TY - JOUR A1 - Üstündag, Ö. A1 - Fritzsche, André A1 - Avilov, V. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Study of gap and misalignment tolerances at hybrid laser arc welding of thick-walled steel with electromagnetic weld pool support system N2 - The hybrid laser arc welding (HLAW) process provides many advantages such as improved gap bridgeability, deep penetration and misalignment of edges, that is why the process is used increasingly in industrial applications e.g. shipbuilding, power plant industry and line-pipe manufacturing. The obvious encountered problem for single pass welding in flat position is the gravity drop-out at low welding velocities. With the usage of an electromagnetic weld pool support system, which is based on generating Lorentz forces within the weld pool, wide seams followed by reduced welding velocities could be achieved in this study leading to the realization of a gap bridgeability up to 1 mm, misalignment of edges up to 2 mm and a single pass weld up to 28 mm thickness with a 20-kW fibre laser. These developments expand the boundaries of the HLAW process for different industrial applications. As a result, less accurate preparation of the edges would be sufficient, which saves time for manufacturing. KW - Hybrid laser-arc welding KW - Electromagnetic weld pool support system KW - Thick-walled steel KW - Gap bridgeability KW - Single pass welding KW - Misalignment of edges PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-468263 DO - https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.08.016 SN - 2212-8271 VL - 74 SP - 757 EP - 760 PB - Elsevier AN - OPUS4-46826 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Weber, Gert A1 - Brauser, Stephan A1 - Gaul, Holger A1 - Rethmeier, Michael T1 - Study of fatigue behavior for spot welded tensile shear specimens of advanced high strength steels N2 - For automotive body-in-white applications the influence of manufacture-related gaps between the steel sheets and also of manufacture-related surface cracks on the fatigue behavior of tensile shear specimens for spot welded TRIP steel was analyzed. It was shown that gaps between the steel sheets reduce the fatigue strength, whereas the fatigue behavior is neither influenced by cracks in the electrode indentation area nor in the heat effected zone. KW - Automotive manufacteuring KW - Fatigue behavior KW - TRIP Steel HCT690T PY - 2012 DO - https://doi.org/10.1002/srin.201100286 SN - 1611-3683 SN - 0177-4832 VL - 83 IS - 10 SP - 988 EP - 994 PB - Verl. Stahleisen CY - Düsseldorf AN - OPUS4-27632 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Petrat, T. A1 - Graf, B. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael ED - Witt, G. ED - Eichmann, M. ED - Kniffka, W. T1 - Strategien zur Erreichung eines konstanten Volumenaufbaus bei der additiven Fertigung mittels Laser-Pulver-Auftragschweißen T1 - Strategies to achieve constant build-up with laser metal deposition N2 - Der Einsatz von Hochleistungswerkstoffen verlangt nach einer hohen Endformnähe der zu fertigenden Bauteile, um den Aufwand und somit die Kosten für Materialeinsatz und Nachbearbeitung möglichst gering zu halten. Der additive Einsatz in Form des Laser-Pulver-Auftragschweißens bietet hierfür durch den gezielten Materialauftrag ein hohes Potential. Herausforderungen bestehen in Bereichen der Vorhersagbarkeit und der Reproduzierbarkeit des Materialauftrages, sowie der Fertigungszeit. Unterschiedliche Einflüsse bei der Schichterzeugung führen dabei zu Abweichungen von der Soll-Geometrie. Die vorliegenden Untersuchungen behandeln den Einfluss von Spurgeometrie, Spurüberlappung, Verfahrweg und Aufbaureihenfolge auf die entstehende Bauteilform. Die Teilung einer Lage in Rand- und Kernbereich ermöglicht einen konturangepassten Verfahrweg und eine Erhöhung der Endformnähe innerhalb einer Ebene. Die Verwendung unterschiedlicher Spurgrößen bei der Bauteilerzeugung verdeutlicht die Möglichkeiten einer hohen Auftragsrate bei gleichzeitig hoher Formgenauigkeit. Bereits kleine Unterschiede beim Materialauftrag zwischen Kern- und Randbereichen, Start- und Endpunkten sowie in Bereichen des Richtungswechsels führen aufgrund von Fehlerfortpflanzung nachmehreren Lagen zu Abweichungen in der Aufbaurichtung. Kompensierungen mittels angepasster Baustrategien werden aufgezeigt und diskutiert. Die Nickelbasislegierung Inconel 718, die Titanlegierung Ti-6Al-4V sowie der austenitische Stahl 316L sind Bestandteil der vorliegenden Untersuchungen. Die gewonnenen Erkenntnisse verdeutlichen das Potenzial einer angepassten Aufbaustrategie zur reproduzierbaren Erzeugung von Bauteilen am Beispiel unterschiedlicher Körpergeometrien. T2 - Rapid.Tech International Trade Show & Conference for Additive Manufacturing CY - Erfurt, Germany DA - 14.06.2016 KW - Laser-Pulver-Auftragschweißen KW - Additive Fertigung KW - Aufbaustrategie KW - 3DDruck KW - Ti-6Al-4V KW - Inconel 718 KW - 316L PY - 2016 SN - 978-3-446-45017-2 SP - 49 EP - 60 PB - Carl Hanser Verlag CY - München, Germany AN - OPUS4-36571 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Neubert, S. A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - Strain-rate controlled Gleeble experiments to determine the stress-strain behavior of HSLA steel S960QL N2 - In order to generate a material data base for computational welding mechanics, temperature and strain-rate dependent stress-strain experiments were performed by using a Gleeble®3500 testing system. The object of the investigation was HSLA transformable steel S960QL and related solid phases as bainite, martensite and austenite. For the production of these solid phases, the base material was heat treated according to an average weld temperature cycle which was extracted within the heat affected zone of a thermal numerical weld simulation of a GMA weld. The hot tensile tests were carried out via cost-saving flat specimen geometries. Two experimental series with different strain-rates were conducted, where the longitudinal strain-rate was controlled by specification of the transversal strain-rate applying Poisson’s-ratio. Subsequently, the resulting stress-strain curves were approximated in accordance with the Ramberg-Osgood-materials law. Consequently, it is shown that the temperature and strain-rate dependent stress-strain behavior of metals can be successfully characterized by means of a Gleeble®-system. However, this requires a control of the longitudinal strain-rate by specification of the transversal strain-rate. The related experimental procedure and the method of evaluation are explained in detail. With regard to all tested solid phases, a significant strain-rate dependency can only be observed upwards from temperatures of 400 °C. Based on experimental results, Ramberg-Osgood-parameters will be presented to describe the stress-strain behavior of steel S960QL and related solid phases for temperatures between 25 °C and 1200 °C. Furthermore, the use of costsaving flat specimen-geometry appears reasonable. N2 - Für die Generierung einer Materialdatenbank zur Schweißstruktursimulation wurden temperatur- und dehnratenabhängige Spannungs-Dehnungsexperimente unter Einsatz einer Gleeble® 3500-Anlage durchgeführt. Als Untersuchungsgegenstand diente der hochfeste niedriglegierte Feinkornbaustahl S960QL und seine zugehörigen Festphasen Bainit, Martensit und Austenit. Zur Herstellung dieser Festphasen wurde der Grundwerkstoff Wärmebehandlungen ausgesetzt, welche die charakteristischen Merkmale eines durchschnittlichen Schweißzeittemperaturzyklus aufweisen. Dieser Temperaturzyklus wurde aus der Wärmeeinflusszone eines numerisch nachgebildeten Temperaturfeldes einer MAG-Schweißverbindung extrahiert. Die Zugversuche wurden an einer kostengünstig herzustellenden Flachprobengeometrie durchgeführt, wobei zwei Experimentalreihen mit jeweils unterschiedlichen Dehnraten realisiert wurden. Die resultierenden Spannungs-Dehnungskurven wurden durch die Ramberg-Osgood-Beziehung approximiert. Es konnte gezeigt werden, dass das temperatur- und dehnratenabhängige Spannungs-Dehnungsverhalten von Metallen durch die Anwendung eines Gleeble®-Systems erfolgreich charakterisiert werden kann. Die Einstellung der Längsdehnrate muss dabei durch die Kontrolle der Querdehnrate unter Berücksichtigung des Poisson-Verhältnisses erfolgen. Die experimentellen Prozeduren und die zugehörigen Auswertemethodiken wurden detailliert erläutert. Für alle getesteten Festphasen wurde ein signifikanter Dehnrateneinfluss erst für Temperaturen ab 400 °C aufwärts beobachtet. Die anhand der Messergebnisse abgeleiteten Ramberg-Osgood-Parameter zur Beschreibung des Verfestigungsverhaltens für den Temperaturbereich zwischen 25 °C und 1200 °C werden vollständig präsentiert. KW - Stress-strain behavior KW - Gleeble testing KW - HSLA KW - Strain-rate KW - Numerical welding simulation KW - Transformable steels PY - 2018 DO - https://doi.org/10.3139/120.111208 SN - 0025-5300 VL - 60 IS - 7-8 SP - 733 EP - 748 PB - Carl Hanser CY - München AN - OPUS4-45791 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Huo, W. A1 - Bakir, Nasim A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael A1 - Wolter, K. T1 - Strain Prediction Using Deep Learning during Solidification Crack Initiation and Growth in Laser Beam Welding of Thin Metal Sheets N2 - The strain field can reflect the initiation time of solidification cracks during the welding process. The traditional strain measurement is to first obtain the displacement field through digital image correlation (DIC) or optical flow and then calculate the strain field. The main disadvantage is that the calculation takes a long time, limiting its suitability to real-time applications. Recently, convolutional neural networks (CNNs) have made impressive achievements in computer vision. To build a good prediction model, the network structure and dataset are two key factors. In this paper, we first create the training and test sets containing welding cracks using the controlled tensile weldability (CTW) test and obtain the real strain fields through the Lucas–Kanade algorithm. Then, two new networks using ResNet and DenseNet as encoders are developed for strain prediction, called StrainNetR and StrainNetD. The results show that the average endpoint error (AEE) of the two networks on our test set is about 0.04, close to the real strain value. The computation time could be reduced to the millisecond level, which would greatly improve efficiency. KW - Convolutional neural network KW - Strain fields prediction KW - Laser beam welding KW - Solidification cracking PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-570565 DO - https://doi.org/10.3390/app13052930 VL - 13 IS - 5 SP - 1 EP - 15 PB - MDPI AN - OPUS4-57056 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Marko, A. A1 - Graf, B. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Statistical analysis of weld bead geometry in Ti6Al4V laser cladding N2 - The process of laser cladding has become more important during recent years because of its broad application for cladding, repair or additive manufacturing. In the field of mechanical engineering, one use is the repair of turbine blades. For high quality and reliability of the repaired components, it is necessary to adjust the weld bead geometry to the specific repair task. The bead geometry influences the metallurgical bonding and the degree of dilution as well as the formation of defects like pores or cracks. Therefore, it is important to know the effects of the different parameters on the welding bead. A valuable tool to meet this industrial challenge is the design of experiments (DoE). In this context, the user can choose between a huge number of test plans. Greater Profit of information is expected by a larger test range. In order to confirm the acceptance, a five-step full factorial test plan is compared to a central composite design in this paper. Moreover, the limits of the experimental range are indicated and restrictions can be derived. As the results show, the essential effects are detected with a full factorial test plan as well as with a central composite design. Merely the effect strength could not always be specified unambiguously. On this account and in consideration of cost efficiency, the use of central compound design is recommended in industrial applications. KW - Laser metal deposition KW - Design of experiments KW - Laser cladding KW - Cladding parameter KW - Additive manufacturing PY - 2017 DO - https://doi.org/10.3139/120.111077 SN - 0025-5300 SN - 2195-8572 VL - 59 IS - 10 SP - 837 EP - 843 PB - Carl Hanser Verlag CY - München AN - OPUS4-42882 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Weber, Gert A1 - Rethmeier, Michael T1 - Spot welding and weldbonding of high strength steels for lightweight auto body manufacturing N2 - The resistance spot weiding procedure is one of the most important joining technique in lightweight car body shell mass production. Especially for newly developed ultra high strength steels (UHSS) and advanced high strength steels (AHSS), this joining technique has more advantages than other thermal and mechanical joining procedures for thin Steel sheets. Additionally, the technique of adhesive bonding and its combination with the technique of resistance spot weiding called weldbonding becomes more and more important. The weldbonding affords many advantages, e.g. improved crash performance, fatigue behaviour and corrosion resistance. The main target of the contribution is to show the influence of different joined ultra and advanced high strength steels on the process reliability for both the resistance spot weiding process and the weldbonding process. In this connection the influence of surface conditions of the steel sheets, the applied adhesive and the choice of the weiding parameters on the process reliability will be studied. The results for the weldbonding procedure are based on different adhesives. Based on the representation of weiding current ranges by weldability lobes, Statements concerning the weldbonding process reliability for some special AHSS and UHSS will be given. The mechanical behaviour of spot welded and weldbonded joints for different AHSS and UHSS will be studied. T2 - EUROJOIN 8 - 8th European conference CY - Pula, Croatia DA - 24.05.2012 KW - Spot welding KW - Weldbonding KW - High strength steels KW - Process reliability KW - Mechanical properties of joints PY - 2012 SP - 633 EP - 643 AN - OPUS4-26383 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pittner, Andreas A1 - Winterkorn, René A1 - Fabry, Çağtay A1 - Rethmeier, Michael A1 - Thiele, Marc A1 - Baeßler, Matthias A1 - Brauser, S. T1 - SmartWeld - Leichtbautechnik für Tragstrukturen von Offshore Windenergieanlagen N2 - Die Anwendung von Leichtbauprinzipien im Stahlbau, wie z.B. die Verwendung von aufgelösten Tragstrukturen, sog. Jackets-Fundamenten, bietet ein großes Potential zur Reduzierung des Ressourcenverbrauchs, insbesondere im Hinblick auf die benötigte Stahlmenge. In diesem Vortrag zeigen wir die Potenziale einer vollständigen Digitalisierung der schweißtechnischen Fertigungs- und Prüfkette auf, um eine vollautomatische Fertigung sowie Qualitätsprüfung von Rohrknoten als Schlüsselelement von Jackets-Fundamenten zu ermöglichen. Darüber hinaus wird der Zusammenhang zwischen der Geometrie der Nahtform und der resultierenden Ermüdungsfestigkeit durch numerische Methoden unter Einbeziehung bionischer Prinzipien bewertet. Es wird gezeigt, dass Hohlprofilknoten vollautomatisch unter Berücksichtigung von Geometrietoleranzen geschweißt werden können. Darüber hinaus konnte die Nahtform gemäß den numerischen Modellen hergestellt werden, was ein großes Potenzial für eine verlängerte Lebensdauer bietet. Anschließend werden die Verbesserungen bei der Ressourceneffizienz und die Reduzierung der Kohlendioxidemissionen durch eine Lebenszyklusanalyse bewertet. T2 - 11. Zukunftskonferenz Wind & Maritim CY - Rostock, Germany DA - 01.09.2022 KW - Offshore Windenergieanlagen KW - Gründungsstrukturen KW - Leichtbauprinzipien KW - Automatisierte Fertigung PY - 2022 AN - OPUS4-56654 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - SmartWeld - Innovatives Design und Fertigungskonzept zur Steigerung der Leichtbaupotenziale im Stahlbau N2 - Die Anwendung von Leichtbauprinzipien im Stahlbau, wie z.B. die Verwendung von aufgelösten Tragstrukturen, sog. Jackets-Fundamenten, bietet ein großes Potential zur Reduzierung des Ressourcenverbrauchs, insbesondere im Hinblick auf die benötigte Stahlmenge. In diesem Vortrag zeigen wir die Potenziale einer vollständigen Digitalisierung der schweißtechnischen Fertigungs- und Prüfkette auf, um eine vollautomatische Fertigung sowie Qualitätsprüfung von Rohrknoten als Schlüsselelement von Jackets-Fundamenten zu ermöglichen. Darüber hinaus wird der Zusammenhang zwischen der Geometrie der Nahtform und der resultierenden Ermüdungsfestigkeit durch numerische Methoden unter Einbeziehung bionischer Prinzipien bewertet. Es wird gezeigt, dass Hohlprofilknoten vollautomatisch unter Berücksichtigung von Geometrietoleranzen geschweißt werden können. Darüber hinaus konnte die Nahtform gemäß den numerischen Modellen hergestellt werden, was ein großes Potenzial für eine verlängerte Lebensdauer bietet. Anschließend werden die Verbesserungen bei der Ressourceneffizienz und die Reduzierung der Kohlendioxidemissionen durch eine Lebenszyklusanalyse bewertet. T2 - Bundesverband der Windparkbetreiber Offshore: Tagung der Arbeitsgruppe Engineering CY - Online meeting DA - 26.11.2021 KW - Offshore Windenergieanlagen KW - Gründungsstrukturen KW - Automatisierte Fertigung KW - Aufgelöste Tragstrukturen PY - 2021 AN - OPUS4-56652 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Üstündag, Ö. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Single-pass Hybrid Laser Arc Welding of Thick Materials Using Electromagnetic Weld Pool Support N2 - Hybrid laser-arc welding process allows single-pass welding of thick materials, provides good quality formation of joints with minimal thermal deformations and a high productivity in comparison with arc-based welding processes. Nevertheless, thick-walled steels with a thickness of 20 mm or more are still multi-pass welded using arc welding processes, due to increased process instability by increasing laser power. One limitation factor is the inadmissible formation of gravity drop-outs at the root. To prevent this, an innovative concept of electromagnetic weld pool support is used in this study. With help of such system a stable welding process can be established for 25 mm thick steel plates and beyond. Sound welds could be obtained which are tolerant to gaps and misalignment of the welded parts. The adaptation of this system to laser and hybrid laser-arc welding process can dramatically increase the potential field of application of these technologies for real industrial implementation. T2 - Lasers in Manufacturing Conference 2019 CY - Munich, Germany DA - 24.06.2019 KW - Full Penetration KW - Hybrid Laser Arc Welding KW - Electromagnetic Weld Pool Support KW - Thick Materials PY - 2019 SP - 1 EP - 8 PB - WLT Wissenschaftliche Gesellschaft Lasertechnik e.V. AN - OPUS4-48971 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -