) ist in vielen Industriesektoren, wie dem allgemeinen Bauwesen, Offshore Strukturen, Mobilkranbau usw. unumgänglich geworden. Die steigende Nachfrage an Stählen mit einer hohen Festigkeit und gleichzeitig hervorragenden Zähigkeit stellt ein ökonomisches und ökologisches Potential dieser Stähle in Vordergrund. Aktuell gültige Normvorgaben (EN ISO 10025-6) geben den Stahlherstellern Vorgaben bezüglich der chemischen Zusammensetzung, um die geforderten mechanischen Eigenschaften erreichen zu können. Die Legierungsrouten variieren jedoch von Hersteller zu Hersteller. In Betracht der Schweißeignung dieser Stähle zeigt sich das Problem, dass diese bereits bei geringen Nb- und Ti-Mikrolegierungsunterschieden im Grundwerkstoff ein divergentes metallurgisches Verhalten in der Wärmeeinflusszone (WEZ) aufweisen. In diesem Vortrag werden die schweiß-metallurgischen Unterschiede zwischen verschieden mikrolegiertem hochfestem Feinkornbaustahl S690QL thematisiert. Zur Prüfung der Schweißnahtfestigkeit wurden mittels eines instrumentierten DIC (ARAMIS) Systems Querzugversuche an Schweiß-Querflachzugproben durchgeführt. T2 - AJP 2023 3rd International Conference on Advanced Joining Processes CY - Braga, Portugal DA - 19.10.2023 KW - WEZ-Erweichung KW - Hochfester Feinkornbaustahl KW - Digital Image Correlation KW - Querzugversuch KW - Mikrolegierungseinfluss PY - 2023 AN - OPUS4-58721 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel T1 - Investigation of the influence of PWHT heating rate and global stress conditions on the stress relief cracking mechanism of CrMoV steel SAW joints N2 - This presentation summarizes the latest research results of the influence of the post weld heat treatment (PWHT) rate and the global mechanical stress conditions on the stress relief cracking (SRC) susceptibility of low-alloyed and creep-resistant CrMoV steel submerged arc weld joints. It was found that a certain effect of very low heating rates could be confirmed. In addition, the interlinking of SRC susceptibility increasing effects during the PWHT and the ex-post indentification in metallographic cross-section via microstructure characterization is very complex. T2 - IIW Intermediate meeting of Commission II-A CY - Garching, Germany DA - 06.03.2023 KW - Creep-resistant steel KW - Submerged arc welding KW - Stress relief cracking KW - Heating rate KW - Microstructure characterization PY - 2023 AN - OPUS4-57116 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Eissel, A. T1 - Alloy modification for additive manufactured Ni alloy components Part I: Effect on microstructure and hardness N2 - Alloy 36 is an iron-based alloy with 36% nickel. It is used in applications in which dimensional stability is critical, such as molding tools for composite materials in aerospace and automotive applications. Moreover, increasingly complex structures and the optimisation of resource efficiency also require additive manufacturing steps for the production or repair of components. Additively manufactured components have a heterogeneous microstructure and anisotropic mechanical properties. In addition, the manufactured components require subsequent machining surface finishing due to the high requirements. Nickel iron alloys are difficult to machine. Additionally, inhomogeneous microstructure may lead to unstable cutting forces and conditions. Alloy modifications are made to the alloy 36. For this purpose, titanium, zirconium and niobium are added up to 1 % by mass each. Plasma-Transferred-Arc is used for the welding tests. The hardness profile is determined on the transverse section. The initial structure as well as the modifications have an austenitic structure. The microstructure of the modifications of Alloy 36 with 1% Ti and 1% Zr is not refined, instead the grain size increases. T2 - IIW C-II Intermediate meeting CY - Online meeting DA - 17.03.2022 KW - Alloy modification KW - Alloy 36 KW - Additive manufacturing PY - 2022 AN - OPUS4-56622 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz T1 - Optimisation of surface residual stresses using hybrid milling processes for additive manufactured Nickel alloy components N2 - Ni alloys are cost intensive materials and generally classified as difficult-to-cut materials. However, machining of these materials is needed especially in case of alloy 36 (1.3912), which is commonly used in mould construction for the production of fibre-reinforced composites. With regard to repair, modification and manufacturing of such components, additive manufacturing offers significant economic advantages. Nevertheless, subsequent machining steps are needed to achieve the final component contour and defined surface conditions. Dependent on the material and machining process conditions, detrimental tensile residual stresses may be the result on the machined surface, having negative impact on the component performance and safety. Recent studies exhibited that hybrid machining processes, such as ultrasonic-assisted milling (USAM), are suitable for achieving favourable residual stress states at the surface of difficult-to-cut Ni-Cr alloys. In this investigation, wire arc additive manufactured (WAAM) specimens of alloy 36 were finish milled under different milling conditions. In addition to the machined surfaces condition and topology, the surface-near residual stresses were analysed using X-ray diffraction (XRD). Especially for low cutting speeds, significantly improved surface properties, roughness parameters and lower mechanical and microstructural degradations were found for the specimen machined with USAM compared to conventional milling. The improved surface integrity could furthermore be observed by a significant reduction of the tensile residual stresses in the surface boundary area. T2 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 18.05.2022 KW - Surface integrity KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Additive manufacturing KW - Ni alloy KW - Alloy 36 PY - 2022 AN - OPUS4-54908 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Czeskleba, Denis T1 - Numerical simulation of hydrogen diffusion in submerged arc multilayer welds as a tool for the evaluation of cold cracking resistance N2 - High-strength structural steels are increasingly used in modern steel construction for economic and design reasons, e.g., in building, plant or mobile crane construction. By using steels with higher yield strengths (≥690 MPa), significant weight reductions and lower processing costs can be achieved by reducing the wall thickness. For example, substituting S235J2 with S960QL can reduce weight by up to 78%. Current efforts in lightweight design result from the goal of reducing greenhouse gas emissions by up to 65% by 2030 compared to 1990. These demands mean a significant reduction in process emissions in industry by increasing the efficiency of energy and raw materials. Submerged arc welding (SAW) offers high deposition rates and the welding of sheet thicknesses of up to 200 mm. Due to their special microstructure to achieve strength, high strength steels have reduced ductility and are susceptible to hydrogen-assisted cold cracking (HACC), which can also form with delay. In addition, large plate thicknesses lead to high residual welding stresses and long diffusion paths for hydrogen introduced via the welding process, for example. Numerical simulations provide a tool for evaluating the susceptibility of welded joints to cold cracking. In this study, the influence of heat input (ranging from 14.5 kJ/cm to 22 kJ/cm) and plate thickness (30 mm to 60 mm) on the hydrogen content in welded joints was investigated using the finite difference method. The simulation was parametrized to account for weld geometry, heat input and conduction, as well as hydrogen diffusion. Experimental investigations within the project determined hydrogen diffusion coefficients using electrochemical permeation. Additionally, the geometry of the weld layers was analyzed through macrosection examinations. These simulations showed that the heat input has a significant influence on the effusion of hydrogen and the distribution of the hydrogen concentration. Significant influencing factors are above all the sheet thickness and the thickness of the weld bead, as the hydrogen needs more time for effusion with longer diffusion paths. The simulation results can be used to derive HRHT diagrams and improve efficiency through process optimization. T2 - IIW Intermediate Meeting 2025 CY - Trollhätten, Sweden DA - 10.03.2025 KW - Hydrogen Cracking KW - Submerged Arc Welding KW - Hydrogen Diffusion KW - Cold Cracking PY - 2025 AN - OPUS4-63125 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Wandtke, Karsten A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) mit hochfesten Feinkornbaustählen N2 - Die additive Verarbeitung hochfester Feinkornbaustähle mittels Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) ist ein komplexes, aber zugleich auch effizientes Verfahren, bei dem Werkstoff, Bauteilgeometrie und Schweißprozess gezielt aufeinander abgestimmt sein müssen. Ziel dieser Studie war es, einen Zusammenhang zwischen den Prozessparametern und der generierten Schichtgeometrie zu ermitteln. Dazu wurden definierte Referenzkörper mit einem robotergestützten Schweißsystem additiv gefertigt und hinsichtlich Schichthöhe, Wandstärke und Mikrostruktur analysiert. Fokus der Untersuchung waren sowohl konventionelle als auch für die WAAM-Fertigung speziell entwickelte hochfeste Schweißzusatzwerkstoffe. Die geometrischen Eigenschaften additiv gefertigter Bauteile lassen sich insbesondere durch die Faktoren Drahtvorschubgeschwindigkeit und Schweißgeschwindigkeit gezielt einstellen. Jedoch können diese Parameter nicht beliebig variiert werden, auch aufgrund der rheologischen Eigenschaften der Zusatzwerkstoffe. Zu hohe Streckenenergien führen zu lokalen Überhitzungen und Fehlstellen in der generierten Schicht. Undefinierte Fließ- und Erstarrungsvorgänge im überhitzten Bereich erschweren die maßhaltige Fertigung. Deshalb wird bei speziellen WAAM-Schweißdrähten das Fließverhalten gezielt modifiziert, sodass es über einen größeren Temperaturbereich hinweg konstant ist. Erst die Kenntnis über die komplexen Zusammenhänge zwischen den Prozessparametern und der Bauteilgeometrie ermöglicht die Erzeugung exakter Schichtmodelle für die additive Fertigung. Dies bildet die Grundlage für die Bearbeitung weiterer Fragestellungen auf dem Gebiet der additiven Fertigung mit hochfesten Zusatzwerkstoffen und insbesondere deren Anwendung in modernen hochfesten Bauteilen. T2 - 41. Assistentenseminar Fügetechnik CY - Magdeburg, Germany DA - 03.09.2020 KW - MAG-Schweißen KW - Eigenspannungen KW - Additive Fertigung KW - Hochfester Stahl KW - Kaltrisssicherheit PY - 2021 SN - 978-3-96144-141-9 VL - 370 IS - 41 SP - 113 EP - 124 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-56641 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Erxleben, Kjell T1 - Challenges in repair welding of in-service h2-pipelines N2 - Hydrogen will be one of the most important energy carriers of tomorrow. For the necessary large-scale and long-distance transportation, a reliable pipeline infrastructure is required. It is meanwhile in the most countries accepted to follow a two-way strategy by (I) repurposing the existing natural gas (NG) grid combined with (II) the installation of new pipelines. For example, in Europe a so-called European Hydrogen Backbone (EHB) is planned for 2040. Currently, 28 countries work together to establish a hydrogen pipeline grid of several thousands of kilometers. In that connection, a wide number of materials are used with different thicknesses, strength levels, chemical composition, surface conditions and so on. Worldwide research projects suggest the general compatibility of the currently applied pipeline steels e.g., in Germany the “SysWestH2” project. Nonetheless, the hydrogen gas grid will require regular inspections, repair, and maintenance. In addition, sometimes pipeline tees are required to connect new grids or pipelines the existing infrastructure. From that point of view, existing concepts from NG-grids must be investigated in terms of the transferability to hydrogen service. An overview on occurring challenges for this hydrogen transition, especially for in-service weld repair procedures is given in this presentation. T2 - AMPP 2024 - The Association for Materials Protection and Performance CY - Genoa, Italy DA - 09.06.2024 KW - In-service KW - Pipeline KW - Repair welding KW - High-pressure KW - Hydrogen PY - 2024 AN - OPUS4-60327 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne T1 - Comparison and capabilities of different Methods N2 - X-ray and Neutron diffraction as well as the contour method were used to determine residual stresses in a additively manufactured sample. The results are compared. Capabilites and limitations are shown. T2 - European Conference on Residual Stresses 11 - Tutorial 1: Residual stresses in additive manufacturing CY - Prague, Czech Republic DA - 03.06.2024 KW - Residual stress KW - X-ray diffraction KW - Neutron diffraction KW - Contour method PY - 2024 AN - OPUS4-60286 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Reichel, Levin T1 - Residual stress formation during repeated gouging and repair welding cycles of high-strength steels N2 - The construction of foundation and erection structures for wind power plants requires the use of modern, sustainable and resource-efficient high-strength fine-grained structural steels. Weld defects due to the welding process are unacceptable. To overcome this issue, local thermal gouging followed by re-welding is a common and cost-effective method. The high shrinkage restraint of the gouge by the surrounding structure can cause crack initiation when design and re-weld induced residual stresses are superimposed. This risk is intensified by the progressive degradation of the microstructure and mechanical properties of high-strength steels during the weld repair process. This investigation focuses on high-strength steels S500MLO for offshore applications and S960QL for mobile crane applications. The reduction and development of residual stresses caused by local thermal gouging and re-welding was investigated. Digital Image Correlated (DIC) stress-strain analysis was performed during preheating, welding and cooling. The results of the global DIC analysis and local longitudinal and transverse residual stresses of the weld determined by X-ray diffraction were found to be in good agreement. Furthermore, different stress levels were identified during gouging and welding. Repeated repair cycles led to an increase of longitudinal and transverse residual stresses in the weld metal as well as a hardness increase in the heat affected zone. T2 - European Conference on Residual Stresses - ECRS11 CY - Prague, Czech Republic DA - 03.06.2024 KW - Repair welding KW - Gouging KW - Residual stress KW - Repair cycles KW - High-strength steels PY - 2024 AN - OPUS4-60215 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne T1 - Case Studies 2 – RS in DED-arc AM Components N2 - The presentation shows examples of resdiual stresses to be found typically in DED-arc additively manufactured high strength steel components. T2 - European Conference on Residual Stresses 11 - Tutorial 1: Residual stresses in additive manufacturing CY - Prague, Czech Republic DA - 03.06.2024 KW - Residual stress KW - DED-arc KW - High strength steel PY - 2024 AN - OPUS4-60285 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne T1 - Phase Transformation and Strain Evolution during Welding of Low Transformation Temperature Alloys N2 - In this work, the phase and strain formation in multipass welding of LTT gas metal arc welds were observed under realistic restraints by means of time resolved angular-dispersive synchrotron X-ray diffraction at the High Energy Materials Science beamline HEMS at PETRA III (DESY), Hamburg Germany. It was shown that the strain evolution during cooling correlates with the amount of martensite formed. Both, the strain of martensite and austenite are affected during phase transformation. Even though dilution processes limit the LTT effect in the root compared to the top layer, the strains are significantly reduced compared to the conventional weld metal. The observed effects are found for both Ni and Mn based LTT filler metals regardless of their respective Ms temperature. T2 - 2nd International Conference on Advanced Joining Processes AJP 2021 CY - Sintra, Portugal DA - 21.10.2021 KW - Welding KW - Residual Stress KW - In-situ diffraction KW - Synchrotron PY - 2021 AN - OPUS4-53609 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz T1 - Residual Stress Analysis on a DED-Arc High-strength Steel Component Using the Contour Method N2 - This poster compares the results of the residual stress determination of DED-Arc open hollow cuboid specimens via XRD with the contour method. The results are in very good agreement. T2 - ECRS11 CY - Prague, Czech Republic DA - 03.06.2024 KW - DED-Arc KW - Residual stress KW - Contour method PY - 2024 AN - OPUS4-60221 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Component test for the assessment of hydrogen assisted cracking susceptibility of thick-walled submerged arc welded offshore steels N2 - Offshore wind turbines (OWT) are a key factor of the sustainable energy generation of tomorrow. The continuously increasing installation depths and weight of the OWTs require suitable foundation concepts like monopiles or tripods. Typically, mild steels like the S420ML are used with plate thicknesses up to several hundreds of mm causing high restraints in the weld joints. Due to the large plate thickness, submerged arc welding (SAW) with multiple wires is the state-of-the-art welding procedure. As a result of the very high stiffness of the construction, a certain susceptibility for time-delayed hydrogen-assisted cracking (HAC) may occur. The evaluation of crack susceptibility is very complex due to the component size and stiffness of real offshore structures. For this purpose, a near-component test geometry was developed to transfer the real stiffness conditions to laboratory (i.e., workshop) scale. The investigated mock-up, weighing 350 kg, comprised heavy plates (thickness 50 mm, seam length 1,000 m) joined by a 22-pass submerged arc weld. Additional stiffeners simulated the effect of high restraint or shrinkage restraint of the weld. Extreme scenarios of hydrogen absorption during welding were simulated via the use of welding fluxes in dry (HD < 5 ml/100g Fe) and moisture condition (HD > 15 ml/100g Fe). The residual stresses were determined by a robot X-ray diffractometer. Areas of critical tensile residual stress (at the level of the yield strength) were found in the weld metal and heat affected zone. To identify possible delayed cracking, the welds were tested by phased array ultrasonic testing (PAUT) after 48 h. Summarized, no significant occurrence of HAC was detected, indicating the high crack resistance of the welded joint, i.e., a suitable combination of base material, welding consumable and welding parameters. T2 - AJP 2023: 3rd International Conference on Advanced Joining Processes 2023 CY - Braga, Portugal DA - 19.10.2023 KW - Hydrogen assisted cracking KW - Submerged arc welding KW - Component test KW - NDT KW - Waiting time PY - 2023 AN - OPUS4-58672 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel A1 - Schröder, Nina A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Kromm, Arne A1 - Kadoke, Daniel A1 - Kruse, Julius T1 - Local strain behaviour in cross weld tensile specimens of microalloyed high strength steels using digital image correlation N2 - This study specifically examines the role of the microalloying element titanium (Ti) in achieving the desired mechanical properties of quenched and tempered high-strength fine-grain structural steels, with a nominal yield strength of ≥ 690 MPa. Current specifications limit chemical composition only by defining upper thresholds, but even minor variations in Ti content can substantially alter mechanical properties. Consequently, accurate prediction of weldability and welded joint integrity becomes challenging, as variations in Ti lead to distinct microstructural characteristics, potentially causing undesirable softening or hardening effects in the heat-affected zone (HAZ). To address these complexities, two distinct titanium concentrations were systematically investigated for the first time using specially developed laboratory-cast alloys. Both alloying configurations were based on the standard S690QL grade, with consistent chemical composition and heat treatment parameters maintained across the samples. For the weldability analysis, three-layer welds were executed using gas metal arc welding (GMAW), allowing for the identification of critical microstructural zones within the HAZ that exhibit significant softening or hardening. The influence of the softened HAZ region on failure mechanisms was assessed through transverse tensile tests. Digital image correlation (DIC) was employed to capture local strain variations across different HAZ regions in situ. With a custom-developed mirror system, local strains in microstructural zones on both the top and bottom surfaces of the weld were recorded simultaneously. This setup enabled a detailed analysis of how weld seam geometry (e.g., V-groove configuration) influences strain gradients. Additionally, the investigation of localized deformation provided insights into how variations in Ti content within the HAZ affect global strain, fracture constriction, fracture location, and overall fracture behavior. T2 - MPA Seminar 2024 Materials Processes Applications CY - Stuttgart, Germany DA - 08.10.2024 KW - HAZ-Softening KW - Digital Image Correlation KW - Cross weld tensile test PY - 2024 AN - OPUS4-61488 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Residual Stress Evolution During Slot Milling for Repair Welding and WAAM of High-Strength Steel Components N2 - High-strength steels have great potential for weight optimization due to reduced wall thicknesses in many modern steel constructions. Further advances in efficiency can be achieved through the application of additive manufacturing processes, such as Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM). These technologies enable the sustainable and resource-efficient manufacturing of high-strength steels into near-net-shape, efficient structures. During the production of steel structures, unacceptable defects may occur in the weld area or in the WAAM component, e.g., due to unstable process conditions. The economical solution for most of the cases is local gouging or machining of the affected areas and repair welding. With respect to the limited ductility of high-strength steels, it is necessary to clarify the effects of machining steps on the multiaxial stress state and the high design-induced shrinkage restraint. In this context, the component-related investigations in two research projects are concerned with the residual stress evolution during welding and slot milling of welds and WAAM structures made of high-strength steels with yield strengths ≥790 MPa. In-situ digital image correlation (DIC) and ex-situ X-ray diffraction (XRD) were used to analyse the stresses and strains induced on specimens during and after milling. The systematic analyses revealed a significant interaction of the stiffness and relaxation of the specimens with the initial residual stresses induced by welding. T2 - ICRS 11 - The 11th International Conference on Residual Stresse CY - Nancy, France DA - 27.03.2022 KW - MAG-Schweißen KW - Eigenspannungen KW - Additive Fertigung KW - Hochfester Stahl KW - Reparaturschweißen KW - Gefügedegradation KW - Windenergie PY - 2022 AN - OPUS4-56708 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Becker, Amadeus T1 - Konstruktive Einflüsse bei der beanspruchungsgerechten Reparatur geschweißter Bauteile aus hochfesten Feinkornbaustählen N2 - Für eine nachhaltige und ressourceneffiziente Fertigung von Windkraftanlagen ist der Einsatz moderner hochfester Feinkornbaustähle vielfach notwendig. Bei der Montage hochfester Stahlkonstruktionen kommt es trotz anforderungsgerechter schweißtechnischer Fertigung vereinzelt zur Detektion von unzulässigen Unregelmäßigkeiten im Schweißbereich. Derzeitige Normen und Verarbeitungsrichtlinien geben hierbei kaum Informationen zu adäquaten Reparaturkonzepten, insbesondere für hochfeste Stähle. Vor diesem Hintergrund werden an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) bauteilrelevante Untersuchungen zu den schweißbedingten Beanspruchungen und Gefügeveränderungen bei der schweißtechnischen Reparatur durch lokales thermisches Ausfugen und erneutes Schweißen durchgeführt. Hierzu werden einige wesentliche Ergebnisse an Beispielen des Ingenieurbaus, mit Blick auf die mechanisch-technologischen Eigenschaften und Eigenspannungen erörtert. In einem aktuellen Vorhaben (FOSTA P1311, IGF 20162N) sind darauf aufbauend die Einflüsse durch die Schrumpfbehinderung und Wärmeführung beim Reparaturschweißen hochfester Feinkornbaustähle (S500MLO, S960QL) sowie die Reparaturzyklenanzahl Fokus systematischer Untersuchungen. Mittels strukturmechanischer Berechnungen ließen sich hierzu selbstbeanspruchende Probenformen identifizieren, die unterschiedliche definierte Steifigkeitsverhältnisse von Reparaturschweißnähten realer Bauteile abbilden. Schweißnähte an diesen bauteilähnlichen Proben weisen signifikant erhöhte schweißbedingte Beanspruchungen mit zunehmenden (Biege-)Einspanngraden auf. Im Vergleich mit bisherigen Erkenntnissen wird gezeigt, dass eine sichere Reparatur solcher Schweißnähte nur mittels optimaler Reparaturkonzepte und Wärmeführung gelingt, um diesen hohen Beanspruchungen und auch den speziellen Gefügen hochfester Stähle Rechnung zu tragen. Ziel der Untersuchungen ist es letztlich, Empfehlungen für beanspruchungs- und werkstoffgerechte Reparaturkonzepte gerade für KMU abzuleiten, um Schäden und zumeist teure Nacharbeiten zu vermeiden. T2 - 4. Niedersächsisches Symposium Materialtechnik CY - Online meeting DA - 25.02.2021 KW - Feinkornbaustähle KW - Hochfest KW - Reparaturschweißen KW - Eigenspannungen PY - 2021 AN - OPUS4-52562 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Eissel, A. T1 - Analysen zur Beeinflussung von Gefüge und Fertigungsbeanspruchungen bei der Generation, Reparatur und Bearbeitung hochbelasteter Komponenten Kurzvorstellung des DVS Vorhabens 1.3211 (20.979N) 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. Die ersten Ergebnisse der Mikrostruktur sowie der Härte der via PTA gefertigten Probenkörper des CoCr-Werkstoffes und den ersten Modifizierungen werden vorgestellt. Darüber hinaus wird ein Ausblick auf die folgenden Arbeiten gegeben. T2 - Gemeinschaftssitzung DIN/DVS NAS 092-00-05 GA "Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen" CY - Online meeting DA - 10.03.2021 KW - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Plasma-Pulver-Auftragschweißen KW - Schweißzusatzmodifikation KW - Schlichtfräsen PY - 2021 AN - OPUS4-52352 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Roveda, Ilaria A1 - Serrano-Munoz, Itziar A1 - Haubrich, Jan A1 - Requena, Guillermo A1 - Madia, Mauro T1 - Investigation on the fatigue strength of AlSi10Mg fabricated by PBF-LB/M and subjected to low temperature heat treatments N2 - This work provides an investigation of the influence of low temperature heat treatments on the fatigue behavior of a PBF-LB AlSi10Mg alloy. Fatigue specimens are produced in form of round bars on a build platform preheated at 200 ◦C. The specimens have been tested in three different conditions: as-built, and after heat treatments at 265 ◦C for 1 h and 300 ◦C for 2 h. Prior to the fatigue testing, the defect distribution is analyzed by means of micro computed tomography. Subsequently, the peak over threshold method is successfully applied to provide a prediction of the size of killer defect. The defect population was of gas porosity type. No clear improvement of the fatigue performance is observed after the heat treatments. The fatigue strength predicted using fracture mechanics-based approaches is in good agreement with the experimental data. Among the studied approaches, short crack models provided the most conservative predictions. KW - PBF-LB/M AlSi10Mg KW - Fatigue strength KW - Defects KW - Kitagawa-Takahashi Diagram KW - Short Crack Models PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-607071 DO - https://doi.org/10.1016/j.matdes.2024.113170 SN - 0264-1275 VL - 244 SP - 1 EP - 12 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-60707 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Roveda, Ilaria A1 - Serrano-Munoz, Itziar A1 - Kromm, Arne A1 - Madia, Mauro T1 - Investigation of residual stresses and microstructure effects on the fatigue behaviour of a L-PBF AlSi10Mg alloy N2 - Al-Si alloys produced by Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) techniques allow the fabrication of lightweight free-shape components that find space in aerospace, automotive, biomedical and military applications. Due to the high cooling rates occurring during the building process, L-PBF AlSi10Mg alloys exhibit an ultra-fine microstructure that leads to superior mechanical properties in the as-built condition compared to conventional cast Al-Si materials. Nevertheless, L-PBF processing induces high thermal gradients, leading to deleterious residual stress levels that must be considered to avoid part distortion and unpredicted failures. In order to relax detrimental residual stress and to increase the ductility, post-processing stress relief treatments are generally performed. In as-built condition the hypoeutectic AlSi10Mg microstructure consist of fine α-Al cells containing uniformly dispersed silicon nanoparticles, which are, in addition, surrounded by a eutectic Si network. Above 260°C the silicon interconnectivity starts to breakdown into spheroidized particles and to coarsen. At the same time, the heating residual stresses are relieved. The objective of the contribution is to investigate, under different heat treatment conditions, the evolution of microstructure and residual stresses in view of optimizing the fatigue performance of the alloy. To this purpose various heat treatments in a range of temperatures between 265°C and 300°C for a duration between 15 minutes and 2 hours are performed. The microstructure modifications are analysed using a scanning electron microscope and the residual stress state is measured by laboratory X-ray diffraction. T2 - FATIGUE DESIGN 2021 CY - Online meeting DA - 17.11.2021 KW - AlSi10Mg alloy KW - Additive manufacturing KW - L-PBF KW - Residual stress KW - Heat treatment PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-544942 DO - https://doi.org/10.1016/j.prostr.2022.03.057 SN - 2452-3216 VL - 38 SP - 564 EP - 571 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-54494 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Liepold, Philipp A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Semantic Segmentation for Hot Cracking N2 - The images in this dataset are light microscope images of the surfaces of modified Varestraint-Transvarestraint test samples. The training images show the surface of a tungsten inert gas weld with possible hot cracks. The dataset is intended for use in training crack segmentation networks. This database consists of images in .png format. The training images were taken in 24-bit, 3-color channels with an optical light microscope (Keyence). The corresponding mask images are 8-bit grayscale images, where 255-valued pixels (white) denote crack areas and 0-valued pixels (black) denote non-cracked areas. This dataset was created manually with the help of a self-written segmentation program based on OpenCV. I used it to train networks based on ViT, ConvNeXt, U-Net, and EfficientNet architectures. The images were taken at magnifications of 50x and 100x. The dataset is structured as follows: Wire → Magnification (50, 100) → Data (train, mask = label) → Numbered images (1, 2, 3, …) (There may be missing numbers. The reasons are: 1) I did not take images of all surfaces if they were not cracked, and 2) the 100x magnification images were taken at a later point, by which time some samples had already been prepared for further evaluation, so no images could be taken.) For every image number in train, there is an equivalent number in mask with the same image size (but a different channel size, since train is 3-channel color and mask is single-channel). There is no fixed image size (h × w). If you want to train a network, I recommend either rescaling or taking sub-images for both the training and mask sets, or using architectures that can handle varying input sizes. The research project " Evaluation of design-induced solidification cracks during welding of high-strength fine-grained structural steels" is funded by the Federal Ministry of Economics and Climate Protection as part of the "Industrial Collective Research" programme on the basis of a resolution of the German Bundestag. This project IGF 01IF21837N FE 1 / P 1516 from the Research Association for steel Application (FOSTA), Düsseldorf, is carried out at Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung. KW - CNN KW - Segmentation KW - Hot cracking KW - AI PY - 2025 DO - https://doi.org/10.5281/zenodo.16919144 PB - Zenodo CY - Geneva AN - OPUS4-64031 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Roveda, Ilaria A1 - Serrano-Munoz, Itziar A1 - Haubrich, J. A1 - Requena, G. A1 - Madia, Mauro T1 - Influence of post-process heat treatments on the fatigue crack propagation behaviour of a PBF-LB/M AlSi10Mg alloy N2 - The microstructure has a great influence on short fatigue crack growth in metallic materials. Laser-based Powder Bed Fusion AlSi10Mg alloys exhibit in the as-built condition a fine fibrous Si structure and a supersaturated solid solution of Si in the α-Al matrix, which is significantly modified by heat treatments starting already at temperatures under 260 °C. This study focuses on the influence of post-process heat treatments on the microstructural evolution and the resulting fatigue crack growth resistance. As compared to the as-built condition, two heat treatments at 265 °C/1 h and at 300 °C/2 h are found to be beneficial to the fatigue crack growth resistance of the investigated material. KW - Additive manufacturing KW - Fatigue crack growth KW - Cyclic R-curve KW - Heat treatment PY - 2023 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2023.107808 SN - 0142-1123 VL - 175 SP - 1 EP - 12 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-57822 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Serrano-Munoz, Itziar T1 - Influence of microstructure and residual stress state on the fatigue behaviour of a PBF-LB/M AlSi10Mg alloy N2 - The high cooling rates (~106 K/s) occurring during Laser Powder Bed Fusion (PBF-LB/M) of AlSi10Mg induce to the formation of a fine nanometric silicon network in the as-built condition. Such unprecedented microstructure enhances the mechanical strength when compared to equivalent as-cast materials. Nevertheless, PBF-LB/M also leads to high magnitude residual stress (RS) due to the extreme localized temperature gradients. The presence of RS can be detrimental to the fatigue life of engineering components, and great efforts are focused on understanding their generation and evolution after post-process heat treatments. Typically, T6 heat treatments are used to mitigate RS and improve mechanical performances by Mg2Si precipitation during ageing at 160-180°C. Nevertheless, the solutionizing at 500-540°C vanishes the fine silicon network, leading to the formation of micrometric (average of ~2-5 µm) polygonal Si particles, similar to those observed in T6 heat-treated Al-Si cast materials. Therefore, the aim of this work is to evaluate the ability of two so-called low temperature heat treatments (i.e., at 265°C and 300°C) to mitigate RS while retaining the fine as-built microstructure inherent to PBF-LB/M AlSi10Mg. The fatigue behavior of the as-built material is subsequently compared to the two low temperature conditions. T2 - LightMat 2023 CY - Trondheim, Norway DA - 21.06.2023 KW - AlSi10Mg KW - Fatigue crack propagation KW - Residual stress KW - Post processing heat treatment PY - 2023 AN - OPUS4-57807 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Roveda, Ilaria T1 - Effect of heat treatment on the microstructure, residual stress state and fatigue properties of PBF-LB/M AlSi10Mg N2 - Al-Si alloys produced by Laser Powder Bed Fusion (PBF-LB/M) techniques allow the fabrication of lightweight free-shape components. Due to the extremely heterogeneous cooling and heating, PBF-LB/M induces high magnitude residual stress (RS) and a fine Si microstructure. As the RS can be deleterious to the fatigue resistance of engineering components, great efforts are focused on understanding their evolution before and after post-process heat treatments (HT). T2 - Alloys for Additive Manufacturing Symposium 2022 (AAMS22) CY - Munich, Germany DA - 12.09.2022 KW - Neutron diffraction KW - X-ray diffraction KW - Crack propagation PY - 2022 AN - OPUS4-55871 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Prediction of the fatigue limit of additively manufactured metallic materials N2 - Structural alloys are largely employed in key industrial sectors and their demand is predicted to rise rapidly for the next decades. Most of these materials require a large amount of energy for extraction and manufacturing, which causes the emission of greenhouse gases and other pollutants. Therefore, strategies for improving the sustainability of structural metallic alloys are urgently needed. Additive Manufacturing (AM), in particular Laser Powder Bed Fusion (PBF-LB/M), aims to be a sustainable manufacturing process, as it allows the build-up of complex geometry in near net-shape from 3D models, while minimizing material waste and the energy required for the process and post-process treatments. Nevertheless, the application of additively manufactured parts in structural safety-relevant applications is still hindered by the poor fatigue performance. The cause of this has been mainly attributed to the presence of manufacturing defects and surface roughness. Therefore, a huge effort has been made to optimize the process parameters and to introduce post-process treatments to minimize the defect content. However, material flaws cannot be fully eliminated, but these can be considered in a damage tolerance framework for the prediction of the fatigue performance of additively manufactured metallic materials, which is essential for part design and qualification. This work aims at presenting different modelling strategies for the prediction of the fatigue limit of AM metals. Simple empirical models and more complex models based on fatigue short crack propagation are proposed. The investigated material is an AlSi10Mg alloy fabricated by PBF-LB/M and subjected to two different low-temperature heat-treatments (265°C for 1 h and 300°C for 2h). The results show that the models can provide good approximation of the fatigue limits and help in the interpretation of the scatter of fatigue data. T2 - ASTM International Conference on Advanced Manufacturing CY - Washington DC, USA DA - 30.10.2023 KW - Additive Manufacturing KW - AlSi10Mg KW - Fatigue KW - Residual stress KW - Microstructure PY - 2023 AN - OPUS4-58866 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Roveda, Ilaria T1 - Investigation of residual stresses and microstructure effects on the fatigue behaviour of a L-PBF AlSi10Mg alloy N2 - Al-Si alloys produced by Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) techniques allow the fabrication of lightweight free-shape components. Due to the high cooling rates occurring during the building process, L-PBF AlSi10Mg alloys exhibit an ultra-fine microstructure that leads to superior mechanical properties in the as-built condition compared to conventional cast Al-Si materials. Nevertheless, L-PBF processing induces high thermal gradients, leading to deleterious residual stress. In order to relax detrimental residual stress and to increase the ductility, post-processing stress relief treatments are performed. The objective of the contribution is to investigate, under different heat treatment condition, the evolution of microstructure and residual stresses in view of optimizing the fatigue performance of the alloy. To this purpose various heat treatments in a range of temperatures between 265°C and 300°C for a duration between 15 minutes and 2 hours are performed. T2 - Fatigue Design 2021 CY - Senlis, France DA - 17.11.2021 KW - AlSi10Mg KW - Additive manufacturing KW - L-PBF KW - Residual stress KW - Heat treatment PY - 2021 AN - OPUS4-53794 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Damage Tolerant Approach in Additively Manufactured Metallic Materials N2 - Damage tolerance counts as one of the most widespread approach to fatigue assessment and surely as one of the most promising in understanding the process-structure-property-performance relationships in additively manufactured metallic materials. Manufacturing defects, surface roughness, microstructural features, short and long crack fatigue propagation, residual stresses and applied loads can be taken into consideration in a fracture mechanics-based fatigue assessment. Many aspects are crucial to the reliable component life prediction. Among those a prominent role is played by an accurate measurement and modelling of the short crack fatigue behavior, and reliable statistical characterization of defects and residual stresses. This work aims at addressing the issues related to both experimental testing, fatigue and fatigue crack propagation, and fracture mechanics-based modelling of fatigue lives. Examples will be provided on an additively manufactured AISI 316 L. T2 - TMS2021 VIRTUAL CY - Online meeting DA - 15.03.2021 KW - AISI 316L KW - Additive Manufacturing KW - Damage Tolerance KW - Microstructure KW - Defects KW - Residual Stress PY - 2021 AN - OPUS4-52293 LA - eng 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 - Hydrogen KW - Repair welding KW - Pipeline PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-638944 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 - OPUS4-63894 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kanna, Naveen T1 - Ermittlung von Kitagawa-Takahashi-Diagrammen mittels Gleichstrom-Potentialsondenmessungen N2 - Das Kitagawa-Takahashi Diagramm ist ein wichtiges Werkzeug zur Beschreibung der ausgeprägten Langzeitfestigkeit fehlerbehafteter Bauteile. Insbesondere im technisch relevanten Übergangsbereich unterscheiden sich jedoch die verwendeten Modelle. Daher ist für eine sichere Aussage eine experimentelle Absicherung in diesem Bereich zwingend notwendig. In dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, die eine einfache und schnelle Absicherung des Verlaufs im Übergangsbereich erlaubt. Hierzu werden in Flachproben mittels eines Gravierlasers scharfe Kerben mit einer definierten Breite und Tiefe eingebracht. Die so präparierten Proben werden mit blockweise steigender Last bis zum Bruch ermüdet. Die Erkennung von Anrissen erfolgt mittels einer Gleichstrom-Potentialsonde mit der auch die Länge des Lastblocks gesteuert wird. T2 - Tagung AK-Bruch 2025 CY - Cologne, Germany DA - 18.02.2025 KW - Ausgeprägte Langzeitfestigkeit KW - Materialdefekte KW - KT-Diagramm KW - Gleichstrom-Potentialsonde PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-625992 AN - OPUS4-62599 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Thermal desorption spectroscopy for identification of diffusion and trapping in CoCrFeMnNi high-entropy alloy at 1,000 bar high-pressure hydrogen N2 - First studies on the mechanical behavior of high-entropy alloys (HEAs) in high-pressure hydrogen environment are available. In contrast, the underlying hydrogen absorption, diffusion and trapping in these HEAs like the Cantor-alloy was less in the scientific scope so far. For that reason, the CoCrFeMnNi-HEA was compared to a conventional AISI 316L austenitic steel, by exposing to high-pressure hydrogen charging at 200 bar and very-high pressure at 1,000 bar. Thermal desorption analysis (TDA) was applied with different heating rates (0.125 K/s to 0.500 K/s). The underlying TDA spectra were analyzed in terms of a reasonable peak deconvolution to into a defined number of peaks and the calculation of the activation energies for the respective and predominant hydrogen trap sites. Both materials show a comparable hydrogen diffusivity. The obtained activation energies suggest that in case of the CoCrFeMnNi-HEAs an interaction of the austenitic phase as well as the direct atomic bonding of hydrogen to the metal atoms are the dominant traps, since “impurities” such as carbides or inclusions are only present in trace amounts. Available literature suggests that the Cr and Mn-content is here of special interest for the direct hydrogen bonding at solute atoms. Despite the activation energy, the trap occupancy rate must be considered in terms of a pressure-related hydrogen absorption. The derived apparent hydrogen solubility was in the order: 316L < CoCrFeMnNi-HEA for both charging pressures. Especially, the 1,000 bar values lead to noteworthy results with > 70 wt.ppm for the AISI 316L and >130 wt.ppm for the CoCrFeMnNi. In fact, both the hydrogen diffusion and trapping data on gaseous high-pressure hydrogen charged HEAs are rare so far. The results of the present study allow a deeper understanding of hydrogen trapping in the regarded CoCrFeMnNi-system. T2 - 1st Conference on Hydrogen in Materials Science and Engineering (H2-MSE) CY - Freiburg, Germany DA - 11.02.2025 KW - High-entropy alloy KW - Hydrogen diffusion KW - High-pressure charging KW - Thermal desorption analysis PY - 2025 AN - OPUS4-62543 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Werner, Tiago T1 - Experimentelle Ermittlung zyklischer R-Kurven in additiv gefertigtem AISI 316L Stahl N2 - Diese Untersuchung beschäftigt sich mit der Charakterisierung von Kurzrisswachstum in mittels Laser-Pulverbett-Verschmelzen (LPBF - Laser Powder Bed Fusion) hergestelltem rostfreien austenitischen Stahl. Spezifischer wird die Ermittlung zyklischer R-Kurven untersucht. Diese beschreiben den Aufbau des Widerstands gegen Ermüdungsrisswachstum - d.h. des Schwellenwertes - aufgrund von Rissschließeffekten bei physikalisch kurzen Rissen. Mit Hilfe der zyklischen R-Kurven kann die Fähigkeit eines Bauteils, physikalisch kurze Risse zu arretieren, charakterisiert werden. Wir verfügen damit über eine Schnittstelle zwischen klassischer Ermüdung und Bruchmechanik. Das ist gerade auch für additiv gefertigte (AM – Additive Manufacturing) Materialien von Interesse. Diese weisen prozessintrinsische Defekte auf, die als Initiierungsstellen kurzer Ermüdungsrisse agieren. Im Rahmen der experimentellen Untersuchungen wurden zyklische R-Kurven für konventionellen und LPBF AISI-316L-Stahl ermittelt. Insbesondere wurde der Einfluss verschiedener Wärmebehandlungen (WB1: 450°C, WB2: 800°C und WB3: 900°C) auf das Wachstumsverhalten physikalisch kurzer Risse im LPBF-Material untersucht. Aufgrund hoher Eigenspannungen war die Ermittlung des Kurzrisswachstumsverhaltens bei WB1 nicht möglich. Für WB2 und WB3 ergaben sich sehr unterschiedliche zyklische R-Kurven. Untersuchungen der Eigenspannungen, der Bruchfläche (insbesondere der Rauheit) und der Mikrostruktur sollen die Ursachen für das unterschiedliche Verhalten erklären. Die Ergebnisse werden mit den Verhältnissen in konventionellem Material verglichen. T2 - Tagung des Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Online meeting DA - 18.02.2021 KW - Additive Manufacturing KW - Zyklische R-Kurve KW - Ermüdungsriss KW - L-PBF KW - 316L PY - 2021 AN - OPUS4-52250 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Richter, Tim T1 - Local mechanical properties of TIG dissimilar metal welded high entropy alloy with austenitic steel AISI 304 N2 - High entropy alloys (HEA) are a new class of materials that have been investigated since the early 2000s and offer great potential to replace conventional alloys. However, since they sometimes have significant contents of expensive alloying elements such as Co or Ni, their use is only conceivable in highly stressed areas of components. For this purpose, the weldability with conventional alloys such as high-alloy austenitic steels must be investigated. In addition to the resulting microstructure, the mechanical properties are also fundamental for the usability of HEAs in DMWs. For this purpose, TIG welds of CoCrFeMnNi HEA (cold rolled and recrystallized state) with AISI 304 austenitic steel are investigated. These mechanical properties are analyzed in this work by means of tensile tests and local hardness measurement. The local strain behavior of the welded joints is also characterized by means of Digital Image Correlation (DIC). The results of the local hardness measurement show a clear influence of the initial condition of the HEA on the HAZ. Thus, the HEA in the cold-rolled condition shows a clear softening because of recrystallization processes in the HAZ. On the other hand, there is no influence on the hardness of the weld metal, which is approx. 200 HV0.1 in both cases. The tensile tests show a consistent failure of the weld in the weld metal. However, regardless of the HEA condition, strengths in the range of the recrystallized HEA (RM ~ 550–600 MPa) are achieved, although with significantly reduced fracture elongations. T2 - IIW Intermediate Meeting of Commission II-A CY - Garching, Germany DA - 06.03.2023 KW - High-entropy alloy KW - Welding KW - Dissimilar metal weld (DMW) joint KW - Mechanical properties KW - Digital image correlation PY - 2023 AN - OPUS4-57108 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Griesche, Axel T1 - Measurement of Hydrogen Distributions in Metals by Neutron Radiography and Tomography N2 - Neutron imaging is a valuable tool for measuring hydrogen distributions qualitatively and quantitatively in metals. Time-resolved neutron radiography allows to measure hydrogen mass flow inside cm thick steel samples with ~10 s temporal resolution. Hydrogen accumulations around cracks in embrittled iron samples can be visualized three-dimensionally by neutron tomography. This quality of information allows new insights for the analysis of damage mechanisms on a micrometer scale, e.g. of hydrogen blistering. Even the gas pressure of molecular hydrogen in crack cavities has been measured from tomographic reconstructions to be in the range of 5 MPa to 15 MPa for technical iron. Further, this method is non-destructive and provides local information in situ and in all three dimensions with a spatial resolution of 20 - 30 µm. The combination with other methods gives a new quality of information, e.g. of the hydrogen allocation on fractured surfaces. T2 - Symposium on large scale facilities CY - Berlin, Germany DA - 09.03.2020 KW - Hydrogen embrittlement KW - Neutron imaging KW - Hydrogen diffusion KW - Neutron radiography KW - Neutron tomography PY - 2020 AN - OPUS4-50548 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten 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-XIII CY - Online meeting DA - 20.04.2023 KW - Additive Manufacturing KW - High strength steel KW - Residual Stress PY - 2023 AN - OPUS4-59308 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Diffusion and trapping of gaseous hydrogen charged CoCrFeMnNi-HEA vs. austenitic steel AISI 316L at pressure up to 1000 bar N2 - First studies on the mechanical behavior of high-entropy alloys (HEAs) in high-pressure hydrogen environment are available. In contrast, the underlying hydrogen absorption, diffusion and trapping in these HEAs like the Cantor-alloy was less in the scientific scope so far. For that reason, the CoCrFeMnNi-HEA was compared to a conventional AISI 316L austenitic steel, by exposing to high-pressure hydrogen charging at 200 bar and very-high pressure at 1,000 bar. Thermal desorption analysis (TDA) was applied with different heating rates (0.125 K/s to 0.500 K/s). The underlying TDA spectra were analyzed in terms of a reasonable peak deconvolution to into a defined number of peaks and the calculation of the activation energies for the respective and predominant hydrogen trap sites. Both materials show a comparable hydrogen diffusivity. The obtained activation energies suggest that in case of the CoCrFeMnNi-HEAs an interaction of the austenitic phase as well as the direct atomic bonding of hydrogen to the metal atoms are the dominant traps, since “impurities” such as carbides or inclusions are only present in trace amounts. Available literature suggests that the Cr and Mn-content is here of special interest for the direct hydrogen bonding at solute atoms. T2 - MSE 2024: International Materials Science and Engineering Congress CY - Darmstadt, Germany DA - 24.09.2024 KW - High-entropy alloy KW - Hydrogen KW - Trapping KW - Diffusion KW - High-pressure charging PY - 2024 AN - OPUS4-61156 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Dissimilar metal TIG weld joints of multiple principal element alloys (MPEA) to austenitic steel 304 N2 - Multi-element alloys (MPEA - Multiple Principal Element Alloys) represent a new class of materials consisting of at least three alloying elements, each with 5 to 35 atomic %. This material class includes high-entropy alloys (HEA, with n ≥ 4 elements). The underlying alloying concept differs fundamentally from conventional materials such as the Fe-based steel. For this purpose, the alloying elements are specifically selected, and the microstructures are adjusted in a single-phase and, in some cases, multi-phase manner. The aim is to identify highly innovative MPEA with individually adjustable properties for industrial applications. In the last 20 years, however, the focus has been on pure material synthesis. With the increase in available material quantities, the focus is on processing issues such as joining and welding processes. In that connection, the weldability of MPEAs has received very little attention so far. Experience with dissimilar metal welds (DMWs) is completely lacking but is essential for the application of these materials if joint to conventional materials. This study presents selected experimental results on the weldability of MPEA-DMWs and the resulting microstructures. For this purpose, the equiatomic CoCrFeMnNi (HEA) was investigated in cold-rolled (CR) and heat-treated (HT) condition and joined by tungsten inert gas (TIG) welding to an austenitic stainless steel 304. The DMWs showed defect-free conditions (no lack of fusion, cracks and so on), whereas the cold-rolling increases the microhardness. The global mechanical properties were obtained by instrumented tensile tests of cross-weld samples and showed sufficient yield and tensile strength comparable to that of the individual base materials (BM). The local strain conditions were determined by digital image correlation and showed the highest local strains to occur in the intermixed weld metal. Indeed, the preferred fracture location of the cross-weld tensile samples was in the weld metal. Finally, the experiments proofed the weldability of the MPEAs to conventional 304. This enables targeted further considerations for example as structural materials. T2 - FEMS EUROMAT 2023 CY - Frankfurt a. M., Germany DA - 04.09.2023 KW - Multi-principal element alloys KW - TIG welding KW - Dissimilar metal weld (DMW) joint KW - Microstructure KW - Mechanical properties KW - Digital Image Correlation (DIC) PY - 2023 AN - OPUS4-58222 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Erxleben, Kjell A1 - Richter, Tim A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Charakterisierung der WIG und FSW-Mischverbindungen neuartiger Multielement-Legierungen mit einem austenitischen Stahl N2 - Multielement-Legierungen (MPEA - Multiple Principal Element Alloys), gemeinhin und partiell fälschlicherweise auch als Hochentropielegierungen bezeichnet) stellen eine neue Klasse von Werkstoffen dar, die aus mindestens drei Legierungselementen mit jeweils 5 bis 35 Atom-% bestehen. Somit unterscheidet sich dieses Legierungskonzept fundamental von konventionellen Werkstoffen wie Stahl oder Nickellegierungen. Hierzu werden die Legierungselemente gezielt ausgewählt und die Mikrostrukturen ein- und zum Teil auch mehrphasig eingestellt. Das Ziel ist dabei, hochinnovative MPEA mit individuell einstellbaren Eigenschaften für die industrielle Anwendung zu identifizieren. Dabei werden insbesondere Zielkonflikte, wie bspw. der Trade-off zwischen Festigkeit und Duktilität bei konventionellen Stählen, überwunden. Insbesondere die hohe mechanische Festigkeit bei höchster Korrosionsbeständigkeit sind bei bestimmten Legierungssystemen von hohem Interesse. Hier kann u.a. die Substitution klassischer hochlegierter Stähle oder Ni-Basislegierungen perspektivisch erfolgen. In den letzten 20 Jahren lag der Fokus jedoch auf der reinen Materialsynthese. Mit der Zunahme verfügbarer Werkstoffquantitäten, stehen Verarbeitungsfragen, wie werkstoff- und beanspruchungsgerechte Füge- bzw. Schweißverfahren jetzt im Mittelpunkt. Der Schweißeignung von MPEA wurde bisher nur äußert wenig Aufmerksamkeit zuteil. Erfahrungen zu Mischverbindungen (DMWs - Dissimilar Metal Welds) fehlen dabei vollständig, sind jedoch essenziell für die Anwendung dieser Werkstoffe in Verbindung mit konventionellen Werkstoffen. Die vorliegende Studie präsentiert erstmals im deutschen Sprachraum, die umfassenden experimentellen Ergebnisse zur Schweißeignung von MPEA-Mischverbindungen und der resultierenden Mikrostruktur. Dazu wurden zwei äquiatomare MPEAs in Form einer Co20Cr20Fe20Mn20Ni20 (Hochentropie-) und Co33.3Cr33.3Ni33.3 (Mediumentropielegierung) mittels WIG und Rührreibschweißen mit einem konventionellen, korrosionsbeständigem Cr-Ni-Stahl AISI 304 (1.4301 bzw. X5CrNi18-10) gefügt. Die erstmals untersuchten DMWs resultierten dabei in sehr interessanten Mikrostrukturen, mechanisch-technologische Eigenschaften wurden durch instrumentierte Zugversuche gewonnen, die gleichzeitig der Ermittlung der lokalen Verformung im Schweißnahtbereich dienten (durch Verwendung der berührungslosen DIC-Digital Image Correlation-Technik). Dabei zeigt sich für beide Schweißverfahren eine Erweichung in der Wärmeeinflusszone (WEZ) der MPEAs sowie eine geringfügig verminderte Zugfestigkeit, bei einer deutlichen Abnahme der Bruchdehnung. Durch die Experimente konnte der prinzipielle Nachweis der Schweißeignung der MPEAs für DMWs mit konventionellen Werkstoffen erbracht werden, die auch eine dementsprechende mechanische Beanspruchbarkeit ermöglichen. Dies ermöglicht weitere Betrachtungen zur Anwendung dieser innovativen Werkstoffe. T2 - DVS Congress 2023 CY - Essen, Germany DA - 11.09.2023 KW - Schweißeignung KW - Mischverbindung KW - Hochentropielegierung KW - Multielement-Legierung KW - FSW KW - WIG PY - 2023 SN - 978-3-96144-230-0 VL - 389 SP - 615 EP - 623 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-58352 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Eissel, A. A1 - Engelking, Lorenz T1 - Bericht aus DVS Vorhaben 01.3211: Schweißzusatzmodifikation zur Gefüge und Eigenschaftsoptimierung bei kombinierter additiver und zerspanender Fertigung hochbelasteter Bauteile 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. Es wird eine kurze Übersicht über die bisher erzielten Ergebnisse gegeben. Thematisiert wird sowohl die Mikrostruktur und Härte als auch Ergebnisse der Zerspanbarkeit hinsichtlich der resultierenden Zerspankraft, der Temperatur sowie der erzielten Rauheit unterschiedlicher Modifikationen der FeNi36- und der CoCr-Legierung. 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 - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Additive Fertigung PY - 2022 AN - OPUS4-54913 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Wear behavior of innovative niobium carbide cutting tools in ultrasonic-assisted finishing milling N2 - The resources of niobium exceed the ones of tungsten by an order of magnitude. With 92%, Brazil is today the main global producer of niobium. Hence, niobium carbides (NbC) are a sustainable and economic alternative to conventionally used cutting materials, especially tungsten carbides (WC). Moreover, NbC can be used in Ni alloy matrix and thus offer significant advantages by substituting WC in Co matrix as cutting materials in terms of health risks and raw material price and supply risk. Based on recent studies which found an increased performance of NbC compared to WC cutting tools in machining higher strength steels, the composition NbC12Ni4Mo4VC was chosen for finish machining of a high-strength steel S960QL in this study. The experiments were carried out on an ultrasonic-assisted 5-axis milling machine using NbC tools specially made to benchmark them with commercially available coated WC cutting inserts. In addition, the influence of a coating system for the NbC inserts is tested and evaluated for its performance in the cutting process. Tool wear and cutting force analyses are implied to identify optimal parameter combinations as well as tool properties for the novel NbC tool. Together with the oscillation of ultrasonic-assisted milling, the loads on the component surface and the tool can be reduced and the wear behavior of the novel NbC tool can be refined. These milling tests are accompanied by standardized wear tests, i.e., pin-on-disc, between the aforementioned material combinations, and the results are correlated with each other. Finally, the behavior when using hard-to-cut materials such as Ni alloys, or innovative materials such as iron aluminide is also being tested, as these are constantly in the focus of machining optimization. With this strategy, comprehensive knowledge is achievable for future efficient application of NbC for milling tools, which have already been researched for decades using WC. T2 - 24th International Conference on Wear of Materials CY - Banff, Canada DA - 16.04.2023 KW - Cutting tool KW - Niobium carbide KW - Tool wear KW - Ultrasonic-assisted milling PY - 2023 AN - OPUS4-59258 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kaiser, Sebastian T1 - Herausforderungen beim Schweißen an in Betrieb befindlichen Wasserstoff-Ferngasleitungen N2 - Als Energieträger der Zukunft kommt grünem Wasserstoff große Bedeutung bei der Energiewende und der zukünftigen, nachhaltigen Energieversorgung zu Teil. Zum effizienten und sicheren Transport des Wasser-stoffs ist die Bereitstellung einer Pipeline-Infrastruktur geplant. Die meisten Länder verfolgen hierbei die Stra-tegie der Umwidmung bestehender Erdgastransportleitungen, ergänzt durch Errichtung neuer Pipelines. Die bestehenden Erdgasnetze sind dabei aus unterschiedlichsten Rohrgeometrien und Materialien zusammenge-setzt. Bei der Umwidmung von Erdgaspipelines zum Transport von Wasserstoff müssen daher Fragen der Materialverträglichkeit hinsichtlich des als Wasserstoffversprödung bekannten Phänomens der Beeinträchti-gung der mechanischen Eigenschaften metallischer Werkstoffe durch Wasserstoff betrachtet werden. Bishe-rige Forschungsergebnisse und Feldversuche deuten darauf hin, dass die niedriglegierten, ferritischen Stähle, aus denen die Ferngasleitungen des Erdgasnetzes überwiegend bestehen, für den Transport von Wasserstoff unter normalen Betriebsbedingungen geeignet sind. Eine Frage, die bislang weniger Aufmerksamkeit erhielt, ist die, wie sich das Schweißen im Betrieb an Wasserstoffpipelines auf die Materialkompatibilität auswirkt. Im Erdgasnetz sind etablierte Verfahren wie beispielsweise das „Hot-Tapping“ unumgänglich für die Instandhal-tung und Erweiterung des Netzes. Hierbei werden an eine im Betrieb befindliche Pipeline geteilte T-Stücke aufgeschweißt, über die die Pipeline dann mit geeigneten Bohrvorrichtungen während eines ununterbroche-nen Betriebs angebohrt werden kann. Um zu beurteilen, ob diese Verfahren gefahrlos auf Wasserstoffpipe-lines übertragen werden können, müssen Problemstellungen betrachtet werden, die sich durch den Wärme-eintrag ins Material beim Schweißen ergeben. Wasserstofflöslichkeit und Diffusionsgeschwindigkeit sind tem-peraturabhängig. Erhöhte Temperaturen könnten eine Wasserstoffaufnahme ins Material bewirken, die zu ei-ner kritischen Degradation der mechanischen Eigenschaften des Materials führen könnte. Die Temperaturen, die beim Schweißen erreicht werden, führen lokal zur Überschreitung der Austenitisierungstemperatur. Aus-tenit weist eine deutlich höhere Löslichkeit von Wasserstoff auf, während die Diffusionsgeschwindigkeit des Wasserstoffs in dieser Phase deutlich herabgesetzt ist. Es wird vermutet, dass dies zu einer lokal erhöhten Wasserstoffkonzentration führt. Damit geht ein erhöhtes Risiko einer kritischen Materialdegradation einher. Durch die lange Zeitdauer beim Schweißen von mehrlagigen Rundkehlnähten an großen Pipelines, einschließ-lich einer möglichen Vorwärmprozedur, ist weiterhin zu klären, ob der aus Anwendungsfällen in der Petroche-mie bekannte Hochtemperaturwasserstoffangriff auftritt. Der vorliegende Beitrag liefert einen Überblick über das Schweißen im Betrieb an Gaspipelines, hierbei auftretenden Herausforderungen bei der möglichen An-wendung auf Wasserstoffleitungen. Dabei werden auch aktuelle Forschungsprojekte zum Thema Schweißen an Wasserstoffpipelines im Betrieb eingehend diskutiert. In diesem Zusammenhang werden erste Ergebnisse des gemeinschaftlichen Forschungsprojektes „H2-SuD: Einfluss des Schweißens auf die Wasserstoffauf-nahme und Degradation im Betrieb befindlicher H2-Ferngasleitungen“ des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches (DVGW), der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und deutscher Gasnetz-betreiber (Open Grid Europe, ONTRAS Gastransport, u.v.m.) präsentiert. T2 - 53. Sondertagung - Schweißen im Anlagen-und Behälterbau CY - Munich, Germany DA - 18.03.2025 KW - Pipeline KW - Schweißen KW - Wasserstoff KW - Materialdegradation PY - 2025 AN - OPUS4-62910 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - WAAM process influences on local microstructure and residual stresses in high-strength steels N2 - High-strength fine-grain structural 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. 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 special microstructure of high-strength steels is sensitive to cold cracking. For this reason, process- and material-related influences, as well as the design effects on residual stress formation, are being investigated in a project funded by the AiF (FOSTA P1380/IGF 21162 BG). This study focuses on determining the interactions between heat control during WAAM process, resulting hardness, microstructure, and residual stresses, analyzed by X-ray diffraction. Welding experiments using geometrically similar AM specimens show that, with regard to the heat input, the energy per unit length in particular leads to significantly affected cooling times and microstructures and causes pronounced localized effects in terms of residual stresses in the upper weld beads. T2 - 46th MPA-Seminar CY - Stuttgart, Germany DA - 12.10.2021 KW - Wire Arc Additive Manufacturing KW - High-strength structural steels KW - Vickers hardness KW - Residual stresses PY - 2021 AN - OPUS4-53567 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz T1 - Zum Einfluss der Wärmeführung auf die Eigenschaften und Beanspruchungen bei hybrid-additiver Fertigung hochfester Stähle mittels MSG-Prozessen N2 - Der Einsatz von Stählen mit höheren Streckgrenzen erlaubt die Reduzierung von Wandstärken, Bauteilgewicht und Fertigungskosten. Mittels hybrid-additiver Fertigung auf Basis von MSG-Schweißverfahren (DED-Arc) können hocheffizient Bauteilmodifikationen und -reparaturen an Halbzeugen sowie (primär) additiv gefertigten Strukturen realisiert werden. Der breiten Anwendung, gerade bei KMU, stehen noch wesentliche Fragestellungen entgegen. Neben der fertigungstechnischen Gestaltung, Aufbaustrategie und geometrischen Bauteiladaption für Modifikatio-nen oder Reparaturen betrifft dies die schweißbedingten Beanspruchungen im Zusammenhang mit den mikrostruk-turellen Einflüssen durch die additiven Fertigungsschritte insbesondere im Anbindungsbereich von Substrat und Schweißzusatzwerkstoff. Hierfür werden in einem gemeinsamen Forschungsprojekt (FOSTA-P1660/IGF22628BG) der BAM und der TU Chemnitz systematisch Kenntnisse zur metallurgischen Auswirkung sowie zu den resultieren-den Spannungen und Dehnungen beim hybrid-additiven MSG-Schweißen von hochfesten Stählen speziell im Übergangsbereich zwischen Substrat und additiv gefertigter Struktur erarbeitet. Der vorliegende Beitrag fokussiert die durchgeführten Analysen zur Auswirkung der Wärmeführung der AM-Bauteile auf die Abkühlbedingungen, Gefüge und Eigenspannungen, insbesondere im Anbindungsbereich. Hierfür wurden definierte Probenkörper vollautomatisiert mit einem hochfesten speziell für DED-Arc angepassten Massivdraht (Streckgrenze > 790 MPa) auf Substrat-Körper aus S690QL-Grundwerkstoff geschweißt und die Arbeitstemperatur sowie die Streckenenergie innerhalb eines Design of Experiments variiert. Hinsichtlich der Schweißwärmeführung wurden t8/5-Abkühlzeiten im empfohlenen Verarbeitungsbereich (ca. 5 s bis 20 s) sichergestellt. Die Ergebnisse zeigen einen deutlichen Einfluss der Wärmeführung auf die lokalen Eigenspannungen insbesonde-re im Anbindungsbereich. Mit den Ergebnissen lassen sich Verarbeitungsempfehlungen erarbeiten, um DED-Arc-Prozesse für beanspruchungsgerechte und risssichere hybrid-additive Fertigung zur Bauteilmodifizierung und -reparatur zu etablieren. Dies ermöglicht gerade KMU eine wirtschaftliche und ressourcenschonende Fertigung hochfester Stahlkomponenten. T2 - 6. Symposium Materialtechnik CY - Clausthal-Zellerfeld, Germany DA - 20.02.2025 KW - DED-Arc KW - Eigenspannung KW - Wärmeführung PY - 2025 AN - OPUS4-62618 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Residual stress analysis on a DED-Arc additive manufactured high-strength steel component using the contour method N2 - Direct Energy Deposition with arc (DED-arc) or wire arc additive manufacturing (WAAM) has significantly transformed the manufacturing paradigm in recent years by the virtue of its capability to fabricate intricate, large scale metallic parts owing to high deposition rates, high efficiency, and cost effectiveness. Subsequent enhancement in efficiency can be achieved through the utilization of the high-strength structural steels. The fabrication of the intricate geometries possesses challenges in regulating the residual stresses (RS), representing a significant concern in the realm of additive manufacturing (AM). High residual stresses contribute to an increased risk of cold cracking particularly in the welding of the high strength steels arising from complex interactions among the material, process conditions and component design. Reliable residual stress evaluation is vital in the structural integrity assessment of the welded components. Therefore, in the present study, the contour method was used to analyse the full field longitudinal residual stresses in an open hollow cuboid specimen fabricated by DED-arc. In this method, the specimen is cut along a desired plane of interest and the deformation caused by the cut surface is measured using the coordinate measuring machine and an industrial non-contact 3D scanner. A different cutting and restraint methodology was adopted and its influence on the residual stresses was analysed. The results indicate that the maximum tensile residual stresses around 600 MPa occurred in the left wall of the DED-arc structure exactly two layers below from the top. Additionally, the stresses at the bottom layer of the base plate demonstrate tensile in longitudinal direction and the corresponding balancing compressive residual stresses occurred at the top layer of the base plate. The contour approach is efficient and precise way for generating a two-dimensional residual stress map. The results obtained from the contour method was further validated using the X-ray Diffraction and both sets of findings demonstrated similarity. T2 - European Conference on Residual Stresses - ECRS11 CY - Prague, Czech Republic DA - 03.06.2024 KW - High strength steels KW - Additive Manufacturing KW - Residual stress KW - Contour methode PY - 2024 AN - OPUS4-61948 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. T1 - Einfluss der Wärmeführung auf die Eigenschaften und fertigungsbedingten Beanspruchungen additiv geschweißter hochfester Feinkornbaustähle N2 - Hochfeste Feinkornbaustähle verfügen über ein großes Potenzial für gewichtsoptimierte, effiziente Strukturen in vielen modernen Stahlkonstruktion. Weitere Effizienzsteigerungen können durch additives Fertigen sowie bionische Bauweisen erreicht werden. Kommerzielle hochfeste Zusatzwerkstoffe für additives MSG-Schweißen (engl.: Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM) sind bereits von den Schweißzusatzherstellern lieferbar. Derzeit ist jedoch eine breite industrielle Anwendung insbesondere für KMU aufgrund fehlender quantitativer Erkenntnisse und Richtlinien bezüglich schweißbedingter Beanspruchungen und Bauteilsicherheit während der Herstellung und des Betriebs stark limitiert. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt (FOSTA-P1380/IGF21162BG) der BAM und der TU Chemnitz werden die mit Eigenspannungsausbildung und der Gefahr einer Kaltrissbildung verbundenen prozess- und werkstoffbedingten sowie konstruktiven Einflüsse untersucht. Im Fokus dieser Analysen steht die Bestimmung der Wechselwirkungen zwischen WAAM-Prozessparametern bzw. der Wärmeführung auf das Gefüge und die Eigenspannungen. Hierfür werden Referenzproben als offene Hohlquader mit definierten Abmessungen vollautomatisiert mit einem speziellen, hochfesten WAAM-Massivdraht (Streckgrenze >790 MPa) geschweißt. Die gezielte Einstellung der geometrischen Eigenschaften erfolgt durch Schweißparameter und Nahtaufbau bei ca. 4 kg/h mittlerer Abschmelzleistung. Die Wärmeführung wird innerhalb eines statistischen Versuchsplanes mittels Streckenenergie (200 kJ/m bis 650 kJ/m) und Zwischenlagentemperatur (100 °C bis 300 °C) so variiert, dass die t8/5-Abkühlzeiten dem empfohlenen Verarbeitungsbereich entsprechen (ca. 5 s bis 20 s). Ziel ist es bei konstanten geometrisch-konstruktiven Randbedingungen, den Einfluss der Wärmeführung auf Gefüge und resultierende Eigenspannungen zu analysieren. Für die Streckenenergie können neben den Gefügeeinflüssen aufgrund der resultierenden Abkühlzeit deutliche Effekte insbesondere auf die lokalen Eigenspannungen im Bauteil belegt werden. Das Schweißen mit zu hoher Wärmeeinbringung bzw. Abschmelzleistung kann zu ungünstigen Gefüge- und Bauteileigenschaften führen, gleichzeitig jedoch niedrigere Zugeigenspannungsniveaus bewirken. Solche komplexen Wechselwirkungen gilt es letztlich mit diesen Untersuchungen zu klären, um leicht anwendbare Verarbeitungsempfehlungen und Normvorgaben für ein wirtschaftliches, anforderungsgerechtes und risssicheres WAAM von hochfesten Stählen den Anwendern zur Verfügung zu stellen. T2 - DVS Congress 2021 CY - Online meeting DA - 14.09.2021 KW - MAG-Schweißen KW - Additive Fertigung KW - Eigenspannungen KW - Kaltrisssicherheit KW - Hochfester Stahl PY - 2021 AN - OPUS4-56668 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz T1 - Zum Einfluss der Wärmeführung auf die Eigenschaften und Beanspruchungen bei hybrid-additiver Fertigung hochfester Stähle mittels MSG-Prozessen N2 - Der Einsatz von Stählen mit höheren Streckgrenzen erlaubt die Reduzierung von Wandstärken, Bauteilgewicht und Fertigungskosten. Mittels hybrid-additiver Fertigung auf Basis von MSG-Schweißverfahren (DED-Arc) können hocheffizient Bauteilmodifikationen und -reparaturen an Halbzeugen sowie (primär) additiv gefertigten Strukturen realisiert werden. Der breiten Anwendung, gerade bei KMU, stehen noch wesentliche Fragestellungen entgegen. Neben der fertigungstechnischen Gestaltung, Aufbaustrategie und geometrischen Bauteiladaption für Modifikatio-nen oder Reparaturen betrifft dies die schweißbedingten Beanspruchungen im Zusammenhang mit den mikrostruk-turellen Einflüssen durch die additiven Fertigungsschritte insbesondere im Anbindungsbereich von Substrat und Schweißzusatzwerkstoff. Hierfür werden in einem gemeinsamen Forschungsprojekt (FOSTA-P1660/IGF22628BG) der BAM und der TU Chemnitz systematisch Kenntnisse zur metallurgischen Auswirkung sowie zu den resultieren-den Spannungen und Dehnungen beim hybrid-additiven MSG-Schweißen von hochfesten Stählen speziell im Übergangsbereich zwischen Substrat und additiv gefertigter Struktur erarbeitet. Der vorliegende Beitrag fokussiert die durchgeführten Analysen zur Auswirkung der Wärmeführung der AM-Bauteile auf die Abkühlbedingungen, Gefüge und Eigenspannungen, insbesondere im Anbindungsbereich. Hierfür wurden definierte Probenkörper vollautomatisiert mit einem hochfesten speziell für DED-Arc angepassten Massivdraht (Streckgrenze > 790 MPa) auf Substrat-Körper aus S690QL-Grundwerkstoff geschweißt und die Arbeitstemperatur sowie die Streckenenergie innerhalb eines Design of Experiments variiert. Hinsichtlich der Schweißwärmeführung wurden t8/5-Abkühlzeiten im empfohlenen Verarbeitungsbereich (ca. 5 s bis 20 s) sichergestellt. Die Ergebnisse zeigen einen deutlichen Einfluss der Wärmeführung auf die lokalen Eigenspannungen insbesonde-re im Anbindungsbereich. Mit den Ergebnissen lassen sich Verarbeitungsempfehlungen erarbeiten, um DED-Arc-Prozesse für beanspruchungsgerechte und risssichere hybrid-additive Fertigung zur Bauteilmodifizierung und -reparatur zu etablieren. Dies ermöglicht gerade KMU eine wirtschaftliche und ressourcenschonende Fertigung hochfester Stahlkomponenten. T2 - NA 092-00-05 GA Gemeinschaftsarbeitsausschuss NAS/NMP, Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen CY - Online meeting DA - 20.03.2025 KW - DED-Arc KW - Eigenspannung KW - Wärmeführung PY - 2025 AN - OPUS4-62746 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Becker, Amadeus A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Beanspruchungsgerechte Reparatur von Schweißverbindungen bei der Fertigung von Bauteilen aus hochfesten 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 wurden 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 durchgeführt. Die Untersuchungsergebnisse zeigen auf, welche Faktoren sich für eine Beanspruchungsreduzierung auch bei hohen Einspannbedingungen eignen und wie eine Degradation des Gefüges und der Eigenschaften der Schweißnaht sowie wiederholte Schweißnahtdefekte in der Reparaturnaht vermieden werden können. Insbesondere können mittels adaptiver Wärmeführung geringere schweißbedingte Beanspruchungen in den Reparaturschweißnähten bewirkt werden. Bauteilversuche sichern zudem die Übertragbarkeit der Schweißexperimente in die Praxis ab. Aufgrund der Erkenntnisse konnten Empfehlungen für beanspruchungs- und werkstoffgerechte Reparaturkonzepte abgeleitet und ausgesprochen werden. Die Analysen wurden an den hochfesten Stahlgüten S500MLO für den Offshore-Bereich und S960QL für den Mobilkranbau realisiert. Damit wird insbesondere der wirtschaftlichen Fertigung hocheffizienter Konstruktionen für Windenergieanlagen und hochfester Strukturen, die für deren Errichtung notwendig sind, Rechnung getragen. So bieten die Forschungsergebnisse eine wesentliche Grundlage für die Weiterentwicklung entsprechender 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. KW - MAG-Schweißen KW - Hochfester Stahl KW - Reparatur KW - Kaltrisssicherheit KW - Reparaturschweißen KW - Wärmeführung KW - Windenergie PY - 2023 UR - https://matplus.shop/produkt/p-1311-beanspruchungsgerechte-reparatur-von-schweissverbindungen-bei-der-fertigung-von-bauteilen-aus-hochfesten-feinkornbaustaehlen SN - 978-3-96780-146-0 N1 - Schlussbericht vom 18.07.2022 zu dem über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages geförderten Vorhaben Nr. 20162 N (Berichtszeitraum 01.07.2019 - 28.02.2022) VL - P 1311 SP - 1 EP - 156 PB - Verlag und Vertriebsgesellschaft CY - Düsseldorf AN - OPUS4-59260 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz A1 - Eissel, A. A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Treutler, K. A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Wesling, V. T1 - Effect of alloy modification for additive manufactured Ni alloy components on microstructure and subsequent machining properties N2 - Ni alloys are generally classified as difficult-to-cut materials and cost intensive. Additive manufacturing (AM) offers economic advantages. However, machining of these AM components is mandatory to create the final contour or surface. The inhomogeneous and anisotropic microstructure and properties of AM components causes an unstable cutting process. Moreover, undesirable tensile residual stresses are generated due to subsequent machining. In this investigation, the initial alloy 36 is modified with Ti and Nb up to 1.6 wt.-% and build-up welded via gas metal arc welding (GMAW) and plasma-transferred-arc (PTA). Then, finish-milling tests are carried out to investigate the influence of the modification as well as the cutting parameters on the resulting cutting force and the surface integrity. In addition, the conventional milling process (CM) is compared with the ultrasonic-assisted milling process (US), which has a significant influence on the machinability as well as on the surface integrity. T2 - Additive Fertigung – Werkstoffe – Prozesse – Wärmebehandlung 2022 CY - Bremen, Germany DA - 29.06.2022 KW - Additive manufacturing KW - Alloy 36 KW - Alloy modification KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Surface integrity PY - 2022 SP - 57 EP - 67 AN - OPUS4-55430 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel T1 - Legierungsmodifikation und Einsatz hybrider Fräsprozesse zur Optimierung der Zerspanungssituation Ni-basierter Verschleißschutzauftragschweißungen mit definierten Oberflächen N2 - Die Ziele zur Verringerung der CO2-Emissionen sind eng verknüpft mit der Entwicklung hocheffizienter und wirtschaftlicher Komponenten aus Stahl in der Anlagen-, Verfahrens- und Kraftwerktechnik, die für hohe kombinierte korrosive, tribologische, thermische und mechanische Beanspruchungen auf Anwendungsfall und Stahlwerkstoff abgestimmte Verschleißschutzschichten erfordern. Neben zunehmenden Forderungen infolge des Preis- und Lieferrisikos konventionelle Kobalt- durch Nickellegierungen zu ersetzen, wächst in der Industrie der Bedarf nach definierten Oberflächen hoher Güte bzw. Funktionsflächen für die Schutzschichten. Eine für Bauteile mit komplexer Geometrie erforderliche Fräsbearbeitung ist insbesondere für KMU aufgrund hohen Werkzeugverschleißes oftmals nicht wirtschaftlich realisierbar, jedoch für viele Einsatzfälle dringend notwendig. In einem Gemeinschaftsvorhaben der BAM und des ISAF der TU Clausthal (Fosta P1550/IGF 21959 N) wird daher untersucht, wie mittels Legierungsmodifikationen der Schweißzusätze für nickelbasierte plasmaauftraggeschweißte Verschleißschutzschichten und durch Einsatz innovativer ultraschallunterstützter Fräsprozesse eine günstigere Zerspanbarkeit erreicht werden kann, ohne das Verschleißschutzpotential zu mindern. Im vorliegenden Beitrag wird der Einfluss der mittels Legierungsmodifikation eingestellten Gefüge- und Ausscheidungsmorphologie auf die Zerspanung untersucht. Dies erfolgt anhand einer typischerweise für Schneckenmaschinen eingesetzte Verschließschutzlegierung zur Substitution entsprechender CoCr-Legierungen (Stellite), einer NiCrMoSiFeB-Legierung (Handelsname: Colmonoy 56 PTA). Durch metallurgische Untersuchungen und In-situ-Messung auftretender Prozesskräfte und Temperaturen an der Werkzeugschneide beim Fräsprozesses sowie der anschließenden Untersuchung von Werkzeugverschleiß und Oberflächenintegrität ist eine detaillierte Analyse und Korrelation zwischen den mikrostrukturellen Eigenschaften und der Zerspanbarkeit möglich. Die Vorgehensweise erlaubt einer Beurteilung des Einflusses der ultraschallunterstützten Fräsbearbeitung auf den Prozess sowie die resultierenden Oberflächenintegrität. Unter systematischer Anwendung dieser Methodik sowie der Berücksichtigung der Anbindung zum Stahlsubstratwerkstoff und der Wirksamkeit des Verschleißschutzes lässt sich letztlich eine gezielte Optimierung der Zerspanungssituation und des Verschleißschutzes erreichen. Die Erkenntnisse erlauben Handlungsanweisungen und Empfehlungen für Normen und Verarbeitungsrichtlinien, die besonders KMU eine sichere und wirtschaftliche Fertigung hochbelasteter Stahlkomponenten mit unkritischen, kostenreduzierten Werkstoffen ermöglichen sollen. T2 - DVS Congress 2023 CY - Essen, Germany DA - 11.09.2023 KW - Werkzeugverschleiß KW - Oberflächenintegrität KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Zerspankräfte PY - 2023 AN - OPUS4-59209 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Eigenspannungsanalyse mittels Konturmethode an einem additiv gefertigten Bauteil aus hochfestem Stahl N2 - Hochfeste Feinkornbaustähle verfügen über ein großes Potenzial für gewichtsoptimierte, effiziente Strukturen in vielen modernen Stahlkonstruktion. Weitere Effizienzsteigerungen können durch additives Fertigen sowie bionische Bauweisen erreicht werden. Diese ermöglichen erhebliche Einsparungen an Kosten, Zeit und Ressourcen. Kommerzielle hochfeste Zusatzwerkstoffe für additives MSG-Schweißen (engl.: Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM) sind bereits von den Schweißzusatzherstellern lieferbar, allerdings ist der industrielle Einsatz aufgrund fehlender Richtlinien und quantitativer Kenntnisse über die Schweißbeanspruchungen während der Fertigung und des Betriebs eingeschränkt. Daher sind umfassende Kenntnisse über die Eigenspannungen im Bauteil von entscheidender Bedeutung. In dieser Untersuchung wurde die Konturmethode verwendet, um die longitudinalen Eigenspannungen im Volumen eines additiv gefertigten offenen Hohlquaders zu bestimmen. Dabei wurde die Probe entlang einer definierten Ebene getrennt, wodurch di T2 - Fachausschuss 13 Eigenspannungen CY - Siegen, Germany DA - 16.10.2024 KW - Hochfester Stahl KW - Additive Fertigung KW - Eigenspannungen PY - 2024 AN - OPUS4-61954 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Generative Fertigung und Kaltrisssicherheit N2 - Hochfeste Feinkornbaustähle verfügen über ein großes Potenzial für gewichtsoptimierte, effiziente Strukturen in vielen modernen Stahlkonstruktion. Weitere Effizienzsteigerungen können durch additives Fertigen sowie bionische Bauweisen erreicht werden. In dieser Präsentation werden erste Ergebnisse der Eigenspannungsanalysen von additiv gefertigten Bauteilen aus hochfestem Stahl vorgestellt. T2 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium CY - Online meeting DA - 10.06.2021 KW - Additive Fertigung KW - Wärmeführung KW - Hochfester Stahl KW - Eigenspannungen KW - Härteprüfung nach Vickers PY - 2021 AN - OPUS4-53326 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kaiser, Sebastian A1 - Rhode, Michael T1 - Repair welding of pressurized in-service hydrogen pipelines: A review on current challenges and strategies N2 - As energy carrier of the future, green hydrogen can make a decisive contribution to a sustainable energy supply. Particularly important is the decarbonization of heavy industry. Therefore, a reliable supply of hydrogen must be guaranteed. A hydrogen pipeline grid can achieve this purpose. In Europe concrete plans for a hydrogen pipeline grid already exist, as the so called “European Hydrogen backbone”. As building a completely new pipeline grid is economically not justifiable, a dual-way strategy of repurposing natural gas (NG) pipelines and newly built pipelines is intended. Long distance pipeline grids require regular maintenance and repairs. For NG pipelines in-service welding is state of the art. Concepts such as hot-tapping (drilling into pressurized pipelines) and “stoppling” (sealing off pipeline sections after installing bypasses or pressure relieves) allow the repair of damaged pipeline sections or the installation of new branches without shutting the pipeline down, which in most cases isn’t possible from an economic standpoint. The EIGA 121/14 guideline already pointed out in 2014 that “A hydrogen hot-tap shall not be considered a rou-tine procedure, […]”. This shows that the determination of the transferability of these repair concepts to hydrogen pipelines is of utmost importance. Due to the degrading effects of hydrogen on mechanical properties, commonly referred to as “hydrogen embrittlement” it is necessary to understand and investigate the occurring effects. In the special case of repair welding on in-service hydrogen pipelines an increased hydrogen uptake due to a large heat input and microstructural changes in the material needs to be considered. Therefore, material degradation must be investigated to determine whether modifications of repair procedures are necessary to ensure a reliable and safe hydrogen transportation via pipelines. For this reason, this paper gives an overview on existing weld repair concepts and its risks and limitations in terms of hydrogen absorption and possible embrittlement effects when transferred to hydrogen pipelines. The complexity lies in a large variety of materials (low alloyed steels), pipeline diameters and corresponding weld-ed joints. The material compatibility of materials in used (repurposed NG-pipelines) and new condition must be investigated. Particularly for repurposed/used pipelines the effect of a pre-matured/corroded inner surface and sometimes insufficient documentation of the material “history” needs to be considered. An overview on ongoing and completed R&D-projects with respect to repair concepts for hydrogen pipelines and hydrogen effects on pipeline materials is given. T2 - 77th IIW Annual Assembly and International Conference, Meeting of Commission II-A "Metallurgy of Weld Metals" CY - Ixia, Rhodes Island, Greece DA - 07.07.2024 KW - Hydrogen KW - Pipeline KW - In-Service Welding PY - 2024 AN - OPUS4-60757 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Czeskleba, Denis T1 - Entwicklung von Wärmenachbehandlungskonzepten zur Vermeidung von spannungsrelaxationsrissen N2 - Vorstellung des Projekts Vh_9475 im Rahmen eines Kolloquiums der OVGU Magdeburg. In diesem Projekt wird erforscht, welchen Einfluss die PWHT-Parameter Aufheizrate und Haltetemperatur auf die Rissanfälligkeit von 13CrMoV9-10 haben. Diese Präsentation stellt den aktuellen Projektstand dar, gibt eine Übersicht über die Rissentstehung und wie die Forschungsstelle bei ihren Forschungen zu diesem Projekt vorgeht. Gleichzeitig wurde die Versuchstechnik vorgestellt und insbesondere die neue UP-Schweißanlage präsentiert. T2 - BMDK CY - Online meeting DA - 18.11.2020 KW - Spannungsrelaxationsrisse KW - 13CrMoV9-10 KW - PWHT KW - BMDK KW - Aufheizrate PY - 2020 AN - OPUS4-51583 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Erxleben, Kjell A1 - Kaiser, Sebastian A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Hadick, C. A1 - Schu, K. T1 - Quantification of hydrogen uptake during in-service hydrogen pipeline welding N2 - Hydrogen must be transported on a large scale from producers to consumers to ensure the energy transition. The necessary pipeline grid is achieved by conversion of the natural gas (NG) grid and building new pipelines. Welding during service as part e.g. of “hot-tapping” is unavoidable for maintenance/repair/expansion. Based on existing studies, the basic material compatibility of (low-alloyed) pipeline steels with hydrogen is postulated. However, this cannot be assumed for the case of in-service welding on pipelines in pressurized condition. The reason is the increased temperature e.g. by preheating and (in particular) during welding of the single passes. As a result, the inner pipeline surface undergoes multiple short-term heating but to high temperatures. In particular, the first passes can result in a temperature close to the austenitic transformation of the material for small wall thicknesses. Both increase the hydrogen uptake into the welded joint. If hydrogen embrittlement is likely to occur, depends on the hydrogen uptake, which must be quantified. For this purpose, welding experiments on pressurized demonstrators were conducted. The hydrogen uptake at 100 bar was compared to reference experiments with nitrogen. A new sample extraction routine for the quantification of the weld-zone specific hydrogen uptake was established. Comprehensive experiments with different steels (P235, L360, L485), wall thicknesses (4.1 mm to 7.8 mm) and diameters (DN50 and DN200) were conducted. In addition, the influence of the welding layer sequence on the hydrogen uptake between single- and multi-layer welds was investigated. Analytical approaches were used to approximate the hydrogen uptake in the respective weld zones. The main findings were that the layer sequence and especially the wall thickness have a large influence on the hydrogen uptake. T2 - 20th Pipeline Technology Conference ptc2025 CY - Berlin, Germany DA - 06.05.2025 KW - In-service KW - Hydrogen KW - Pipeline KW - Repair welding KW - component test PY - 2025 SP - 1 EP - 12 AN - OPUS4-63166 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne 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 more than 20 passes and a seam length of 1,000 mm. Additional welded stiffeners simulated 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 Intermediate Meeting of Commission II-A CY - Garching, Germany DA - 06.03.2023 KW - Hydrogen assisted cracking KW - Submerged arc welding KW - Offshore wind turbine KW - High-strength steel KW - Component test PY - 2023 AN - OPUS4-57100 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Richter, Tim A1 - Schröder, Nina T1 - Mikrolegierungseinfluss auf Ausscheidungsverhalten und Kerbschlagzähigkeit geschweißter hochfester Konstruktionsstähle 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. 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 - 23. Werkstofftechnisches Kolloquium CY - Chemnitz, Germany DA - 29.03.2023 KW - Divergente Ausbildung der Wärmeeinflusszone KW - Hochfester Feinkornbaustahl KW - Kerbschlagzähigkeit KW - Mikrolegierungseinfluss PY - 2023 AN - OPUS4-58008 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Taparli, Ugur Alp A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Griesche, Axel T1 - Tungsten inert gas bead-on-plate weld chemical composition analysis by laser-induced breakdown spectroscopy N2 - Chemical compositions of a weld can be varying locally as a result of the welding process. These local variations can be due to the vaporization of individual alloying elements. In this work, tungsten inert gas (TIG) bead-on-plate stainless steel welds of EN grade 1.4404 and 1.4435 were investigated using laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) on the completed welds. This study aims to reveal the welding parameters’ influence on the resulting local chemical compositions of the stainless steel welds. We demonstrated Mn vaporize before Cr due to its lower latent enthalpy of vaporization. Hence, Mn accumulates on the heat-affected zone (HAZ) both sides across the weld bead by being swept away through the circulation flow of the welding plasma. Additionally, increasing the heat input tends to enhance the accumulated Mn content on the HAZ as well as increasing the shielding gas flow rate. The results are in good agreement with the literature and proved that LIBS is an effective method to inspect completed welds. T2 - Symposium on Materials and Joining Technology CY - Magdeburg, Germany DA - 07.09.2020 KW - LIBS TIG welding KW - Austenitic stainless steels KW - Chemical composition KW - In situ measurement PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-511595 DO - https://doi.org/10.1088/1757-899X/882/1/012023 SN - 1757-8981 SN - 1757-899X VL - 882 IS - 012023 SP - 1 EP - 8 PB - IOP Publishing CY - Bristol AN - OPUS4-51159 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Lausch, Thomas A1 - Rhode, Michael A1 - Wimpory, R. C. A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Influence of welding stresses on relief cracking during heat treatment of a creep-resistant 13CrMoV steel: Part III - Assessment of residual stresses from small-scale to real component welds N2 - For higher operational temperatures and pressures required in petrochemical plants, the modified 13CrMoV9-10 steel was developed providing high resistance against creep and compressed hydrogen. Extreme care during the welding procedure is necessary for this steel, attributed to low toughness, high strength in as-welded state, and increased susceptibility to stress relief cracking (SRC) during post-weld heat treatment (PWHT). Previous research of SRC in creep-resistant steels discussed mainly thermal and metallurgical factors. Few previous findings addressed the influences of welding procedure on crack formation during PWHT considering real-life manufacturing conditions. These investigations focus on effects of welding heat control on stresses during welding and subsequent PWHT operations close to realistic restraint and heat dissipation conditions using a special 3D testing facility, which was presented in parts I and II of this contribution. Part III addresses investigations on residual stress evolution affecting crack formation and discusses the transferability of results from large-scale testing to laboratory-scale. Experiments with test set-ups at different scales under diverse rigidity conditions and an assessment of the residual stresses of the weld-specimens using X-ray (surface near) and neutron diffraction analysis (bulk) were performed. This study aims to provide a way of investigating the SRC behaviour considering component-specific residual stresses via small-scale testing concepts instead of expensive weld mock-ups. KW - Welding KW - Creep-resistant steel KW - Residual stresses KW - Post-weld heat treatment KW - Stress relief cracking PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-524403 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-021-01101-7 SN - 1878-6669 VL - 65 SP - 1671 EP - 1685 PB - Springer CY - Berlin AN - OPUS4-52440 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Treutler, K. A1 - Börner, Andreas A1 - Gustus, R. A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Wesling, V. A1 - Maus-Friedrichs, W. T1 - Surface finishing of hard-to-machine cladding alloys for highly stressed components N2 - The supply and processing of materials for highly stressed components are usually cost-intensive. Efforts to achieve cost and resource efficiency lead to more complex structures and contours. Additive manufacturing steps for component repair and production offer significant economic advantages. Machining needs to be coordinated with additive manufacturing steps in a complementary way to produce functional surfaces suitable for the demands. Regarding inhomogeneity and anisotropy of the microstructure and properties as well as production-related stresses, a great deal of knowledge is still required for efficient use by small- and medium-size enterprises, especially for the interactions of subsequent machining of these difficult-to-machine materials. Therefore, investigations on these influences and interactions were carried out using a highly innovative cost-intensive NiCrMo alloy (IN725). These alloys are applied for claddings as well as for additive component manufacturing and repair welding using gas metal arc welding processes. For the welded specimens, the adequate solidification morphology, microstructure and property profile were investigated. The machinability in terms of finishing milling of the welded surfaces and comparative analyses for ultrasonic-assisted milling processes was examined focussing on surface integrity. It was shown that appropriate cutting parameters and superimposed oscillating of the milling tool in the direction of the tool rotation significantly reduce the mechanical loads for tool and workpiece surface. This contributes to ensure a high surface integrity, especially when cutting has to be carried out without cooling lubricants. KW - WAAM KW - IN725 KW - Machining KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Residual stresses KW - Cutting forces KW - Surface integrity KW - Microstructure PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-524872 DO - https://doi.org/10.1007/s00170-021-06815-y VL - 114 IS - 5-6 SP - 1427 EP - 1442 PB - Springer AN - OPUS4-52487 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Wandtke, Karsten A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Process-related influences and correlations in wire arc additive manufacturing of high-strength steels N2 - High-strength fine-grained structural steels have great potential for weight-optimized, efficient structures in many modern steel applications. Further advances in efficiency can be achieved through additive manufacturing and bionic design. Commercial high-strength filler materials for wire arc additive manufacturing (WAAM) are already provided by the consumable producers. Today, application would be strictly limited due to absence of quantitative findings or any guidelines for the industry regarding welding-related stresses and component safety during manufacturing and service. Hence, process- and material-related influences and design-related restraint conditions associated with formation of residual stresses and cold cracking risk are investigated. The aim is the accessibility of special WAAM self-restraining cold cracking tests and easy applicable processing recommendations, enabling an economical, fit-for-purpose and crack-safe WAAM of high-strength steels. This first study focuses on determination of interactions between WAAM process parameters, resulting layer geometry, microstructure and residual stresses, analyzed via X-ray diffraction. Defined reference specimens are automated welded using a special WAAM solid wire (yield strength >820 MPa). Geometric properties can be specifically adjusted by wire feed and welding speed, but cannot be varied arbitrarily, since a high heat input causes local overheating, inadmissible changes of microstructure and mechanical properties, defects and comparable high tensile residual stresses. T2 - 22. Werkstofftechnischen Kolloquium der TU Chemnitz CY - Online meeting DA - 24.03.2021 KW - Residual stresses KW - Additive Manufacturing KW - High-strength steel PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-533300 DO - https://doi.org/10.1088/1757-899X/1147/1/012002 VL - 1147 SP - 012002 PB - IOP Publishing Ltd AN - OPUS4-53330 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Mente, Tobias A1 - Richter, Tim A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Characterization of Hydrogen Diffusion in Offshore Steel S420G2+M Multi-layer Submerged Arc Welded Joint N2 - As onshore installation capacity is limited, the increase in the number of offshore wind turbines (OWT) is a major goal. In that connection, the OWTs continuously increase in size and weight and demand adequate foundations concepts like monopiles or tripods. These components are typically manufactured from welded mild steel plates with thickness up to 200 mm. The predominant welding technique is submerged arc welding (SAW). In accordance with the standards, the occurrence of hydrogen-assisted cracking is anticipated by either a minimum waiting time (MWT, before non-destructive testing of the welded joint is allowed) at ambient or a hydrogen removal heat treatment (HRHT) at elevated temperatures. The effectiveness of both can be estimated by calculation of the diffusion time, i.e., diffusion coefficients. In this study, these coefficients are obtained for the first time for a thick-walled S420G2+M offshore steel grade and its multi-layer SAW joint. The electrochemical permeation technique at ambient temperature is used for the determination of diffusion coefficients for both the base material and the weld metal. The coefficients are within a range of 1025 to 1024 mm2/s (whereas the weld metal had the lowest) and are used for an analytical and numerical calculation of the hydrogen diffusion and the related MWT. The results showed that long MWT can occur, which would be necessary to significantly decrease the hydrogen concentration. Weld metal diffusion coefficients at elevated temperatures were calculated from hydrogen desorption experiments by carrier gas hot extraction. They are within a range of 1023 mm2/s and used for the characterization of a HRHT dwell-time. The analytical calculation shows the same tendency of long necessary times also at elevated temperatures. That means the necessary time is strongly influenced by the considered plate thickness and the estimation of any MWT/HRHT via diffusion coefficients should be critically discussed. T2 - European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Process - Euromat 2021 CY - Online meeting DA - 13.09.2021 KW - Thick-walled KW - Hydrogen diffusion KW - Offshore KW - Steel KW - Submerged arc welding PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-544127 DO - https://doi.org/10.1007/s11665-022-06679-7 SN - 1059-9495 SP - 1 EP - 13 PB - Springer Nature AN - OPUS4-54412 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kromm, Arne A1 - Thomas, Maximilian A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Gibmeier, J. A1 - Vollert, F. T1 - Assessment of the Solidification Cracking Susceptibility of Welding Consumables in the Varestraint Test by Means of an Extended Evaluation Methodology N2 - Various test methods are available for assessing the susceptibility of materials to solidification cracking during welding. In the widely used Varestraint test, the crack length is selected as a criterion as a function of the applied bending strain. Unfortunately, the crack length does not characterize the material behavior alone but depends to varying degrees on the individual test parameters used, which makes the interpretation of the results difficult. In addition, the crack length is not comparable under different test conditions. To overcome these disadvantages, we have developed a novel evaluation methodology that decouples the machine influence from the material behavior. The measured crack length is related to the maximum possible value specified by welding speed and deformation time. This relative crack length is calculated numerically, considering the orientation of the cracks. Experiments on two high-alloy martensitic welding consumables show that, in contrast to the conventional evaluation, a comparison of different welding parameters becomes possible. Furthermore, the strain rate proved to be a suitable crack criterion in agreement with Prokhorov's hot cracking model. KW - Welding KW - Solidification cracking KW - Varestraint test PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-545780 DO - https://doi.org/10.1002/adem.202101650 SN - 1438-1656 SP - 2101650 PB - Wiley online library AN - OPUS4-54578 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - THES A1 - Steppan, Enrico T1 - Zur Analyse der Eigenschaftsdegradation und des Bindungsverhaltens von Wasserstoff in höherfesten Feinkornbaustählen N2 - Der Stahlbedarf in Deutschland wird maßgeblich neben dem Automobilsektor vom Maschinenbau und allgemeinen Bauwesen geprägt. In diesen Segmenten werden qualitativ hochwertige Stähle mit höchsten Ansprüchen an Festigkeit, Verformungsfähigkeit, schweißtechnische Verarbeitung und sicherheitsrelevante Aspekte gestellt. Wichtige Vertreter, welche diesen Ansprüchen gerecht werden, sind die heutigen modernen höherfesten FKB. Aus der Entwicklung dieser Stähle kristallisierten sich in den letzten Jahrzehnten verschiedene Legierungskonzepte und Herstellungsrouten heraus. Dem liegt neben essentiellen Eigenschaften, z.B. Streck- und Zugfestigkeit, noch weitere Anforderungen, bspw. Kaltumformbarkeit, Kerbschlagzähigkeit und Verschleißfestigkeit, zugrunde. Zunehmend werden im genormten Bereich mit Streckgrenzen bis 700 MPa neben den vergüteten Stählen (Q) auch thermomechanische Stähle (M) eingesetzt. Ein immerwährender paralleler Begleiter während der Stahlherstellung und -verarbeitung ist Wasserstoff. Wasserstoff wird in den nächsten Jahren als Schlüsselelement für eine nachhaltige Energiewirtschaft angesehen. Aus heutiger Sicht ist Wasserstoff ein Hoffnungsträger für eine klimafreundliche Energiewirtschaft und zukunftsfähige Industrie. Forschung und Industrie arbeiten intensiv an der Erschließung und Weiterentwicklung des enormen Potentials, um eine höhere Nutzbarkeit zu erreichen. Die Gründe liegen zum einen darin, dass Wasserstoff als Brennstoff unproblematisch (Umweltverträglichkeit und Verfügbarkeit) ist und zum anderen ein hervorragender Energieträger ist. Wasserstoff ist durch seine gebundene Form erst nach dem Lösen aus chemischen Verbindungen zugänglich. Dies geschieht für eine Nutzbarmachung in einer zukunftsfähigen Energiewirtschaft gezielt. Demgegenüber stehen Prozesse, wodurch Wasserstoff aus seiner chemischen Verbindung gelöst wird und aufgrund seiner Größe bzw. geringsten Atommasse von Werkstoffen aufgenommen wird. Damit verbunden interagiert der aufgenommene Wasserstoff mit dem Gefüge und kann zu einer negativen Beeinflussung der Eigenschaften des Werkstoffs führen. Wasserstoff kann Degradationsprozesse in Stählen verursachen, die sich insbesondere auf die mechanischen Eigenschaften auswirken. Diese Mechanismen können wasserstoffunterstützte Risse in höherfesten Stählen während der Herstellung oder im industriellen Einsatz verursachen. Elektrochemisch beladene Zugproben zeigen ein unterschiedliches Degradationsverhalten in ihren Eigenschaften. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Wechselwirkungen zwischen Wasserstoff und Gitterdefekten in unterschiedlichen mikrolegierten Systemen und wärmebeeinflussten Zonen in den schweißbaren Feinkornbaustählen. Die Ergebnisse zeigen eine klare Abhängigkeit zwischen Mikrolegierung und Herstellungsprozess dieser Stahlsorten, respektive ihrer simulierten wärmebeeinflussten Bereiche. N2 - In addition to the automotive sector, demand for steel in Germany is dominated by mechanical engineering and general construction. These segments demand high-quality steels with the highest requirements in terms of strength, formability, welding processing and safety aspects. Important representatives that meet these requirements are today's more modern high-strength FKB. In the development of these steels, various alloying concepts and production routes have crystallized in recent decades. In addition to essential properties, e.g. yield and tensile strength, this is also based on other requirements, e.g. cold formability, notched impact strength and wear resistance. Increasingly, thermomechanical steels (M) are being used in addition to quenched and tempered steels (Q) in the standardized range with yield strengths up to 700 MPa. An ever-present parallel companion during steel production and processing is hydrogen. Hydrogen is seen as a key element for a sustainable energy economy in the coming years. From today's perspective, hydrogen is a beacon of hope for a climate-friendly energy economy and sustainable industry. Research and industry are working intensively on tapping and further developing the enormous potential in order to achieve greater usability. The reasons are, on the one hand, that hydrogen is unproblematic as a fuel (environmental compatibility and availability) and, on the other hand, that it is an excellent energy carrier. Due to its bonded form, hydrogen is only accessible after dissolution from chemical compounds. This is done in a targeted manner for utilization in a sustainable energy economy. In contrast, there are processes by which hydrogen is released from its chemical compound and absorbed by materials due to its size or lowest atomic mass. In connection with this, the absorbed hydrogen interacts with the microstructure and can lead to a negative influence on the properties of the material. Hydrogen can cause degradation processes in steels that affect mechanical properties in particular. These mechanisms can cause hydrogen-assisted cracking in higher strength steels during fabrication or in industrial use. Electrochemically loaded tensile specimens show different degradation behavior in their properties. The present work describes the interactions between hydrogen and lattice defects in different microalloyed systems and heat affected zones in the weldable fine grain structural steels. The results show a clear dependence between microalloying and manufacturing process of these steels, respectively their simulated heat affected zones. T3 - BAM Dissertationsreihe - 172 KW - Höherfeste Feinkornbaustähle KW - Wasserstoffdegradation KW - Wasserstoffdiffusion KW - Wasserstoffbindungsverhalten KW - Kaltriss und Schweißen KW - High strength fine grained structural steels KW - Hydrogen degradation KW - Hydrogen diffusion KW - Hydrogen trapping KW - Cold cracking and welding PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-579412 SN - 1613-4249 VL - 172 SP - 1 EP - 266 PB - Eigenverlag CY - Berlin AN - OPUS4-57941 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -