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 -