TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Rhode, Michael T1 - Local mechanical properties of TIG dissimilar metal welded CoCrFeMnNi high-entropy alloy to austenitic steel AISI 304 N2 - Multiple principal element alloys (MPEA) encompass the well-known high entropy alloys (HEAs). MPEA/HEA represent a new class of materials consisting of at least three alloying elements, each containing 5 to 35 at.-%. This alloying concept thus differs fundamentally from conventional materials such as steel or nickel alloys. 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. In particular, conflicting goals, such as the trade-off between strength and ductility in conventional steels, are overcome. In the last 20 years, however, the focus has been on material synthesis. With the increase in available material quantities, the focus is now on pro-cessing issues such as joining and welding processes. The weldability of MPEA has received very little atten-tion so far. Experience with dissimilar metal welds (DMWs) is completely lacking but is essential for the appli-cation of these materials in combination with conventional materials. The present study presents, comprehen-sive experimental results on the weldability of MPEA-DMWs. For that purpose, a Co20Cr20Fe20Mn20Ni20 HEA in cold-rolled and heat-treated condition was joined by means of tungsten inert gas welding (TIG) with the austenitic Cr-Ni steel AISI 304. The DMWs resulted in interesting mechanical properties. They were obtained by instrumented tensile tests as well as the local deformation in the weld area by using digital image correlation (DIC) technique. A significant softening in the heat-affected zone (HAZ) of the MPEAs as well as a slightly reduced tensile strength with a significant decrease of the elongation at fracture were found. The experiments provided proof in principle of the weldability of the MPEAs for DMWs with conventional materials that ensure a corresponding capability for mechanical loading. This allows further considerations on the application of these innovative materials. T2 - IIW Annual Assembly, Meeting of Commission C-II CY - Singapore DA - 18.07.2023 KW - High-entropy alloy KW - Welding KW - Microstructure KW - Mechanical properties KW - Dissimilar metal weld PY - 2023 AN - OPUS4-57978 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel T1 - Experimentelle Charakterisierung der WIG-Schweißeignung einer Hoch- und Mittelentropie-Legierung N2 - Hoch- und Mittelentropie-Legierungen (engl. High/Medium Entropy Alloys–HEA/MEA) sind relativ neue Werkstoffklassen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Legierungen bestehen HEA aus fünf bzw. MEA aus drei oder vier Legierungselementen im äquiatomaren Gleichgewicht. Um diese als reale Bauteile in die Anwendung zu überführen, muss die Verarbeitbarkeit ausführlich erforscht werden. In dieser Präsentation werden dafür erste Ergebnisse der schweißtechnischen Verarbeitung mittels WIG-Schweißen dargestellt. Dazu wurden zunächst die Schweißparameter mit einer Referenzlegierung (Ni-Basislegierung: 2.4858) bestimmt und auf eine CoCrFeMnNi-HEA sowie eine CoCrNi-MEA übertragen. T2 - OVGU-Kolloquium CY - Online meeting DA - 23.06.2021 KW - Hochentropielegierung KW - Mediumentropielegierung KW - WIG-Schweißen PY - 2021 AN - OPUS4-56621 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Richter, Tim A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Rhode, Michael T1 - Residual stresses in a high- and a medium-entropy alloy due to TIG and friction stir welding N2 - The new alloying concept of multi-element systems with defined entropy (HEA—high-entropy alloy; MEA—medium-entropy alloy) is gaining increasing importance in materials research. Significantly improved properties or combinations of properties are shown by some HEA/MEA systems. Thus, primarily the production and resulting microstructures of HEA, as well as its properties, have been investigated so far. Furthermore, processing is a main issue in transferring HEA systems from the laboratory to real components. Since welding is the most important joining process for metals, it is crucial to investigate the influence of welding to guarantee component integrity. Welding leads to residual stresses, which significantly affect the component integrity. Hence, the focus of this study is the residual stress formation and distribution in a CoCrFeMnNi HEA and ternary CoCrNi MEA using two different welding processes: tungsten inert gas (TIG) welding and solid-state friction stir welding (FSW). As a pathway for the application of HEA in this investigation, for the first time, residual stress analyses in realistic near-component specimens were performed. The residual stresses were determined by X-ray diffraction (XRD) on the surfaces of top and root weld side. The results were correlated with the local welding microstructures. The results show that both FSW and TIG generate significant tensile residual stresses on the weld surfaces in, and transverse to, the welding direction. In the case of FSW of the CoCrFeMnNi HEA, the longitudinal residual stresses are in the range of the yield strength of approx. 260 MPa in the weld zone. KW - High entropy alloy KW - Welding KW - Residual stresses KW - Microstructure PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-567039 DO - https://doi.org/10.3390/jmmp6060147 SN - 2504-4494 VL - 6 IS - 6 SP - 1 EP - 11 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-56703 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Vereinfachte Prüfmethode zur Bewertung der Gefahr wasserstoffunterstützter Kaltrisse (HACC) beim Lichtbogenschweißen hochfester Stähle N2 - Die Präsentation gibt einen Kurzüberblick über die Versuchsmethodik und den erreichten Projektfortschritt des IGF-Projektes 01IF22624N bzw. DVS-Nr. 01.3410. Ziel der Untersuchungen ist eine Methodik für eine vereinfachte Probenform zur Bewertung der Kaltrissanfälligkeit durch Wasserstoff bei hochfesten, geschweißten Stählen. Dazu wird ISO 3690 (Quantifizierung des H-Gehaltes) mit direkt prüfbaren Querzugproben kombiniert, die die realistische Bewertung der Schweißnaht unter industriepraktischen Parametern ermöglicht. T2 - Sitzung des NA 092-00-05 GA Gemeinschaftsarbeitsausschuss NAS/NMP: Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen (DVS AG Q 4/Q 4.1) CY - Online meeting DA - 20.03.2025 KW - Schweißnaht KW - Kaltrissbildung KW - Wasserstoff KW - Prüfung KW - ISO 3690 PY - 2025 AN - OPUS4-62759 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. 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 - Additiver Fertigung KW - MSG-Schweißen KW - Eigenspannungen KW - Hochfester Stahl KW - Kaltrisssicherheit PY - 2020 AN - OPUS4-56690 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Grimault de Freitas, Tomás T1 - Repair Welding on Future Pressurized Hydrogen Pipelines N2 - Hydrogen is the energy carrier for a sustainable future without fossil fuels. This requires a reliable transport infrastructure. In this context, the conversion of existing natural gas (NG) grids is an essential part of the worldwide hydrogen strategies, in addition to the construction of new pipelines. Given the known effects 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 of the hydrogen compatibility of pipeline materials indicate that these materials can be used to a certain extent. However, pipelines require frequent maintenance and repair. In some cases, it is necessary to perform welding on pipelines while they are under pressure, such as the well-known tapping of natural gas grids. This in-service welding presents additional 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 hydro- gen 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 operating experience. Fundamental experimental investigations are required to investigate the possibility of transferring the state-of-the-art concepts from natural gas to hydrogen pipeline grids to ensure that no critical material degradation occurs due to the potentially increased hydrogen uptake. For this reason, the presentation will present the state of the art in hydrogen pipeline hot tapping, including current research projects and their solution strategies in terms of pressurized mock-ups and basic testing scenarios. T2 - ASTM Conference on Hydrogen Materials CY - La Rochelle, France DA - 03.06.2025 KW - Component Test KW - Hydrogen KW - In-service welding KW - Pipeline PY - 2025 AN - OPUS4-63332 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina T1 - Titan oder Niob? Mikrolegierungseinfluss auf die Ausbildung der WEZ in hochfesten Baustählen und dessen Wirkung auf mechanische Eigenschaften der Schweißverbindung N2 - Mikrolegierungselemente, wie Nb und Ti, sind für die signifikante Festigkeitssteigerung von vergüteten, hochfesten Feinkornbaustählen mit einer Nominalstreckgrenze ≥ 690 MPa unerlässlich. Normvorgaben zur chemischen Zu-sammensetzung 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. Die Nb-mikrolegierte Güte weist im Vergleich zur Ti-mikrolegierten Güte eine bessere Anlassbeständigkeit auf. Eine divergente Phasenverteilung in den äußeren Zonen der WEZ der Fülllagen erklärt die unterschiedliche Härteverteilung in der WEZ der drei untersuchten Legierungen und die markanten Unterschiede der Kerbschlagzähigkeit. Die quasistatischen Querzugversuche mittels DIC zeigten ein divergentes lokales Dehnungsverhalten auf. Die Ti-mikrolegierte Stahlsorte zeigt ein signifikanten lokales Dehnungsverhalten in der WEZ, wobei hier sich aufgrund der hohen metallurgischen Kerbwirkung Makrostützeffekte während des plastischen Fließens in der WEZ auftreten. T2 - 13. Rostocker Schweißtage CY - Rostock, Germany DA - 21.11.2023 KW - WEZ-Erweichung KW - Hochfester Feinkornbaustahl KW - Stützeffekte KW - Digital Image Correlation KW - Kerbschlagzähigkeit PY - 2023 AN - OPUS4-58943 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Development of a component test for assessment of delayed hydrogen assisted cracking susceptibility of thick walled submerged arc welded high strength offshore steels N2 - Offshore Wind Turbines (OWT) are a key factor in tomorrow's sustainable energy generation. The ever-increasing installation depth and weight of OWTs require suitable foundation concepts such as monopiles or tripods. Typically, mild steels such as S420ML are used with plate thicknesses of up to several hundred mm, resulting in high restraints in the welded joints. The large plate thickness requires high-efficiency welding processes such as submerged arc welding (SAW) with multiple wires. Due to the very high stiffness and plate thickness of the large-scale offshore structure, a susceptibility to time-delayed hydrogen assisted cracking (HAC) may occur. The evaluation of this 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 350 kg mock-up studied consisted of 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 by using flux in dry (HD < 5 ml/100g Fe) and wet (HD > 15 ml/100g Fe) conditions. Weld residual stresses were determined using a robotic X-ray diffractometer. Areas of critical tensile residual stress (at the level of the yield strength) were found in the weld metal and in the heat affected zone, suggesting that these weld sub-zones are the most critical in the case of hydrogen ingress. To identify possible delayed cracking, the welds were tested by phased array ultrasonic testing (PAUT) after welding, 6 h, 12 h, 24 h, and a maximum of 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 parameters. T2 - MSE 2024: International Materials Science and Engineering Congress CY - Darmstadt, Germany DA - 24.09.2024 KW - Hydrogen KW - Offshore wind turbine KW - Component test KW - Submerged arc welding KW - Minimum waiting time PY - 2024 AN - OPUS4-61154 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Czeskleba, Denis T1 - Investigation of the Stress Relief Cracking mechanism through the simulation of uniaxial stress conditions in the coarse grain HAZ of CrMoV-steel SAW joints N2 - Creep-resistant steels such as the 13CrMoV9-10 used in pressure vessel construction, with wall thicknesses of 250 mm and above, are most commonly submerged arc welded (SAW). The characteristic high heat input during the SAW-process introduces very high, localized residual stresses, which can lead to stress relief cracking (SRC) if the mandatory post weld heat treatment (PWHT) of the welding joint is performed improperly. Current PWHT parameters, such as heating rate and holding time at a specific holding temperature are mostly based on both empirically experience and conventional free shrinking welding experiments to characterize the SRC-susceptibility of the weld. These cannot adequately depict the higher residual stresses caused by the structurally induced stiffness of the surrounding construction and its constraint on the thermal shrinkage of the weld. Nor do they consider the resulting metallurgic effects such as the growth of precipitates during the PWHT and the resulting differences in hardness of the grain boundaries or the premature aging via a dissimilar precipitation behavior. The effect of the heating rate of the PWHT on the SRC susceptibility has to date not been adequately studied either. This study discusses the development of a repeatable, precise and time efficient methodology to study the effects of different stress levels and heating rates on the SRC susceptibility of the coarse grain heat affected zone (CGHAZ). For that purpose, samples were thermically treated to simulate a CGHAZ and subsequently exposed to representative levels of stress during PWHTs with defined parameters. The recorded stress and heating rate dependent strains were mathematically analyzed via curve tracing/ calculus to identify interdependent effects. This procedure facilitates the measurement of material characteristics such as carbide growth on grain boundaries at the µm-scale via an integrated value over the entire sample volume. The first and second derivate show a slight, precipitate dependent, increase in hardness of the sample, depending on the heating rate and applied stress. Additionally, the formation and growth of special carbides is well known to have a volumetric effect, which together with the material characterization and this new methodology is believed to generate an improved assessment of the SRC susceptibility of SAW microstructures of creep-resistant CrMoV steels. The main advantage of the suggested methodology is the material independence. It thus provides, a comparative value between welds under ideal conditions in the lab and real-world scenarios by including an idealized, simulated component rigidity. T2 - IIW 2022 CY - Tokyo, Japan DA - 16.07.2022 KW - Repair-welding KW - High-strength steels KW - Transient stresses KW - Residual stresses PY - 2022 AN - OPUS4-55441 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Reichel, Levin A1 - Kromm, Arne A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Moderne Schweißverfahren zur Optimierung der Reparatur von hochfesten Offshore-Stählen N2 - Der Ausbau der Offshore-Windenergie mit Anlagenleistungen von über 10 MW er-fordert zunehmend den Einsatz hochfester Stähle mit Streckgrenzen ab 460 MPa bei Wanddicken von bis zu 150 mm. Inakzeptable Defekte, die während bzw. nach der schweißtechnischen Montage solcher dickwandigen Verbindungen im Nahtbereich detektiert werden, können wirtschaftlich durch lokales Ausfugen und anschließendes Schweißen noch in der Fertigung repariert werden. Insbesondere bei hochfesten Baustählen stellt dies hohe Anforderungen an die schweißtechnische Fertigung, da bislang keine standardisierten Reparaturkonzepte oder normativen Vorgaben existie-ren. Praxisnahe Empfehlungen sind hier vor allem für kleine und mittlere Unterneh-men (KMU) notwendig, damit diese Reparaturschweißungen sicher und wirtschaft-lich durchführen können. Die laufende Untersuchung (FOSTA P1629/IGF 01IF22746N) legt daher den Schwerpunkt auf die Optimierung der Reparaturverfahren mit dem Ziel, schweißbe-dingte Beanspruchungen zu reduzieren, weil diese häufig zu erneuten Bildung Fehl-stellen führen. Hierfür werden hochfeste, dickwandige Verbindungen aus Offshore-Stahlgüten im Streckgrenzenbereich von 355 MPa bis 460 MPa untersucht. Die ex-perimentellen Analysen berücksichtigen dabei die komplexen Wechselwirkungen zwischen werkstoff- und prozess- sowie konstruktionsbedingten Einflüssen auf den Beanspruchungszustand nach dem Schweißzyklus (Verbindungsschweißen, Ausfu-gen, Reparaturschweißen). Diese Faktoren, wie z. B. die Steifigkeitsverhältnisse der Schweißnaht, sind von entscheidender Bedeutung für die resultierenden Eigenspan-nungen, die sich infolge der schweißtechnischen Reparatur ausbildet. Um die Bau-teilsicherheit und Leistungsfähigkeit zu gewährleisten, sind insbesondere risskriti-sche, mehrachsige Eigenspannungszustände zu vermeiden. So lassen sich moderne Hochleistungs-MAG-Schweißprozesse mit hierfür optimierten, schmaleren Fugen-geometrien in bauteilbezogenen Schweißversuchen auf Großprüfanlagen untersu-chen, um hierfür angepasste Prozess- und Wärmeführungsparameter zu identifizie-ren und angepasste Reparaturkonzepte abzuleiten. Ziel ist es, Handlungsempfehlun-gen für Richtlinien und Normen zu erarbeiten, die das Potenzial hochfester Stähle voll ausschöpfen und die Anwendbarkeit im Offshore-Stahlbau, insbesondere für KMU, substanziell stärken. Auf diese Weise leistet das Projekt einen entscheiden-den Beitrag zur erfolgreichen Umsetzung der Energiewende in Deutschland. T2 - NA 092-00-05 GA "Gemeinschaftsarbeitsausschuss NAS/NMP, Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen (DVS AG Q 4/Q 4.1)" CY - Online meeting DA - 20.03.2025 KW - Reparaturschweißen KW - Thermisches Ausfugen KW - Offshore KW - Moderne Schweißprozesse PY - 2025 AN - OPUS4-62749 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Liepold, Philipp T1 - Einfluss des Einspanngrades auf die Bildung von Erstarrungsrissen in stark beanspruchten Überlappverbindungen hochfester Stähle N2 - Erstarrungsrisse bilden sich beim Schweißen hinter dem Schmelzbad. Im verwendeten MAG-Schweißverfahren wurden stark eingespannte Schweißungen mit verschiedenen hochfesten Schweißzusätzen durchgeführt. Alle verwendeten Zusätze weisen unter gewöhnlicher Einspannung keine Tendenz zur Erstarrungsrissbildung auf. In Abhängigkeit der verwendeten Schweißparameter und des Einspanngrades konnten Erstarrungsrisse in den Nähten festgestellt werden. Die Versuche zeigen, dass beim Schweißen hochfester und stark eingespannter Kehlnähte eine Kombination von hohen Wärmeeinträgen und Schweißgeschwindigkeiten zu erhöhter Bildung von Erstarrungsrissen führen kann. T2 - BMDK, Universität Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 10.04.2024 KW - CTS KW - Erstarrungsrisse PY - 2024 AN - OPUS4-59845 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Griesche, Axel T1 - Martensitumwandlung in situ analysiert mit Röntgenstrahlung N2 - Die dehnungsinduzierte Martensitbildung wurde mittels Röntgen-Diffraktion und -Radiographie mit dem EDDI-Instrument am BESSY II in supermartensitischem Stahl mit Anlassaustenit untersucht. Die Bildung wird durch Wasserstoff im Gefüge unterdrückt. Die Duktilität von wasserstofffreiem SMSS korreliert mit dem Anteil an dehnungs-induziertem Martensit T2 - Symposium on Materials and Joining Technology CY - Online meeting DA - 07.09.2020 KW - Wasserstoff KW - Materialschädigung KW - Materialschaedigung KW - Synchrotron PY - 2020 AN - OPUS4-51190 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -