TY - CONF A1 - Üstündag, Ömer T1 - Analysis of microstructure and mechanical properties of single-pass laser hybrid welded thick-walled steels up to 30 mm with contactless electromagnetic backing N2 - The study deals with the influence of the heat input on the thermal cycles, the microstructure and the mechanical properties for laser-hybrid welded steels of S355J2 with thicknesses up to 30 mm using a 20-kW high-power laser with contactless electromagnetic backing. The focus is on the change of the mechanical properties over the seam thickness. Therefore, the impact toughness and tensile strength were tested in different depths. Based on the experiments, a heat input of 1.3 kJ/mm - 1.6 kJ/mm, 2 kJ/mm - 2.4 kJ/mm and 3.7 kJ/mm were recommended when single-pass welding of 20 mm, 25 mm and 30 mm with a 20-kW laser in regard to the minimum requirements of the mechanical properties, respectively. Lower heat inputs led to undesired microstructure consisting of martensite, hardening and deteriorated impact toughness, where higher heat inputs led to grain-coarsening and even loss of impact strength due to the formation of retained-austenite on the grain boundaries. T2 - EMPOrIA 2023 - International Joint Conference CY - Aachen, Germany DA - 16.05.2023 KW - Laser hybrid welding KW - Electromagnetic backing KW - Thermal cycles KW - Charpy impact toughness KW - Thick-plate welding PY - 2023 AN - OPUS4-58614 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Putra, Stephen Nugraha A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Bachmann, Marcel A1 - Rethmeier, Michael T1 - Der Einfluss verschiedener räumlicher Diskretisierungsansätze des Ray-Tracing-Verfahrens bei der Simulation des Laserstrahltiefschweißen N2 - Die Wärmeverteilung des Lasers beim Laserstrahltiefschweißen ist für die Formgebung der Dampfkapillare und für die Schweißbaddynamik entscheidend. In dieser Arbeit werden die Laserwärmeverteilung und deren Einflüsse auf die Schweißbadtiefe sowie -breite numerisch anhand des Ray-Tracing-Verfahrens analysiert. Hierbei wird der La-serstrahl in mehreren Strahlenbündeln bzw. Subrays unterteilt. Diesbezüglich soll der Pfad der Subrays präzis be-rechnet werden, um die Dynamik der Dampfkapillare und des Schweißbades eines realen Schweißprozesses rich-tig abzubilden. Zu diesem Zweck beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Genauigkeitsverbesserung der Kontaktposition und der Reflexionsrichtung der Subrays auf der freien Oberfläche anhand der Level-Set-Methode. Um die Güte dieses Simulationsansatzes zu gewährleisten, wurde eine Gegenüberstellung mit den zwei klassischen Ray-Tracing-Verfahren mittels drei verschiedenen Benchmark-Testreihen durchgeführt. Anschließend wurden die Versuchsergebnisse zur Validierung der implementierten numerischen Ansätze verwendet. Im Rahmen dieser Arbeit kann es gezeigt werden, dass unterschiedliche Wärmeverteilung aufgrund der verschiedenen Ray-Tracing-Verfahren deutlich zu erkennen ist, welche wiederum die Schweißbaddynamik sowie die lokalisierte Dampfkapil-lardynamik stark beeinflussen. Ferner wurde es bestätigt, dass die implementierte Level-Set-Methode zu einer ge-naueren Ermittlung der Kontaktposition und der Reflexionsrichtung der Subrays und somit zu einer Verbesserung der simulierten Schmelzkontur führt. T2 - 43. Assistentenseminar Füge- und Schweißtechnik CY - Schwarzenberg/Erzgebirge, Germany DA - 27.09.2022 KW - Laser beam welding KW - Ray tracing method KW - Weld pool dynamics KW - Numerical modeling PY - 2023 UR - https://www.dvs-media.eu/de/neuerscheinungen/4584/43.-assistentenseminar-fuegetechnik SN - 978-3-96144-212-6 VL - 386 SP - 91 EP - 102 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-59119 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Gook, Sergej A1 - El-sari, Bassel A1 - Biegler, Max A1 - Rethmeier, Michael T1 - Application of AI-based welding process monitoring for quality control in pipe production N2 - The paper presents the experimental results into the development of a multi-channel system for monitoring and quality assurance of the multi-wire submerged arc welding (SAW) process for the manufacture of large diameter pipes. Process signals such as welding current, arc voltage and the acoustic signal emitted from the weld zone are recorded and processed to provide information on the stability of the welding process. It was shown by the experiments that the acoustic pattern of the SAW process in a frequency range between 30 Hz and 2.5 kHz contains the most diagnostic information. The on-line quality assessment of the weld seam produced is carried out in combination with methods of artificial intelligence (AI). From the results obtained, it can be concluded that the use of the latest concepts in welding and automation technology, combined with the high potential of AI, can achieve a new level of quality assurance in pipe manufacturing. KW - Submerged arc welding KW - Artificial intelligence KW - High-strength fine-grain steels KW - Quality control PY - 2024 DO - https://doi.org/10.37434/tpwj2024.06.01 SN - 0957-798X IS - 6 SP - 3 EP - 8 PB - The Paton Publishing House AN - OPUS4-61000 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Neumann, Benedikt A1 - Biegler, Max A1 - Goecke, Sven-Frithjof A1 - Rethmeier, Michael T1 - Detektion von Bindefehlern beim DED-Arc T1 - Detection of Lack of Fusion during DED-Arc N2 - Based on artificial intelligence (AI) developed for monitoring arc welding, this article presents a deep neural network for monitoring lack of fusion defects in wire arc additive manufacturing of aluminium. The aim is to detect defects in built-up volumes on the basis of weld source data. These can be successfully processed by the algorithm presented and a trained AI. The achieved accuracy of the network is 90 percent. N2 - In dem Beitrag wird aufbauend auf Machine-Learning-Modellen, welche bereits zum Überwachen des Schutzgasschweißen erforscht wurden, ein tiefes neuronales Netz (DNN) zum Monitoring beim DED-Arc von Aluminium vorgestellt. Ziel ist die Detektion von Bindefehlern in den aufgebauten Volumina auf Grundlage von in Echtzeit gemessenen Schweißstromquellensignalen. Es werden Merkmalsvariablen durch Vorverarbeitung extrahiert sowie die Korrelation zwischen den Merkmalsvariablen und den Defekten analysiert. Durch den vorgestellten Algorithmus werden diese automatisiert als Input an ein DNN übergeben. Das entwickelte und trainierte neuronale Netz erkennt anhand signifikanter Merkmale aus den Strom- und Spannungsdaten Bindefehler mit einer Genauigkeit von ca. 90 Prozent. KW - DED-Arc KW - Aluminiumschweißen KW - Bindefehler KW - Prozessüberwachung KW - Maschinelles Lernen KW - Deep Neural Network PY - 2024 DO - https://doi.org/10.1515/zwf-2024-1107 VL - 8 SP - 577 EP - 583 PB - Walter de Gruyter GmbH AN - OPUS4-61630 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gumenyuk, Andrey T1 - Determination of critical local straining conditions for solidification cracking at laser beam welding by experimental and numerical methods N2 - The phenomenon of solidification cracking has been the subject of numerous research projects over the years. Great efforts have been made to understand the fundamentals of hot cracking. It is generally agreed that solidification cracks form in the solidification range between the liquidus and solidus temperatures under the combination of thermal, metallurgical and mechanical factors. There is still a need to determine the time-resolved strain distribution in the cracksensitive region in order to analyse the local critical conditions for solidification cracking phenomena. This was a strong motivation for the development of a measurement system used in this study to estimate the local strains and strain rates in the zone where the solidification crack is expected to occur. The laser beam welding experiments were conducted using the Controlled-Tensile-Weldability test (CTW test) to apply an external strain condition during welding to generate solidification cracks. The CTW test is a test method for investigating the suscep�tibility of laser-welded joints to solidification cracking, in which the sample can be subjected to a defined strain at a defined strain rate during welding. In combination with experimental investigations, numerical simulations provide spatially detailed and time-dependent information about the strain development during the welding process, especially regarding the critical conditions for solidification cracking. Therefore, this tool was also used in the present study to evaluate the accuracy of measurement methods and to estimate experimentally derived values and their concrete influence on the formation of solidification cracks. By integrating experimental methods and numerical simulations, this study investigates the spatially resolved and temporally changing development of strain during welding, with a particular focus on the critical conditions that lead to the formation of solidification cracks. T2 - GAMM 94th Annual Meeting CY - Magdeburg, Germany DA - 18.03.2024 KW - Laser beam welding KW - Solidification cracking KW - FEM simulation PY - 2024 AN - OPUS4-62417 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Marquardt, R. A1 - Gook, S. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Handgeführtes Laserstrahlschweißen am T-Stoß eines niedrig legierten Stahls N2 - Das handgeführte Laserstrahlschweißen gewinnt in der Industrie zunehmend an Bedeutung, da die hohe Produktivität und die einfache Handhabung Unternehmen wirtschaftliche Vorteile bieten. Derzeit ist der Einsatz in der Industrie jedoch auf Teile mit ästhetischen Anforderungen beschränkt, die häufig aus hochlegiertem Stahl bestehen. Um das Handschweißen mit Laserstrahl auch für Bauteile aus kostengünstigen Stähle mit guten mechanischen Eigenschaften einsetzen zu können, untersucht diese Studie den Einfluss des Schutzgases auf die Porosität am mikrolegierten Stahl HX340LAD mit einer Dicke von 1,5 mm. Getestet wurden die Gase Argon, Stickstoff, CO2 sowie Mischungen aus Argon und CO2 an T-Stöße mit Zusatzdraht. Die Qualifizierung der Porosität erfolgte gemäß DIN EN ISO 13919-1 an Querschliffen als auch mittels Röntgenuntersuchung. Die Ergebnisse zeigen, dass für diesen Stahl die Bewertungsgruppe B mittels CO2 als Schutzgas erreicht werden kann. Stickstoff führt zu Gruppe C, Argon zu D. KW - Handgeführtes Laserstrahlschweißen KW - HHLW KW - Stahl KW - Laser PY - 2025 VL - 2025 IS - 06 SP - 44 EP - 47 PB - DVS Media AN - OPUS4-63345 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Marquardt, R. A1 - Osayi, J. A1 - Kmieciak, S. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Verschleißschutz einer Schneckengeometrie durch funktional gradierte Materialien N2 - Hochbelastete Stahlbauteile lassen sich durch Auftragen von Kobalt-Chrom Legierungen vor Verschleiß schüt-zen. Die plötzliche Änderung der Materialeigenschaften führt jedoch zu Spannungen und Rissen im Anbindungs-bereich. Daraus resultierende Abplatzungen stellen eine Gefahr für die Funktionsfähigkeit der Maschine und damit für Mensch und Umwelt dar. Um die Belastbarkeit der Schutzschicht zu verbessern, kann die Anbindung durch einen gradierten Materialübergang optimiert werden. Diese funktional gradierten Materialien können mit-tels pulverbasiertem Directed Energy Deposition aufgetragen werden. Die Methodik zum Aufbau und zur Quali-tätssicherung solcher Materialien wurde in vorangegangenen Arbeiten für dickwandige Geometrien gezeigt. Für dünnwandige Geometrien ist die Anwendbarkeit bisher unzureichend untersucht worden. Diese Arbeit zeigt am Beispiel einer dünnwandigen gradierten Schneckengeometrie die Einsatzfähigkeit der Methodik. Dafür wird die Gefügestruktur der Gradierung auf Fehler untersucht und der Härteverlauf gemessen. Außerdem wird die relative Dichte anhand eines bereits trainierten neuronalen Netzes vorhergesagt und mit einer Porositätsuntersuchung verglichen. T2 - 14. Tagung Verschleiß- und Korrosionsschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen CY - Halle (Saale), Germany DA - 12.06.2024 KW - Directed Enery Deposition KW - Funktionally Graded Material KW - Additive Manufacturing KW - DED KW - FGM KW - AM PY - 2024 AN - OPUS4-62688 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rethmeier, Michael A1 - Gook, Sergej A1 - Biegler, Max A1 - Gumenyuk, Andrey T1 - Anwendung einer Kombination aus Laserhybrid- und Unterpulverschweißen zum Fügen dicker Bleche aus Schiffbaustahl EH36 N2 - In diesem Beitrag wird ein Schweißverfahren vorgestellt, mit dem 30 mm dicke Bleche aus Schiffbaustahl EH36 effizient und werkstoffgerecht gefügt werden können. Die wirtschaftlichen Vorteile des Verfahrens ergeben sich aus dem Wegfall der aufwendigen Kantenvorbereitung und der Reduzierung des Schweißzusatzbedarfs. Die Stumpfschweißnähte werden in einer Lagen-/Gegenlage-Technik durch Laserhybridschweißen und Unterpulverschweißen ausgeführt. Dabei erfolgt die Laserhybridschweißung als Einschweißung mit einer Tiefe von etwa 25 mm, während die Unterpulvernaht als zweiter Durchgang auf der gegenüberliegenden Seite des Bauteils mit einer Einschweißtiefe von 8 mm aufgebracht wird. Die Überlappung der beiden Lagen gewährleistet einen geschlossenen Nahtquerschnitt. Dank der partiellen Durchschweißung der Laserhybridnaht entfällt die Notwendigkeit zur Wurzelformierung. Darüber hinaus bietet die Prozesskombination eine höhere Toleranz gegenüber Ungenauigkeiten in der Kantenvorbereitung, was die Prozesskomplexität reduziert. Der Einsatz dieses robusteren Verfahrens, das weniger von einer präzisen Kantenvorbereitung abhängig ist, erleichtert die Produktionsvorbereitung, minimiert die Fehleranfälligkeit und senkt die Nachbearbeitungskosten. Dies macht das Laserhybridschweißen besonders attraktiv für Anwendungen im Schiffbau. T2 - 22. Tagung Schweißen in der maritimen Technik und im Ingenieurbau CY - Hamburg, Germany DA - 13.05.2025 KW - Laserhybridschweißen KW - Unterpulverschweißen KW - Kerbschlagbiegeversuch PY - 2025 SP - 87 EP - 98 PB - DVS – Deutsche Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e. V AN - OPUS4-63342 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Winkler, Michael T1 - Automated Repair of Gas Turbine Blades Using DED-Arc N2 - Gas turbine blades are critical components in aerospace and power generation, often subject to wear, erosion, and fatigue-induced damage. Traditional repair methods are labor-intensive, costly, prone to inconsistencies, and not rapidly adaptable. This work presents an automated approach for repairing gas turbine blade tips using Wire and Arc Directed Energy Deposition (DED-Arc) in combination with a high-precision point to point registration technique of laser line triangulation (LLT) 3D scans. The proposed workflow begins with affixation of the milled down turbine blade to a work piece manipulator using a 3D printed clamping mechanism and a rough alignment of the turbine tip. Subsequently, the turbine blade’s geometry is acquired using a fully integrated 3D laser triangulation sensor, transforming, and aggregating the captured 2D line data into a 3D scan in the working user coordinate system using live feedback data from a finely calibrated industry robot. This point cloud representation of the real-world turbine blade is then used as the target during an advanced point-to-point shape registration technique transforming the digital representation of the repair process containing all relevant tool path and geometry data into the coordinate system of the real-world turbine blade. Afterwards, the turbine tip is then iteratively repaired whereby the turbine tip geometry is divided into differentiated sections, each with its own optimized process parameter set. A key innovation in this approach is the adaptability of the repair process through a closed-loop monitoring system. After each DED-Arc deposition, a 3D scan is performed to document the deposited geometry, to detect the interaction of the different process parameter sets, to activate an intervention if necessary, and calculate subsequent tool paths based on current geometry data. The results indicate that the combination of precise 3D scan registration with DED-Arc is a viable solution for the industrial-scale repair of gas turbine blades leading to significant reduction in labor, tooling, process, and time related cost. T2 - IIW Assembly CY - Genoa, Italy DA - 22.06.2025 KW - DED-Arc KW - Additive Manufacturing KW - Repair KW - Turbine Blade KW - Automation PY - 2025 AN - OPUS4-63624 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bachmann, Marcel A1 - Putra, Stephen Nugraha A1 - Yang, Fan A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Pusbatzkies, Pablo A1 - Rethmeier, Michael T1 - Elucidation of the Laser Beam Energy Attenuation by the Vapor Plume Formation during High Power Laser Beam Welding N2 - In high-power laser beam welding, a common phenomenon is the formation of a keyhole caused by the rapid evaporation of the material. Under atmospheric pressure, this evaporation generates a vapor plume that interacts with the laser beam, leading to energy attenuation and scattering of the laser radiation along its path. These interactions affect the stability of the process and the overall weld quality. This study investigates the influence of the vapor plume on the weld pool and keyhole dynamics during high-power laser beam welding of AlMg3 aluminum alloy through experimental and numerical approaches. The primary goal is to identify key vapor plume characteristics, particularly its length fluctuations, and to improve the accuracy of the numerical models. To achieve this, an algorithm was developed for the automated measurement of the vapor plume length using high-speed imaging and advanced data processing techniques. The measured plume length is then used to estimate the additional vapor heating and laser energy attenuation using the Beer–Lambert law. A refined numerical CFD model, incorporating 3D transient heat transfer, fluid flow, and ray tracing, was developed to evaluate the vapor plume’s impact. Results show that already the time-averaged plume length effectively captures its transient influence and aligns well with experimental weld seam geometries. Additionally, energy scattering and absorption caused by the vapor plume led to a wider weld pool at the top surface. The study also shows an increased percentage of keyhole collapses due to the reduced laser power absorption at the keyhole bottom, further highlighting the importance of accurately modeling vapor plume effects. T2 - International Congress of Applications of Lasers & Electro-Optics 2025 CY - Orlando, USA DA - 12.10.2025 KW - Laser beam welding KW - Vapor plume formation KW - Weld pool KW - Keyhole dynamics KW - Numerical modeling PY - 2025 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-64817 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -