TY - CONF A1 - Meng, Birgit A1 - Dehn, F. A1 - Unger, Jörg F. A1 - Shepherd, D. A. A1 - Tamsen, Erik A1 - Pirskawetz, Stephan T1 - Wissensbasierte Digitalisierung von betontechnologischen Materialdaten N2 - Die sprunghaft zunehmende Wichtigkeit von FAIR- und Open-Data für die Qualitätssicherung, aber auch für die Nachnutzbarkeit von Daten und den Erkenntnisfortschritt führt zu enormem Flandlungsbedarf in Forschung und Entwicklung. Damit verbunden laufen derzeit vielfältige, ambitionierte Aktionen, z. B. bezüglich der Erstellung von Ontologien und Wissensgraphen. Das Knowhow entwickelt sich rasant, die Ansätze zur Implementation entstehen in verschiedenen Fachwelten bzw. mit unterschiedlichen Zielsetzungen parallel, so dass recht heterogene Herangehensweisen resultieren. Diese Veröffentlichung fokussiert auf Arbeiten, die derzeit als möglichst ganzheitlicher Ansatz für Materialdaten im Rahmen der Digitalisierungsinitiative „Plattform MaterialDigital" vorangetrieben werden. Die Autoren bearbeiten baustoffbezogene Aspekte im Verbundprojekt „LeBeDigital - Lebenszyklus von Beton". Zielsetzung ist die digitale Beschreibung des Materialverhaltens von Beton über den kompletten Herstellungsprozess eines Fertigteils mit einer Integration von Daten und Modellen innerhalb eines Workflows zur probabilistischen Material- und Prozessoptimierung. Es wird über die Vorgehensweise und die dabei gewonnenen Erfahrungen berichtet, nicht ohne den Blick auf die oft unterschätzte Komplexität der Thematik zu lenken. T2 - Internationale Baustofftagung (ibausil) CY - Weimar, Germany DA - 13.09.2023 KW - Beton KW - Digitalisierung KW - Materialdaten KW - Datenmanagement KW - FAIR-Prinzip KW - Metadaten KW - Ontologie KW - Wissengraph PY - 2023 UR - https://www.uni-weimar.de/de/bauingenieurwesen/institute/fib/ibausil/ VL - 2023 SP - 1 EP - 11 PB - Sonderausgabe des Online-Journals ce/papers von Wiley AN - OPUS4-58315 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Adamczyk, Burkart A1 - Schraut, Katharina A1 - Adam, Christian ED - Thiel, S. ED - Thomé-Kozmiensky, E. ED - Friedrich, B. ED - Pretz, T. ED - Quicker, P. ED - Senk, D. G. ED - Wortruba, H. T1 - Nachbehandlung von Stahlwerksschlacken und deren Verwertung als Klinkermaterial T1 - Post-treatment of steelmaking slags and their utilisation as cement clinker N2 - Steelmaking slags produced using the Linz-Donawitz method (LD slags) are widely used as building and construction materials in road, earth and water works. Because the legal conditions become more and more re-strictive , this application is uncertain in the future. LD slags contain high amounts of mineral bound iron (in form of Fe2O3), which must be considered as a waste of resources. Except for the Iron the chemical composition is quite similar to that of Portland cement clinker. However, due to the high content of Fe2O3 the mineralogical composition differs significantly, resulting in a low hydraulic reactivity. A post-treatment of the liquid LD slag in an electric arc furnace under reducing conditions enables the reduction of the iron compounds to metallic iron, which separates from the mineral phase due to its higher density. The remaining solidified mineral fraction mainly contains typical crystalline phases of cement clinker in similar ratios: Alite (Ca3SiO5; > 60%) as main phase, Belite (Ca2SiO4, 10%), Tricalciumaluminate (Ca3Al2O6; 5%) and Brownmillerite (Ca2(Al,Fe)2O5, 1%) as secondary phases. Alite, which usually decomposes to Belite and free lime under slow cooling conditions, is stabilized in the Fe-reduced slag probably by integration of foreign ions into the lattice and is stable even if the slag is cooled down very slowly. Furthermore, the particularly large Alite crystals do not exhibit the typical decomposition edge of Belite and lime, found in Alite from ordinary ce-ment clinker. Technological tests for building materials show a high hydraulic reactivity and a compressive strength after 28 days comparable or even slightly higher to reference cement. Nevertheless, because of the increasing viscosity with decreasing Fe2O3 content, the treatment requires a temperature higher than the slag decanted from the LD converter. Furthermore, during the reduction of the bound Iron huge amounts of carbon monoxide are released, resulting in foaming of the slag. Both aspects make it difficult to manage the process. In addition, for economic reasons the treatment has to be carried out immediately after casting the slag from the LD converter to avoid the solidification, which is a logistical challenge for most steel plants. Otherwise the separation of the mineral bound iron as metallic phase and the utilisation of the mineral fraction as cement clinker will both save resources and lower the global CO2-output. For these reasons further initiatives should be considered in the medium term. N2 - LD-Schlacken weisen eine große chemische Ähnlichkeit zu Protlandzementklinker auf. Sie enthalten jedoch noch bis zu 30% Eisen, das mineralisch in oxidischer Form gebunden vorliegt. Dadurch kann sich bei der Erstarrung die wichtigste Klinkerphase "Alit" nicht ausbilden. Durch eine reduzierende Schmelzbehandlung der Schlacke kann des mineralisch gebundene Eisen als Metall separiert werden. Dadurch wird auch die Mineralogie der Schlacke so verändert, dass auch sie nun praktisch einem Portlandzementklinker entspricht. Entsprechende Versuche wurden am kleintechnischen Lichtbogenofen der BAM durchgeführt. Es werden Ergebnisse vorgestellt und auf Grenzen und Möglichkeiten eines derartigen Prozesses im Hinblick auf eine industrielle Umsetzung eingegangen. T2 - Berliner Konferenz Mineralische Nebenprodukte und Abfälle CY - Berlin, Germany DA - 11.06.2018 KW - Zementklinker KW - Stahlwerksschlacke KW - LD-Schlacke KW - Lichtbogenofen KW - Alit PY - 2018 SN - 978-3-944310-41-1 VL - 5 SP - 282 EP - 296 PB - Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH CY - Neuruppin AN - OPUS4-45199 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Abel, Andreas A1 - Zapala, P. A1 - Michels, H. A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Materials applications of iron aluminide (FeAl), (WAFEAL) T1 - Werkstoffanwendungen für Eisenaluminide (FeAl), (WAFEAL) N2 - The increasing importance of resource availability and closed-loop material cycles are driving materials research to reduce alloying content in conventional materials or even substitute them with more sustainable alternatives. Intermetallic iron aluminide alloys (FeAl) present a potential alternative. Many alloy concepts for improved high-temperature properties or ductility have already been successfully implemented in casting technologies on a laboratory scale. However, successful testing of FeAl alloys on an industrial scale was still pending at the beginning of the project. Therefore, the aim of the project was to develop simulation based casting concepts for industrial casting processes using the base alloy Fe-26Al-4Mo-0.5Ti-1B and to narrow down process limits by means of hot cracking tests. Findings were transferred into practice-oriented guidelines for casting of iron aluminides, which is accessible to future applicants in SMEs. The focus was placed on centrifugal casting combined with investment casting or die casting. In addition to numerous design and casting process parameters, heat treatments and alloying additions (Al, Mo, B) were varied to determine the influence of alloying elements on castability, microstructure and mechanical properties. Data from microstructure analyses (microscopic imaging, determination of grain sizes as well as phase compositions and volume fractions, fractography), mechanical tests (hardness measurements, compression tests, ambient and high-temperature tensile tests, creep tests) as well as measurements of thermophysical properties could be generated on the base alloy. Correlations of materials data with process variables allowed conclusions to be drawn on strengthening mechanisms and ductility of the alloy and how they can be controlled in terms of processing and component design. Successful casting of highly complex components with thin wall thicknesses and optimised alloy compositions points out prospects for new fields of application. N2 - Die zunehmende geopolitische Bedeutung der Ressourcenverfügbarkeit sowie die Anforderungen an einen geschlossenen Materialkreislauf treiben die Materialforschung voran, um konventionelle Werkstoffe mit weniger kritischen Zusätzen zu legieren oder sogar vollständig mit nachhaltigeren Alternativen zu substituieren. Eine potenzielle Alternative stellen die intermetallischen Eisenaluminid-Legierungen (FeAl) dar. Im Labormaßstab wurden bereits viele Legierungskonzepte für verbesserte Hochtemperatureigenschaften oder Duktilität erfolgreich gießtechnisch umgesetzt. Eine erfolgreiche Erprobung von FeAl-Legierungen im industriellen Maßstab stand zu Beginn des Projekts aber weiterhin aus. Ziel des Vorhabens war daher die Entwicklung von simulationsgestützten Gießkonzepten in industrienahe Gießprozesse anhand der Modelllegierung Fe-26Al-4Mo-0,5Ti-1B und die Eingrenzung der prozesstechnischen Verfahrensgrenzen durch Warmrissversuche. Erkenntnisse hieraus wurden in einen praxisorientierten, für zukünftige Anwender in KMUs zugänglichen Handlungskatalog für die gießgerechte Auslegung von Bauteilen aus Eisenaluminiden überführt. Fokus wurde insbesondere auf das Feinguss- und Kokillengussverfahren im Schleuderguss gesetzt. Neben zahlreicher Konstruktions- und Gießprozessparameter wurden auch Wärmebehandlungen und Legierungszusätze (Al, Mo, B) variiert, um den Einfluss von Legierungselementen auf Gießbarkeit, Mikrostruktur und mechanische Kennwerte zu bestimmen. Eine umfangreiche Basis an Daten aus Mikrostrukturanalysen (Mikroskopische Bildgebung, Bestimmung von Korngrößen sowie Phasenzusammensetzungen und -anteilen, Fraktographie), mechanischen Tests (Härtemessungen, Druckversuch, Zugversuch, Warmzugversuch, Kriechversuch) sowie Messungen thermophysikalischer Eigenschaften konnte für die Modelllegierung erzeugt werden. Korrelationen dieser Informationen mit Prozessvariablen erlaubten Schlussfolgerungen zu Härtungsmechanismen und Duktilität in der Legierung und wie sie prozesstechnisch in Gieß- und Bauteilauslegung gesteuert werden können. Der erfolgreiche Abguss von hochkomplexen Bauteilgeometrien mit dünnen Wandstärken sowie optimierte Legierungszusammensetzungen zeigen Perspektiven auf neue Anwendungsfelder auf. T2 - FVV Transfer + Netzwerktreffen | Informationstagung – Frühjahr 2023 CY - Würzburg, Germany DA - 29.03.2023 KW - Fe-Al alloys KW - Intermetallics KW - Iron aluminides KW - Microstructure-property-correlation KW - High temperature mechanical properties KW - Creep data KW - Tensile data KW - Fractography KW - Casting PY - 2023 VL - R604 SP - 1 EP - 32 PB - FVV e. V. CY - Frankfurt a.M. AN - OPUS4-57247 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Taube, Mareike Carolin A1 - Adam, Christian A1 - Adamczyk, Burkart A1 - Schulenburg, F. A1 - Bartmann, U. A1 - Beckmann, T. A1 - Michalik, K. A1 - Reuter, M. A1 - Stelter, M. T1 - Optimisation of a Pyrometallurgical Niobium and Tantalum Recyling Process with on-line-LIBS N2 - Tantalum and niobium are essential for the development of electronics towards a more and more compact design, but without reducing their performance today. Especially in smart phones and tablets, tantalum and niobium capacitors with high charge densities have already become almost indispensable. However, tantalum as a critical raw material is still a problem for the sustainable production of electronics. Due to this fact, the existence of efficient recycling processes especially in Europe is becoming even more important nowadays. The Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) is currently working on the optimisation of an existing pyrometallurgical tantalum recycling process. Optimisation of this industrial process is carried out in a small-scale electric arc furnace (480 kVA, capacity approx. 150 kg/h) at BAM using a new and innovative equipment for on-line analysis of high temperature processes. The aim of this project is to identify the best timing for an optimum slag tapping, when the slag is lower than minimum targeted tantalum concentration. Hence, LIBS (Laser induced breakdown spectroscopy) is used to identify the chemical composition of the slag layer and during slag tapping. The on-line-LIBS prototype of BAM enables an in-situ measurement of the element distribution in the melt after calibration on the slag system. First results of this joint research project will be presented including LIBS-measurements and thermodynamic and kinetic aspects of the process. T2 - European Mineral Processing & Recycling Congress (EMPRC 2018) CY - Essen, Germany DA - 25.06.2018 KW - Laser-induced breakdown spectroscopy KW - On-line analysis KW - Tantalum KW - Niobium KW - Pyrometallurgy PY - 2018 SN - 978-3-940276-84-1 SP - 347 EP - 362 PB - GDMB Verlag GmbH CY - Clausthal-Zellerfeld AN - OPUS4-47040 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Hüllmann, Dino A1 - Winkler, Nicolas P. A1 - Lohrke, Heiko A1 - Lilienthal, A. J. ED - Lee, J. B. T1 - Outdoor Gas Plume Reconstructions: A Field Study with Aerial Tomography N2 - This paper outlines significant advancements in our previously developed aerial gas tomography system, now optimized to reconstruct 2D tomographic slices of gas plumes with enhanced precision in outdoor environments. The core of our system is an aerial robot equipped with a custom-built 3-axis aerial gimbal, a Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) sensor for CH4 measurements, a laser rangefinder, and a wide-angle camera, combined with a state-of-the-art gas tomography algorithm. In real-world experiments, we sent the aerial robot along gate-shaped flight patterns over a semi-controlled environment with a static-like gas plume, providing a welldefined ground truth for system evaluation. The reconstructed cross-sectional 2D images closely matched the known ground truth concentration, confirming the system’s high accuracy and reliability. The demonstrated system’s capabilities open doors for potential applications in environmental monitoring and industrial safety, though further testing is planned to ascertain the system’s operational boundaries fully. T2 - 20th International Symposium on Olfaction and Electronic Nose CY - Grapevine, Texas, USA DA - 12.05.2024 KW - Aerial robot KW - TDLAS KW - Gas Tomography KW - Plume PY - 2024 SN - 979-8-3503-4865-1 DO - https://doi.org/10.1109/isoen61239.2024.10556071 SP - 1 EP - 3 PB - IEEE CY - USA AN - OPUS4-60107 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Winkler, Nicolas P. A1 - Neumann, Patrick P. A1 - Schaffernicht, Erik A1 - Lilienthal, Achim T1 - Gas Distribution Mapping With Radius-Based, Bi-directional Graph Neural Networks (RABI-GNN) N2 - Gas Distribution Mapping (GDM) is essential in monitoring hazardous environments, where uneven sampling and spatial sparsity of data present significant challenges. Traditional methods for GDM often fall short in accuracy and expressiveness. Modern learning-based approaches employing Convolutional Neural Networks (CNNs) require regular-sized input data, limiting their adaptability to irregular and sparse datasets typically encountered in GDM. This study addresses these shortcomings by showcasing Graph Neural Networks (GNNs) for learningbased GDM on irregular and spatially sparse sensor data. Our Radius-Based, Bi-Directionally connected GNN (RABI-GNN) was trained on a synthetic gas distribution dataset on which it outperforms our previous CNN-based model while overcoming its constraints. We demonstrate the flexibility of RABI-GNN by applying it to real-world data obtained in an industrial steel factory, highlighting promising opportunities for more accurate GDM models. T2 - International Symposium on Olfaction and Electronic Nose (ISOEN) CY - Grapevine, TX, USA DA - 12.05.2024 KW - Gas distribution mapping KW - Spatial interpolation KW - Graph neural networks KW - Mobile robot olfaction PY - 2024 SN - 979-8-3503-7053-9 DO - https://doi.org/10.1109/isoen61239.2024.10556309 SP - 1 EP - 3 PB - IEEE AN - OPUS4-60103 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bhadeliya, Ashok A1 - Rehmer, Birgit A1 - Fedelich, Bernard A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Jokisch, T. ED - Zimmermann, M. T1 - Rissfortschrittsuntersuchungen an gefügten Nickelbasiswerkstoffen bei hoher Temperatur N2 - In nickelbasierten Superlegierungen, die für Gasturbinenschaufeln verwendet werden, sind bei hohen Betriebstemperaturen und -belastungen Kriechschäden, Ermüdung, Korrosion und Oxi-dation zu beobachten. Die betroffenen Turbinenschaufeln müssen ersetzt oder repariert werden, um Effizienzverluste und ein eventuelles Bauteilversagen zu vermeiden. In letzter Zeit wurden additive Fertigungs- und Lötverfahren für die Reparatur und das Fügen von Nickelbasiswerk-stoffen entwickelt, um die Einschränkungen der traditionellen Reparaturverfahren zu überwinden. Für eine auslegungsrelevante Bewertung des Risswachstumsverhaltens in den Fügezonen, die durch diese neuen Technologien erzeugt werden, sind Rissfortschrittsuntersuchungen erfor-derlich. Entsprechende Untersuchungen an gefügten Proben werden in diesem Beitrag vorge-stellt. Die Rissfortschrittsversuche werden an gefügten SEN-Proben (Single Edge Notch) bei einem Spannungsverhältnis von 0,1 und einer Temperatur von 950 °C durchgeführt. Das Riss-wachstum wird mit der DCPD-Methode (Direct Current Potential Drop) überwacht, und die ge-messenen Potenzialsignale werden anhand der optisch vermessenen Risslänge und einer Finite-Elemente-Analyse kalibriert. Der Spannungsintensitätsfaktor (SIF) für die gefügte SEN-Geometrie wird mit Hilfe von Finite-Elemente-Analysen berechnet. Auf diese Weise können Rissfortschrittskurven aus den experimentellen Daten abgeleitet werden. T2 - Tagung „Werkstoffprüfung 2022“ CY - Dresden, Germany DA - 27.10.2022 KW - Lötverbindung KW - Rissfortschritt KW - SEN-Probe KW - Gefügte Nickelbasislegierungen PY - 2022 SN - 978-3-88355-430-3 VL - 2022 SP - 67 EP - 72 AN - OPUS4-57090 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Armatys, Kamila A1 - Adamczyk, Burkart A1 - Adam, Christian A1 - Pflumm, R. A1 - Galetz, M. C. T1 - Corrosion and abrasion resistant protective coatings for biomass combustion N2 - The environmental concerns about availability of fossil fuels and greenhouse gas effect increase and alternative renewable fuels for power plants are gaining significantly of importance. One of the alternative renewable fuels is biomass but it is a difficult fuel because of its diversity and complexity. It can contain high percentages of K and Cl responsible for corrosion together with sand that have additionally an abrasive effect during combustion. Because of permanently extending the surface reaction due to abrasion the corrosion of the materials increases. In particular in power plants, the superheater tubes are exposed to a corrosive abrasive attack that is one of the main sources of concern. The development of new alloys for multilayer surface, which combines corrosive and abrasive resistance is therefore of high importance. Those new technical approaches must be at the same time cost-effective to be an alternative to conventional materials. This paper presents the principle of experimental methods developed for the investigations of high temperature corrosion combined with abrasion in thermochemical processes with high hydrochloric acid concentrations like during biomass combustion. The aim of the presented investigation methods it to test and develop suitable alloys for coatings for the super heater tubes of biomass power plants. First results of abrasion investigations show improved abrasion resistance compared to the multi-component reference material Alloy 625. T2 - Young Researchers Conference: Energy Efficiency & Biomass CY - Wels, Austria DA - 24.02.2016 KW - Corrosion KW - Coatings PY - 2016 SP - 1 EP - 9 CY - Proceedings in Young Researchers Conference: Energy Efficiency & Biomass 2016 AN - OPUS4-35714 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schraut, Katharina A1 - Adamczyk, Burkart A1 - Simon, Sebastian A1 - von Werder, Julia A1 - Meng, Birgit A1 - Stephan, D. A. A1 - Adam, Christian T1 - Zementklinker durch Nachbehandlung von Stahlwerksschlacken N2 - Die Klinkerphasenbildung durch Sinterung in Drehrohröfen bei der Herstellung von Portlandzementklinker (PZK) ist gründlich erforscht und optimiert. Im Hinblick auf mögliche ökonomische und ökologische Vorteile befassen sich aktuelle Forschungsvorhaben darüber hinaus mit der Herstellung von Klinkermineralen aus Stahlwerksschlacken, die eine vergleichbare chemische Zusammensetzung aufweisen. Neuste Untersuchungen zeigen, dass nach der reduzierenden Behandlung schmelzflüssiger Linz-Donawitz-(LD)-Schlacken und Abscheidung des gebildeten metallischen Eisens eine mineralische Schlacke entsteht, die unabhängig von ihren Abkühlbedingungen ca. 50–60 Gew.% des wichtigsten Klinkerminerals Alit (C3S) enthält und eine hohe hydraulische Reaktivität aufweist. Die Stabilität des Alits auch nach langsamer Abkühlung deutet auf eine Stabilisierung des Minerals durch Nebenelemente aus den LD-Schlacken hin. Ein sinkender Anteil an LD-Schlacke durch Zusatz synthetischer Schlackemischung, die sich hinsichtlich ihrer Hauptkomponenten wie eine ausreduzierte LD-Schlacke zusammensetzt, führt zu einem Rückgang des Alitgehaltes und dem Zerfall der Schlacke beim Erstarren. T2 - 5. Schlacken-Symposium CY - Meitingen, Germany DA - 25.10.2018 KW - LD-Schlacke KW - Zement KW - Tricalciumsilikat PY - 2018 SP - 219 EP - 229 PB - Max Aicher Unternehmensgruppe AN - OPUS4-46412 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Adam, Christian A1 - Schneider, Joachim A1 - Schraut, Katharina T1 - Strategien für die Nutzung von Schlacken zukünftiger wasserstoffbasierter Stahlproduktionsrouten – Herstellung von Stahlwerksschlacke basierten Ausgangsstoffen für die Zementindustrie N2 - Die Europäische Kommission präsentierte am 11. Dezember 2019 den European Green Deal, ein Konzept mit dem Ziel, bis zum Jahr 2050 als erster Kontinent Klimaneutralität zu erreichen. Mit Inkrafttreten der Verordnung (EU) 2021/1119 des Europäischen Parlaments und des Europäischen Rates am 29. Juli 2021 zur Schaffung des Rahmens für die Verwirklichung der Klimaneutralität („Europäisches Klimagesetz“), ist dieses, sowie das Ziel der Reduzierung der Nettotreibhausgasemissionen um mindestens 55 % bis 2030 in der Gesetzgebung der Europäischen Union verankert. Die Stahlindustrie in der Europäischen Union mit ca. 57 Mio. t Nettotreibhausgasemissionen im Jahr 2020, die annähernd 2 % der Emissionen der Europäischen Union ausmachen (Inklusive Energie: 127 Mio. t; 4 %), bekennt sich zur erheblichen Reduzierung der CO2-Emissionen bis zum Jahr 2030 und zum Erreichen der Klimaneutralität bis zum Jahr 2050. Als Schlüsselwege zur Verwirklichung dieser Zielstellung hat sie zum einen Smart Carbon Usage (SCU) und zum anderen Carbon Direct Avoidance (CDA) in einer Roadmap formuliert. SCU umfasst CO2-reduzierende Maßnahmen in bestehenden Eisen- und Stahlproduktionsprozessen, Carbon Capture and Storage- (CCS) sowie Carbon Capture and Usage-Technologien (CCU). Wohingegen bei CDA CO2-Emissionen durch erneuerbare elektrische Energie sowie wasserstoffbasierte Reduktion des Eisenerzes gar nicht erst entstehen sollen. Der CDA-Weg, der voraussichtlich beschritten werden muss, um eine klimaneutrale Stahlproduktion zu erreichen [38], geht mit einer kostenintensiven Transformation der Stahlproduktion einher, die bereits von vielen Unternehmen der Stahlindustrie eingeleitet wurde und von der im Wesentlichen die beiden in Europa vorherrschenden Stahlproduktionsrouten Hochofen-Konverter-Route und Elektrolichtbogenofen-Route betroffen sind. Die CO2-Emissionen der Hochofen-Konverter-Route, von denen der überwiegende Anteil auf den Hochofen fällt, liegen laut einer für das Jahr 2015 erstellten Studie bei 1921 kg CO2/t Rohstahl inklusive der CO2-Last der Pellets als Einsatzmaterial sowie der Emissionen der nachgelagerten Stranggießanlagen und Walzwerke. Im Hochofen wird das Eisenerz durch Kohlenstoff (C) bzw. Kohlenstoffmonoxid (CO) – welche größtenteils aus dem Koks, der dem Hochofen zusammen mit dem Möller über die Gicht zugeführten wird, stammen – unter Entstehung von Roheisen und Kohlenstoffdioxid (CO2) reduziert. Das neben dem CO2 im Prozessgas enthaltene CO wird zum Beispiel zur Energiegewinnung in peripheren Prozessen ebenfalls unter Bildung von CO2 verbrannt. Zusätzlich zur Reduktion hat der Koks unter anderem physikalische Aufgaben, wie die Errichtung eines Stützgerüstes und die Gewährleistung der Permeabilität im Hochofenprozess. Somit ist eine vollkommene Substitution des Kokses zur Vermeidung der CO2-Emissionen im Hochofen nicht denkbar. Viele Strategien der Stahlunternehmen zum Erreichen der Klimaziele verfolgen daher den Wechsel von der Rohstahlproduktion aus der Hochofen-Konverter-Route hin zur Rohstahlproduktion im Elektrolichtbogenofen (EAF – Electric Arc Furnace) mit dem Einsatz von direkt reduziertem Eisen (Eisenschwamm, DRI – Direct Reduced Iron) aus vorgelagerten Direktreduktionsanlagen, die mit Wasserstoff (H2) als Reduktionsmittel betrieben werden können. Dabei ist die Elektrostahlerzeugung kein neuer Prozess und nimmt in der europäischen Union bereits jetzt einen Anteil von ca. 44 % der Rohstahlproduktion ein, jedoch überwiegend mit Schrott als Einsatzmaterial. Bei der Elektrostahlerzeugung mit Schrotteinsatz fallen laut der oben genannten Studie von Lüngen für das Jahr 20152 410 kg CO2-Emissionen pro Tonne Rohstahl an, von denen der Großteil auf die CO2-Last der fremd bezogenen elektrischen Energie zurückzuführen ist und daher nicht im Produktionsprozess selbst entsteht. Auch die Direktreduktion wird schon seit 1972 in der weltweit zweiten und bis heute in Westeuropa einzigen Direktreduktionsanlage in Hamburg betrieben. Während hier noch mit einem Reduktionsgas gearbeitet wird, das hauptsächlich aus einem aus Erdgas gewonnenen Wasserstoff-Kohlenstoffmonoxid-Gemisch besteht, liegt eine aktuelle Kernherausforderung in der Bereitstellung des in der Größenordnung der von der Transformation betroffenen Rohstahlproduktionskapazitäten notwendigen, mit erneuerbarer elektrischer Energie hergestellten Wasserstoffs. Wird zusätzlich der Strom für das Einschmelzen im Elektrolichtbogenofen aus erneuerbaren Quellen gewonnen und werden schließlich als Brennstoff verwendete Kohle und als Brennstoff verwendetes Erdgas durch CO2-neutrale Bio-Brennstoffe ersetzt, sind sowohl für den Einsatz von mit Wasserstoff reduziertem und auf Pellets ohne CO2-Last basiertem Eisenschwamm als auch für den Einsatz von Schrott CO2-Emissionen von jeweils nur 60 kg CO2/t Rohstahl erreichbar, was eine Reduktion der Emissionen, ausgehend von der Konverter-Hochofen-Route um 97 % und ausgehend von der Schrott-Elektrolichtbogenofen-Route um 85 % bedeuten würde. Der Betrieb von Elektrolichtbogenöfen macht die an den Standorten vorhandenen Konverter sowie die Infrastruktur für Behandlung und Transport des Roheisens überflüssig. Die fortwährende Nutzung dieser bestehenden Anlagenstruktur dient daher unter anderem als Motivation für die Entwicklung einer zweiten Transformationsstrategie, die einen sogenannten Einschmelzer (SAF – Submerged Arc Furnace) als der Direktreduktionsanlage nachgelagerten Prozess vorsieht, in dem wiederum Roheisen erschmolzen wird, das anschließend im Konverter zu Rohstahl veredelt wird. Die Transformation der Stahlindustrie beeinflusst einen weiteren CO2-intensiven Industriesektor, nämlich die Zementindustrie die verantwortlich ist für rund 4 % der CO2-Emissionen in der EU. Etwa zwei Drittel dieser Emissionen entfallen als Prozessemissionen auf die Entsäuerung des Rohstoffs Kalkstein (CaCO3), also auf die Abspaltung von CO2 unter Entstehung des für die Herstellung von Zementklinker notwendigen Branntkalks (CaO) als Zwischenstufe bei der Bildung der hydraulischen Phasen Tri- und Dicalciumsilikat. Als eines der fünf Themenfelder (5C-Ansatz: Clinker, Cement, Concrete, Construction, Carbonation), welche die europäische Zementindustrie entlang ihrer Wertschöpfungskette zum Erreichen der gesetzlichen Vorgaben der europäischen Union erarbeitet hat, umfasst das Feld "Cement" zum größten Teil die Reduzierung des Klinker-Zement-Faktors. Im Jahr 2017 betrug er 77 %, das heißt, dass 23 % des Klinkers durch alternative Materialien ersetzt wurden. Bis zum Jahr 2030 wird ein Faktor von 74 % und bis zum Jahr 2050 von 65 % angestrebt. Den größten Anteil an den Klinkersubstituten hat mit 33 % der Hüttensand aus der Stahlindustrie. Bei der Roheisenproduktion im Hochofen entsteht als Nebenprodukt Hochofenschlacke, die unter Zugabe von Schlackebildnern die Gangart des Möllers und mineralische Koksbestandteile abbindet, sowie weitere unerwünschte Begleitelemente wie Schwefel und Alkalien aufnimmt. Allein in Deutschland wurden im Jahr 2021 6,90 Mio. t – das entspricht 90 % der gesamten produzierten Hochofenschlacke – zu glasig erstarrtem Hüttensand granuliert. Dieser Hüttensand besitzt latent hydraulische Eigenschaften und wird daher seit mehr als 140 Jahren als Zementbestandteil eingesetzt, wodurch in Deutschland jährlich rund 4,5 Mio. t CO2-Emissionen eingespart werden. Alle Transformationsstrategien der Stahlindustrie beinhalten die notwendige Außerbetriebnahme der CO2-intensiven Hochöfen. Dies hat unter anderem zur Folge, dass die Hochofenschlacke als Nebenprodukt der Rohstahlerzeugung im Hochofen nicht mehr zur Verfügung stehen wird, wodurch die weitere Reduzierung des Klinker-Zement-Faktors erhebliche Zusatzmengen alternativer Materialien benötigen wird. Derzeit ist noch unklar, ob z.B. calcinierte Tone im benötigten Umfang erzeugt werden können. Der Fachbereich Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und das Institut für Baustoffforschung FEhS forschen zusammen mit Industriepartnern und weiteren Forschungseinrichtungen im Rahmen zweier Projekte in den Kooperationssphären der Stahl- und Zementindustrie, die zur Bewältigung dieser Herausforderungen beitragen. Im Projekt SlagCEM wird die Produktion eines hydraulischen Zementbestandteils durch Reduktion von Konverter- bzw. Linz-Donawitz-Schlacke (LDS) untersucht. Die mit den zusätzlich aufgenommen Lichtbogenofenkapazitäten steigenden Mengen an Elektrolichtbogenofenschlacke (EOS, engl. electric arc furnace slag, EAFS) werden im Projekt DRI-EOS behandelt, welches die Produktion eines latent hydraulischen Hüttensandsubstituts zum Ziel hat. T2 - Berliner Konferenz Mineralische Nebenprodukte und Abfälle CY - Berlin, Germany DA - 12.06.2023 KW - Stahlwerksschlacke KW - Zementersatz PY - 2023 SN - 978-3-944310-72-5 VL - 10 SP - 222 EP - 233 PB - TK-Verlag CY - Neuruppin AN - OPUS4-57684 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pittrich, Tim A1 - Stelzner, Ludwig A1 - Weise, Frank T1 - Fire-induced spalling of normal strength concrete with different types of blended Portland cement N2 - The cement industry is looking to reduce its overall CO2 footprint. Greener manufacturing can be achieved by the introduction of more clinker-reduced cements. Concrete exposed to fire tends to show explosive spalling caused by thermomechanical and thermohydraulic processes. It is therefore essential to determine how concretes with clinker-reduced cements behave under fire exposure, especially for concretes containing calcined clays, as these are expected to be the supplementary cementitious material of the future. In this paper, normal strength concretes with four different cements (CEM I, CEM II/A-LL, CEM III/A and CEM II/B-Q) were examined for their fire-induced spalling behaviour. In addition, a mix with PP fibres was investigated for each concrete. The experiments were conducted on ring-restrained cylindrical specimens exposed to the hydrocarbon fire curve. The results showed that the cement type influences spalling behaviour. Samples with CEM I spalled the least, followed by CEM II/A-LL and CEM III/A. Finally, samples with CEM II/B-Q showed the most severe damage. It was found that the spalling behaviour of different concretes correlates with the moisture content before exposure to fire, meaning that higher moisture content leads to higher spalling susceptibility. The use of 2 kg/m³ PP fibres completely inhibited spalling regardless of the cement type used and therefore remains a successful avoidance strategy. T2 - Structures in Fire 2024 CY - Coimbra, Portugal DA - 19.06.2024 KW - Fire-induced concrete spalling KW - Concrete KW - Blended Portland cement KW - SCM KW - PP-fibres PY - 2024 SN - 978-989-35292-2-5 DO - https://doi.org/10.30779/cmm_SIF24 VL - 1st Edition SP - 461 EP - 471 AN - OPUS4-60809 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Feldkamp, Martin A1 - Quercetti, Thomas A1 - Wille, Frank T1 - Outcomes of three large scale fire reference tests conducted in BAM fire test facility N2 - Packages for the transport of high-level radioactive material are designed to withstand severe accidents. Hypothetical severe accident conditions are defined in the IAEA Regulations for the Safe Transport of Radioactive Materials. One of these accident conditions is the thermal test, mainly consisting of a 30 minute fully engulfing 800°C pool fire or an equally severe fire test. The heat fluxes into the package depend substantially on the fire characteristics and the Surface temperature of the package. Fire tests can be performed at BAM on a propane gas fire test facility. In order to investigate the heat fluxes over a wide range of surface temperatures in this test facility a fire reference package was designed for multiple use. The package represented the outer geometry of a specific transport cask for radioactive waste. The fire reference package is a closed steel sheet cylinder with a wall thickness of 10 mm, a length of 1500 mm and a diameter of 1050 mm. The package was instrumented with thermocouples and filled with heat resistant insulation material. Three open-air fire tests were performed in the BAM propane gas fire test facility. The flames exposure time period varied slightly for the fire tests. The wind direction as well as the wind Speed were measured and changed between and during the tests. Test stand parameters such as wind shield location and propane gas volume flow were chosen constant for the three tests. The locally measured fire reference package steel sheet temperatures were used for the calculation of heat fluxes as function of time and surface temperature. The measured temperatures allowed further calculations. In a first approach effective fire characteristics of the propane gas fire, including the flame temperature, the fire convection coefficient and a Radiation exchange coefficient mathematically describing the determined average heat flux over the surface temperature were calculated. T2 - Pressure Vessels & Piping Conference 2020 CY - Online meeting DA - 03.08.2020 KW - Fire KW - Testing KW - Large scale testing KW - Calorimeter KW - Heat flux PY - 2020 SP - 1 EP - 9 PB - ASME CY - New York AN - OPUS4-51192 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Komann, Steffen A1 - Ballheimer, Viktor A1 - Quercetti, Thomas A1 - Scheidemann, Robert A1 - Wille, Frank T1 - Mechanical and thermal assessment by BAM of a new package design for the transport of SNF from a german research reactor N2 - For disposal of the research reactor of the Technical University Munich FRM II a new transport and storage cask design was under approval assessment by the German authorities on the basis of International Atomic Energy Agency (IAEA) requirements. The cask body is made of ductile cast iron and closed by two bolted lid systems with metal seals. The material of the lids is stainless steel. On each end of the cask the wood-filled impact limiters are installed to reduce impact loads to the cask under drop test conditions. In the cavity of the cask a basket for five spent fuel elements is arranged. This design has been assessed by the Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in view to the mechanical and thermal safety analyses, the activity release approaches, and subjects of quality assurance and surveillance for manufacturing and operation of the package. For the mechanical safety analyses of the package a combination of experimental testing and analytical/numerical calculations were applied. In total, four drop tests were carried out at the BAM large drop test facility. Two tests were carried out as a full IAEA drop test sequence consisting of a 9m drop test onto an unyielding target and a 1m puncture bar drop test. The other two drop tests were performed as single 9m drop tests and completed by additional analyses for considering the effects of an IAEA drop test sequence. The main objectives of the drop tests were the investigation of the integrity of the package and its safety against release of radioactive material as well as the test of the fastening system of the impact limiters. Furthermore, the acceleration and strain signals measured during the tests were used for the verification of finite-element (FE) models applied in the safety analysis of the package design. T2 - Pressure Vessels & Piping Conference 2020 CY - Online meeting DA - 03.08.2020 KW - Mechanik KW - radioaktives Material KW - Transportbehälter KW - Antragsverfahren KW - Zulassungen KW - Typ-B Versandstück KW - Thermik PY - 2020 VL - 2020 SP - 1 EP - 7 PB - ASME CY - New York AN - OPUS4-51103 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gleim, Tobias A1 - Neumann, Martin A1 - Linnemann, Konrad A1 - Komann, Steffen A1 - Wille, Frank T1 - Fracture Mechanical Analyses of a Welding Seam of a Thick-Walled Transport Package N2 - Transport packages shall satisfy various safety criteria regarding mechanical, thermal and radiation phenomena. Typical requirements focusing mechanical aspects are usually drop tests in accordance with IAEA regulations. The drop tests are usually carried out experimentally and, as an additional measure, finite element analyses (FEA) are performed. A specific part of the investigations presented is the evaluation of the welding seam connecting cask shell and cask bottom. Experimental results and FEA are presented and compared. The evaluation of the welding seam performed includes a variety of aspects. In addition to the experimental and analytical stresses determined, different standards are used to investigate a possible crack initiation. Several destructive and non-destructive tests are performed for quality assurance in the manufacturing process as well as for different input parameters. The necessary monitoring and non-destructive measurement methods to define the boundary conditions of the standards are introduced. Taking into account all required parameters, the welding seam is examined and evaluated using the failure assessment diagrams (FAD) of the respective standards. It can be shown under the given boundary conditions that considering the experimental data, the welding seam is in the context of crack initiation below the enveloping curve in the acceptable region. More critical drop tests to be conducted are proposed and need to be investigated in future work. T2 - Pressure Vessels & Piping Conference® 2022 CY - Las Vegas, NV, USA DA - 17.07.2022 KW - Transport package KW - Drop test KW - Fracture initiation PY - 2022 SP - 1 EP - 9 AN - OPUS4-55375 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Komann, Steffen A1 - Wille, Frank A1 - Linnemann, Konrad A1 - Ramsay, Jeff A1 - Reiche, Ingo T1 - Transport of large nuclear power plant components – new SCO-III regulations and mechanical design assessment N2 - The decommissioning or refurbishment of nuclear facilities necessitates either the storage or disposal of large radioactive components such as steam generators, pressurizers, reactor pressure vessels and heads, and coolant pumps, to list the major contributors. These components or objects are large in size and mass, measuring up to approximately 6 meters in diameter, up to 20 meters in length, and weighing over 400 000 kg. In many situations, the components are transported off-site to a storage, disposal or recycling/treatment facility. Previously, many large objects had to be transported under special arrangement. The latest 2018 edition of the International Atomic Energy Agency (IAEA) Regulations for the Safe Transport of Radioactive Material, No. SSR-6, incorporates regulations for the shipment of contaminated, but not activated large objects as a new category of surface contaminated object, SCO-III, based on the IAEA “performance package” concept. This paper provides background and practical guidance on these regulations. Additionally, first experiences with SCO-III in the approval process are presented. For SCO-III components a mechanical assessment regarding the tests specified in the transport regulations SSR-6 for demonstrating ability to withstand normal conditions of transport is required - a free drop of the package onto an unyielding target and a penetration test have to be investigated. Large components are unique objects; therefore, it is not possible to choose experimental testing as assessment method. The application of a complex numerical analysis for mechanical proof is necessary. The assessment of the loads takes place based on local stress distributions. The large nuclear components have typically been transported in an unpackaged manner, so that the external shell of the component provides the containment wall. The paper will represent the methods, which are used for the evaluation of the mechanical integrity of the object for transport approval. T2 - PVP2024, Pressure Vessels & Piping Conference CY - Bellevue, Washington USA DA - 29.07.2024 KW - Transport KW - Radioaktive Stoffe KW - Rückbau kerntechnischer Anlagen KW - Gefahrgut PY - 2024 SP - 1 EP - 4 AN - OPUS4-60829 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hicke, Konstantin A1 - Lu, Xin A1 - Chruscicki, Sebastian A1 - Krebber, Katerina T1 - Measurement of Slowly Changing and Quasi-Static Strain Signals for Ground Motion Monitoring Applications using Distributed Acoustic Sensing N2 - The suitability of wavelength-scanning COTDR for distributed dynamic strain sensing (DAS) along buried fiber cables for long-term geotechnical monitoring applications is demonstrated by experiments showing the method’s capability to demodulate slowly varying and quasi-static signals. T2 - Optica Sensing Congress 2024 CY - Toulouse, France DA - 15.07.2024 KW - Ground motion KW - Ground movement monitoring KW - Distributed fiber optic sensing KW - Quasi-static signals KW - Geomonitoring PY - 2024 SP - 1 EP - 2 PB - Optica CY - Washington D.C., USA AN - OPUS4-60816 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Lu, Xin A1 - Krebber, Katerina T1 - Configuration simplification and data reduction in a DAS system for monitoring large infrastructures N2 - The distributed acoustic sensor based on an imbalanced Mach-Zehnder interferometer with a 3×3 coupler is simplified by using a balanced detector instead of three identical photodetectors. The obtained data is reduced by two third accordingly. T2 - Optica Sensing Congress 2024 CY - Toulouse, France DA - 15.07.2024 KW - Data reduction KW - Distributed fiber optic sensing KW - System simplification PY - 2024 SP - 1 EP - 2 PB - Optica CY - Washington D.C., USA AN - OPUS4-60840 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Naster, Maximilian A1 - Gleim, Tobias A1 - Wille, Frank T1 - Experimental and Numerical Analyses for the Evaluation of Hydrogen as an Energy Source for Thermal Testing of Transport Packages of Radioactive Material N2 - In this paper we present a new hydrogen-based test rig for an ongoing feasibility study of using hydrogen as an energy source for the thermal testing of transport packages containing radioactive materials. The test rig will be capable of combusting hydrogen for a wide range of different burner geometries, mass flows and if necessary hydrogen blends. As this type of fire test according to the IAEA boundary conditions does not yet exist, a large number of preliminary investigations, safety assessments and calculations must be carried out in order to develop a viable concept for hydrogen fires. In the first step of the feasibility study, the temperature, structure, and radiation of various hydrogen flames are surveyed. In future works, the results will make it possible to design burner frames that are suitable for fire reference tests in order to make comparisons with pool and propane fires used in assessment procedures today. In parallel comparative numerical simulations are conducted to model the thermal behaviour of hydrogen flames using the software package Ansys®. On the one hand, the numerical simulations support the experiments by providing an overview of numerous parameters and the measuring range; on the other hand, they will help with the design of the burner frame in future work. This paper gives an overview in the design and capabilities of the test rig. Furthermore, the results of the parameter studies show that burner geometry and mass flow provide a significant design margin for the thermal shape of the hydrogen flames. In addition, the results of the initial numerical calculations will be used to determine the necessary sensors, the positions, and their operating range. Only the optimal interaction allows a controlled system that permits user-defined hydrogen fires. T2 - PVP2024, Pressure Vessels & Piping Conference CY - Bellevue, Washington USA DA - 29.07.2024 KW - Hydrogen KW - Fire KW - Computational Fluid Dynamics (CFD) KW - IAEA fire test KW - Burner PY - 2024 SP - 1 EP - 9 AN - OPUS4-60852 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gleim, Tobias A1 - Feldkamp, Martin A1 - Quercetti, Thomas A1 - Wille, Frank T1 - Experimental and Numerical Analyses for the Evaluation of Heat Fluxes of a Fire Reference Test N2 - Packages for the transport of high-level radioactive material are designed to endure severe accidents. To obtain approval, these transport packages must adhere to the specification-based criteria of the IAEA SSR-6. To ensure compliance with these requirements, specific mechanical and thermal tests need to be appointed with respect to the package type. Typically, IAEA SSR-6 prescribes mechanical tests followed by a thermal fire test as part of a cumulative test sequence. To approve the fire test, BAM uses a reference package representing the original package in its outer geometry for characterizing the actual fire and its impact on the package. This serves a dual purpose: it allows the precise adjustment of experimental parameters for the package design to be approved, and it provides input parameters for thermomechanical simulations, cf. With the help of this methodology for characterizing boundary conditions of the package, temperature evolutions within the reference package can be studied in a Finite-Element Analyses (FEA). This helps to compare the experiments with the numerical simulations on the case of the reference package, but also serves at the same time for preliminary simulations with the package design to be approved. The thermal test consists of a 30-minute fully engulfing 800°C pool fire or an equally severe fire, e.g. a propane gas fire. The fire reference test is performed prior to the regulatory fire test with the package design to be approved. The fire reference package in the described case is a closed sheet 316L steel cylinder with a wall thickness of 10 mm, a length of 182 mm, and a diameter of 102 mm. The package was instrumented with thermocouples and filled with heat resistant insulating material. T2 - ASME PVP 2024 CY - Bellevue, WA, USA DA - 28.07.2024 KW - Reference Test KW - Experimental KW - Numerical KW - Heat Flux PY - 2024 SP - 1 EP - 8 AN - OPUS4-60848 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Putra, Stephen Nugraha A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Yang, Fan A1 - Bachmann, Marcel A1 - Rethmeier, Michael T1 - Einfluss der temperaturabhängigen Modellierung der Laserstrahlabsorption auf die Schmelzbadgeometrie beim Hochleistungslaserstrahlschweißen N2 - Der Absorptionsgrad metallischer Werkstoffe spielt bei Fügeprozessen mit einer Strahlungsquelle wie dem Hochleistungslaserstrahltiefschweißen eine bedeutende Rolle. Dieser beeinflusst die Menge der absorbierten Laserenergie, welche zum Aufschmelzen sowie zur lokalen Verdampfung des zu verbindenden Materials führt. Die Laserstrahlabsorption wird von vielen physikalischen Faktoren, z.B. Laserprofil, Laserwellenlänge, Materialeigenschaft sowie Temperatur, entschieden. Dennoch wird die Temperaturabhängigkeit in vielen Simulationsarbeiten häufig ignoriert und stattdessen ein empirisch angepasster Parameter zur Kalibrierung der Ergebnisse implementiert. Diese Vorgehensweise wirkt sich negativ auf die Zuverlässigkeit des numerischen Modells sowie auf die Vorhersagbarkeit der Simulationsergebnisse aus. In der vorliegenden Arbeit wird die Temperaturabhängigkeit des Laserabsorptionsgrades in ein selbstkonsistentes zweiphasiges Modell unter Berücksichtigung der gekoppelten 3D-Fluidströmung und Wärmeübertragung einbezogen. Die berechnete Laserstrahlabsorption wird durch die temperaturabhängigen Materialeigenschaften, die Lasercharakteristik und den Einfallswinkel des Laserstrahls bestimmt. Die freie Oberfläche jeder Phase wird mithilfe der Volume-of-Fluid Methode (VOF), berechnet und die Laser-Material-Wechselwirkung wird durch ein implementiertes Ray-Tracing-Verfahren modelliert, welches auf einem lokalisierten Level-Set-Algorithmus basiert. Anschließend wird die transiente Wärmeeinbringung und die Geometrie der Schweißnaht analysiert und mit dem temperaturunabhängigen Absorptionsmodell verglichen. Es wurde festgestellt, dass die Temperaturabhängigkeit der Laserabsorption entscheidend für die genaue Bestimmung der Wärmeeinbringung und der Schmelzbadgeometrie ist. Das entwickelte Modell wurde anhand der experimentellen Untersuchungen validiert und die Bedeutung der Temperaturabhängigkeit bei der Laserstrahlabsorption wurde für die Simulation des Laserstrahltiefschweißens quantifiziert. T2 - 44. Assistentenseminar Füge- und Schweißtechnik CY - Päwesin, Germany DA - 20.09.2023 KW - Laser beam welding KW - Numerical modeling KW - Ray tracing method KW - Weld pool dynamics PY - 2024 UR - https://www.dvs-media.eu/de/neuerscheinungen/4671/44.-assistentenseminar-fuegetechnik SN - 978-3-96144-267-6 VL - 394 SP - 57 EP - 68 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-60779 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -