TY - CONF A1 - Becker, Amadeus A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Beanspruchungsgerechte Reparatur beim Bauteilschweißen hochfester Feinkornbaustähle N2 - Eine nachhaltige und ressourceneffiziente Fertigung und Errichtung von Windenergieanlagen, sowohl auf See als auch an Land, erfordert zunehmend den Einsatz moderner hochfester Feinkornbaustähle. Werden nach dem Schweißen dieser hochfesten Konstruktionen unzulässige Defekte detektiert, sind nach geltenden Verarbeitungsrichtlinien die defekten Bereiche durch lokales Ausfugen und anschließendes Schweißen zu reparieren. Fehlende Informationen zu adäquaten Reparaturkonzepten in den Regelwerken bedingen oftmals eine unzureichende Berücksichtigung dabei auftretender zusätzlicher Beanspruchungen durch die erhöhte Schrumpfbehinderung der Ausfugenuten. Zusätzlich haben die ausführenden Betriebe vielfach kaum Kenntnis über die Degradation angrenzender Gefüge durch thermische Ausfugeprozesse und erneutes Schweißen, die in diesem Zusammenhang besonders bei den hochfesten Stählen als kritisch anzusehen sind. Das aktuelle Forschungsvorhaben der BAM (FOSTA P1311/IGF-Nr.20162N) fokussiert hierfür systematisch bauteilrelevante Untersuchungen zu den schweißbedingten Beanspruchungen und Gefügeveränderungen bei der Reparatur von hochfesten Schweißverbindungen. Wesentlich sind hierbei der Einfluss der Schrumpfbehinderung, der Wärmeführung beim Schweißen und Ausfugen sowie der Reparaturzyklenanzahl und die metallurgischen Aspekte bei den hochfesten Güten S500MLO für zukünftige Offshore-Anwendungen und S960QL für aktuelle Mobilkrananwendungen. Aufbauend auf einigen Studien zur schweißbedingten Beanspruchung hochfester Stähle zeigt der vorliegende Beitrag die Identifikation geeigneter Probengeometrien und Schweißdetails mittels numerischer und experimenteller Analysen. Dadurch wird die Übertragbarkeit der vorgestellten Schweißexperimente und Ergebnisse hinsichtlich der resultierenden Schweißeigenspannungen auf reale Reparaturfälle im Bereich des hochfesten Stahlbaus sichergestellt. Es zeigt sich in Übereinstimmung mit früheren Ergebnissen eine signifikante Erhöhung der Beanspruchungen an den variierten schlitzförmigen Prüfnähten. Das Eigenspannungsniveau sowohl im Schweißgut als auch in der WEZ korreliert mit dem Einspanngrad. Mit dem Ziel beanspruchungs- und werkstoffgerechte Reparaturkonzepte zu erarbeiten, sind zum einen geringere Wärmeinbringungen, besonders durch niedrige Zwischenlagentemperaturen und Einspannbedingungen anzustreben, um hohe Beanspruchungen und kritische Gefügedegradationen im Reparaturbereich zu vermeiden. Dies wird durch systematische Untersuchungen zum Ausfugen und Schweißen sowie letztlich dem Transfer von Verarbeitungsempfehlungen für die Anwender und Richtlinien erreicht. T2 - DVS Congress 2021 CY - Online meeting DA - 14.09.2021 KW - MAG-Schweißen KW - Reparatur KW - Eigenspannungen KW - Hochfester Stahl KW - Thermisches Ausfugen KW - Windenergie KW - Gefügedegradation PY - 2021 SN - 978-3-96144-146-4 VL - 371 SP - 285 EP - 292 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-56666 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Härtel, S. A1 - Wandtke, Karsten A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas 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 - Brunswick, Germany DA - 06.10.2021 KW - MAG-Schweißen KW - Hochfester Stahl KW - Eigenspannungen KW - Additive Fertigung KW - Kaltrisssicherheit PY - 2022 SN - 978-3-96144-210-2 VL - 385 IS - 42 SP - 94 EP - 101 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-56642 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. T1 - Einfluss von Wärmeführung und Bauteildesign auf die Beanspruchungen additiv geschweißter hochfester Feinkornbaustähle N2 - Hochfeste Feinkornbaustähle verfügen über großes Potenzial für gewichtsoptimierte, effiziente Strukturen in vielen modernen Stahlkonstruktion. Weitere Effizienzsteigerungen können durch additives Fertigen sowie bionische Bauweisen erreicht werden. Hochfeste Zusatzwerkstoffe für additives MSG-Schweißen (engl.: Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM) sind bereits von den Schweißzusatzherstellern lieferbar. Eine breite industrielle Anwendung insbesondere für KMU ist aufgrund fehlender quantitativer Erkenntnisse und Richtlinien bezüglich schweißbedingter Beanspruchungen und Bauteilsicherheit während der Herstellung und des Betriebs derzeit stark limitiert. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt (FOSTA-P1380/IGF21162BG) der BAM und der TU Chemnitz werden daher die mit Eigenspannungsausbildung und der Gefahr einer Kaltrissbildung verbundenen prozess- und werkstoffbedingten sowie konstruktiven Einflüsse beim WAAM hochfester Stähle untersucht. Der vorliegende Beitrag fokussiert die Analyse der Auswirkungen von Schweißwärmeführung und Design der WAAM-Bauteile auf die Abkühlbedingungen, Gefüge, mechanisch-technologischen Eigenschaften und Eigenspannungen. Hierfür werden geometrisch definierte Probenkörper (Hohlquader) vollautomatisiert mit einem speziellen, hochfesten WAAM-Massivdraht (Streckgrenze >790 MPa) geschweißt. Die Wärmeführung und Probenabmessungen werden innerhalb eines statistischen Versuchsplans variiert. Die Schweißwärmeführung wird dabei so eingestellt, dass die t8/5-Abkühlzeiten im empfohlenen Verarbeitungsbereich (ca. 5 s bis 20 s) sichergestellt sind. Hierzu ließen sich über zusätzliche thermo-physikalische Umformsimulationen mittels Dilatometer die komplexen Wärmezyklen abbilden und die resultierende Zugfestigkeit des Schweißgutes bestimmen. Das WAAM-Schweißen komplexer Geometrien mit variierenden Schweißwärmeführungen und geometrischen Verhältnissen bzw. Wanddicken bedingt neben den Auswirkungen auf die Abkühlbedingungen, Abkühlzeiten und Gefüge deutliche Einflüsse auf die konstruktiven Steifigkeitsverhältnisse beim Schweißen. Es zeigen sich anhand der Schweißexperimente signifikante Auswirkungen durch Probenskalierung und Wärmeeinbringung auf die resultierenden lokalen Eigenspannungen. Die Folge können ungünstige Bauteileigenschaften und risskritische Zugeigenspannungen sein. T2 - DVS Congress 2022 CY - Koblenz, Germany DA - 19.09.2022 KW - WAAM KW - Eigenspannungen KW - Additive Fertigung KW - Hochfester Stahl KW - Kaltrisssicherheit KW - Windenergie KW - Wärmeführung PY - 2022 AN - OPUS4-56718 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Influence of the WAAM process and design aspects on residual stresses in high-strength structural 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. 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 - 75th IIW Annual Assembly (Subcomission IIA) CY - Online meeting DA - 17.07.2022 KW - WAAM KW - Residual Stresses KW - High-strength Steels KW - Cold cracking safety KW - Wind energy KW - Heat control PY - 2022 AN - OPUS4-56715 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 zunehmender 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. Es soll daher mittels Legierungsmodifikationen an Schweißzusätzen für nickelbasierte plasmaauftraggeschweißte Verschleißschutzschichten und durch Einsatz innovativer ultraschallunterstützter Fräsprozesse eine günstigere Zerspanbarkeit erreicht werden, ohne das Verschleißschutzpotential zu mindern. Im vorliegenden Beitrag wird die Methodik für die Untersuchungen der Wechselwirkung zwischen der mittels Legierungsmodifikation eingestellten Gefüge- bzw. Ausscheidungsmorphologie und der durch Ultraschalloszillation unterstützten Zerspanungskinetik mittels hochinstrumentierter Fräsversuche vorgestellt. In-situ-Messungen auftretender Prozesskräfte (mittels Dynamometer), Oszillationen (mittels Laser-Vibrometer) und Temperaturen (mittels Hochgeschwindigkeitspyrometer) an der Werkzeugschneide sowie der anschließenden Untersuchungen von Werkzeugverschleiß und Oberflächenintegrität (Rauheit, Degradationen, fertigungsbedingte Beanspruchungen) ermöglichen eine detaillierte, reproduzierbare Analyse und Korrelation zwischen den mikrostrukturellen Eigenschaften und der Zerspanbarkeit. 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 erreichen. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2022 CY - Dresden, Germany DA - 27.10.2022 KW - Werkzeugverschleiß KW - Oberflächenintegrität KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen PY - 2022 AN - OPUS4-56626 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel T1 - Verschleißschutz durch Hartphasenauftragschweißungen mit spanend bearbeiteten Funktionsflächen N2 - Das Schlichtfräsen von Verschleißschutzlegierungen ist aufgrund hohen Werkzeugverschleißes vor allem für KMU oftmals nicht wirtschaftlich. Durch gezielte Legierungsmodifikationen sowie den Einsatz hybrider Fertigungsprozesse wie dem ultraschallunterstützten Fräsen soll die Zerspanbarkeit der Legierungen verbessert werden. In dieser Präsentation werden erste Ergebnisse zu Voruntersuchungen zu der Legierung und den Einfluss auf das Werkzeug gezeigt. T2 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium CY - Magdeburg, Germany DA - 14.12.2022 KW - Werkzeugverschleiß KW - Oberflächenintegrität KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen PY - 2022 AN - OPUS4-56623 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel T1 - Projektkurzvorstellung FOSTA P1550: Beitrag zur sicheren Verarbeitung beim Verschleißschutz hochbelasteter Stahlbauteile 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 zunehmender 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. Es soll daher mittels Legierungsmodifikationen an Schweißzusätzen für nickelbasierte plasmaauftraggeschweißte Verschleißschutzschichten und durch Einsatz innovativer ultraschallunterstützter Fräsprozesse eine günstigere Zerspanbarkeit erreicht werden, ohne das Verschleißschutzpotential zu mindern. T2 - NA 092-00-05 GA "Gemeinschaftsarbeitsausschuss NAS/NMP: Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen (DVS AG Q 4/Q 4.1)" CY - Online meeting DA - 12.03.2022 KW - Verschleißschutz KW - Oberflächenintegrität KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen PY - 2022 AN - OPUS4-56636 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Engelking, Lorenz A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Eissel, A. A1 - Treutler, K. A1 - Wesling, V. T1 - Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten N2 - Die additive Fertigung mittels Schweißverfahren bietet große ökonomische Vorteile für eine ressourceneffiziente Bauteilherstellung. Offene Fragen bezüglich Homogenität, Anisotropie der Schweißgefüge und den damit verbundenen Bauteileigenschaften stehen einer wirtschaftlichen Verarbeitung oftmals im Wege. Finale Bauteilgeometrie und Oberflächengüte erfordern meist komplementäre subtraktive Fertigungsschritte. Werkstoffe für hochbelastbare Komponenten sind oftmals schwer spanbar. In einem Vorhaben der BAM und des ISAF wurde untersucht, wie die Modifikation der AM-Schweißzusätze und das ultraschallunterstützte Fräsen (US) die Zerspanungssituation verbessern. Der vorliegende Artikel stellt wesentliche Zusammenhänge zwischen Legierung, Gefüge und Zerspanung zweier schwer spanbarer Hochleistungslegierungen (FeNi und CoCr) dar. Großes Potenzial zeigte neben dem US die Modifikation mit Zr und Hf bei Zulegierung in das Schweißgut mittels Beschichtung von Massivdrähten bzw. Herstellung von Fülldrähten. KW - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Additive Fertigung KW - Oberflächenintegrität KW - Metallschutzgasschweißen PY - 2024 VL - 76 IS - 1-2 SP - 8 EP - 13 PB - DVS-Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-59463 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Liepold, Philipp ED - Kromm, Arne ED - Kannengießer, Thomas T1 - Anwendung von Convolutional Neural Networks (CNNs) bei der Erkennung von Rissen im Modifizierten Varestraint-Transvarestraint-Heißrisstest (MVT-Test) N2 - Der Modifizierte Varestraint-Transvarestraint-Test wird an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung als Variante des Varestraint-Tests verwendet. Die Auswertung dieser Tests findet klassisch durch Abmessungen der entstandenen Risse unter dem Lichtmikroskop statt. Eine solche Auswertung ist aufwendig und fehleranfällig. Convolutional Neural Networks können trainiert werden, um die Risse auf digitalen Bildern zu segmentieren, wodurch der menschliche Fehler in der Auswertung eliminiert werden kann. Die Ergebnisse können durch Overlay mit den Originalbildern verglichen werden. T2 - DVS-Congress, Große Schweißtechnische Tagung CY - Essen, Germany DA - 11.09.2023 KW - CNN KW - MVT KW - KI PY - 2023 SN - 978-3-96144-231-7 SN - 978-3-96144-230-0 VL - 2023 SP - 153 PB - Print Media Group GmbH & Co. KG CY - Hamm AN - OPUS4-59336 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Residual stress formation in DED-arc manufactured high strength steel components N2 - Additive manufacturing (AM) processes enable the efficient production of advanced constructions. New developments in topology optimization are leading to weight-optimized designs of increasing complexity. Direct energy deposition processes (DED) such as wire and arc-based additive manufacturing are an important method of additive manufacturing. The wire filler metals enable a wide range of materials, while the arc process provides a high deposition rate compared to laser and powder-based processes. Combined with the use of high-strength steels, the thickness of walls or components can be significantly reduced in the context of lightweight construction, which results in significant savings in energy, costs, time and resources. Suitable high-strength steel filler metals are commercially available for DED-arc AM processes. However, guidelines and quantitative knowledge about welding stresses and cold cracking issues during component production and service are lacking. This limits the industrial application considerably. In a joint project of BAM and Chemnitz University of Technology, the main influences and complex interactions of material, production process, design and processing steps on the residual stress level are investigated. The aim is to develop processing recommendations and a cold cracking test for economical processing and stress-related design of high-strength steels with DED-arc. This study focuses on residual stress analysis by neutron diffraction (ND) and X-ray diffraction (XRD) on defined test specimens. The ND analysis were performed at the Paul Scherrer Institute- Villigen, Switzerland (PSI) and the XRD analysis at BAM. The study shows a quantitative and qualitative comparison of the residual stress magnitudes and distribution between the component bulk (ND) and surface (XRD) analyses. The ND analysis reveals that in DED-arc AM walls the residual stresses dominate in the direction of welding and are negligibly small in each case transverse to the direction of welding. The topology of the analyzed residual stresses shows almost identical residual stress maps compared to XRD. In addition, the residual stresses are significantly influenced by the solid phase transformation of the material due to low cooling times and less post heat treatment cycles of following AM layers in the area of the top layer. T2 - IIW Intermediate Meeting 2023 CII and CIX CY - Munich, Germany DA - 06.03.2023 KW - WAAM KW - Residual Stresses KW - High-strength Steels KW - Microstructure KW - Cold cracking safety KW - Wind energy PY - 2023 AN - OPUS4-59261 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Einfluss trennender Fertigungsschritte auf die Eigenspannungen in Bauteilen aus hochfestem Stahl N2 - Der Vortrag gibt einen Überblick über den Einfluss Trennender Fertigungsschritte auf die Eigenspannungen in einer Schweißverbindung und an additiv gefertigten Bauteilen aus hochfestem Stahl. Es wird dargestellt, wie die Spanende Bearbeitung in Wechselwirkung mit der lokalen Mikrostruktur die Eigenspannungen beeinflusst. T2 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium OvGU Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 17.01.2024 KW - Hochfester Stahl KW - Additive Fertigung KW - Reparaturschweißen KW - Eigenspannungen PY - 2024 AN - OPUS4-59413 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Neutronen- und Röntgendiffraktion Zur Einflussanalyse des Bauteil-Designs auf die Eigenspannungen bei der additiven Fertigung mit hochfestem Stahl N2 - Der Vortrag gibt einen Überblick über die mittels XRD und Neutronenbeugung ermittelten Eigenspannungen in additiv gefertigten Bauteilen. Zusätzliche wird der Einfluss von Geometrieparameters auf de Eigenspannungen betrachtet T2 - Sitzung DIN NA 092-00-05 GA CY - Berlin, Germany DA - 15.03.2023 KW - Additive Fertigung KW - Hochfester Stahl KW - Eigenspannungen PY - 2023 AN - OPUS4-59236 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Minimization of tool wear in milling of iron aluminides using ultrasonic-assisted process N2 - Presentation of key results from the ZIM cooperation project "TEWUFEAL" on tool development for ultrasonic-assisted milling of iron aluminide alloys cast in gravity die casting. T2 - 24th International Conference on Wear of Materials CY - Banff, Canada DA - 16.04.2023 KW - Iron aluminides KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Surface integrity KW - Tool wear PY - 2023 AN - OPUS4-59259 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Mente, Tobias A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Diffusionsmessungen in UP-Mehrlagenschweißgut als effektives Tool gegen verzögerte Kaltrissbildung in Dickblechschweißungen N2 - Offshore-Windenergieanlagen bilden einen zentralen Bestandteil der zukünftigen Energieerzeugung. Hierzu notwendige Gründungs- und Turmstrukturen werden vorrangig aus UP-geschweißten Blechen aus hochfesten niedriglegierten Stählen mit Dicken bis zu 200 mm hergestellt. Die großen Blechdicken begünstigen hohe Schweißeigenspannungen und lange Diffusionswege für z. B. über den Schweißprozess eingebrachten Wasserstoff. Damit steigt das Risiko für eine wasserstoffunterstützte Kaltrissbildung (WKB) an. Zum sichereren Ausschluss von WKB in den geschweißten Komponenten wird in Abhängigkeit der Nahtgröße, Wärmeeinbringung und Stahlsorte eine Mindestwartezeit (MWZ) von bis zu 48 h empfohlen, bevor die zerstörungsfreie Prüfung durchgeführt wird. Es ist allerdings offen, ob die empfohlene MWZ zu konservativ ist. Einflüsse sind hier bspw. die schwierige Bewertung des Wasserstoffdiffusionsverhaltens im heterogenen UP-Mehrlagen-Schweißgut (SG) im Vergleich zum Grundwerkstoff (GW). Zudem sind nur sehr begrenzt H-Diffusionskoeffizienten für UP-Mehrlagen-SG als Grundlage zur Abschätzung des Zeitintervalls einer möglichen verzögerten Kaltrissbildung (somit MWZ) oder auch für Nachwärmprozeduren zur Wasserstoffreduktion (keine MWZ) verfügbar. Verlässliche H-Diffusionskoeffizienten sind daher ein adäquates Tool zur Bewertung des Risikos einer verzögerten WKB. Dieser Beitrag beschreibt Untersuchungen zur Charakterisierung der Wasserstoffdiffusionsverhalten in UP-Mehrlagen-SG eines 60 mm dicken Bleches einer Offshore-Stahlgüte. Dazu wurden Proben unterschiedlicher Dicke aus dem reinen Schweißgut extrahiert und über elektrochemische Permeation und Trägergasheißextraktion im Temperaturbereich bis 400 °C sehr interessante Ergebnisse zu den korrespondierenden Diffusionskoeffizienten erarbeitet. T2 - DVS Congress 2021 CY - Online meeting DA - 14.09.2021 KW - UP-Schweißen KW - Wasserstoff KW - Kaltriss KW - Permeation KW - Diffusion PY - 2021 SN - 978-3-96144-146-4 VL - 371 SP - 448 EP - 459 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-53369 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Joining processes for components in hydrogen technologies: Current need and future importance N2 - This presentation gives an overview on the importance of joining processes for component fabrication in hydrogen technologies. For that reason, the current need and future research and developement activites are highlighted for the three technological fields: hydrogen storage, transport and use (in terms of the emerging field of additive manufacturing). Finally, some remarks are given for necessary changes in the standardization. T2 - IIW Intermediate Meeting, Comm. II-A "Welding Metallurgy" CY - Online meeting DA - 17.03.2022 KW - Hydrogen KW - Welding KW - Research KW - Review KW - Additive manufacturing PY - 2022 AN - OPUS4-54488 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Fügetechnik für die neue Wasserstoffökonomie N2 - Die Herausforderungen für die Fügetechnikbranche, die sich durch die neuen Wasserstoff-Technologiefelder „Erzeugung“, „Speicherung“, „Transport“ und „Nutzung“ ergeben, sind sehr vielfältig. Der DVS-Bericht 373 gibt dazu einen tieferen Einblick. Der hier vorliegende Kurzbericht stellt dazu ausgewählte Praxisbeispiele, zugehörige Herausforderungen und sich ergebende Chancen vor. Fügetechnologien haben dabei wesentliche Bedeutung für das erfolgreiche Umsetzen und Herstellen der benötigten technischen Komponenten, wie anhand der Themenkomplexe „Wasserstoff-Pipelines“ und „additive Fertigung“ betrachtet wird. Zudem ergeben sich Herausforderungen für die notwendigen Regelwerke und Normen, die nahezu vollständig angepasst oder geschaffen werden müssen. KW - Wasserstoff KW - Fügetechnik KW - Studie KW - Werkstoffe KW - Schweißen PY - 2022 UR - https://www.schweissenundschneiden.de/artikel/fuegetechnik-fuer-die-neue-wasserstoffoekonomie SN - 0036-7184 VL - 74 IS - 3 SP - 142 EP - 144 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-54563 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Bericht zum Fortschritt des laufenden Projekts: "Entwicklung von Wärmenachbehandlungskonzepten zur Vermeidung von Spannungsrelaxationsrissen" N2 - Dieses Dokument fasst den Projekfortschritt des BAM-Projektes "Entwicklung von Wärmenachbehandlungsstrategien zur Vermeidung von Spannungsrelaxationsrissen" im Rahmen des Fachausschusses 1 "Schweißmetallurgie" des DVS e.V. für das Projektjahr 2021 zusammen und stellt die wichtigsten Ergebnisse in Kurzform vor. T2 - Sitzung des FA1 "Schweißmetallurgie" der Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren des DVS e.V. CY - Online meeting DA - 22.03.2022 KW - UP-Schweißen KW - Spannungsrelaxationsriss KW - Wärmenachbehandlung KW - Eigenspannungen KW - Schallemissionsanalyse PY - 2022 AN - OPUS4-54525 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne T1 - Residual stresses and hydrogen assisted cracking in thick walled submerged arc weld joints for offshore applications N2 - Offshore wind turbines continuously increase in size and weight and demand adequate offshore foundations concepts like monopiles, tripods or jackets. These components are typically submerged arc welded (SAW) high-strength thick steel plates like the S420ML. During welding, the occurrence of delayed hydrogen assisted cracking (HAC) must be anticipated. HAC is a critical combination of the local hydrogen concentration within a susceptible microstructure under certain mechanical load, i.e., the occurring (welding) residual stresses. The welding sequence of the thick-walled plates complicate the residual stress distribution due to the necessary repeated thermal cycling, i.e., welding seam / layer deposition to fill the joint. For that purpose, SAW with two-wire-technique was used to weld a specially designed and prototype-like mock-up of a real component with a thickness of 50 mm, filled with 22 passes and a seam length of 1,000 mm. Additional welded stiffeners simulated the effect of a high restraint, to stimulate critical HAC conditions. The residual stresses were determined by a robot XRD goniometer. A least square regression analysis of the sin²ψ-law by using multiple ψ- and φ-tilts was applied. 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, enabling the determination of critical conditions for the formation of HAC. In a future step, a structural simulation will allow the assessment of the welding residual stresses and the comparison to the XRD-values. T2 - International Conference on Residual Stresses ICRS-11 CY - Nancy, France DA - 27.03.2022 KW - Welding KW - X-ray diffraction KW - Hydrogen KW - Cracking KW - Offshore steel PY - 2022 AN - OPUS4-54576 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas T1 - Chemical Concentrations in the weld pool measured in situ by Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) during GTAW N2 - Duplex stainless steels (DSS) are frequently used, especially in applications requiring high strength combined with high corrosion resistance in aggressive media. Examples include power plant components and maritime structures. During welding of these steels, local variations in chemical composition can occur. This results in ferritization of the material and negatively affects the mechanical properties of the components. In this work, tungsten inert gas (TIG) welding experiments were performed with DSS. Chemical composition analysis was realized in situ by using Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). We could quantitatively measure the chemical composition in the weld seam of various DSS and identify possible influences of welding parameters on the microstructure of the material. The chemical concentrations of the main alloying elements Cr, Ni, Mn on the surface of the sample during the welding process and the cooling process were measured. Mn and Ni are austenite stabilizers and their content increases during welding by using certain high alloyed filler material. T2 - IIW joint intermediate meeting Comm.I,IV,XII_2022_ON-LINE CY - Online Meeting DA - 21.03.2022 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - Duplex stainless steel KW - TIG welding PY - 2022 AN - OPUS4-54527 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Consideration of manufacturing-related stresses and cold crack avoidance in high-strength steels WAAM components N2 - High-strength steels offer great potential in weight-optimised modern steel structures. Additive manufacturing processes, such as Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM), enable near-net-shape manufacturing of complex structures and more efficient manufacturing, offering significant savings in costs, time, and resources. Suitable filler materials for WAAM are already commercially available. However, the lack of knowledge or technical guidelines regarding welding residual stresses during manufacturing and operation in connection with cold cracking risk limit their industrial application significantly. In a project of BAM and TU Chemnitz, the influences and complex interactions of material, manufacturing process, design and processing steps on residual stress evolution are investigated. By developing process recommendations and a special cold cracking test, economic manufacturing, and stress-appropriate design of high-strength steel WAAM components are main objectives. The present study focuses on determining the influence of heat control (interpass temperature, heat input, cooling time) and the design aspects of the components on the hardness and residual stresses, which are analysed by X-ray diffraction. Defined reference specimens, i.e., hollow cuboids, are automatically welded with a special WAAM solid wire. The influences of wall length, wall thickness and wall height on the residual stresses are analysed. Geometric properties can be selectively adjusted by wire feed and welding speed but cannot be varied arbitrarily. This was addressed by adapted build-up strategies. The results indicate a significant influence of the heat control and the wall height on the residual stresses. The interpass temperature, wall thickness and wall length are not significant. These analyses allow recommendations for standards and manufacturing guidelines, enabling a safe and economic manufacturing of high-strength steel components. T2 - European Steel Technology and Application Days CY - Düsseldorf, Germany DA - 14.06.2023 KW - DED-arc KW - Additive manufacturing KW - Heat control KW - High-strength filler metals KW - Residual stress PY - 2023 AN - OPUS4-57691 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Einfluss trennender Fertigungsschritte auf die Eigenspannungen in additiv gefertigten Bauteilen aus hochfestem Stahl N2 - Additive Fertigungsverfahren wie das Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) ermöglichen die effiziente Fertigung von gewichtsoptimierten endkonturnahen Strukturen in modernen Stahlkonstruktionen. Ihre Effizienz kann weiter durch die Verwendung von hochfesten Stählen gesteigert werden. Dies erlaubt eine signifikante Einsparung von Kosten, Zeit und Ressourcen. Entsprechende Schweißzusatzwerkstoffe für Lichtbogenschweißverfahren sind kommerziell verfügbar. Fehlende Richtlinien und fehlende quantitative Kenntnisse über die schweißtechnische Beanspruchung während der Fertigung und im Betrieb limitieren den industriellen Einsatz stark. Daher werden in einem aktuellen Vorhaben (IGF-Nr. 21162 BG) der BAM und TU Chemnitz die wesentlichen Einflüsse und komplexen Interaktionen durch Werkstoff, Fertigungsprozess, Konstruktion und trennende Fertigungsschritte auf den Beanspruchungszustand untersucht. Der vorliegende Beitrag fokussiert hierfür die Auswirkungen trennender Fertigungsschritte auf Verzug und Eigenspannungen definierter WAAM-Prüfkörper. Die Eigenspannungsanalyse erfolgt mittels Röntgenbeugung. Die große Anzahl an Ergebnissen von zuvor untersuchten Referenzproben, die mit einem speziellen WAAM-Massivdraht (Streckgrenze >820 MPa) bei unterschiedlicher Wärmeführung und Geometrie vollautomatisiert geschweißt wurden, lässt eine Korrelation der Messdaten zu. Hierzu erfolgt die Analyse des Ausgangszustandes und abschließend des Zustandes nach trennender Bearbeitung, welche begleitend mittels digitaler Bildkorrelation hinsichtlich des Verzuges untersucht wurden. So ist zu beobachten, dass die Geometrie deutlichen Einfluss auf Relaxation und Umlagerung der Eigenspannungen hat und damit die Risssicherheit positiv beeinflussen kann. T2 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium OvGU Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 31.05.2023 KW - Additive Fertigung KW - Hochfester Stahl KW - Eigenspannungen PY - 2023 AN - OPUS4-57689 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Neutronen- und Röntgendiffraktion zur Einflussanalyse des Bauteil-Designs auf die Eigenspannungen bei der additiven Fertigung mit hochfestem Stahl N2 - Vorstellung und Gegenüberstellung von Eigenspannungsanalysen mittels Röntgen- und Neutronenbeugung an einer additiven Prüfgeometrie aus hochfestem Stahl. Einflussanalyse des Designs (Länge, Höhe, Wandstärke) von additiv gefertigten Bauteilen aus hochfestem Stahl auf die Eigenspannungen. T2 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium OvGU Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 25.01.2023 KW - Additive Fertigung KW - Hochfester Stahl KW - Eigenspannungen PY - 2023 AN - OPUS4-57688 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Hensel, J. A1 - Wandtke, Karsten A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Korrelation von Wärmeführung, Nahtgeometrie, Bauteildesign und Eigenspannungen bei DED-Arc mit hochfesten Zusatzwerkstoffen N2 - Hochfeste Feinkornbaustähle verfügen über großes Potenzial für gewichtsoptimierte, effiziente Strukturen in vielen modernen Stahlkonstruktion. Weitere Effizienzsteigerungen können durch additives Fertigen sowie bionische Bauweisen erreicht werden. Hochfeste Zusatzwerkstoffe für formgebendes MSG-Schweißen (engl.: Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM) sind bereits von den Schweißzusatzherstellern lieferbar. Eine breite industrielle Anwendung insbesondere für KMU ist aufgrund fehlender quantitativer Erkenntnisse und Richtlinien bezüglich schweißbedingter Beanspruchungen und Bauteilsicherheit während der Herstellung und des Betriebs derzeit stark limitiert. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt (FOSTA-P1380/IGF21162BG) der BAM und der TU Chemnitz werden daher die mit Eigenspannungsausbildung und der Gefahr einer Kaltrissbildung verbundenen prozess- und werkstoffbedingten sowie konstruktiven Einflüsse beim WAAM hochfester Stähle untersucht. Der vorliegende Beitrag fokussiert die Analyse der Auswirkungen von Schweißwärmeführung und Design der WAAM-Bauteile auf Nahtgeometrie, Materialausnutzung und Eigenspannungen. Hierfür werden geometrisch definierte Probenkörper (Hohlquader) vollautomatisiert mit einem speziellen, hochfesten WAAM-Massivdraht (Streckgrenze >790 MPa) geschweißt. Die Wärmeführung wird innerhalb eines statistischen Versuchsplans so variiert, dass die Dt8/5-Abkühlzeiten im empfohlenen Verarbeitungsbereich (ca. 5 s bis 20 s) liegen. Das WAAM-Schweißen komplexer Geometrien mit variierenden Schweißwärmeführungen und geometrischen Verhältnissen bzw. Wanddicken bedingt neben den Auswirkungen auf die Abkühlbedingungen, Abkühlzeiten und Gefüge deutliche Einflüsse auf die konstruktiven Steifigkeitsverhältnisse beim Schweißen. Es zeigen sich anhand der Schweißexperimente signifikante Auswirkungen durch Probenskalierung und Wärmeeinbringung auf die resultierenden lokalen Eigenspannungen. Die Folge können ungünstige Bauteileigenschaften und risskritische Zugeigenspannungen sein. T2 - 43. Assistentenseminar Füge- und Schweißtechnik 2022 CY - Chemnitz, Germany DA - 27.09.2022 KW - Additive Fertigung KW - Hochfester Stahl KW - Eigenspannungen PY - 2023 VL - 386 SP - 1 EP - 7 PB - DVS Media CY - Düsseldorf AN - OPUS4-59232 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Gräbner, Maraike A1 - Treutler, Kai A1 - Wesling, Volker T1 - Legierungsmodifikation und Einsatz hybrider Fräsprozesse zur Optimierung der Zerspanungssituation Ni-basierter Verschleißschutzauftragschweißungen mit definierten Oberflächen N2 - Die Verringerung der CO2-Emissionen ist eng mit der Entwicklung hocheffizienter und wirtschaftlicher Komponenten aus Stahl in der Anlagen- und Verfahrenstechnik verknüpft. Um den hohen kombinier-ten korrosiven, tribologischen, thermischen und mechanischen Beanspruchungen stand zu halten, werden auf Anwendungsfall und Stahlwerkstoff abgestimmte Verschleißschutzschichten eingesetzt. Neben der zunehmenden Forderung konventionelle Kobalt- durch Nickellegierungen zu ersetzen, wächst auch der Bedarf nach definierten Ober- bzw. Funktionsflächen hoher Güte. Aufgrund hohen Werkzeugverschleißes ist die erforderliche Fräsbearbeitung zu Herstellung der komplexen Geomet-rien der Bauteile für KMU oftmals wirtschaftlich nicht möglich. Mittels Legierungsmodifikation der Schweißzusätze für nickelbasierte plasmaauftraggeschweißte Verschleißschutzschichten und durch den Einsatz innovativer ultraschallunterstützter Fräsprozesse soll eine günstigere Zerspanbarkeit er-reicht werden, ohne das Verschleißschutzpotential zu mindern. Im vorliegenden Beitrag wird der Ein-fluss der mittels Legierungsmodifikation eingestellten Gefüge- und Ausscheidungsmorphologie auf die Zerspanbarkeit untersucht. Dies erfolgt anhand einer typischerweise für Schneckenmaschinen einge-setzten Verschleißschutzlegierung NiCrMoSiFeB-Legierung („Colmonoy 56 PTA“), die konventionelle CoCr-Legierungen (Stellite) substituiert. Metallurgische Untersuchungen und In-situ-Messungen auf-tretender Prozesskräfte an der Werkzeugschneide beim Fräsen sowie anschließende Untersuchungen von Werkzeugverschleiß und Oberflächenintegrität ermöglichen eine detaillierte Analyse und Korrela-tion zwischen mikrostrukturellen Eigenschaften und Zerspanbarkeit. T2 - DVS Congress 2023 CY - Essen, Germany DA - 11.09.2023 KW - Werkzeugverschleiß KW - Oberflächenintegrität KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Zerspankräfte PY - 2023 SP - 742 EP - 747 AN - OPUS4-59210 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Müller, Thomas A1 - Treutler, Kai A1 - Wesling, Volker T1 - Legierungsmodifikation und Einsatz hybrider Fräsprozesse zur Optimierung der Zerspanungssituation Ni-basierter Verschleißschutzauftragschweißungen mit definierten Oberflächen N2 - Die Bestrebungen zur Verringerung der CO2-Emissionen erfordern hochbelastbare und effiziente Komponenten aus Stahl in der Anlagen-, Verfahrens- und Kraftwerkstechnik. Hierfür sind in zunehmendem Maße auf den Anwendungsfall und Stahlwerkstoff abgestimmte Verschleißschutzschich-ten und definierte, zerspante Oberflächen notwendig. Die hohen Härten dieser Schichten und der Einsatz konventioneller Co-basierter Verschleißwerkstoffe führen oftmals zu unwirtschaftlichen Bauteilen, gerade aufgrund hohen Werkzeugverschleißes bei der Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide. Er-kenntnisse über den Einsatz Ni-basierter Verschleißwerkstoffe und die Optimierung der Zerspanbarkeit mittels Legierungsmodifikationen und moderner hybrider Fräsprozesse ohne Verschlechterung der Ver-schleißschutzeigenschaften sind deshalb für die Anwender und Verarbeiter zur wirtschaftlichen Fertigung hochbelasteter Stahlbauteile wesentlich. Der vorliegende Beitrag stellt die Untersuchungsmethodik eines aktuell laufenden Vorhabens der TU Clausthal und BAM, Berlin, vor. Fokus liegt hierbei auf den hochin-strumentierten Fräsexperimenten, die eine reproduzierbare Analyse und Korrelation zwischen den mik-rostrukturellen Eigenschaften der auftraggeschweißten Legierungen, dem Zerspanprozess und der Zer-spanbarkeit, insbesondere der resultierenden Oberflächenintegrität, ermöglichen sollen. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2022 CY - Dresden, Germany DA - 27.10.2022 KW - Werkzeugverschleiß KW - Oberflächenintegrität KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Zerspankräfte PY - 2022 SP - 368 EP - 374 AN - OPUS4-59211 LA - deu 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 - 76th IIW Annual Assembly and International Conference on Welding and Joining CY - Singapore DA - 16.07.2023 KW - Additive Fertigung KW - Hochfester Stahl KW - Eigenspannungen PY - 2023 AN - OPUS4-59233 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Einfluss trennender Fertigungsschritte auf die Eigenspannungen in additiv gefertigten Bauteilen aus hochfestem Stahl N2 - Additive Fertigungsverfahren wie das Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) ermöglichen die effiziente Fertigung von gewichtsoptimierten endkonturnahen Strukturen in modernen Stahlkonstruktionen. Ihre Effizienz kann weiter durch die Verwendung von hochfesten Stählen gesteigert werden. Dies erlaubt eine signifikante Einsparung von Kosten, Zeit und Ressourcen. Entsprechende Schweißzusatzwerkstoffe für Lichtbogenschweißverfahren sind kommerziell verfügbar. Fehlende Richtlinien und fehlende quantitative Kenntnisse über die schweißtechnische Beanspruchung während der Fertigung und im Betrieb limitieren den industriellen Einsatz stark. Daher werden in einem aktuellen Vorhaben (IGF-Nr. 21162 BG) der BAM und TU Chemnitz die wesentlichen Einflüsse und komplexen Interaktionen durch Werkstoff, Fertigungsprozess, Konstruktion und trennende Fertigungsschritte auf den Beanspruchungszustand untersucht. Der vorliegende Beitrag fokussiert hierfür die Auswirkungen trennender Fertigungsschritte auf Verzug und Eigenspannungen definierter WAAM-Prüfkörper. Die Eigenspannungsanalyse erfolgt mittels Röntgenbeugung. Die große Anzahl an Ergebnissen von zuvor untersuchten Referenzproben, die mit einem speziellen WAAM-Massivdraht (Streckgrenze >820 MPa) bei unterschiedlicher Wärmeführung und Geometrie vollautomatisiert geschweißt wurden, lässt eine Korrelation der Messdaten zu. Hierzu erfolgt die Analyse des Ausgangszustandes und abschließend des Zustandes nach trennender Bearbeitung, welche begleitend mittels digitaler Bildkorrelation hinsichtlich des Verzuges untersucht wurden. So ist zu beobachten, dass die Geometrie deutlichen Einfluss auf Relaxation und Umlagerung der Eigenspannungen hat und damit die Risssicherheit positiv beeinflussen kann. T2 - 23. Werkstofftechnisches Kolloquium CY - Chemnitz, Germany DA - 29.03.2023 KW - Additive Fertigung KW - Hochfester Stahl KW - Eigenspannungen KW - Residual stress PY - 2023 AN - OPUS4-59231 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel T1 - Alloy modification and use of hybrid milling processes to optimize the machining situation of Ni-based wear protection claddings with defined surfaces N2 - The goals of reducing CO2 emissions are closely linked to the development of highly efficient and economical steel components in plant, process and power plant engineering, 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 due to the price and supply risk, there is a growing demand in the industry for defined surfaces of high quality or functional surfaces for the protective coatings. Milling required for components with complex geometries is often not economically feasible, especially for SMEs, due to high tool wear, but is urgently required for many applications. A joint project between BAM and ISAF at Clausthal University of Technology (Fosta P1550/IGF 21959 N) is therefore investigating how more favorable machinability can be achieved by means of alloy modifications to the filler metals for nickel-based plasma deposition-welded wear protection coatings and by using innovative ultrasound-assisted milling processes, without reducing the wear protection potential. This article examines the influence of the microstructure and precipitation morphology set by means of alloy modification on machining. This is carried out using wear resistant cladding typically used for screw machines to replace corresponding CoCr alloys (Stellite), a NiCrMoSiFeB alloy (trade name: Colmonoy 56 PTA). A detailed analysis and correlation between the microstructural properties and the machinability is possible through metallurgical investigations and in-situ measurement of process forces and temperatures occurring at the tool cutting edge during the milling process as well as the subsequent investigation of tool wear and surface integrity. The changes in the microstructure achieved by adding small amounts of modifying elements (< 1 m%) lead to significant differences in machinability. The cutting forces and the resulting tool wear are thus positively influenced, whereby longer tool life and higher surface integrities can be achieved. The knowledge gained allows for instructions and recommendations for standards and processing guidelines, which should enable the safe and economical production of highly stressed steel components with non-critical, cost-reduced materials, especially for SMEs. T2 - MPA Seminar Stuttgart CY - Stuttgart, Germany DA - 08.10.2024 KW - Ultrasonic assisted milling KW - Surface integrity PY - 2024 AN - OPUS4-61972 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Witte, Julien T1 - Optimizing residual stresses in additively manufactured high-performance materials N2 - The integration of modern high-performance materials in combination with additive manufacturing (AM) has revolutionized the approach to lightweight construction across diverse applications. This study explores the synergy between these materials and additive manufacturing (AM), focusing on their unique properties to engineer resource-efficient structures. Despite these advancements, machining these hard-to-cut materials such as iron-aluminide for safety-critical components remains challenging due to increased tool wear and compromised surface integrity. This research focuses on overcoming these challenges through the application of ultrasonic-assisted milling (USAM), a hybrid machining process exhibiting significant potential. By incorporating ultrasonic oscillations along the milling tool axis, USAM minimizes tool and component surface loads, enhancing tool life and producing defect-free, homogeneous surfaces with reduced roughness parameters. This investigation centers on the influence of ultrasonic-assisted milling on residual material stresses, crucial for component performance under load. In contrast to conventional milling generating tensile stresses, USAM induces advantageous compressive residual stresses, potentially enhancing the component's crack resistance. The study employs experimental variations in ultrasonic amplitude during the machining process to identify optimal parameters for achieving maximum compressive stresses. In addition, the depth profile of these residual stresses on the surface is investigated, which provides more detailed insights into their distribution and possible effects. This research not only contributes to the evolving environment of innovative manufacturing technologies, but also places particular focus on the central role of residual stresses in the performance and reliability of safety-critical AM components. The results not only contribute to a better understanding of ultrasonic-assisted milling, but also provide crucial guidance for the design of components that can withstand the challenges of real-world applications. T2 - European Conference on Surface Integrity 11 CY - Prague, Czech Republic DA - 03.06.2024 KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Additive manufacturing KW - High-performance materials KW - Surface integrity KW - Residual stresses depth profile PY - 2024 AN - OPUS4-62026 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Scharf-Wildenhain, Ronny A1 - Hälsig, Andre A1 - Kromm, Arne A1 - Hensel, J. T1 - Fertigungsbedingte Beanspruchungen und Kaltrisssicherheit in generativ gefertigten Bauteilen aus hochfesten Feinkornbaustählen N2 - Additive Fertigungsverfahren wie das Direct Energy Deposition-Arc (DED-Arc) oder Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) ermöglichen die effiziente Herstellung gewichtsoptimierter, endkonturnaher Bauteile im modernen Stahlbau. Steigerungen der Effizienz können durch den Einsatz hochfester Stähle erreicht werden, insbesondere durch Verringerung von Wandstärken und Bauteilgewicht sowie signifikante Einsparung von Kosten, Zeit und Ressourcen. DED-Arc Schweißzusatzwerkstoffe sind bereits auf dem Markt verfügbar, allerdings fehlen Richtlinien und quantitative Kenntnisse über die schweißbedingte Beanspruchung während der Fertigung und im Betrieb, welche den industriellen Einsatz stark limitieren. In einem gemeinsamen Projekt der BAM und der Technischen Universität Chemnitz wurden die wesentlichen Einflüsse und komplexen Wechselwirkungen von Werkstoff, Fertigungsverfahren, Konstruktion und Bearbeitungsschritten auf die Eigenspannungen untersucht. Ziel war es, den stahlverarbeitenden Anwendern, insbesondere KMU, eine risssichere und beanspruchungsgerechte Herstellung und Modifizierung von Bauteilen und Halbzeugen aus hochfesten Feinkornbaustahl unter Verwendung MSG-basierter generativer Verfahren zu ermöglichen. T2 - DVS Innovationstage 2024 CY - Düsseldorf, Germany DA - 10.04.2024 KW - Feinkornbaustähle KW - Additive Fertigung KW - Kaltrisssicherheit KW - Direct Energy Deposition-Arc (DED-Arc), Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) PY - 2024 AN - OPUS4-61934 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gräbner, Maraike T1 - The evaluation of the impact of alloy modification on the wear protection coatings made of Ni- and Co-based materials and the examination of surface machinability through the ultrasonic milling process N2 - The development of technologies for climate-neutral energy generation is an important contribution to the reduction of greenhouse gases, whereby the efficient use of material systems is a key factor. Wear-resistant coatings are required for highly efficient and economical steel components in plant, process and power plant engineering to withstand the high corrosive, tribological, thermal and mechanical stresses. Co alloys are utilized as wear protection coatings for steel components that are customized to the specific application. The research area of interest is the substitutability of Co alloys with Ni-based wear protection systems. This research endeavour considers the price and supply uncertainties as well as the escalating demands on corrosive load-bearing capacity at elevated temperatures. The wear-resistant alloys NiMoCrSi (Colmonoy C56) and CoMnCrSi (Tribaloy T400) have been modified through various alloying additions and subsequently applied to a carbon-manganese steel S355 using the Plasma Arc Transferred Arc (PTA) welding process. The influence of the alloying additions on the microstructure as well as on the formation of the hard phases of the build-up welds is compared. The inclusion of the alloying element Nb, for instance, results in the formation of a more refined hard phase and reduces the machining force required for the C56 and T400. The incorporation of Al results in an enhancement of the cutting forces for the C56, as the hard phases exhibit more needle-like structures. Al reduces the cutting forces of the T400. The wear potential of the modified build-up welds of the C56 and T400 is also being examined In the industrial sector, there is a growing demand for functional surfaces of superior quality. Therefore, it is imperative to ensure the machinability of the wear protection layers to achieve clearly defined contours. The machinability of the build-up welds is investigated using ultrasonic milling. The optimization of the demanding machining conditions through alloy modifications of the Co- and Ni-based alloys without impairing the wear protection potential and using the ultrasonic-assisted milling process is a joint project of BAM and ISAF at Clausthal University of Technology (Fosta P1550/IGF 21959 N). T2 - ICMCTF CY - San Diego, CA, USA DA - 19.05.2024 KW - Ultrasonic assisted milling KW - Surface integrity PY - 2024 AN - OPUS4-62358 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Treutler, Kai T1 - Additive Manufacturing of Iron Aluminides: Microstructure, Machinability, and Surface Integrity N2 - The increasing global focus on energy and resource efficiency has stimulated a growing interest in additive manufacturing. AM offers economic advantages and enables an efficient use of materials. However, AM components often require subsequent mechanical post-processing, such as machining (e.g. milling), to achieve the final contours or surfaces. This is a particular challenge due to the heterogeneous and anisotropic nature of AM structures, which affect machining and the resulting component properties. High-performance materials such as iron aluminide represent a promising alternative to conventional high-temperature materials with a significant economic advantage. However, the strength and hardness properties, which are advantageous for applications in highly stressed lightweight components, pose a challenge for economical machining in addition to the AM microstructure properties. The difficult-to-cut material causes accelerated tool wear and insufficient surface quality. This study shows that crack-free additive manufacturing of the three-component system of iron-nickel-aluminum is possible and advantages in terms of machinability compared to FeAl-AM components are achieved. The more homogeneous microstructure leads to a reduction in cutting forces, with positive effects on the machinability and optimized surface integrity. Ultrasonic assisted milling (USAM) offers great potential to address the major challenges posed by difficult-to-cut materials and additively manufactured weld structures. Therefore, this study focuses on assessing the transferability of previous positive results by USAM to the selected iron aluminide alloys. The machinability of the aluminides is analyzed by varying significant influencing variables in finish milling experiments and evaluated in terms of the loads on the tool and the resulting surface integrity. T2 - Intermediate Meeting of IIW CY - Online meeting DA - 13.03.2024 KW - Additive manufacturing KW - Surface-integrity KW - Iron-aluminide KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Difficult-to-cut KW - Tool wear PY - 2024 AN - OPUS4-62294 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Influence of machining on residual stresses in additive manufactured high-strength steel components N2 - Additive manufacturing processes such as direct energy deposition-arc (DED-Arc) welding or Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) enable the efficient production of weight-optimized near-net-shape components in modern steel constructions. Further increased efficiency can be achieved by using high-strength steels. This enables considerable savings in terms of costs, time and resources. Commercial filler metals are available for these arc welding processes, but a lack of guidelines and quantitative knowledge of the welding stresses during production and operation limit their industrial application. This study focuses on the effect of machining steps on the residual stresses and distortion of WAAM specimens. These specimens were welded fully automatically with a special WAAM solid wire (yield strength >820 MPa) with different geometric designs. The initial state and the state after cutting of the residual stresses were analyzed by means of X-ray diffraction on the surface and compared with data from three-dimens T2 - IIW Annual Assembly 2024 CY - Rhodos, Greece DA - 07.07.2024 KW - High strength steels KW - Additive manufacturing KW - Residual stress PY - 2024 AN - OPUS4-61951 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne A1 - Thomas, Maximilian A1 - Liepold, Philipp A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Schröpfer, Dirk 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 unter-schiedlichem 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. T2 - 5. Symposium Materialtechnik CY - Clausthal-Zellerfeld, Germany DA - 23.02.2023 KW - Heißrisse KW - Varestraint-Test PY - 2023 SN - 978-3-8440-9105-2 SN - 2364-0804 VL - 12 SP - 357 EP - 365 PB - Shaker CY - Düren AN - OPUS4-57993 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Treutler, K. T1 - Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten N2 - Die additive Fertigung (AM) durch schweißtechnische Verfahren eröffnet vielfach ökonomische Vorteile für eine ressourceneffiziente Bauteilherstellung. Gerade hinsichtlich der Homogenität und Anisotropie der resultierenden Schweißgefüge und den damit verbundenen Eigenschaften gibt es noch offene Fragestellungen. Die Einstellung der finalen Bauteilgeometrie und Oberflächengüte erfordert den komplementären Einsatz abtragender Fertigungsschritte. Hochleistungslegierungen auf der Basis von Nickel oder Kobalt sind aufgrund ihrer niedrigen Wärmeleitfähigkeit verbunden mit hoher Festigkeit und Zähigkeit schwer spanbar. Eine gezielte Gefügebeeinflussung mittels Modifikation der AM-Schweißzusatzwerkstoffe und der Einsatz des ultraschallunterstützten Fräsens (US) bietet das Potential insgesamt die Zerspanungssituation zu verbessern. Dieser Lösungsansatz unter Gewährleistung des Erhalts der geforderten Werkstoff- bzw. Bauteileigenschaften ist Untersuchungsgegenstand eines Gemeinschaftsvorhabens (IGF-Nr. 20.979 N/DVS-Nr. 1.3211) der BAM und TU Clausthal/ISAF. Der vorliegende Beitrag stellt Ergebnisse für die beiden untersuchten FeNi- und CoCr-Legierungen sowie wesentliche Zusammenhänge zwischen Legierungsmodifikation, entstehender Gefügemorphologie und Zerspanungseigenschaften der mittels MAG additiv gefertigter Proben vor. Das größte Potential für die Modifikation zeigten Zr und Hf. Die Zulegierung in das Schweißgut erfolgte durch Beschichtung von Massivdrähten sowie durch Herstellung von Fülldrähten. T2 - DVS Congress - GST CY - Essen, Germany DA - 11.09.2023 KW - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Schwer spanbar KW - Metallschutzgasschweißen PY - 2023 AN - OPUS4-58379 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Kaiser, Sebastian 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. 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. In that conection, for natural gas (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. The EIGA 121/14 guideline already pointed out in 2014 that “a hydrogen hot-tap shall not be considered a routine 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 proper-ties, 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 hydro-gen uptake due to a large heat input and microstructural changes in the material needs to be considered. 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 welded 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 XI "Pressure Vessels and Piping" CY - Ixia, Rhodes, Greece DA - 07.07.2024 KW - Hydrogen KW - Repair welding KW - Pipelines KW - Study PY - 2024 AN - OPUS4-60673 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz T1 - Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten N2 - Die additive Fertigung mittels Schweißverfahren bietet große ökonomische Vorteile für eine ressourceneffiziente Bauteilherstellung. Offene Fragen bezüglich Homogenität, Anisotropie der Schweißgefüge und den damit verbundenen Bauteileigenschaften stehen einer wirtschaftlichen Verarbeitung oftmals im Wege. Finale Bauteilgeometrie und Oberflächengüte erfordern meist komplementäre subtraktive Fertigungsschritte. Werkstoffe für hochbelastbare Komponenten sind oftmals schwer spanbar. In einem Vorhaben der BAM und des ISAF wurde untersucht, wie die Modifikation der AM-Schweißzusätze und das ultraschallunterstützte Fräsen (US) die Zerspanungssituation verbessern. Der vorliegende Artikel stellt wesentliche Zusammenhänge zwischen Legierung, Gefüge und Zerspanung zweier schwer spanbarer Hochleistungslegierungen (FeNi und CoCr) dar. Großes Potenzial zeigte neben dem US die Modifikation mit Zr und Hf bei Zulegierung in das Schweißgut mittels Beschichtung von Massivdrähten bzw. Herstellung von Fülldrähten. T2 - Innovationstag 2024 CY - Düsseldorf, Germany DA - 10.04.2024 KW - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Additive Fertigung KW - Oberflächenintegrität PY - 2024 AN - OPUS4-59958 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Reichel, Levin T1 - Effiziente Reparaturkonzepte mittels geregelter MSG Hochleistungsprozesse bei der Fertigung hochfester Dickblechverbindungen für Offshore Windenergieanlagen P1629 N2 - Der Bau von Gründungs- und Turmstrukturen für Windkraftanlagen erfordert den Einsatz moderner, nachhaltiger und ressourcenschonender hochfester Feinkornbaustähle. Durch den Schweißprozess verursachte Schweißnahtfehler sind nicht akzeptabel. Um diese zu beheben, ist das lokale thermische Fugenhobeln mit anschließendem Reparaturschweißen ein gängiges und wirtschaftliches Verfahren. Die hohe Schrumpfbehinderung um die ausgefugte Nut durch das umgebende Gefüge kann zu Rissbildung führen, wenn sich konstruktiv bedingte Spannungen und Eigenspannungen aus der Reparaturschweißung überlagern. Diese Gefahr wird durch die Verschlechterung der Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften hochfester Stähle während des Schweißreparaturprozesses noch verstärkt. T2 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium CY - Magdeburg, Germany DA - 16.05.2024 KW - Reparaturschweißen KW - Thermisches Ausfugen KW - Offshore KW - Sprühlichtbogen PY - 2024 AN - OPUS4-60050 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas T1 - In situ Untersuchung der Phasenverteilung und der Schmelzbaderstarrung von Duplexstählen mittels laserinduzierter Plasmaspektroskopie (LIPS) N2 - Schweißprozesse von nichtrostenden Duplexstählen verursachen aufgrund hoher Abkühlungsraten und Änderungen der chemischen Zusammensetzung ein unausgewogenes Austenit (γ)/Ferrit (δ)-Verhältnis. Das verursacht eine Degradation der mechanischen Eigenschaften und der Korrosionsbeständigkeit. Die In-situ-Überwachung des Schweißbades soll mit Hilfe der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIPS) realisiert werden. Ein großer Vorteil dieser Technik ist die hochgenaue zeit- und ortsaufgelöste Messung der chemischen Zusammensetzung während des Schweißens. Bisherige Untersuchungen haben ergeben, dass die LIBS-Methode geeignet ist, chemische Elemente während des Schweißens zu detektieren und eine Verteilung ausgewählter Elemente aufzuzeigen. Chemische Zusammensetzungen können mit vorab erstellten Kalibrierkurven dargestellt weerden. T2 - BMDK der Universität Magdeburg CY - Online Meeting DA - 17.06.2021 KW - LIBS KW - In situ KW - Duplex stainless steel KW - TIG welding PY - 2021 AN - OPUS4-52823 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ulbricht, Alexander T1 - Tales from Within: Residual Stress and Void Formation in LPBF 316L N2 - An unusual microstructure, inherent residual stresses and void formation are the three key aspects to control when assessing metallic parts made by LPBF. This talk explains an experiment to unravel the interlinked influence of the two mechanisms for the formation of residual stresses in LPBF: the temperature gradient mechanism and constricted solidification shrinkage. The impact of each mechanism on the shape and magnitudes of the residual stress distribution is described. Combined results from neutron diffraction, X-ray diffraction, computed tomography and in-situ thermography are presented. Also, influence of scan strategies as well as surface roughness of subjacent layers on void formation is shown. Results from computed tomography and in-situ thermography of a specimen dedicated to study the interaction of the melt pool with layers of powder underneath the currently illuminated surface are presented. T2 - 2nd Workshop on In-situ Monitoring and Microstructure Development in Additive Manufacturing CY - Online meeting DA - 19.04.2021 KW - Neutron diffraction KW - Laser powder bed fusion KW - In-situ thermography KW - Computed tomography KW - X-ray diffraction KW - Residual stress KW - Pore formation KW - AISI 316L PY - 2021 AN - OPUS4-52819 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Quackatz, Lukas A1 - Griesche, Axel A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Spatially resolved EDS, XRF and LIBS measurements of the chemical composition of duplex stainless steel welds: A comparison of methods N2 - Duplex stainless steels (DSS) are used in all industries where corrosion problems play a major role. Examples include the chemical industry, the food industry and shipping industries. DSS have a balanced phase ratio of ferrite (α) and austenite (γ). Unlike single-phase stainless steels, DSS combine the advantages of these and can therefore fit many industry requirements, such as weight saving or high mechanical strength. When these steels are welded, alloying elements can burn off and condense as thin layers on cold surface regions. This loss of chemical elements can lead to changes in the microstructure. With the help of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS), chemical element distributions were visualized. The results were compared with those of conventional measurement methods, such as energy dispersive X-ray analysis (EDS) and X-ray fluorescence analysis (XRF), and the results from LIBS could be validated. LIBS is suitable as a fast, straightforward measurement method for producing line scans along the weld seam and provides spatially resolved information on accumulation phenomena of burned off alloying elements. LIBS is very well suited for the detection of sub-surface elements due to the exclusively superficial ablation of the material. In addition, the measurement method has been calibrated so that quantitative statements about element concentrations can also be made. T2 - EMSLIBS 2021 CY - Online Meeting DA - 25.11.2021 KW - LIBS KW - TIG welding KW - Duplex stainless steel KW - XRF KW - EDS PY - 2022 DO - https://doi.org/10.1016/j.sab.2022.106439 SN - 0584-8547 VL - 193 SP - 1 EP - 8 PB - Elsevier B.V. CY - Amsterdam AN - OPUS4-54837 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz T1 - Untersuchungsmethoden beim Fräsen additiv gefertigter schwer spanbarer Co Cr Legierungen N2 - Für den Anlagenbau werden hochbelastete Komponenten aus Co-Cr-Legierungen hergestellt. Dabei ist die Zerspanung so herausfordernd, dass additive Fertigungsschritte oft wirtschaftlicher sind. Diese bedingen aber vorwiegende heterogene, anisotrope Gefüge und Eigenschaften und bei nachfolgender Fräsbearbeitung unstetige Zerspankräfte und instabile Spanvorgänge. Hierbei können hybride Zerspanprozesse helfen, hohe Belastungen für Werkzeug und Werkstückoberfläche zu minimieren. Diesbezügliche Charakterisierungen erfordern speziell adaptierte Zerspanungsanalysen. Anhand eines Anwendungsbeispiels, bei dem eine Modifikation der Ausgangslegierung mit 1 % Hf erfolgte, wird die Wechselwirkung zwischen Gefügemorphologie und Fräsprozess dargestellt, der konventionelle mit einem hybriden ultraschallunterstützten Fräsprozess verglichen und die Charakterisierung des Werkzeugverschleißes anhand zweier verschiedener Fräser betrachtet. Analysen auftretender Prozesskräfte mittels Piezo-Mehrkomponenten-Dynamometer, der Werkzeugoszillation mittels Laser-Vibrometer und zusätzliche In-situ-Temperaturmessungen der Werkzeugschneiden mittels Highspeed-Pyrometer bilden den Kern der neuen Zerspanungsprüftechik. Die vorgestellten Untersuchungsmethoden bilden die Vorgänge bei der Zerspanung additiv gefertigter Werkstoffe detailliert und reproduzierbar ab. Sowohl Legierungsmodifikation als auch hybride Prozessbedingungen lassen gezielte Einflüsse zur deutlichen Verbesserung der Zerspanungssituation zu. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2021 CY - Online meeting DA - 02.12.2021 KW - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Plasma-Pulver-Auftragschweißen KW - Additive Fertigung KW - Co-Cr-Legierung PY - 2021 AN - OPUS4-54903 LA - deu 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 Ni 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 - ICRS11, 11th International Conference on Residual Stresses CY - Nancy, France DA - 27.03.2022 KW - Surface integrity KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Additive manufacturing KW - Ni alloy KW - Alloy 36 PY - 2022 AN - OPUS4-54904 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz T1 - Untersuchungsmethoden beim Fräsen additiv gefertigter schwer spanbarer Kobalt-Chrom-Legierungen N2 - Für den Anlagenbau werden hochbelastete Komponenten aus Co-Cr-Legierungen hergestellt. Dabei ist die Zerspanung so herausfordernd, dass additive Fertigungsschritte oft wirtschaftlicher sind. Diese bedingen aber vorwiegende heterogene, anisotrope Gefüge und Eigenschaften und bei nachfolgender Fräsbearbeitung unstetige Zerspankräfte und instabile Spanvorgänge. Hierbei können hybride Zerspanprozesse helfen, hohe Belastungen für Werkzeug und Werkstückoberfläche zu minimieren. Diesbezügliche Charakterisierungen erfordern speziell adaptierte Zerspanungsanalysen. Anhand eines Anwendungsbeispiels, bei dem eine Modifikation der Ausgangslegierung mit 1 % Hf erfolgte, wird die Wechselwirkung zwischen Gefügemorphologie und Fräsprozess dargestellt, der konventionelle mit einem hybriden ultraschallunterstützten Fräsprozess verglichen und die Charakterisierung des Werkzeugverschleißes anhand zweier verschiedener Fräser betrachtet. Analysen auftretender Prozesskräfte mittels Piezo-Mehrkomponenten-Dynamometer, der Werkzeugoszillation mittels Laser-Vibrometer und zusätzliche In-situ-Temperaturmessungen der Werkzeugschneiden mittels Highspeed-Pyrometer bilden den Kern der neuen Zerspanungsprüftechnik. Die vorgestellten Untersuchungsmethoden bilden die Vorgänge bei der Zerspanung additiv gefertigter Werkstoffe detailliert und reproduzierbar ab. Sowohl Legierungsmodifikation als auch hybride Prozessbedingungen lassen gezielte Einflüsse zur deutlichen Verbesserung der Zerspanungssituation zu. T2 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium CY - Online meeting DA - 26.01.2022 KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Legierungsmodifikation KW - Additive Fertigung KW - Werkzeugverschleiß PY - 2022 AN - OPUS4-54907 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas T1 - Rapid solidification during welding of duplex stainless steels – in situ measurement of the chemical concentration by Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) N2 - Nichtrostende Duplexstähle (DSS) werden häufig verwendet, insbesondere bei Anwendungen, die eine hohe Festigkeit in Verbindung mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit in aggressiven Medien erfordern. Beispiele hierfür sind Kraftwerkskomponenten und maritime Anwendungen. Beim Schweißen dieser Stähle kann es zu lokalen Schwankungen in der chemischen Zusammensetzung kommen. Dies führt zu einer Ferritisierung des Werkstoffs und beeinträchtigt die mechanischen Eigenschaften der Bauteile. In dieser Arbeit wurden Versuche zum Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) mit DSS durchgeführt. Die Analyse der chemischen Zusammensetzung wurde in situ mit Hilfe der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) durchgeführt. Ziel der Arbeit ist es, die chemische Zusammensetzung in der Schweißnaht verschiedener DSS quantitativ zu messen und mögliche Einflüsse der Schweißparameter auf die Mikrostruktur des Werkstoffs zu ermitteln. Gemessen wurden die chemischen Konzentrationen der Hauptlegierungselemente Cr, Ni, Mn auf der Oberfläche der Probe während des Schweißprozesses und des Abkühlungsprozesses. Mn und Ni sind Austenitstabilisatoren, deren Gehalt beim Schweißen durch die Verwendung bestimmter hochlegierter Schweißzusatzwerkstoffe zunimmt. Die Spektren wurden alle 1,3 s in einem Abstand von etwa 2 mm aufgezeichnet. Während des Abkühlungsprozesses wurde der Ort der Messung nicht verändert. Die LIBS-Methode eignet sich nachweislich zur quantitativen Darstellung der chemischen Zusammensetzungen während des Schweißvorgangs. T2 - BMDK der Universität Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 19.05.2022 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - Duplex stainless steel KW - TIG welding KW - Evaporation PY - 2022 AN - OPUS4-54865 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Fügetechnik in Wasserstofftechnologien Ein aktueller Überblick N2 - Der Vortrag gibt einen kurzen Überblick über die Bedeutung der Fügetechnik in Wasserstofftechnologien und über zukünftige Herausforderungen. Fügetechnologien, insbesondere die Schweißtechnik, haben dabei wesentliche Bedeutung für die Umsetzung von technischen Komponenten der Wasserstofftechnologien. Forschungsschwerpunkte ergeben sich insbesondere für die Erzeugung und den Transport des Wasserstoffs. T2 - Vortragsreihe des DVS Bezirksverbandes Mannheim-Ludwigshafen CY - Online meeting DA - 27.04.2023 KW - Wasserstoff KW - Schweißen KW - Studie PY - 2023 AN - OPUS4-57411 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Welding (and joining) technologies for the hydrogen economy - a short overview N2 - This study gives an overview on the important field of joining processes for component fabrication in hydrogen technologies. The current main issues and future perspectives are highlighted for the different technological field of hydrogen generation, storage, transport and use. In addition, the emerging field of additive manufacturing is included. Some remarks are given for standardization and regulations. T2 - Meeting of the European Welding Association (EWA), Executive Committee (EC) 1 CY - Frankfurt am Main, Germany DA - 22.03.2023 KW - Hydrogen KW - Welding KW - Research KW - Study PY - 2023 AN - OPUS4-57222 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Bewertung und Vermeidung von schweißverarbeitungsbedingten Rissen in hochfesten Baustählen N2 - Die vorliegende Präsentation fasst die Ergebnisse von drei laufenden bzw. beendeten AiF/IGF-Projekten zusammen, die über die Forschungsvereinigung Stahlanwendung FOSTA e.V. an der BAM bearbeitet wurden zum Thema: Bewertung und Vermeidung von schweißverarbeitungsbedingten Rissen in hochfesten Baustählen. T2 - FOSTA Tagung: Hochfester Stahl im Stahl und Anlagenbau CY - Essen, Germany DA - 16.05.2023 KW - Studie KW - Schweißen KW - Hochfester Stahl KW - Riss KW - Forschung PY - 2023 AN - OPUS4-57517 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne T1 - Eigenspannungen in mittels DED-Arc gefertigten Bauteilen aus hochfestem Stahl N2 - Der Vortrag gibt einen Überblick über die mittels XRD und Neutronenbeugung ermittelten Eigenspannungen in additiv gefertigten Bauteilen. Zusätzlich wird der Einfluss der Prozessparameter auf die Härte betrachtet. T2 - Frühjahrssitzung des Fachausschusses 13 Eigenspannungen der AWT CY - Berlin, Germany DA - 28.03.2023 KW - Eigenspannungen KW - DED-arc KW - Hochfester Stahl KW - Neutronenbeugung PY - 2023 AN - OPUS4-57289 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne T1 - Hot Cracking Behavior of LTT Alloys under Variable Conditions in the Varestraint Test N2 - The use of Low Transformation Temperature (LTT) filler materials is an innovative way to reduce welding residual stresses. The generation of compressive residual stresses in the weld and heat-affected zone can lead to an improvement of the fatigue life of high-strength welds. However, high-alloy filler metals can be prone to solidification cracking. Two important LTT alloys were evaluated under variable welding and loading parameters using the Modified Varestraint/Transvarestraint (MVT) test. Initially conflicting results were interpreted using a newly developed image-based crack detection routine [1]. Based on the melt pool dimensions, the shape of the isotherms is reconstructed, and the theoretical crack growth along numerically determined crystallization paths is considered in relation to the cracks observed. Decreasing welding speeds with simultaneously higher heat input promote crack formation with increasing strain rate. T2 - International Joint Conference EMPOrIA 2023 CY - Aachen, Germany DA - 16.05.2023 KW - LTT KW - Solidification cracking KW - Varestraint test PY - 2023 AN - OPUS4-57546 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Kromm, Arne A1 - Mente, Tobias A1 - Czeskleba, Denis A1 - Brackrock, Daniel A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Bauteilversuch zur Bewertung der wasserstoffunterstützten Rissanfälligkeit geschweißter, dickwandiger Offshore-Gründungsstrukturen N2 - Offshore-Windenergieanlagen erfordern Gründungskonzepte aus unterpulver-(UP-)geschweißten Dickblechen (bspw. der Güte S420ML). Während der Schweißfertigung kann eine zeitverzögerte wasserstoffunterstützte Kaltrissbildung auftreten, deren Bewertung aufgrund der Bauteilgröße von Offshore-Strukturen sehr komplex ist. Deswegen wurde eine bauteilähnliche Geometrie (Mock-Up) entwickelt, um reale Steifigkeitsverhältnisse auf den Labormaßstab zu übertragen. Zusätzliche Versteifungen simulieren die Wirkung einer Einspannung bzw. Schrumpfbehinderung der Schweißnaht. Über die Verwendung von Schweißpulvern mit definierter Feuchte wurden zudem ein Extremszenario der Wasserstoffaufnahme simuliert. Entsprechend der vorgegebenen Mindestwartezeit für die ZfP von bis zu 48 h wurde die Schweißnaht zerstörungsfrei mit Phased-Array-Ultraschall-Prüfung (PAUT) geprüft und die Eigenspannungen über Röntgendiffraktometrie (XRD) bestimmt. Zusätzlich wurde die Wasserstoffverteilung in der Schweißverbindung numerisch simuliert. Außer zulässigen Defekten (wie Poren), wurde keine verzögerte Kaltrissbildung in den Mock-Ups festgestellt, was auf hohe Rissbeständigkeit hindeutet. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2023 CY - Berlin, Germany DA - 23.11.2023 KW - Kaltrissbildung KW - Wasserstoff KW - Offshore KW - Schweißen KW - Bauteiltest PY - 2023 DO - https://doi.org/10.48447/WP-2023-219 SP - 316 EP - 321 CY - Berlin AN - OPUS4-58908 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gräbner, Maraike T1 - Process optimisation for realisation of crack-free Ni-based wear protection coatings and assessment of machinability by subsequent milling processes to produce defined surfaces N2 - Reducing CO2 emissions to 62 percent up to 2030 and achieving greenhouse neutrality up to 2050 are the key goals of the EU's climate protection legislation. The expansion of technologies for climate-neutral energy generation is not the only important contribution to reducing greenhouse gases, the efficient use of material systems is also a key factor. In the area of plant engineering, steel components are provided with a wear-protection coating for efficient use to protect them against corrosive, tribological, thermal and mechanical stresses. The wear-protection coatings are primarily made of Co alloys, which are to be replaced by alternative materials, such as nickel alloys, because of the poor working conditions regarding the extraction of the cobalt and because of the health risks. In terms of corrosion behavior, many applications require a crack-free wear protection layer and additional machining. Machining by milling is not economical for wear materials, especially for SME because of the high tool wear, but it is essential to produce defined surfaces with high quality. Alloy modifications of the filler metals for nickel-based plasma deposition welded wear protection coatings and the use of innovative ultrasonic-assisted milling processes are examined to determine how more favorable machinability can be achieved without reducing the wear protection potential. The focus is on the NiCrSiFeB alloy, which is intended to replace CoCr alloys in the area of screw machines. The modification of hard facing layers in terms of microstructure and precipitation morphology as well as suitability for machining is investigated and compared with the CoCr alloy. In this aspect, the alloy modifications are generated by a PTA process by systematically adjusting the preheating and interpass temperatures, a crack-free wear-resistant layer can be generated, which is subsequently machined by a milling process. In addition to the crack-free properties, the microstructure, the bonding as well as the mixing between the NiCrFeB alloy and a 1.8550 as well as between the CoCr alloy and a 1.4828 are analyzed and compared in the joining areas. In addition, heating and cooling rates are determined and a chemical analysis of the weld metals is performed. This study provides important knowledge about the differences between NiCrFeB alloy and CoCr alloys in terms of microstructure morphology, bonding and mixing behavior in the joining zones to the basic material. T2 - 3rd International Conference on Advanced Joining Processes CY - Braga, Portugal DA - 19.10.2023 KW - Legierungsmodifikation KW - Auftragschweißen KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Zerspankräfte PY - 2023 AN - OPUS4-59088 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Bauteilversuch zur Bewertung der wasserstoffunterstützten Rissanfälligkeit geschweißter, dickwandiger Offshore Gründungsstrukturen N2 - Offshore-Windenergieanlagen erfordern Gründungskonzepte aus unterpulver-(UP-)geschweißten Dickblechen (bspw. der Güte S420ML). Während der Schweißfertigung kann eine zeitverzögerte wasserstoffunterstützte Kaltrissbildung auftreten, deren Bewertung aufgrund der Bauteilgröße von Offshore-Strukturen sehr komplex ist. Deswegen wurde eine bauteilähnliche Geometrie (Mock-Up) entwickelt, um reale Steifigkeitsverhältnisse auf den Labormaßstab zu übertragen. Zusätzliche Versteifungen simulieren die Wirkung einer Einspannung bzw. Schrumpfbehinderung der Schweißnaht. Über die Verwendung von Schweißpulvern mit definierter Feuchte wurden zudem ein Extremszenario der Wasserstoffaufnahme simuliert. Entsprechend der vorgegebenen Mindestwartezeit für die ZfP von bis zu 48 h wurde die Schweißnaht zerstörungsfrei mit Phased-Array-Ultraschall-Prüfung (PAUT) geprüft und die Eigenspannungen über Röntgendiffraktometrie (XRD) bestimmt. Zusätzlich wurde die Wasserstoffverteilung in der Schweißverbindung numerisch simuliert. Außer zulässigen Defekten (wie Poren), wurde keine verzögerte Kaltrissbildung in den Mock-Ups festgestellt, was auf hohe Rissbeständigkeit hindeutet. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2023 CY - Berlin, Germany DA - 23.11.2023 KW - Kaltrissbildung KW - Wasserstoff KW - Offshore KW - Bauteilversuch KW - Imperfektion PY - 2023 AN - OPUS4-58907 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel T1 - Mashining of wear resistant materials by means of ultrasonic assisted milling N2 - The long-term global goals of achieving almost net zero carbon emissions in the next decades are closely linked to the development of highly efficient components in plant, process and energy engineering, and their sustainable and resource-saving production. Plant components must increasingly withstand tribological loads in addition to high thermal, mechanical, and corrosive stresses. Such combined stresses demand high-performance alloys economically tailored to the application for wear protection and components produced as semi-finished products, via additive manufacturing (AM) or claddings via deposition welding. For instance, the protection of special components made of less cost-intensive materials, e.g., steel in process engineering for screw machines or exhaust gas separation, is feasible applying cost-intensive Ni- or Co-based hard-phase claddings. Today an increasing number of above-mentioned applications demand precise finishing machining of components to ensure defined compact surfaces with a high integrity and complex contours. Contour milling is standard process for finishing machining of metals. Especially, the desired properties of wear resistant materials (e.g., high strength, hard precipitations) imply significant challenges for milling processes and tools, leading frequently to uneconomic milling conditions due to intolerable high tool wear and surface defects. Inhomogeneous, anisotropic weld structures due to cladding or AM of wear resistance alloys lead to further deteriorations of milling processes due to unstable milling conditions and process forces during chip removal. To tackle these challenges, already several approaches exist, (1) to enhance machinability of the claddings by alloy modifications to specifically influence solidification and hard phases morphology (precipitation shape, size, distribution) and (2) to achieve significant improvements of the machining situation (e.g., increase of tool life and surfaces integrity) by means of modern hybrid machining processes such as ultrasonic-assisted milling. This contribution shows a comprehensive overview of recent results with these promising approaches for additively welded Ni- CoCr-alloys. T2 - 24th International Conference on Wear of Materials CY - Banff, Alberta, Canada DA - 16.04.2023 KW - Ultrasonic assisted milling KW - Surface integrity PY - 2023 AN - OPUS4-58944 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Czeskleba, Denis T1 - Experimental determination of hydrogen diffusion in high-strength submerged arc welded joints by electrochemical permeation 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. Furthermore, H-diffusion coefficients for submerged arc multi-layer weld metal are very limited as a basis for estimating the time interval of a possible delayed cold cracking (thus HACC) or for post-heating procedures for hydrogen reduction (no HACC). Reliable H-diffusion coefficients are therefore an adequate tool for assessing the risk of delayed HACC. This study characterizes the hydrogen diffusion behavior in submerged arc multi-pass weld metal, heat-affected zone and base metal of a two different S690 steels (TM and QT condition). Samples were extracted from the weld metal, heat-affected zone and base material to investigate the microstructure-specific influence on the diffusion of hydrogen. Using electrochemical permeation at room temperature and carrier gas hot extraction in the temperature range up to 400 °C, the corresponding diffusion coefficients were determined. From the experimental data, hydrogen diffusion coefficients and absorbed hydrogen concentrations had been calculated. In contrast e.g. to GMA welds, the hydrogen diffusion coefficients did not exhibit significant differences in the two base materials (TM and QT) or the heat-affected zone or weld metal, although quite different welding heat inputs were investigated. From the practical viewpoint, thick-walled SAW joints can be assessed for delayed hydrogen diffusion only by the base material coefficients. The calculated diffusion coefficients will be further used for numerical modelling of the hydrogen diffusion in welded joints. 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 - OPUS4-63124 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Erxleben, Kjell T1 - Assessment of in-service welding conditions for pressurized hydrogen pipelines via component test 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. 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 in-service, i.e. with active gas flow under high pressure. 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 of the respective materials compared to room temperature. In this context, knowledge about welding 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 demonstrator concept for the realistic assessment of the welding process conditions. The demonstrator was designed ex-post sample extraction for quantification of the absorbed hydrogen concentration. For safety reasons, the required volume of pressurized hydrogen was limited by inserting a solid cylinder. Welding experiments on the DN50 and DN200 pressurized demonstrators showed an increased hydrogen uptake in the welded area of several ppm. T2 - Materials Week/Steel Innovation CY - Frankfurt am Main, Germany DA - 02.04.2025 KW - In-service KW - Hydrogen KW - Pipeline KW - Repair welding KW - Component test PY - 2025 AN - OPUS4-62941 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Engelking, Lorenz A1 - Hälsig, A. A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Hensel, J. T1 - Effect of heat control 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. 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. The focus of the present study was to determine the influence of heat control on the Δt8/5 cooling time, the distortion, the mechanical properties, and the residual stresses in the transition area of hybrid-additive components. This contributed to the knowledge regarding the safe avoidance of cold cracking, excessive distortion, a reduction in yield stress, and the implementation of hybrid DED-arc manufacturing. The heat control was varied by means of heat input and working temperature such that the Δt8/5 cooling times corresponded to the recommended processing range. The heat input has a greater influence on the cooling time in the transition area than the working temperature. Working temperature and the total energy applied per layer have a significant effect on component distortion. The lowest working temperature of 100 °C in combination with the highest total energy per layer leads to significantly greater distortion compared to manufacturing with a high working temperature of 300 °C and low total energy per layer. In addition, the longitudinal residual compressive stresses in the sensitive transition area are reduced from − 500 MPa to approx. − 200 MPa by adjusting the working temperature from 100 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 made, for example, of high-strength steels in the transition area. T2 - IIW Annual Assembly and International Conference CY - Rhodes Island, Greece DA - 07.07.2024 KW - Hybrid additive manufacturing KW - DED-arc KW - Heat control KW - High-strength metals KW - Residual stress PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-630415 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-025-02036-z SN - 1878-6669 SP - 1 EP - 15 PB - Springer AN - OPUS4-63041 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Masoud Nia, Niloufar A1 - Nietzke, Jonathen A1 - Kannengiesser, Thomas T1 - Ti and Nb microalloying of HSLA steels and its effect on hydrogen diffusion and trapping N2 - Fine-grain, high-strength, low-alloy (HSLA) structural steels with yield strengths > 600 MPa are now the state of the art in construction applications such as mobile cranes and civil engineering. HSLA grades derive their strength from a combination of specific heat treatment and the underlying chemical composition. In this context, Ti or Nb are essential to obtain a fine-grained microstructure as well as the necessary carbides or nitrides for precipitation strengthening. In this context, the specific effect of Ti or Nb-rich compounds on hydrogen trapping and diffusion is well known for special laboratory cast alloys, but unknown for realistic steel compositions. For this reason, a series of S690Q-based alloys were synthesized, close to a real steel composition, but with well controlled Ti or Nb additions in different amounts. Specimens were obtained from these alloys by electrochemical discharge machining (EDM). The specimens were tested using the well-established electrochemical permeation technique. From the experimental results, the hydrogen diffusion coefficients and the analytical subsurface hydrogen concentration were calculated. In addition, the hydrogen trapping behavior at elevated temperatures was interpreted by thermal desorption analysis (TDA) using different heating rates of hydrogen charged samples. The results showed that in contrast to metallurgically "pure" laboratory cast alloys, realistic chemical compositions were similar in their hydrogen trapping behavior, despite some small differences. All investigated steel grades exhibited shallow and reversible hydrogen trapping, regardless of their chemical composition. Of course, the experiments only allowed the calculation of effective diffusion coefficients and trapping energies, which represent an average of the entire microstructure. Nevertheless, HSLA steels are typically joined by arc welding, which includes the risk of delayed hydrogen assisted cracking. From the point of view of welding practice, however, a more or less identical hydrogen diffusion behavior means that no special "metallurgically specific", justifiable measures need to be considered, despite the well-established processes such as "soaking" or dehydrogenation heat treatment. T2 - MPAC 2025 CY - Stuttgart, Germany DA - 06.10.2025 KW - HACC KW - Hydrogen KW - HSLA PY - 2025 AN - OPUS4-64337 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Reichel, Levin A1 - Schroepfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengiesser, Thomas T1 - Stress-Optimised Welding Repair for High-Strength Offshore Steel Joints 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 strengths 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 - MPA Stuttgart 2025 CY - Stuttgart, Germany DA - 06.10.2025 KW - Repair welding KW - Residual stress KW - High-strength steels KW - Gouging KW - Modern welding processes PY - 2025 AN - OPUS4-64347 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schröder, Nina A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Kromm, Arne A1 - Kadoke, Daniel A1 - Kruse, Julius T1 - Effect of Ti microalloying on the local strain behavior of cross-weld tensile samples determined by digital image correlation N2 - High-strength low-alloyed (HSLA) steels with yield strength / proof stress ≥ 600 MPa are the basis of modern light-weight steel constructions. Indeed, the economic and ecological benefits strongly depend on their processability in terms of welding. In this context, the use of highly productive welding processes and suitable welding consumables is of vital interest and requires a fundamental understanding of the microstructural changes in the HSLA steel and especially the heat-affected zone (HAZ) of the welded joint. Microalloying elements, such as Ti or Nb, are essential to achieve the desired mechanical properties. To analyse the weldability, three-layer welds were performed using gas metal arc welding (GMAW) and critical microstructures, such as areas of the HAZ that exhibit significant softening or hardening, were identified. The effect of the softened HAZ region on failure was evaluated using cross-weld tensile specimens. Digital image correlation (DIC) was used for in-situ monitoring of the development and accumulation of the local strains in different HAZ regions during tensile testing. Using a specially designed mirror system, the local strains of the microstructure zones on the top and bottom of the weld were recorded simultaneously. In addition, the analysis of the local deformation helps to understand the effects of the softened HAZ on the global strain, the reduction in area, the fracture position, and the overall fracture behavior. KW - High-strength structural steel KW - Microalloying influences KW - HAZ-softening KW - Digital Image Correlation KW - Constraint effect KW - Thermodynamic simulation PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-643558 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-025-02185-1 SP - 1 EP - 17 PB - Springer Nature AN - OPUS4-64355 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - A decarbonized future requires pipelines for CO2? A brief overview on perspectives and challenges N2 - Despite the use of hydrogen, for example, in various industrial production processes, CO2 emissions are still unavoidable in the medium term. For example, cement, lime and glass production or waste recycling (waste-to-energy plants) will continue to emit CO2 due to the processing involved chemical reactions. Conversely, the chemical industry with its value chains needs CO2 / carbon as a primary raw material for all compounds that fall within the organic chemistry. In this connection, carbon capture utilization (CCU) will play a key role here. In addition to “natural” methods (via reforestation and the dilution of moors), carbon capture storage (CSS) is already playing a major role, for example by injecting it into old natural gas underground caverns. The resulting quantities of CO2 have to be transported on a large scale and similar to hydrogen pipelines, there are concrete plans for CO2 pipeline networks. For this reason, this presentation provides an introduction to the topic and briefly outlines the associated challenges. On the one hand, these lie in the qualification (testing and construction) and especially in the operation of the pipelines with regard to strict monitoring of the gas quality (e.g. carbonic acid corrosion) and in the avoidance of critical service conditions (sudden pressure fluctuations), which can lead to localized condensation. Among other things, this can lead to the lowering of the typically welded low-alloyed steel pipes below the ductile brittle transition temperature (DBTT) and thus can have an impact on pipeline integrity. T2 - 49th MPA Conference CY - Stuttgart, Germany DA - 06.10.2025 KW - CO2 KW - Pipeline KW - Welding KW - Testing PY - 2025 AN - OPUS4-64316 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Component test for simulation of in-service welding on hydrogen pipelines N2 - Hydrogen is set as the energy carrier of tomorrow and most countries will achieve large-scale hydrogen transport through the conversion of the natural gas (NG) grid and the construction of new pipelines. The interaction between hydrogen and the pipeline materials differs fundamentally from that of NG, as hydrogen is readily absorbed into the material. Considering the possible hydrogen embrittlement (HE), the compatibility of the pipeline materials (low-alloyed steels with a wide strength/thickness range) must be investigated. However, pipelines require intervention for maintenance, repair, or grid expansion with welding on/onto the pipelines while in service, i.e. the well-known "hot tapping" and "stoppling". The challenges compared to NG can be broadly divided into the possible austenitization of the inner pipe material exposed to hydrogen and the welding itself. Both result in a significant increase in hydrogen solubility and could potentially pose challenges in terms of HE. Emphasis is placed on the word "could" because knowledge of "hot tapping" on hydrogen pipelines is scarce due a lack of service experience. To this end, this study proposes a concept for a component-like demonstrator with the objectives: (1) safe feasibility of "hot tapping" on pressurized model hydrogen pipeline sections, (2) facilitate ex-post sample extraction for the purpose of quantifying the absorbed hydrogen concentrations, and (3) ensure in-situ temperature measurement during welding to monitor the pipeline surface temperature. For safety reasons in the event of an unintentional "burn-through", a solid cylinder was inserted in the demonstrator to restrict the hydrogen gas volume to a small, pressurized layer. Reference pipeline surface temperature measurements were ensured on comparable, unpressurized geometries. The investigated range of welding conditions was investigated for representative material/thickness combinations (DN60 to DN300), suggesting the feasibility of the demonstrator for the determination of reliable in-service welding conditions for both installed and new pipelines for hydrogen service. T2 - 49th MPA Conference CY - Stuttgart, Germany DA - 06.10.2025 KW - Hydrogen KW - Pipeline KW - In-service welding KW - Component test PY - 2025 AN - OPUS4-64317 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Ti and Nb influence on the HAZ microstructures of weld-simulated high-strength structural steel S690QL N2 - High-strength low-alloyed (HSLA) steels with yield strength / proof stress ≥ 600 MPa are the basis of modern light-weight steel constructions. Indeed, the economic and ecological benefits strongly depend on their processability in terms of welding. In this context, the use of highly productive welding processes, suitable welding consumables is of vital interest and requires a fundamental understanding of the microstructural changes in the HSLA steel and especially the heat-affected zone (HAZ) of the welded joint. Microalloying elements, such as Ti or Nb, are essential to achieve the desired mechanical properties. In this context, the underlying standards (such as EN 10025-6) only specify maximum values, resulting in different manufacturer customized microalloy concepts. Furthermore, even small deviations can have a drastic effect expressed by an excessive hardening or softening despite identical welding conditions and filler metal. The reason is the different thermal stability of the Ti and Nb-related precipitates (typically carbides or carbon nitrides). As a result, it is difficult (or even impossible) to adequately predict the weldability. Against this background, different microalloying routes with varying Ti and Nb contents for a S690QL reference grade were systematically investigated in terms of lab-cast alloys close to realistic chemical compositions. To investigate the influence of the welding heat input on the HAZ microstructure formation, physical simulations were carried with specified peak temperatures and cooling times (by a dilatometry). The focus was the identification of the occurring phase transformations during cooling and the final HAZ microstructure. In this context, a double welding cycle was simulated to further identify the behavior of the so-called intercritical HAZ (where softening is likely to occur) in case of the common multi-layer welding for thick plates. The results showed: (1) microalloying has significant influence on the formation of the individual HAZ dependent on (2) the thermal stability of the Ti or Nb-precipitates and (3) synergistic effects of further elements such as Mo and their effect on phase transformations in the HAZ. The results represent a microstructure-based validation of welding processing of such HSLA-steels e.g. in terms of preferred microalloy and weld heat input combinations. T2 - 49th MPA Conference CY - Stuttgart, Germany DA - 06.10.2025 KW - High-strength steel KW - Microalloy elements KW - Welding KW - Weld simulation KW - Microstructure PY - 2025 AN - OPUS4-64319 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Uhlig, Marvin T1 - Schweißverfahrensqualifikation an Stumpfnahtverbindungen aus Altstahl- und Feinkornbaustahl N2 - Der Erhalt und die Ertüchtigung bestehender Stahltragwerke gewinnen im Bauwesen zunehmend an Bedeutung. Besonders betroffen sind Konstruktionen aus sogenannten Flussstählen, die im Zeitraum zwischen etwa 1880 und 1940, noch vor Einführung der ersten Stahlnorm DIN 488-1, in großem Umfang im Brücken-, Wasserbau- und Hochspannungsanlagenbau verwendet wurden. Diese Stähle wurden in historischen Herstellungsverfahren wie dem Thomas-, Bessemer- oder Siemens-Martin-Verfahren erzeugt und weisen im Vergleich zu heutigen Baustählen eine deutlich größere Streuung in ihren chemischen und mechanischen Eigenschaften auf. Trotz ihres hohen Alters sind viele dieser Tragwerke nach wie vor im Betrieb und befinden sich am Rande ihrer statischen und funktionalen Anforderungen. Ihr Rückbau und Ersatz durch Neubauten sind jedoch oftmals mit erheblichem wirtschaftlichem, logistischem und ökologischem Aufwand verbunden. Daher rückt die Instandhaltung und Weiterverwendung solcher Altbauwerke verstärkt in den Fokus von Infrastrukturprogrammen, Sanierungsstrategien und besitzt eine große kulturelle Bedeutung Im Rahmen der vorliegenden Untersuchung soll das Potenzial des MAG-Schweißens mit G 18 8 Mn Zusatzwerkstoff für Stumpfnahtverbindungen aus Flussstahl und Feinkornbaustahl qualifiziert werden. Ziel ist es, durch experimentelle und werkstofftechnische Analysen weitere Erkenntnisse über die Schweißbarkeit historischer Stähle zu gewinnen, Anwendungsempfehlungen für die Praxis abzuleiten und damit einen Beitrag zur sicheren und wirtschaftlichen Sanierung historischer Infrastrukturbauwerke zu leisten. T2 - DVS Congress 2025 CY - Essen, Germany DA - 16.09.2025 KW - Altstahl KW - MAG-Schweißen KW - Seigerungen KW - Instandsetzung KW - Feinkornbaustahl PY - 2025 AN - OPUS4-64279 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Uhlig, Marvin A1 - Schröder, Nina A1 - Höfer, Kevin A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Hensel, Jonas T1 - Schweißverfahrensqualifikation an Stumpfnahtverbindungen aus Altstahl- und Feinkornbaustahl N2 - Der Erhalt und die Ertüchtigung bestehender Stahltragwerke gewinnen im Bauwesen zunehmend an Bedeutung. Besonders betroffen sind Konstruktionen aus sogenannten Flussstählen, die im Zeitraum zwischen etwa 1880 und 1940, noch vor Einführung der ersten Stahlnorm DIN 488-1, in großem Umfang im Brücken-, Wasserbau- und Hochspannungsanlagenbau verwendet wurden. Diese Stähle wurden in historischen erstellungsverfahren wie dem Thomas-, Bessemer- oder Siemens-Martin-Verfahren erzeugt und weisen im Vergleich zu heutigen Baustählen eine deutlich größere Streuung in ihren chemischen und mechanischen Eigenschaften auf. Trotz ihres hohen Alters sind viele dieser Tragwerke nach wie vor im Betrieb und befinden sich am Rande ihrer statischen und funktionalen Anforderungen. Ihr Rückbau und Ersatz durch Neubauten sind jedoch oftmals mit erheblichem wirtschaftlichem, logistischem und ökologischem Aufwand verbunden. Daher rückt die Instandhaltung und Weiterverwendung solcher Altbauwerke verstärkt in den Fokus von Infrastrukturprogrammen, Sanierungsstrategien und besitzt eine große kulturelle Bedeutung. Im Rahmen der vorliegenden Untersuchung soll das Potenzial des MAG-Schweißens mit G 18 8 Mn Zusatzwerkstoff für Stumpfnahtverbindungen aus Flussstahl und Feinkornbaustahl qualifiziert werden. Ziel ist es, durch experimentelle und werkstofftechnische Analysen weitere Erkenntnisse über die Schweißbarkeit historischer Stähle zu gewinnen, Anwendungsempfehlungen für die Praxis abzuleiten und damit einen Beitrag zur sicheren und wirtschaftlichen Sanierung historischer Infrastrukturbauwerke zu leisten. T2 - DVS Congress 2025 CY - Essen, Germany DA - 16.09.2025 KW - Altstahl KW - MAG-Schweißen KW - Seigerungen KW - Instandsetzung KW - Feinkornbaustahl PY - 2025 SN - 978-3-96144-298-0 VL - 401 SP - 1 EP - 17 AN - OPUS4-64278 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Manzoni, Anna Maria T1 - Mechanical performance and integrity of tungsten inert gas (TIG) welded CoCrFeMnNi 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 - International Conference on High-Entropy Materials (ICHEM 2023) CY - Knoxville, TN, USA DA - 18.06.2023 KW - Multi-principal element alloys KW - Welding KW - Mechanical properties KW - Dissimilar metal weld KW - Digital image correlation PY - 2023 AN - OPUS4-57713 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne T1 - From the field to the lab and back: Evaluating the integrity of welded components using scaled experiments N2 - This contribution addresses the question of how the behaviour of complex parts or components in industrial practice can be simulated using simple welding experiments in the laboratory. It is demonstrated how so-called mock-ups can be utilised for this purpose. In particular, a test rig specially designed for scaled welding experiments is shown. It allows mechanical restraints and stiffnesses to be simulated, as well as typical welding process parameters and post weld heat treatments. Selected examples show how solidification crack growth during welding of high-strength steels can be quantified, under which conditions stress relaxation cracks occur during the heat treatment of heat-resistant steels, and how the integrity of pressurised hydrogen pipelines can be assessed during repair welding. T2 - 4th International Conference on Advanced Joining Processes 2025 CY - Coimbra, Portugal DA - 16.10.2025 KW - High strength steel KW - Stress relief cracking KW - Hydrogen PY - 2025 AN - OPUS4-64505 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina T1 - Herausforderungen beim Instandsetzungsschweißen von Altstahl – vom Werkstoffverhalten zur Schweißpraxis N2 - Aus Gründen der Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit ist in der stahlverarbeitenden Industrie ein deutlicher Trend zum Bauen im Bestand zu beobachten, um kostenintensive Sperrungen oder Rückbaumaßnahmen zu vermeiden. Obwohl das Schweißen als effizientes und wirtschaftliches Fügeverfahren gilt, findet es im Zusammenhang mit Altstählen bislang nur begrenzt Anwendung. Stattdessen werden häufig Nieten- oder Schraubenverbindungen eingesetzt, die jedoch in vielen Fällen als unwirtschaftlich einzustufen sind. Für Instandsetzungsmaßnahmen ist es häufig erforderlich, beschädigtes Bestandsmaterial durch moderne Stähle zu ersetzen oder Verbindungen zwischen Alt- und Neumaterialien herzustellen. Aufgrund der unterschiedlichen Herstellungsverfahren und Legierungskonzepte historischer Stähle ist jedoch nicht jeder Stahl aus dem 20. Jahrhundert ohne Weiteres schweißgeeignet. Daher ist zunächst eine systematische Prüfung der Schweißeignung erforderlich. m Rahmen der vorliegenden Untersuchungen wurden verschiedene Altstähle hinsichtlich ihres Schweißverhaltens mittels Dilatometrie analysiert. Darüber hinaus wurden Schweißuntersuchungen an Mischverbindungen zwischen Altstahl und einem modernen Baustahl durchgeführt, um das Schweißverhalten und mögliche Gefügeveränderungen in der Übergangszone detailliert zu bewerten. Ziel war es, eine umfassende Datenbasis aus Schweiß-Zustands-Zeit-Diagrammen sowie Simulationen der Wärmeeinflusszone zu erstellen, um praxisrelevante Schweißuntersuchungen ableiten zu können. Diese Untersuchungen liefern wesentliche Erkenntnisse über das schweißmetallurgische Verhalten und die Schweißeignung der untersuchten Altstähle sowie deren Kombination mit modernen Werkstoffen. Die gewonnenen Grundlagen bilden eine wichtige Basis für die Entwicklung innovativer schweißtechnischer Konzepte zur beanspruchungsgerechten Instandsetzung und Erhaltung bestehender Altstahl-Infrastrukturen in Deutschland. T2 - Fortbildung für Schweißaufsichtspersonen Stahl- und Fahrzeugbau CY - Berlin, Germany DA - 15.10.2025 KW - Altstahl KW - Mischverbindungen KW - Instandsetzungsschweißen KW - Dilatometrie KW - Schweiß-ZTU-Schaubilder PY - 2025 AN - OPUS4-64436 LA - deu 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 - Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) is an analysis technique that allows contactless and fast in situ measurements of hydrogen in welded steels. The surface does not need necessarily be prepared as the laser can ablate material before the measurement. Depth profiling, point measurements as well as scanning of areas (mapping) can be utilized and automated. The method can be used for quantitative measurements, which requires a calibration with standards of similar material containing known hydrogen concentrations. LIBS is a candidate for ISO 3690, determination of diffusible hydrogen in martensitic, bainitic, and ferritic steel weld metal using arc welding processes with filler material. The capability of the method is shown in a hydrogen diffusion experiment. T2 - Tagung Steel & Hydrogen 2025 CY - Genth, Belgium DA - 14.10.2025 KW - LIBS KW - Hydrogen measurement KW - Laser spectroscopy KW - Steel PY - 2025 AN - OPUS4-64451 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fey, Gero T1 - Experimental Determination of CCT Diagrams and Simulated HAZ Microstructures in Low-Alloy Pipeline Steel for H2 Transportation N2 - This study investigates the suitability of low-alloy pipeline steels for hydrogen transportation, focusing on the development of weld microstructures. Previous research has been limited by a deficiency in the understanding of how different microstructural components respond to trapped hydrogen. By developing Continuous Cooling Transformation (CCT) diagrams through dilatometry analysis, this study explores the impact of t8/5-cooling times (the time between 800 °C and 500 °C) on the microstructure and mechanical properties of the HAZ compared to the base material. The findings provide valuable insights into how cooling times influence transformation temperatures and microstructure development, which, in turn, affect hydrogen diffusion and absorption. These findings establish a foundation for future investigations into hydrogen's impact on weld microstructures, including experimental studies, with the aim of optimizing welding practices and enhancing resistance to hydrogen-assisted cracking. Ultimately, this research contributes to improving the safety and reliability of hydrogen transportation systems in commonly used industrial pipeline steels. T2 - 5th International Conference on Metals and Hydrogen CY - Ghent, Belgium DA - 14.10.2025 KW - Dilatometry KW - L360NE KW - X52 KW - Heat-affected zone KW - Pipeline Steel KW - CCT PY - 2025 AN - OPUS4-64470 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Reichel, Levin A1 - Schroepfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengiesser, Thomas T1 - Reduction of residual stress by narrowing the repair groove: Optimising repair welding with modern welding processes for high strength offshore steels N2 - The ongoing German energy transition will require offshore wind turbines with outputs of >10 MW in the future. Turbines with these high outputs must be located far from the coast, with up to 50 m large subsea jacket structures and tall towers. These structures are increasingly fabricated of high-strength steels with a yield strength up to 500 MPa and wall thicknesses of up to 120 mm. During production, weld defects identified through non-destructive testing (NDT) must be locally repaired by gouging and rewelding. Standards and guidelines lack sufficient concepts and information regarding such repair procedures. To address this gap, BAM launched the FOSTA project P1629 (IGF 01IF22746N) to explore stress-optimised repair concepts, specifically local gouging and welding, for high-strength thick plate joints made from offshore-grade steels with yield strengths between 355 MPa and 460 MPa, including matching weld metals. This research aims to develop a stress-optimised repair concept for thick plate joints, utilising controlled high-performance GMAW techniques and narrow gouging grooves. Both thermal and mechanical gouging methods are applied, enabling adjustments to the groove geometry. Modern welding processes offer deep root penetration and concentrated energy input, making them suitable for narrow seams. The intended reduction in residual stress results from the decreased weld metal volume, due to modified groove shapes and the lower heat input per layer achieved through controlled arc processes. Experimental investigations examine how process parameters, material properties, and design factors interact to influence the development of welding-induced stresses. The project concludes with practical recommendations for guidelines tailored to steel-processing SMEs. T2 - 4th International Conference on Advanced Joining Processes (AJP 2025) CY - Coimbra, Portugal DA - 16.10.2025 KW - Repair welding KW - Residual stress KW - Modern welding processes KW - High-strength offshore steel KW - Narrow groove PY - 2025 AN - OPUS4-64887 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hébrard, Louis T1 - Comparison of Room and High Temperature Fatigue Behavior of a New LPBF VDM 780 Alloy N2 - The actual environmental challenges require a huge effort from all industrial sectors to reduce their emissions of greenhouse gasses and pollutants. In this context, aeronautics is deeply concerned as one of the most emissive industrial sectors (cf. EU Green Deal). The answer to this pressing challenge is complex and involves new fuels and engine concepts, new aerostructures with higher weight-savings, as well as new, energy-efficient, and sustainable manufacturing technologies and materials. Two technologies may contribute particularly to achieving the goals: (i) new and more energy-efficient processes such as additive manufacturing (AM) can be used for part production; (ii) the engine efficiency of airplanes can be significantly improved to save fuel and reduce gas emissions. The latter can be achieved by increasing the engine thermal efficiency, i.e., increasing the turbine inlet temperature. Currently, only single-crystalline cast materials are available to be used for the thermally highest-loaded parts in the gas turbine engine, i.e., the turbine blades in the high-pressure turbine just behind the combustion chamber. These materials rely on a special casting technology, although they lose these original material performances when additive manufactured. In addition, current materials suitable for metal additive manufacturing have a limited range of temperature application. Therefore, the focus is on the development of new materials targeting higher in-service operation temperatures and durability. Recently, a new Ni-based superalloy (VDM 780) has been developed to ensure microstructural stability up to 800 °C. The goal of this work is to provide a deeper understanding of the high temperature fatigue properties of this alloy. This will enable the identification of the maximum operating temperature of this alloy and assess its performance in order to establish its potential in view of a new generation of more efficient aero-engines. T2 - 11th Edition of Fatigue Design International Conference CY - Senlis, France DA - 19.11.2025 KW - Fatigue KW - Additive Manufacturing KW - Ni-based superalloy KW - High Temperature PY - 2025 AN - OPUS4-64992 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Madia, Mauro T1 - Thermografie-gestützte Untersuchung des Potentials des Kaltgasspritzens für die Reparatur zyklisch belasteter Bauteile N2 - Die Reparatur mittels Kaltgasspritzen ist eine vielversprechende Alternative zum teuren Austausch fehlerbehafteter Bauteile in der Luft- und Raumfahrt. Durch die Beschleunigung von Metallpartikeln auf Überschallgeschwindigkeiten und die resultierende plastische Verformung der Partikel beim Aufschlag auf das Substrat ohne Aufschmelzen ermöglicht Kaltgasspritzen den schichtweisen Materialauftrag. Die Gewährleistung der Strukturintegrität reparierter Bauteile, insbesondere an der Schnittstelle zwischen dem Substrat und dem aufgetragenen Material, bleibt jedoch eine große Herausforderung. Um dieses Problem zu lösen, wurden verschiedene Prozesse und Behandlungen untersucht, um die Festigkeit und Tragfähigkeit der Reparatur unter zyklischer Belastung zu optimieren. Röntgen-Computertomographie (XCT) ermöglicht die Analyse der Defekte in dem aufgetragenen Material und in der Grenzfläche. Die XCT kann jedoch nur mit hohem Aufwand in-situ während der mechanischen Prüfung eingesetzt werden. Im Gegensatz dazu kann die digitale Bildkorrelation (DIC) in-situ verwendet werden, da es sich um eine berührungslose Vollfeldtechnik handelt, die jedoch in erster Linie die durch das Prüfverfahren bedingten Verschiebungen an der Oberfläche erfasst. Um die Entwicklung der Schädigung an der Grenzfläche zu überwachen, wurde die Infrarot-Thermografie (IRT) parallel zur DIC bei der Zug- und Ermüdungsprüfung von reparierten Al6061 Proben eingesetzt. Es wurde eine gekühlte IRT-Kamera mit hoher Bildrate verwendet, die Nachverarbeitung erfolgte mittels Lock-in IRT. Mit Hilfe von IRT war es möglich, die frühe Schadensentstehung an der Grenzfläche des Substrats zu erkennen und das Risswachstum zu verfolgen. Die Bruchflächen bestätigten, dass die identifizierten Merkmale an der Grenzfläche lagen. Es werden Ergebnisse eines Vergleichs von DIC und IRT aus Ermüdungs- und Zugversuchen vorgestellt. T2 - Werkstoffprüfung 2025 CY - Dresden, Germany DA - 27.11.2025 KW - Additive Fertigung KW - Kaltgasspritzen KW - Thermografie KW - Digitale Bildkorrelation KW - Ermüdungsfestigkeit PY - 2025 AN - OPUS4-64998 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Evans, Alexander T1 - RS analysis in laser powder bed fused austenitic stainless steel N2 - The determination of residual stress in additively manufactured materials is a challenge, even after decades from the establishment of the basics of residual stress analysis. This is due to the peculiar microstructure of such materials. In fact, researchers have discovered that conventional methods for the determination of RS in materials do not properly work for AM materials. In this tutorial, the basics of RS analysis will be explained, together with the basics of AM manufacturing techniques. The microstructure of the peculiar materials (AM) dealt with here will be elucidated. Successively, the necessary modifications to the conventional approaches to RS analysis will be explained and case studies will be displayed, for the attendant to touch with hands the peculiarities of the approaches. Finally, a few experimental and theoretical tips will be given on dos and don’ts for a correct determination of RS in AM materials. T2 - 11th edition of the European Conference on Residual Stress (ECRS11) CY - Prague, Czech Republic DA - 03.06.2024 KW - Residual stress KW - Additive manufacturing KW - Diffraction KW - Laser Powder Bed Fusion KW - AGIL KW - 316L PY - 2024 AN - OPUS4-60445 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Jakob T1 - Influence of Microstructure on the Diffraction-Based Residual Stress Determination in Laser Powder Bed Fused Inconel 718 N2 - Additive manufacturing processes such as laser powder bed fusion (PBF-LB) offer the ability to produce parts in a single manufacturing step. On the one hand, this manufacturing technique offers immense geometric freedom in part design due to its layer-by-layer manufacturing strategy. On the other hand, the localized melting and solidification impose the presence of large temperature gradients in the process. From a microstructural perspective, this inevitably results in micro-segregation and a columnar grain structure, often paired with a significant crystallographic texture. Even worse, these large temperature gradients can lead to internal stress-induced deformation or cracking during processing. At the very least, residual stress is retained in the final structures as a footprint of this internal stress. In this context, diffraction-based methods allow the non-destructive characterization of the residual stress field in a non-destructive fashion. However, the accuracy of these methods is directly related to the microstructural characteristics of the material of interest. First, diffraction-based methods access microscopic lattice strains. To relate these lattice strains to a macroscopic stress, so-called diffraction elastic constants must be known. The deformation behavior is directly linked to the microstructure. Therefore, the diffraction elastic constants also depend on the microstructure. Second, the presence of crystallographic texture should be considered in the residual stress determination, as variations in crystal orientations contribute differently to the diffraction signal. Here we present the influence of the microstructure on the determination of residual stress by diffraction-based methods in as-built PBF-LB Inconel 718 parts. We obtained different microstructures by employing two different scanning strategies. In particular, different crystallographic textures were obtained by changing the relative angle of the scan vectors to the geometric axes of the part. The texture-based characterization of the residual stress field was carried out by surface, sub-surface, and bulk residual stress measurements. It was found that the residual stress determination significantly depends on the microstructure for strong crystallographic textures. T2 - Material Science and Engineering Congress CY - Darmstadt, Germany DA - 24.09.2024 KW - Additive Manufacturing KW - Electron Backscatter Diffraction KW - Microstructure KW - Residual Stress KW - X-ray Diffraction PY - 2024 AN - OPUS4-61475 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Evans, Alexander T1 - Determingpeak tensile residual stresses in laser powder bed fusion using diffraction based analysis N2 - Laser powder bed fusion (PBF-LB) metal additive manufacturing process is well known to generate large residual stresses in a range of alloys due to the complex and localized thermal cycles. In general, these residual stresses are considered deleterious during manufacturing and subsequent service operation. In several alloy classes including austenitic stainless steels and nickel alloys, tensile residual stresses are generated with magnitudes equal to the yield strength of the processed material depending on geometry and process parameters, which can be located at surfaces/subsurface of a built structure. Knowledge of the magnitude and location of these peak tensile residual stresses is crucial for optimizing in-process or post process mitigation strategies, validating process models, and for consideration in structural integrity assessments. Several diffraction-based approaches have been demonstrated to characterize the magnitude and location of the maximum tensile residual stresses. These approaches include laboratory X-ray diffraction with electrolytic layer removal, energy dispersive synchrotron diffraction and neutron diffraction onPBF-LB prisms of several alloys, resolving the position and magnitude of the peak tensile residual stress. This work provides important considerations when determining these peak tensile residual stresses in newly developed alloys,novel processing strategies and when using more standard residual stress analysis methods. T2 - Alloys for Additive Manufacturing (AAMS) 2025 CY - Neuchâtel, Switzerland DA - 03.09.2025 KW - Residual stress KW - Diffraction KW - AGIL KW - Laser powder bed fusion KW - MANUFACT PY - 2025 AN - OPUS4-64134 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Influence of Ultrasonic-Assisted Milling on Surface Integrity of Additively Manufactured Components Using DED-Arc/GMAW N2 - Additive manufacturing (AM) is increasingly used for producing complex metallic com-ponents. Subsequent machining is essential to achieve final geometries and surface conditions. The resulting surface integrity, particularly the near-surface residual stress state, plays a crucial role in component performance and fatigue life. This study inves-tigates the potential of ultrasonic-assisted milling (USAM), a hybrid machining process, to improve surface integrity and machinability compared to conventional milling (CM). Three materials were investigated, two difficult-to-cut materials CoCr26Ni9Mo5W and FeNi36 and a low-alloy steel S355J2C. The CoCr26Ni9Mo5W and FeNi36 were addi-tively manufactured via DED-Arc and then machined with varying cutting speeds and feed rates within a Design of Experiments. USAM exhibited enhanced machinability and surface integrity, particularly at low cutting speeds, by reducing cutting forces up to 40% and shifting near-surface residual stresses from tensile to compressive. For S355J2C, USAM reduced cutting forces by approximately 45% and induced surface-near compressive residual stresses up to approximately -700 MPa, leading to a 11% higher fatigue strength compared to CM. These findings highlight the advantages of ultrasonic assistance in post-AM machining, offering enhanced fatigue performance and surface quality for various metallic materials. T2 - 4th International Conference on Advanced Joining Processes 2025 CY - Coimbra, Portugal DA - 16.10.2025 KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Additive manufacturing KW - Surface integrity KW - Fatigue strength KW - Residual stress PY - 2025 AN - OPUS4-65051 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Influence of Substrate Design on Properties and Residual Stresses in Hybrid AM/DED-Arc of High-Strength Steels N2 - High-strength, fine-grained structural steels are increasingly used in modern steel construction to meet economic and environmental demands through lightweight design and reduced material usage. Additive manufacturing (AM), in particularly direct energy deposition with gas metal arc welding (DED-Arc), offers significant advantages in flex-ibility, production speed, and cost efficiency. In hybrid AM, conventionally manufac-tured parts are extended or modified using AM processes. Welding-induced residual stresses, especially in the transition area, pose challenges to structural integrity. This study investigates the influence of substrate design and thermal pretreatment on the residual stress state of hybrid AM components made from base material steel S690QL and a welding filler, a modified solid wire G79. Two substrate geometries (I- and T-substrate) are analysed, which are additively and conventionally manufactured, re-spectively. Results show that substrate geometry significantly affects local residual stresses, microstructure and hardness, particularly in the transition are. The findings contribute to a better understanding of the evolution of welding stresses in hybrid AM components to achieve reliable, crack-resistant and economic high-strength steel structures. T2 - 4th International Conference on Advanced Joining Processes 2025 CY - Coimbra, Portugal DA - 16.10.2025 KW - DED-Arc KW - Residual stress KW - Hybrid additive manufacturing PY - 2025 AN - OPUS4-65048 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. T1 - Influence of build-up height on residual stresses in additive repair and modification of multi-material composites using DED-Arc N2 - The application of steels with a higher yield strength allows reductions in wall thickness, component weight and production costs. Hybrid additive manufacturing based on Gas Metal Arc Welding (GMAW) processes (DED-Arc) can be used to realise highly effi-cient component modifications and repairs on semi-finished products and additively manufactured structures. There are still a number of key issues preventing widespread implementation, particularly for SMEs. In addition to the manufacturing design, detailed information about assembly strategy and geometric adaptation of the component for modifications or repairs are missing. These include the welding-related stresses associ-ated with the microstructural influences caused by the additive manufacturing steps, particularly in the transition area of the substrate and filler material interface. The present research focuses the effect of component height on residual stress distribution. Defined specimens were welded fully automatically with a high-strength solid wire (yield strength > 790 MPa) especially adapted for DED-Arc on S690QL substrate. T2 - IIW intermediate meeting for commission IX CY - Trollhätten, Sweden DA - 12.03.2025 KW - DED-Arc KW - Residual stress KW - Component height PY - 2025 AN - OPUS4-65046 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin A1 - Dittmann, Florian A1 - Kromm, Arne A1 - Varfolomeev, Igor A1 - Kannengiesser, Thomas T1 - Improvement of Fatigue Resistance through the Application of a Low-Transformation-Temperature Welding Consumable N2 - Low transformation temperature (LTT) welding consumables are an innovative approach to reduce tensile residual stress in weld seams and the surrounding heat affected zone (HAZ). The reduced tensile stress can lead to an improvement in fatigue strength of welded components. LTT alloys are characterized by a chemical composition which reduce the martensite start temperature (Ms) close to room temperature. This article focuses on a 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. At the face ends of the stiffeners, a second LTT layer was added with various modifications in weld shapes. These different shapes 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, resulting Ms, residual stress and fatigue strength. The dilatometer verified Ms and dilution did not change significant, although the area 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. All samples with LTT weld exhibit significantly higher fatigue strength values than conventionally single and double-layer welded samples. The lower the residual stress at weld toe, the higher the fatigue strength. 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 - 4th international Conference on Advanced Joining Processes AJP CY - Combria, Portugal DA - 16.10.2025 KW - Low transformation temperature (LTT) KW - Residual stress reduction KW - Fatigue strength KW - Longitudenal stiffener PY - 2025 AN - OPUS4-65090 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin T1 - Bericht zum Fortschritt des laufenden Projekts: "Hybrider Einsatz von LTT-Schweißzusätzen zur Schwingfestigkeitsverbesserung hochfester Stahlbauteile" N2 - Low Transformation Temperature (LTT) Schweißzusätze erzeugen während der Abkühlung Druckeigenspannungen in die Schweißnaht und Wärmeeinflusszone durch eine Volumenexpansion, wodurch die Ermüdungsfestigkeit erhöht werden kann. Um das Potential dieser neuartigen Schweißzusätze besser zu quantifizieren, wurden konventionelle Längssteifen als Probenkörper verwendet, welche an den Stirnseiten mit einer LTT-Zusatznaht geschweißt wurden. Durch Variation der Schweißparameter konnten unterschiedliche Nahtformen realisiert werden. Es konnte, je nach Nahtausführung, eine Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit bei 2 Millionen Lastwechseln von 140% festgestellt werden. Somit sind LTT-Zusätze grundsätzlich geeignet, um die Ermüdungsfestigkeit zu erhöhen. Weiterhin wurde festgestellt, dass das Reparaturschweißen mit LTT Schweißzusätzen als Decklage ebenfalls zu einem deutlichen Ermüdungsfestigkeitsanstieg führte. T2 - Sitzung des DVS Fachausschuss FA09 - Konstruktion und Festigkeit CY - Düsseldorf, Germany DA - 10.12.2025 KW - Low transformation temperature (LTT) KW - Eigenspannungen KW - Ermüdungsfestigkeit KW - hochfeste Stähle KW - Mikroproben PY - 2025 AN - OPUS4-65089 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne T1 - Die Hohlzugprobentechnik - Eine neue Methodik zur Untersuchung der Materialverträglichkeit unter Wasserstoffeinfluss N2 - Die schädigende Wirkung von Wasserstoff auf die mechanischen Eigenschaften von Stählen ist zwar bekannt, aber noch immer nicht ausreichend erforscht. Die schnelle und sichere Markteinführung von Wasserstofftechnologien macht es erforderlich, dieses Thema genauer zu untersuchen. Im Allgemeinen wird dies oft als Wasserstoffversprödung bezeichnet. Daher ist es wünschenswert, eine Prüfmethode zu entwickeln, die auf einfache Weise die Materialeigenschaften unter Wasserstoffatmosphäre ermitteln kann. Derzeit werden mechanische Prüfungen unter Wasserstoffatmosphäre in Autoklaven durchgeführt. Für diese Technik ist eine aufwendige Hardware erforderlich, daher sind die Prüfungen teuer und die Prüfkapazitäten nur in geringem Umfang verfügbar. Die hier vorgestellte Prüfmethode verspricht einen zukunftsweisenden Ansatz zur Reduzierung von Kosten und Bearbeitungszeiten durch die Verwendung von Hohlkörpern, d.h. die Probe selbst stellt den Autoklav dar. T2 - Sitzung des DIN-Gemeinschaftsarbeitsausschusses NA 092 00 05 GA, NAS/NMP: Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen CY - Berlin, Germany DA - 15.03.2023 KW - Prüfung KW - Wasserstoff KW - Probengeometrie KW - Hochdruck PY - 2023 AN - OPUS4-57168 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Reichel, Levin T1 - Reparaturschweißen in der schweißtechnischen Montage: Moderne Schweißverfahren für hochfeste Offshore-Stähle 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 - Forschungsseminar OVGU-Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 18.06.2025 KW - Moderne Schweißprozesse KW - Offshore KW - Reparaturschweißen KW - Thermisches Ausfugen KW - Eigenspannungen KW - Gefügedegradation PY - 2025 AN - OPUS4-65238 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Reichel, Levin T1 - Optimising repair welding: narrower groove design for modern welding processes on high-strength offshore steels N2 - The ongoing energy transition in Germany requires large offshore wind turbines with outputs over 10 MW and suitable deep-water subsea structures. Large towers made of high-strength steel with a yield strength of up to 500 MPa are needed to use the mate-rial more efficiently, enabling thinner wall sections without compromising structural integrity. This places high demands on manufacturers, especially regarding welding high-strength offshore steels. Weld defects detected through non-destructive testing (NDT) must be repaired by gouging and rewelding during fabrication. For thick plate joints, there is a notable lack of research, repair strategies, and guidance in standards and guidelines. Safe and cost-effective repairs are urgently necessary to support manufacturers, particularly SMEs. This study focuses on high-strength thick plate joints made of offshore grades with a yield strength of 355 to 460 MPa, repaired us-ing optimised narrow gouging grooves and controlled high-performance GMAW pro-cesses. Experimental analyses examine the complex interaction between the welding process, material properties, and design influences on the formation of weld-induced residual stresses in high-strength fine-grain structural steels. To ensure the safety and performance of components, it is essential to prevent repair welding-related material degradation and the development of crack-critical residual tensile stresses. In this investigation, gouging was carried out using milling to ensure reproducibility. The restraint intensity of the groove significantly increases with a shorter groove length and a thicker substrate. The relaxation caused by the gouging process was ana-lysed using X-ray diffraction (XRD) to examine the initial conditions for the subse-quent repair welding. The residual stresses induced by the repair welding were ana-lysed, and different groove configurations have been compared. With shorter groove lengths and wider opening angles, the residual stresses after the repair weld increase markedly for this analysed offshore steel. The lowest residual stresses can be achieved by increasing the groove length and reducing the opening angle for a repair weld with a modern, controlled welding process. Adapting the repair process and boundary conditions allows for the full utilisation of the material's potential. This makes a valuable contribution to the energy transition in Germany, especially for SMEs in the steel processing industry. T2 - Forschungsseminar OVGU-Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 10.12.2025 KW - Repair welding KW - Narrow groove KW - Controlled arc KW - Residual stress KW - High-strength offshore steel PY - 2025 AN - OPUS4-65239 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zhu, Jiangchao A1 - Madia, Mauro A1 - Schurig, Michael A1 - Fedelich, Bernard A1 - Schlums, H. A1 - Zerbst, Uwe T1 - Burst Behaviours Of Aero Engine Turbine Disk At Overspeed Conditions N2 - Aero-engine turbine disks are safety-relevant components which are operated under high thermal and mechanical stress conditions. The actual part qualification and certification procedures make use of spin-tests conducted on production-similar disks. The aim of this work is to present part of a fracture mechanics-based procedure under development which aims at replacing the tests on production-similar disks with lab tests on fracture mechanics specimens. The finite element simulation of the cracked disk considers the real thermal and mechanical loading conditions. In order to design a lab representative specimen, beside the crack driving force, expressed in terms of 𝐽-integral, also the constraint to plastic deformation e.g., stress triaxiality, at the crack-tip must be similar for the same crack in the specimen and in the disk. This has been achieved and as expected, both the highest 𝐽 -integral and constraint factor are calculated at the same location along the crack front for both disk and specimen. The results of the structural integrity assessment in the form of a Failure Assessment Diagram (FAD) show good agreement between designed specimen and disk both in terms of expected failure mode and value of the critical speed. In addition, probabilistic aspects are also considered in the calculations. T2 - 43rd Int. Conference on Materials Mechanics, June 5-10, 2022, Greece CY - Sani, Chalkidiki, Greece DA - 05.06.2022 KW - Structural integrity KW - Turbine disk KW - Fracture mechanics KW - Overspeed PY - 2022 SP - 1 EP - 13 AN - OPUS4-57279 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Mechanische Eigenschaften der Längschweißnaht einer X65-Pipeline in Druckwasserstoffatmosphäre N2 - Im folgenden Beitrag werden die Ergebnisse der mechanischen Eigenschaften unter 200 bar Druckwasserstoff des Werkstoffes 316L (1.4404) vorgestellt. Dazu wurden Hohlzugproben aus konventionellem, kaltgezogenem Material herausgearbeitet und per SLM-PBF additiv gefertigten Hohlzugproben gegenübergestellt. Die Proben wurden da-bei unter Druckwasserstoff einer SSRT-Prüfung mit einer Dehnrate von 1E-5/s unterzogen. Zusätzlich zum Werkstoffzustand wurde der Einfluss des Oberflächenzustandes charakterisiert: (1) additiv gefertigten Proben mit endkonturnaher Form „as-printed“ oh-ne zusätzliche Bohrung, (2) Bohren und (3) zusätzliches Honen. Die gemessene Degradation der mechanischen Eigenschaften unter Wasserstoff hing dabei in erster Linie von der Oberfläche ab und damit indirekt vom Werkstoffzustand „as-printed“ oder kaltgezogen ab. Während die Proben mit gebohrter und/oder gehonter Oberfläche eine RRA (Relative Reduction of Area) 78 % aufwiesen, zeigten die AM-Proben eine deutlich höhere RRA von 90 %. Ein möglicher Grund dafür sind während der Fertigung ausbildende Oxidschichten, die sich durch geringe Mengen an Restsauerstoff während des AM-Prozesses ausbilden. Zur abschließenden Charakterisierung sind weitere Untersuchungen erforderlich, insbesondere für ein größeres Parameterfeld an Prüftemperaturen (Oxideinwirkung) und Dehnraten (mechanische Beständigkeit der Oxidschicht ähnlich den Einflüssen auf „klassische“ Spannungsrisskorrosion). T2 - DGM Arbeitskreis Wasserstoff CY - Neu-Isenburg, Germany DA - 26.05.2025 KW - Pipeline KW - Wasserstoff KW - Hohlzugprobe PY - 2025 AN - OPUS4-63236 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Engelking, Loenz A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Eissel, Antonia A1 - Treutler, Kai A1 - Wesling, Volker T1 - Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten N2 - Die additive Fertigung mittels Schweißverfahren bietet große ökonomische Vorteile für eine ressourceneffiziente Bauteilherstellung. Offene Fragen bezüglich Homogenität, Anisotropie der Schweißgefüge und den damit verbundenen Bauteileigenschaften stehen einer wirtschaftlichen Verarbeitung oftmals im Wege. Finale Bauteilgeometrie und Oberflächengüte erfordern meist komplementäre subtraktive Fertigungsschritte. Werkstoffe für hochbelastbare Komponenten sind oftmals schwer span bar. In einem Vorhaben der BAM und des ISAF wurde untersucht, wie die Modifikation der AM-Schweißzusätze und das ultraschallunterstützte Fräsen (US) die Zerspanungssituation verbessern. Der vorliegende Artikel stellt wesentliche Zusammenhänge zwischen Legierung, Gefüge und Zerspanung zweier schwer spanbarer Hochleistungslegierungen (FeNi und CoCr) dar. Großes Potenzial zeigte neben dem US die Modifikation mit Zr und Hf bei Zulegierung in das Schweißgut mittels Beschichtung von Massivdrähten bzw. Herstellung von Fülldrähten. KW - Additive Fertigung (AM) KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen (US) KW - Werkstoffmodifikation KW - Oberflächenintegrität KW - Zerspanbarkeit schwer spanbarer Legierungen KW - Ressourceneffizienz in Prozessketten KW - Hochleistungslegierungen KW - Technologietransfer für KMU PY - 2025 SN - 978-3-96144-304-8 VL - 2026 SP - 290 EP - 298 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-65246 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Werner, Tiago T1 - Ermüdung von additiv gefertigtem Stahl AISI 316L: Zyklische plastische Verformung N2 - Das zyklische plastische Verformungsverhalten von additiv gefertigtem Edelstahl AISI 316L wurde in dehnungsgeregelten Kurzzeitfestigkeitsversuchen (LCF-Versuchen) untersucht. Dabei wurden zwei Wärmebehandlungszustände betrachtet: Beim ersten Zustand war die fertigungsbedingte zelluläre Struktur vorhanden, während sie durch die zweite Wärmebehandlung aufgelöst wurde. Untersuchungen im Transmissions-Elektronen-Mikroskop (TEM) zeigten, dass die zyklische Verformung die Zellstruktur lokal zerstörte und Gleitbänder entstanden, was die Entfestigung in diesem Fall erklärt. Für Material ohne Zellstrukturen resultierten nach zyklischer Verformung ähnliche Versetzungsstrukturen wie in konventionell gefertigtem (warmgewalzten) Material. T2 - OVGU-Kolloquium (BMDK des IWF) CY - Magdeburg, Germany DA - 23.06.2022 KW - Additive Fertigung KW - Kurzzeitfestigkeit KW - Mikrostrukturentwicklung KW - Versetzungsstrukturen KW - TEM PY - 2022 AN - OPUS4-56789 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Additive gefertigte 316L-Hohlzugproben unter Druckwasserstoff - Einfluss der Oberfläche und des Werkstoffzustandes N2 - Im folgenden Beitrag werden die Ergebnisse der mechanischen Eigenschaften unter 200 bar Druckwasserstoff des Werkstoffes 316L (1.4404) vorgestellt. Dazu wurden Hohlzugproben aus konventionellem, kaltgezogenem Material herausgearbeitet und per SLM-PBF additiv gefertigten Hohlzugproben gegenübergestellt. Die Proben wurden da-bei unter Druckwasserstoff einer SSRT-Prüfung mit einer Dehnrate von 1E-5/s unterzogen. Zusätzlich zum Werkstoffzustand wurde der Einfluss des Oberflächenzustandes charakterisiert: (1) additiv gefertigten Proben mit endkonturnaher Form „as-printed“ oh-ne zusätzliche Bohrung, (2) Bohren und (3) zusätzliches Honen. Die gemessene Degra-dation der mechanischen Eigenschaften unter Wasserstoff hing dabei in erster Linie von der Oberfläche ab und damit indirekt vom Werkstoffzustand „as-printed“ oder kaltgezogen ab. Während die Proben mit gebohrter und/oder gehonter Oberfläche eine RRA (Relative Reduction of Area) 78 % aufwiesen, zeigten die AM-Proben eine deutlich höhere RRA von 90 %. Ein möglicher Grund dafür sind während der Fertigung ausbildende Oxidschichten, die sich durch geringe Mengen an Restsauerstoff während des AM-Prozesses ausbilden. Zur abschließenden Charakterisierung sind weitere Untersuchungen erforderlich, insbesondere für ein größeres Parameterfeld an Prüftemperaturen (Oxideinwirkung) und Dehnraten (mechanische Beständigkeit der Oxidschicht ähnlich den Einflüssen auf „klassische“ Spannungsrisskorrosion). T2 - DGM Arbeitskreis Wasserstoff CY - Neu-Isenburg, Germany DA - 26.05.2025 KW - Wasserstoff KW - Additive Fertigung KW - Hohlzugprobe KW - Austentitischer Stahl PY - 2025 AN - OPUS4-63239 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Werkstoffsichere Dickblechschweißung und KI - Ressourceneffizienz für die Energiewende N2 - Die Energiewende erfordert sichere und beanspruchungsgerechte Schweißverbindungen für Windenergieanlagen, Wasserstoff-Pipelines und Speicher. Hochfeste Stähle ermöglichen leichtere Strukturen und reduzieren den Materialverbrauch, was zu einer ressourceneffizienten Fertigung mit geringeren CO₂-Emissionen führt. Das Projekt fokussiert auf KI-gestützte Fertigungs- und Reparaturstrategien, insbesondere beim Unterpulverschweißen, um fehlerfreie Verbindungen und Kaltrissvermeidung sicherzustellen. Ergänzend werden Prüf- und Bewertungskonzepte für die H₂-Readiness sowie Normungsgrundlagen entwickelt, um die Ergebnisse in Richtlinien und Regelwerke wie DIN, DVS und DVGW zu integrieren. T2 - Mitgliederversammlung 2025 der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. CY - Essen, Germany DA - 17.12.2025 KW - Werkstoffsicherheit KW - Kaltrissvermeidung KW - H₂-Readiness KW - KI-gestützte Fertigung KW - Prozessüberwachung KW - Normung und Regelwerke KW - Ressourceneffizienz KW - Prüf- und Bewertungskonzepte KW - Hochfeste Stähle KW - Schweißtechnische Reparatur PY - 2025 AN - OPUS4-65244 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Der Weg zur Standardisierung der Hohlzugtechnik für die Nutzung mit gasförmigem Wasserstoff N2 - Dieser Kurzvortrag stellt selektierte Ergebnisse des Projektes "H2Hohlzug" im übergeordneten Projekt "TransHyDE" kurz vor. Insbesondere wird auf die Herausforderung eingegangen, wiederholbare Prüfbedingungen unter Druckwasserstoffbeanspruchung, einzuhalten. T2 - Herbstsitzung des DGM Arbeitskreises "Materialprüfung unter Wasserstoff" CY - Dortmund, Germany DA - 19.11.2024 KW - Hohlzugprobe KW - Wasserstoff KW - Materialprüfung KW - Standardisierung PY - 2024 AN - OPUS4-61718 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schröder, Nina A1 - Uhlig, Marvin A1 - Kromm, Arne A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Höfer, Kevin A1 - Hensel, Jonas A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Challenges in the evaluation of the weldability of old mild steels for future use N2 - For reasons of sustainability and cost efficiency, there is an increasing trend in the steel-processing industry to retrofit existing structures, avoiding costly shutdowns or dismantling. Although welding is a cost-effective joining method, it is rarely applied to old steels, whereas riveted or bolted connections are often uneconomical. Repair and refurbishment frequently require the replacement of damaged material or the creation of dissimilar old–new steel joints. Due to the varied manufacturing processes of historical steels, not all twentieth-century steels are inherently weldable, making an initial assessment of weldability essential. In this study, a historical non-deoxidized mild steel (produced by Siemens–Martin processing) originating from the construction of the Berlin Radio Tower (erected in 1926) was investigated using dilatometry to analyze its welding behavior. A database of welding CCT diagrams and HAZ simulations was established to support practice-oriented welding experiments, providing key insights into their weld-metallurgical behavior and weldability. Furthermore, initial welding trials were conducted, and the local residual stress states in dissimilar old–new steel joints were determined. These foundational investigations are critical for the development of innovative, load-adapted welding concepts for the repair and refurbishment of existing old-steel infrastructure in Germany. KW - Old mild steels KW - Repair welding KW - Weldability KW - Thermo-physical simulation KW - CCT diagrams PY - 2026 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-654784 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-026-02366-6 SN - 1878-6669 SP - 1 EP - 14 PB - Springer nature AN - OPUS4-65478 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Hübner, Martin A1 - Dittmann, Florian A1 - Kromm, Arne A1 - Varfolomeev, Igor A1 - Kannengiesser, Thomas T1 - Enhancement of the fatigue strength by application of a low transformation temperature (LTT) welding consumable N2 - Low transformation temperature (LTT) welding consumables offer a possibility to enhance fatigue strength in welded components without post-treatment. By lowering the martensite start temperature (MS), the volume expansion during transformation near ambient temperature reduces welding related tensile residual stresses in fatigue-critical areas. To evaluate this effect, longitudinal stiffeners were used, a LTT and conventional filler serve as welding consumable, also high frequency mechanical impact (HFMI) treatment was carried out. Three single-pass and six additional-pass sample series were investigated on residual stress and fatigue strength. The additional welds were applied in fatigue crack critical areas with different weld shapes, achieved by varying welding parameters. Mechanical tests on reference samples evaluated the properties of the diluted LTT welds. Although reduced toughness was observed, no fatigue cracks occurred in LTT single-pass weld roots. The fatigue strength at two million cycles increased from 81 MPa to 121 MPa compared to conventional welds, while HFMI reached 146 MPa. With an additional LTT weld pass the results varied from 138 MPa to 196 MPa, depending to the shape and residual stress state. The results show that LTT fillers effectively enhance fatigue performance, and that weld geometry and parameter selection are as critical as the chemical composition for maximizing the LTT effect. CY - Genua, Italy DA - 22.06.2025 KW - Low transformation temperature (LTT) KW - Martensite start temperature KW - Residual stress KW - Longitudenal stiffener KW - Fatigue strength PY - 2026 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-654520 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-026-02356-8 SP - 1 EP - 14 PB - Springer Nature AN - OPUS4-65452 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bär, J. A1 - Kanna, N.K. A1 - Duarte, Larissa A1 - Madia, Mauro T1 - Determination of the Kitagawa-Takahashi Diagram using DC Potential Drop Measurements N2 - The Kitagawa-Takahashi Diagram is an important tool for describing the fatigue limit of components containing defects. The models used for its description differ, particularly in the transition region corresponding to the short crack regime. Therefore, for a reliable statement about the fatigue limit in this area, an experimental validation of the models is necessary. However, the standardized staircase method requires a large number of samples and has a long test duration. In this work, a method is presented that allows a simpler and faster validation of the Kitagawa-Takahashi Diagram in the region of short cracks. Rectangular notches with a defined width and depth were manufactured in flat samples of a low-alloyed steel with two different heat treatments using an engraving laser. This method allows a rapid production of very sharp notches without plastic deformation and with only a slight thermal influence on the surrounding material. The samples prepared in this way were fatigued with block wise increasing loads until failure. Cracks are detected by means of a Direct Current Potential Drop method. The length of the loading block (number of cycles) is determined by the measured potential drop. This procedure enables a reliable and precise determination of the limit stress for the respective notch size with low experimental effort and time consumption. The tests have shown that in case of the normalized steel none of the models describes the determined values for the fatigue limit. For the hardened steel, the plot of the fatigue limit as a function of the Murakami parameter √area in combination with the El Haddad model allows a satisfactory description of the measured values. T2 - 5th International Symposium on Fatigue Design and Material Defects CY - Trento, Italy DA - 14.05.2025 KW - Kitagawa-Takahashi diagram KW - Damage tolerance KW - Fatigue KW - Potential drop KW - Fracture mechanics PY - 2026 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-655519 DO - https://doi.org/10.1016/j.prostr.2025.12.283 VL - 76 SP - 27 EP - 34 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-65551 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Witte, Julien A1 - Treutler, Kai A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Influence of Microstructure on the Machinability and Surface Integrity of Additively Manufactured Iron Aluminides N2 - The increasing global focus on energy and resource efficiency has stimulated a growing interest in additive manufacturing. AM offers economic advantages and enables an efficient use of materials. However, AM components often require subsequent mechanical post-processing, such as machining (e.g. milling), to achieve the final contours or surfaces. This is a particular challenge due to the heterogeneous and anisotropic nature of AM structures, which affect machining and the resulting component properties. High-performance materials such as iron aluminide represent a promising alternative to conventional high-temperature materials with a significant economic advantage. However, the strength and hardness properties, which are advantageous for applications in highly stressed lightweight components, pose a challenge for economical machining in addition to the AM microstructure properties. The difficult-to-cut material causes accelerated tool wear and insufficient surface quality. This study shows that crack-free additive manufacturing of the three-component system of iron-nickel-aluminum is possible, and advantages in terms of machinability compared to FeAl-AM components are achieved. The more homogeneous microstructure leads to a reduction in cutting forces, with positive effects on the machinability and optimized surface integrity. Ultrasonic assisted milling (USAM) offers great potential to address the major challenges posed by difficult-to-cut materials and additively manufactured weld structures. Therefore, this study focuses on assessing the transferability of previous positive results by USAM to the selected iron aluminide alloys. The machinability of the aluminides is analyzed by varying significant influencing variables in finish milling experiments and evaluated in terms of the loads on the tool and the resulting surface integrity. T2 - AA Meeting of Commission IX ‘Behavior of Metals subject to Welding’ CY - Rhodes, Greece DA - 08.07.2024 KW - Iron aluminide KW - Additive manufacturing KW - Machinability KW - Surface integrity KW - Ultrasonic-assisted milling PY - 2026 SP - 1 EP - 16 AN - OPUS4-65530 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Dixneit, J. A1 - Gibmeier, J. A1 - Kromm, Arne A1 - Schubnell, J. A1 - Lang, F. A1 - Loebich, F. A1 - Carl, E.-R. A1 - Ya, W. T1 - Residual stress distribution of a large component manufactured by AM-DED-Arc from high-strength weld filler material X90 N2 - Currently, DED-Arc manufactured components are not covered by design guidelines, and design factors such as residual stress factors are not defined for such components. This hinders industrial use, especially for components with a remaining surface waviness required by industry. For the first time the stress state of a high-strength, low-alloy, large-scale DED-Arc component was characterised in the as-built state and after cutting off the component from the substrate plate. Complementary methods of residual stress analyses were applied to gain a holistic insight into the residual stress distributions of a thick-walled part. In the as-built state, direction-dependent and position-dependent tensile residual stresses were found for the component at the level of the yield strength of the part. The additive manufacturing strategy continuous spiral deposition has no significant influence on the residual stresses in bead threshold area compared to the residual stresses of the remaining component. For this case, bead threshold is no structural imperfection. By removing the part from the substrate plate, the residual stresses are significantly redistributed. Tensile residual stresses are then present at a moderate level. Compressive residual stresses were determined in the volume of the deposited material. The general consideration of ‘‘high’’ tensile residual stresses in such thick-walled components is rather conservative. Therefore, design guidelines should take the manufacturing condition into account. KW - AM-DED-Arc KW - Residual stress KW - High strength steel PY - 2026 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-655239 DO - https://doi.org/10.1177/03093247251406876 SN - 2041-3130 SP - 1 EP - 18 PB - SAGE AN - OPUS4-65523 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kaiser, Sebastian T1 - Bestimmung des Temperaturfeldes beim Schweißen im Betrieb an Wasserstoff-Ferngasleitungen N2 - Grüner Wasserstoff wird als zukünftiger Energieträger eine wichtige Rolle bei der Dekarbonisierung spielen. Sein großtechnischer Transport über große Entfernungen wird über ein Wasserstoff-Pipelinennetz erfolgen. Ein solches Netz erfordert regelmäßig Schweißarbeiten zu Reparatur-, Wartungs- oder Erweiterungszwecken. Im Erdgasnetz ist es gängige Praxis, Schweißarbeiten während des Betriebs auszuführen, da es technisch und wirtschaftlich äußerst schwierig ist, eine Pipeline außer Betrieb zu nehmen. Im Fall von Wasserstoffpipelines ist hierbei jedoch zu beachten, dass Wasserstoff in den Pipelinestahl absorbiert werden kann. Dies kann zu einer Beeinträchtigung der Materialeigenschaften oder sogar zum Versagen der Pipeline führen, da die bekannten Effekte der wasserstoffinduzierten Versprödung und der wasserstoffunterstützten Rissbildung auftreten können. Die Wasserstoffaufnahme ist dabei wesentlich von den beim Schweißen auftretenden erhöhten Temperaturen abhängig. Um genaue Kenntnisse der zu erwartenden Temperaturen zu erlangen, wurden Schweißversuche an Ersatzgeometrien durchgeführt und Temperaturverläufe an diesen gemessen. Basierend auf den Temperaturmessungen sollen im weiteren Verlauf in Zusammenarbeit mit der TU Graz Temperaturfelder sowie die resultierende Wasserstoffaufnahme und -diffusion mittels FEM berechnet werden. T2 - Forschungsseminar OvGU-Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 18.02.2026 KW - Pipeline KW - Schweißen KW - Wasserstoff PY - 2026 AN - OPUS4-65565 LA - mul AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina T1 - Herausforderungen und Potenziale moderner Hochleistungs-Lichtbogenprozesse für effiziente Reparaturmaßnahmen an Altstahlkonstruktionen N2 - Stahltragwerke, die im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert errichtet wurden, stellen noch heute einen wesentlichen Bestandteil der technischen Infrastruktur dar. Ein erheblicher Anteil der Brücken- und Ingenieurbauwerke befindet sich seit mehr als 80 oder sogar 100 Jahren in Betrieb und ist kontinuierlich steigenden Verkehrsaufkommen, Achslasten sowie dynamischen Einwirkungen ausgesetzt. Vor dem Hintergrund dieser zunehmenden Beanspruchungen sind beanspruchungsgerechte und konstruktiv angemessene Instandsetzungsstrategien unerlässlich, um die langfristige strukturelle Integrität sicherzustellen und zugleich den vorhandenen Baubestand nachhaltig zu erhalten. Da historische Stahlkonstruktionen überwiegend für genietete oder geschraubte Verbindungen ausgelegt wurden, stellt die nachträgliche Umsetzung geschweißter Reparatur- oder Verstärkungsmaßnahmen eine besondere Herausforderung dar. Neben den spezifischen werkstofflichen Eigenschaften alter Flussstähle sind insbesondere schweißbedingte Eigenspannungen sowie mikrostrukturelle Veränderungen zu berücksichtigen, da diese die Tragfähigkeit und das Gesamttragverhalten maßgeblich beeinflussen können. Infolgedessen müssen Instandsetzungskonzepte nicht nur die geometrische Wiederherstellung gewährleisten, sondern zugleich an den tatsächlichen Spannungszustand und die betrieblichen Beanspruchungen des Tragwerks angepasst werden. Vor diesem Hintergrund untersucht die vorliegende Arbeit MAG-Schweißversuche an Mischverbindungen zwischen historischem und modernem Baustahl. Der Nahtöffnungswinkel wurde systematisch zwischen 50° und 30° variiert, um den Einfluss der Fugengeometrie auf das Schweißgutvolumen, die Wärmeeinbringung sowie den resultierenden Eigenspannungszustand zu analysieren. Darüber hinaus kamen innovative Hochleistungs-Lichtbogenprozesse, wie beispielsweise ein modifizierter Sprühlichtbogen, zum Einsatz, um eine kontrollierte und reduzierte Wärmeeinbringung zu ermöglichen. Ziel ist es, schweißbedingte Eigenspannungen durch eine Optimierung von Prozessführung und Fugengestaltung zu minimieren und damit eine technisch fundierte sowie beanspruchungsgerechte Instandsetzungsstrategie für bestehende historische Stahltragwerke mit langfristiger Gebrauchstauglichkeit bereitzustellen. T2 - Forschungsseminar an der OvGU Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 18.02.2026 KW - Flussstahl KW - Reparaturmaßnahmen KW - Schweißeignung KW - Modifizierter Sprühlichtbogen KW - Eigenspannungen PY - 2026 AN - OPUS4-65577 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Processing and application properties of multiple principal element alloys (MPEA) N2 - The presentation gives an overview of BAM's activities on processing influences and application properties of MPEAs in the form of joined and machined high and medium entropy alloys (CoCrFeMnNi and CoCrNi). In the case of welding, the focus is on defect-free welded joints with sufficient mechanical properties. In the case of machining, the focus is on the possible influence on the surface quality of the materials through adequate milling parameters. In addition, the hydrogen absorption and diffusion properties as well as the electrochemical corrosion behavior are fundamentally examined. T2 - FAU-Department Werkstoffwissenschaften, Seminar: Aktuelle Probleme der Werkstoffwissenschaften CY - Erlangen, Germany DA - 25.04.2024 KW - Welding KW - Application properties KW - Machining KW - High-entropy alloy KW - Hydrogen PY - 2024 AN - OPUS4-59975 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Han, Ying A1 - Kruse, Julius A1 - Rosalie, Julian A1 - Radners, J. A1 - von Hartrott, P. A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Influence of mean stress and overaging on fatigue life of aluminum alloy EN AW-2618A N2 - Fatigue tests were performed on the forged aluminum alloy EN AW-2618A in the T61 state. Different stress ratios (R = -1, R = 0.1) were selected to study the influence of mean stress on fatigue life. Two overaged states (10 h/230 ◦C, 1000 h/230 ◦C) were also tested to investigate the influence of overaging on fatigue life. Transmission electron microscopy (TEM) was used to characterize the precipitates (S-phase), which are mainly responsible for the strength of the alloy. A fractographic analysis was also performed to determine the failure mode. Overaging reduces the fatigue life compared to the T61 state. The longer the aging time, the lower the fatigue resistance. The reason is the decrease in (yield) strength, which correlates with the radius of the S-phase: the precipitate radius increases by a factor of approximately two for the overaged states compared to the initial state. The analysis of the fracture surfaces showed crack initiation occurs predominantly on the outer surface and is associated with the primary phases. KW - Aluminum alloys KW - Aging KW - Fatigue KW - Microstructure KW - Electron microscopy KW - S-Phase PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-583708 DO - https://doi.org/10.1016/j.msea.2023.145660 SN - 0921-5093 VL - 886 SP - 1 EP - 10 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-58370 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Ferrari, Bruno A1 - Fantin, Andrea A1 - Said, D. A1 - Fitch, A. N. A1 - Suárez Ocano, Patricia A1 - Mishurova, Tatiana A1 - Roveda, Ilaria A1 - Kromm, Arne A1 - Darvishi Kamachali, Reza A1 - Bruno, Giovanni A1 - Evans, Alexander A1 - Requena, G. A1 - Agudo Jácome, Leonardo A1 - Serrano Munoz, Itziar T1 - The impact of scanning strategy on cell structures in PBF-LB/M/IN718: an in situ synchrotron x-ray diffraction study N2 - In additive manufacturing, any change of the process parameters, such as scanning strategy, directly affects the cooling rates, heat accumulation, and overall thermal history of the build. Consequently, parts built with different process parameters tend to have different levels of crystallographic texture, residual stress, and dislocation density. These features can influence the properties of the material and their development during post-processing operations. In this study, IN718 prisms were built by laser powder bed fusion (PBF-LB/M) using two different scanning strategies (continuous 67° rotations around the build direction, ROT, and alternating 0°/67° scans, ALT) to provide two different as-built conditions. In situ time-resolved synchrotron diffraction was performed during a solution heat treatment at 1027 °C for 1 h. Ex situ scanning electron microscopy was used to support and complement the in situ observations. An approach to quantify the effect of elemental microsegregation at the cell walls is developed based on the deconvolution of asymmetric γ-nickel matrix peaks. Following this approach, the scanning strategies are shown to affect the as-built fraction of cell walls in the material, resulting in a difference of approximately 5 %, in weight fraction, between ROT and ALT (19 % vs. 24 %, respectively). This microsegregation was observed to be rapidly homogenized during the heating ramp, and no significant changes to the peak shape in the γ peaks occurred during the isothermal part of the heat treatment, regardless of the scanning strategy. KW - Additive manufacturing KW - Inconel 718 KW - Synchrotron x-ray diffraction KW - Heat treatment KW - Laser powder bed fusion KW - Cellular microstructure PY - 2026 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-650958 DO - https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2025.11.214 SN - 2238-7854 VL - 41 SP - 593 EP - 608 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-65095 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -