TY - CONF A1 - Sobol, Oded A1 - Böllinghaus, Thomas T1 - BAM’s role in materials science and hydrogen in metals: TOF-SIMS imaging N2 - Due to its low mass and high diffusivity in presence of compositional, thermal and mechanical gradients, hydrogen within a metallic microstructure can result in severe loss in ductility even at low concentrations and might lead eventually to a catastrophic and unpredictable failure of structural components during service. In this context, hydrogen mapping at the microscale is still considered among the most important challenges on the pathway towards a better understanding of the hydrogen transport and assisted cracking phenomena in metals, specifically in structural components, e.g. steels. Among the very few available techniques to localize hydrogen at the microscale, Time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) was proven to be a reliable tool. Based on the assumption that deuterium influence the microstructure similarly to hydrogen, in the following contribution ToF-SIMS was applied as the main technique to detect and locally map the deuterium distribution in several alloys: lean 2101 and standard 2205 duplex stainless steel (DSS), AISI 304L austenitic stainless steel and titanium 6Al-4V alloy. These alloys were selected as case studies in this work due to the wide use of them in many applications and environments which frequently provide critical conditions for hydrogen absorption and assisted degradation. The innovative design of in-situ and ex-situ experiments enabled us to elucidate the permeation, transport and trapping of deuterium in the microstructure in sub-micron resolution for the first time. In addition to the novel experimental setups, further progress was gained by applying computational multivariate data analysis (MVA) on the raw data and data fusion with high resolution structural characterization methods (scanning electron microscopy and electron back-scattered diffraction – SEM/EBSD). This combination allowed us to correlate the deuterium distribution and the influence on the microstructure. T2 - 4th Symposium on Innovative Measurement and Analysis for Structural Materials CY - Tokyo, Japan DA - 13.11.2018 KW - ToF-SIMS KW - Duplex stainless steel KW - Austenitic stainless steel KW - Principal Component Analysis KW - Data-fusion PY - 2018 UR - https://unit.aist.go.jp/tia-co/project/SIP-IMASM/sympo/2018/index.html AN - OPUS4-46867 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas A1 - Griesche, Axel A1 - Kannengießer, Thomas T1 - In situ Messung chemischer Konzentrationen im Schmelzbad von Duplexstählen während des WIG-Schweißens N2 - Die Kombination aus hoher Korrosionsbeständigkeit und guten mechanischen Eigenschaften von Duplexstählen (DSS) ist auf ihre chemische Zusammensetzung und das ausgewogene Phasenverhältnis von Ferrit (α) und Austenit (γ) zurückzuführen. Viele industrielle Anwendungen erfordern eine stoffschlüssige Verbindung von DSS. Das Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) ist relativ einfach zu handhaben, benötigt nur wenig Platz und ermöglicht ein automatisiertes Schweißen, mit sehr hoher Reproduzierbarkeit und ist daher hervorragend zum Schweißen von DSS. Während der Erstarrung dieser Dualphasenstähle kann es zu kritischen Phasenverhältnissen von α und γ kommen, was zu Erstarrungsrissen, Korrosionsanfälligkeit, geringerer Duktilität und kritischen Festigkeitswerten führt. Um die gewünschten Werkstoffeigenschaften zu erhalten, muss daher die α/γ-Verteilung zuverlässig vorhergesagt werden. Dies geschieht in der Regel mit Hilfe des WRC1992-Diagramms. Die Vorhersagegenauigkeit des Ferritgehalts in diesem Diagramm ist jedoch meist nicht genau genug und muss daher optimiert werden. Daher ist es notwendig, selbst kleinste Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung des Schweißguts idealerweise während des Schweißens zu überwachen. Dies wird in diesen Experimenten mit Hilfe der laser-induzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) durchgeführt. Ein großer Vorteil dieser Technik ist die hochgenaue zeit- und ortsaufgelöste Messung der chemischen Zusammensetzung während des Schweißens. In vorherigen Arbeiten wurde bereits die chemische Zusammensetzung im Schweißgut und der WEZ quantifiziert. In der präsentierten Untersuchung wird der Einfluss einzelner Elemente, wie Nb und Cu, auf das resultierende Schweißmikrogefüge untersucht. T2 - BMDK der Universität Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 08.11.2023 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - Duplex stainless steel KW - TIG welding KW - Calibration free PY - 2023 AN - OPUS4-58777 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas A1 - Griesche, Axel A1 - Kannengießer, Thomas T1 - In situ Messung der chemischen Konzentration in der Schmelze während des WIG-Schweißens von Duplexstählen zur Analyse der Phasenverteilung N2 - Die Kombination aus hoher Korrosionsbeständigkeit und guten mechanischen Eigenschaften von Duplexstählen (DSS) ist auf ihre chemische Zusammensetzung und das ausgewogene Phasenverhältnis von Ferrit (α) und Austenit (γ) zurückzuführen. Viele industrielle Anwendungen erfordern eine stoffschlüssige Verbindung von DSS. Das Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) ist relativ einfach zu handhaben, benötigt nur wenig Platz und ermöglicht ein automatisiertes Schweißen, mit sehr hoher Reproduzierbarkeit und ist daher hervorragend zum Schweißen von DSS. Während der Erstarrung dieser Dualphasenstähle kann es zu kritischen Phasenverhältnissen von α und γ kommen, was zu Erstarrungsrissen, Korrosionsanfälligkeit, geringerer Duktilität und kritischen Festigkeitswerten führt. Um die gewünschten Werkstoffeigenschaften zu erhalten, muss daher die α/γ-Verteilung zuverlässig vorhergesagt werden. Dies geschieht in der Regel mit Hilfe des WRC1992-Diagramms. Die Vorhersagegenauigkeit des Ferritgehalts in diesem Diagramm ist jedoch meist nicht genau genug und muss daher optimiert werden. Daher ist es notwendig, selbst kleinste Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung des Schweißguts idealerweise während des Schweißens zu überwachen. Dies wird in diesen Experimenten mit Hilfe der laser-induzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) durchgeführt. Ein großer Vorteil dieser Technik ist die hochgenaue zeit- und ortsaufgelöste Messung der chemischen Zusammensetzung während des Schweißens. In vorherigen Arbeiten wurde bereits die chemische Zusammensetzung im Schweißgut und der WEZ quantifiziert. In der präsentierten Untersuchung wird der Einfluss einzelner Elemente, wie Nb und Cu, auf das resultierende Schweißmikrogefüge untersucht. T2 - BMDK der Universität Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 25.01.2023 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - WRC 1992 diagram KW - Duplex stainless steel KW - TIG welding PY - 2023 AN - OPUS4-56902 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas A1 - Griesche, Axel A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Treutler, Kai A1 - Wesling, Volker T1 - Analyzing the impact of individual alloying elements on weld microstructure: In situ chemical composition measurement during TIG welding of Duplex Stainless Steels microstructure N2 - Various industrial applications require the joining of DSS components. Tungsten Inert Gas (TIG) welding is particularly well-suited for this purpose due to the ability to achieve highly reproducible automated welds. However, during solidification of the weld pool, critical phase ratios of ferrite (α) and austenite (γ) may occur, leading to solidification cracking, increased corrosion susceptibility, lower ductility and critical strength values. Hence, in order to achieve the desired material characteristics, it is crucial to accurately predict the α/γ phase ratio within the weld. Conventionally, the WRC-1992 diagram is employed for this purpose. In our study, we used Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) to track alterations in the chemical composition of the weld metal on the surface throughout the welding process. One significant benefit of this method is its capability to provide precise and real-time measurements of chemical compositions during welding, both temporally and spatially. In previous investigations, we could develop routines to quantify the measurement of chemical compositions within the weld metal and the Heat-Affected Zone (HAZ). The conducted research focuses on examining the alterations in chemical concentrations of specific alloying elements, namely Cu and Mn as γ-forming elements, and Nb and Cr as α-forming elements, during welding. These changes are measured in real-time using Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). To achieve this, both the ferrite number, determined through magnetic-inductive techniques, and the weld microstructure are analyzed. Through image-analytical methods, a correlation is established between the microstructure and the LIBS data obtained. T2 - AJP 2023 CY - Braga, Portugal DA - 19.10.2023 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - Duplex stainless steel KW - TIG welding PY - 2023 AN - OPUS4-58657 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas A1 - Gornushkin, Igor A1 - Griesche, Axel A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Treutler, Kai A1 - Wesling, Volker T1 - LIBS In situ Chemical Analysis in Duplex Stainless Steel Welding N2 - The high corrosion resistance and good mechanical properties of duplex stainless steel (DSS) are due to its special chemical composition, which is a balanced phase ratio of ferrite (α) and austenite (γ). Many industrial applications require the integration of DSS components. For this, tungsten inert gas welding (TIG) is an excellent choice, as it allows an automated operation with high reproducibility. However, when the weld pool solidifies, critical ratios of α- and γ- phases can occur, which leads to solidification cracking, increased susceptibility to corrosion, and a decrease in ductility and critical strength. Previous studies have shown that these defects can be caused by the accumulation of manganese and chromium in the heat affected zone (HAZ), and this accumulation can be detected using LIBS. Unlike conventional LIBS analyses, which requires reference samples to generate a calibration curve, calibration-free LIBS (CF-LIBS) can determine the chemical composition solely from the emission spectrum of the plasma. Numerous publications show that CF-LIBS is a fast and efficient analytical method for quantitative analysis of metal samples. We present the results of in situ CF-LIBS analysis during TIG DSS welding. Using a new approach, it is possible to quantitatively determine the chemical composition of the weld metal directly in the welding process. The results of the CF-LIBS analysis are compared with the results of the calibration-based PLS analysis and reasonable agreement is found. Thus, the CF-LIBS method offers the significant advantage of quickly measuring in situ the concentrations of the main alloying elements that prevent the formation of welding defects, without the tedious calibration procedure. T2 - EMSLIBS 2023 CY - Porto, Portugal DA - 04.09.2023 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - Duplex stainless steel KW - TIG welding KW - Calibration free PY - 2023 AN - OPUS4-58314 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -