TY - CONF A1 - Bakir, Nasim A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael ED - Bakir, Nasim T1 - Numerical simulation of solidification crack formation during laser beam welding of austenitic stainless steels under external load N2 - Solidification cracking phenomena taking place under Controlled Tensile Weldability (CTW) test conditions have already been investigated both experimentally and numerically via FEA in order to get a better understanding of the mechanisms of hot crack formation during laser beam welding of austenitic steel grades. This paper develops a three dimensional finite element model employing the contact elements technique to simulate the formation and propagation of solidification cracks during laser full penetration welding of fully austenitic stainless steel 1.4376. During the experimental procedure the resulting strain and displacement directed to the laser beam in the Close vicinity of the weld pool was measured at the surface of the workpiece using a Digital Image Correlation (DIC) technique with an external diode laser as an illuminating source. Local strain fields, global loads and crack lengths predicted by the model are in good Agreement with those observed in experiments. T2 - The 3rd IIW South‐East European Welding Congress CY - Timisoara, Romania DA - 03.06.2015 KW - Solidification cracking KW - DIC technique KW - Laser beam welding KW - Contact element KW - FEA PY - 2015 SN - 978-606-554-955-5 SP - 1 EP - 6 CY - Timisoara, Romania AN - OPUS4-36519 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rethmeier, Michael A1 - Gook, Sergej T1 - Verfahren zum fehlerfreien Laserstrahl-Hybridschweißen von geschlossenen Rundnähten N2 - In diesem Beitrag werden Ergebnisse der Untersuchungen eines Verfahrens zum fehlerfreien Laserstrahl-Hybridschweißen von geschlossenen Rundnähten vorgestellt. Das Verfahren zielt auf die Vermeidung von Schweißimperfektionen im Überlappbereich einer laserstrahlhybridgeschweißten Rundnaht. Eine Strategie der Prozessführung beim Schließen der Rundnaht wurde entwickelt, mit der ein fehlerfreier Überlappbereich durch die Kontrolle der Erstarrungsbedingungen am Schweißnahtende erreicht wird. Die kontrollierte Wärmeführung wird durch eine Anpassung der Parameter von beiden beteiligten Schweißprozessen, dem Laserstrahl- sowie MSG-Schweißprozess realisiert. Experimentelle Untersuchungen wurden an 12 mm bis 15 mm dicken Rohrabschnitten durchgeführt. Der Einfluss von Prozessparametern wie der Laserleistungsrampe und Rampenzeit, der Veränderung des Abbildungsmaßstabes und der Defokussierung des Laserstrahls auf die Erstarrungsbedingungen am Ende der Rundnaht wurde untersucht, um eine optimale Strategie zum Herausführen der Prozessenergie zu finden. Im Rahmen der experimentellen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass eine Defokussierung des Laserstrahls im Bereich zwischen 60 mm und 100 mm über einen kurzen Auslaufbereich der Naht von ca. 15 mm zu einer deutlich besseren Nahtausbildung im Überlappbereich führte. Es konnte eine günstige kelchförmige Schweißnahtform ohne eine Tendenz zur Rissbildung erzielt werden. Die Laseroptik mit motorisch angesteuertem Linsensystem ermöglichte dabei eine Vergrößerung des Laserstrahldurchmessers ohne eine Veränderung der Position des MSG-Lichtbogens relativ zur Bauteiloberfläche. T2 - DVS CONGRESS 2020 CY - Online meeting DA - 14.09.2020 KW - Endkrater KW - Rundnaht KW - Laserhybridschweißen PY - 2020 AN - OPUS4-51749 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Üstündag, Ömer A1 - Bakir, Nasim A1 - Gook, S. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Neueste Entwicklungen im Bereich des Hochleistungslaserstrahl- und Hybridschweißens von hohen Blechdicken N2 - Bislang kommt das Laserstrahlschweißen bzw. Laserhybridschweißen hauptsächlich bei Dickblechen mit einer Wandstärke von bis zu 15 mm zum Einsatz. Für Anwendungen über 20 mm war dieses Verfahren aufgrund einiger Herausforderungen bisher nur bedingt realisierbar. Eine von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) entwickelte elektromagnetische Schmelzbadunterstützung ermöglicht nun ein einlagiges Schweißen von bis zu 30 mm Wandstärke. KW - Laserstrahlschweißen KW - Laserhybridschweißen KW - Modellierung KW - Elektromagnetische Schmelzbadunterstützung KW - Kaltzähe Stähle PY - 2020 VL - 2 SP - 26 EP - 30 PB - DVV Media Group GmbH CY - Hamburg AN - OPUS4-51632 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Gook, S. A1 - El-Sari, B. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael A1 - Lichtenthäler, F. A1 - Stark, M. T1 - Multiple-wire submerged arc welding of high-strength fine-grained steels N2 - Ensuring the required mechanical-technological properties of welds is a critical issue in the application of multi-wire submerged arc welding processes for welding high-strength fine-grained steels. Excessive heat input is one of the main causes for microstructural zones with deteriorated mechanical properties of the welded joint, such as a reduced notched impact strength and a lower structural robustness. A process variant is proposed which reduces the weld volume as well as the heat input by adjusting the welding wire configuration as well as the energetic parameters of the arcs, while retaining the advantages of multiwire submerged arc welding such as high process stability and production speed. KW - Submerged arc welding KW - High-strength fine-grained steels KW - Mechanical properties of the joints KW - Energy parameters of the arc PY - 2022 DO - https://doi.org/10.37434/tpwj2022.01.02 SN - 0957-798X IS - 1 SP - 9 EP - 13 PB - Paton Publishing House CY - Kiev AN - OPUS4-54701 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Raute, J. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Untersuchung zur Herstellung von Cu-Strukturen mittels Wire Electron Beam Additive Manufacturing N2 - Das Additive Manufacturing gewinnt zunehmend an Bedeutung für die Fertigung metallischer Bauteile im industriellen Umfeld. Hierbei wird zunehmend auch auf drahtförmige Ausgangswerkstoffe gesetzt, da diese Vorteile im Handling bieten, bereits in der Industrie etabliert sind und sich in der Regel durch geringere Beschaffungskosten auszeichnen. In den letzten Jahren entwickelte sich neben den bereits im großen Umfeld untersuchten Wire-DED-Verfahren auch eine Prozessvariante unter Nutzung des Elektronenstrahls zur industriellen Marktreife. Dabei zeigt die als Wire Electron Beam Additive Manufacturing bezeichnete Technologie besondere Vorteile gegenüber anderen, zumeist Laser- oder Lichtbogen-basierten DED-Prozessen. Das Verfahren bietet vor allem Potenzial für die Verarbeitung von hochleitfähigen, reflektierenden oder oxidationsgefährdeten Werkstoffen. Insbesondere für die Herstellung von Bauteilen aus Kupferlegierungen zeigt sich der Elektronenstrahl als besonders geeignet. Um das Verfahren einem breiten Anwenderkreis in der Industrie zugänglich zu machen, fehlen jedoch übergreifende Daten zu Leistungsfähigkeit, Prozessgrenzen und Anwendungsmöglichkeiten. Die vorliegende Untersuchung beschäftigt sich mit dieser Problemstellung am Beispiel zweier Cu-Werkstoffe. Dabei werden ein korrosionsbeständiger Werkstoff aus dem maritimen Bereich sowie eine Bronze mit guten Verschleißeigenschaften aus dem Anlagenbau getestet. Über mehrstufige Testschweißungen wurden die physikalisch möglichen Prozessgrenzen ermittelt und Rückschlüsse über die Eignung der Parameter zum additiven Aufbau gezogen. Hierfür wurden zunächst optimale Bereiche für den Energieeintrag anhand von Volumenenergie sowie mögliche Schweißgeschwindigkeiten untersucht. Anschließend wurde die Skalierbarkeit des Prozesses anhand von Strahlstrom und Drahtvorschub getestet. Als wesentliche Zielgrößen wurden dabei Spurgeometrie, Aufmischung und Härte herangezogen. Die Eignung der ermittelten Parameter wurde im letzten Schritt exemplarisch anhand einer additiven Testgeometrie in Form eines Zylinders nachgewiesen. T2 - DVS Congress 2022 Große Schweißtechnische Tagung DVS CAMPUS CY - Koblenz, Germany DA - 19.09.2022 KW - WEBAM KW - Electron beam KW - EBAM KW - Wire electron beam additive manufacturing PY - 2022 SN - 978-3-96144-189-1 VL - 382 SP - 446 EP - 454 PB - DVS Media AN - OPUS4-56058 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Srinivasan, Krishnanand A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Laser Metal Deposition of Rene 80 – Microstructure and Solidification Behaviour Modelling N2 - New developments in nickel-based superalloys and production methods, such as the use of additive manufacturing (AM), can result in innovative designs for turbines. It is crucial to understand how the material behaves during the AM process to advance industrial use of these techniques. An analytical model based on reaction-diffusion formalism is developed to better explain the solidification behavior of the material during laser metal deposition (LMD). The well-known Scheil-Gulliver theory has some drawbacks, such as the assumption of equilibrium at the solid-liquid interface, which is addressed by this method. The solidified fractions under the Scheil model and the pure equilibrium model are calculated using CALPHAD simulations. Differential scanning calorimeter is used to measure the heat flow during the solid-liquid phase transformation, the result of which is further converted to solidified fractions. The analytical model is compared with all the other models for validation. T2 - Lasers in Manufacturing Conference 2023 CY - Munich, Germany DA - 26.06.2023 KW - Additive manufacturing KW - Laser metal deposition KW - Solidification behaviour KW - Analytical model KW - Nickel-based superalloy PY - 2023 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-58612 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rethmeier, Michael A1 - Artinov, Antoni A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Bakir, Nasim A1 - Üstündag, Ömer A1 - Bachmann, Marcel A1 - Gumenyuk, Andrey T1 - The bulging effect and its relevance in high power laser beam welding N2 - The present work deals with the recently confirmed widening of the weld pool interface, known as a bulging effect, and its relevance in high power laser beam welding. A combined experimental and numerical approach is utilized to study the influence of the bulge on the hot cracking formation and the transport of alloying elements in the molten pool. A technique using a quartz glass, a direct-diode laser illumination, a high-speed camera, and two thermal imaging cameras is applied to visualize the weld pool geometry in the longitudinal section. The study examines the relevance of the bulging effect on both, partial and complete penetration, as well as for different sheet thicknesses ranging from 8 mm to 25 mm. The numerical analysis shows that the formation of a bulge region is highly dependent on the penetration depth and occurs above 10 mm penetration depth. The location of the bulge correlates strongly with the cracking location. The obtained experimental and numerical results reveal that the bulging effect increases the hot cracking susceptibility and limits the transfer of alloying elements from the top of the weld pool to the weld root. T2 - 1st Annual Assembly and Conference of The Welding Federation of Africa (TWF-Africa) CY - Cairo, Egypt DA - 14.03.2023 KW - Laser beam welding KW - Melt pool dinamics PY - 2023 AN - OPUS4-58695 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kampffmeyer, D. A1 - Wolters, M. A1 - Raute, J. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Laserstrahlauftragschweißen – Einfluss von Schutzgasgemischen auf die Bauteilqualität N2 - Im Additive Manufacturing Verfahren Directed Energy Deposition (DED) wird bei der Verarbeitung von Werkzeugstahl in der Regel reines Argon als Schutzgas verwendet. Dabei kann die Verwendung von speziellen Schutzgasgemischen, auch bei geringen Anteilen zugemischter Gase, durchaus die Bauteilqualität positiv beeinflussen. In Vorarbeiten der Messer SE & Co. KGaA zeigte ein gewisser Sauerstoffanteil im Schutzgas die Tendenz, den Flankenwinkel von Schweißspuren beim DED zu verbessern. In der vorliegenden Studie wurde daher detailliert untersucht in wie weit unterschiedliche Schutzgasgemische einen Einfluss auf die Qualität sowie die geometrischen Eigenschaften der additiv gefertigten Strukturen des Werkzeugstahls 1.2709 beim Laser-DED ausüben. Es erfolgten zunächst Testschweißungen in Form von Einzelspuren mit unterschiedlichen Gemischen aus dem Basisschutzgas Argon mit geringen Anteilen verschiedener Gase. Dabei wurde der Einfluss der Zusätze auf die Spurgeometrie und Aufbauqualität untersucht. Auf Basis dieser Vorversuche wurde eine Auswahl vielversprechender Gasgemische getroffen und Detailuntersuchungen in Form von Spuren, Flächen und Quadern unter Zugabe verschiedener Mengen an Zusätzen durchgeführt. Zur Bewertung des Einflusses der Schutzgasbeimengungen wurden der Flankenwinkel, die Porosität und das Gefüge der Proben anhand metallografischer Schliffe untersucht. Es zeigte sich, dass eine Zugabe von geringen Anteilen an Zusätzen zunächst zu einer Vergrößerung des Flankenwinkels im Vergleich zu reinem Argon führt. Mit steigendem Anteil der Gase nimmt dieser Winkel jedoch ab. So kann je nach Menge des zugesetzten Gases eine individuelle Benetzung des aufgetragenen Materials an der Oberfläche erreicht werden. Auch die Porosität ließ sich durch Schutzgasgemische beeinflussen und zeigt ein abweichendes Verhalten im Vergleich zu reinem Argon. T2 - DVS Congress 2023 Große Schweißtechnische Tagung DVS CAMPUS CY - Essen, Germany DA - 11.09.2023 KW - Laser-Pulver-Auftragschweißen KW - DED-LB KW - Schutzgas KW - Additive Fertigung PY - 2023 SN - 978-3-96144-230-0 SP - 505 EP - 511 PB - DVS-Media AN - OPUS4-58585 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bachmann, Marcel A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Artinov, Antoni A1 - Rethmeier, Michael T1 - Evaluation of narrowed weld pool shapes and their effect on resulting potential defects during deep penetration laser beam welding N2 - This study presents mechanisms of the evolution of a narrowed region in the weld pool center during deep penetration laser beam welding. In numerous numerical studies presented in this study, it was also found that the local reduction of the weld pool size can cause detrimental effects on the melt flow behavior and the resulting properties of the welds. A particularly large influence of this effect was identified in three aspects. Firstly, the local variation of the solidification sequence of the weld pool causes an increase in the hot-cracking susceptibility due to a locally delayed solidification. Secondly, it was proven that a change in the local length and width of the weld pool is associated with an adverse impact on the potential flow routes of the molten material that induces stronger local variations of its solidification. Thus, the element mixing, e.g. during the welding with filler materials, is blocked. This leads to a non-homogeneous chemical composition of the final weld and can cause undesired effects on the final material properties. Finally, another observed effect is related to the reduced ability of process pores to reach the top surface. As this type of porosity is usually produced around the keyhole tip, the change of the fluid flow regime above this area plays a significant role in determining the final path of the pores until the premature solidification in the middle of the weld pool captures them. This study summarizes mainly numerical results which were supported by selected experimental validation results. T2 - International Congress of Applications of Lasers & Electro-Optics 2022 CY - Orlando, FL, USA DA - 17.10.2022 KW - Weld pool shape KW - Laser beam welding KW - Solidification KW - Porosity KW - Numerical process simulation PY - 2022 SP - 1 AN - OPUS4-56532 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Raute, J. A1 - Marquardt, R. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Untersuchung zum Elektronenstrahlschweißen additiv gefertigter Ni-Basis-Bauteile N2 - Die vorliegende Untersuchung befasst sich mit dem Einfluss des Additive Manufacturing auf die Schweißeignung von Bauteilen aus Inconel 718. Hierfür wurden Proben mittels DED und L-PBF hergestellt und ihr Verhalten in Blindschweißversuchen anhand eines Vergleichs mit konventionellen Gussblechen untersucht. Im zweiten Schritt wurden die verschiedenen additiv hergestellten Proben mit dem Gussmaterial im I-Stoß sowie untereinander verschweißt. Als Schweißverfahren wurde für alle Proben das Elektronenstrahlschweißen angewandt. Zur Auswertung wurde anhand von Schliffen das Nahtprofil vermessen und die Proben auf Poren und Risse untersucht. Zusätzlich wurde die Dichte vermessen und eine Prüfung auf Oberflächenrisse durchgeführt. Das AM-Material zeigte dabei Unterschiede in Nahtform und Defektneigung im Vergleich zum Gusswerkstoff. Insbesondere die DED-proben neigten unter bestimmten Parameterkonstellationen verstärkt zu Porenbildung. Risse konnten nicht beobachtet werden. Trotz auftretender Nahtunregelmäßigkeiten wurde in den kombinierten AM-Schweißproben die Bewertungsgruppe C erreicht. Eine Prüfung der bestehenden Regelwerke zur Schweißnahtbewertung anhand der gewonnenen Erkenntnisse zu additiv gefertigten Proben im Elektronenstrahlschweißprozess zeigte keinen Ergänzungsbedarf. T2 - #additivefertigung: Metall in bestForm CY - Essen, Germany DA - 26.10.2022 KW - Elektronenstrahlschweißen KW - Additive Fertigung KW - Schweißnahtbewertung PY - 2022 SN - 978-3-96144-202-7 VL - 383 SP - 81 EP - 92 PB - DVS-Media GmbH AN - OPUS4-56173 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rethmeier, Michael T1 - Welding of thick metal plates with laser - Where are the limits? N2 - -With modern high-power lasers (and vacuum) penetration around 100 mm is possible -Important for industrial applications: single-pass full penetration welds with tolerances -Contactless EM-backing helps to overcome many main restrictions: -Single-pass HLAW of up to 30 mm can be realized with 20 kW laser power -Increase of the gap bridgeability and misalignement of edges -Lower sensitivity to manufacturing tolerances and edge quality; samples can be prepared by a plasma-cut instead of time-consuming milling process -Gives the possibility to increase the welding parameter window and cooling rate so that the required mechanical properties can be reached -Improved filler wire mixing behaviour T2 - AKL22 - International Laser Technology Congress CY - Aachen, Germany DA - 04.05.2022 KW - Laser hybrid welding KW - Thick-walled steel KW - High-power laser KW - Electromagnetic backing PY - 2022 AN - OPUS4-56367 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Üstündag, Ömer A1 - Bakir, Nasim A1 - Pittner, Andreas A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Einlagiges MSG-Hochleistungsschweißen von dickwandigen Baustählen mit kontaktloser elektromagnetischer Schmelzbadsicherung N2 - Diese Arbeit zeigt erstmals die Anwendung einer elektromagnetischen Schmelzbadsicherung beim einlagigen MSG-Schweißen von dickwandigen Stählen. Die innovativen Entwicklungen im Bereich des Lichtbogenschweißverfahrens ermöglichen eine Erhöhung der Abschmelzleistung, um die Einschweißtiefe zu steigern. Somit kann die Lagenanzahl reduziert und die Produktivität gesteigert werden. Allerdings besteht insbesondere beim einlagigen Schweißen von dickwandigen Bauteilen in PA-Position ein erhöhtes Risiko für das gravitationsbedingte Austropfen der Schmelze an der Wurzel. Zur Verhinderung werden Badsicherungen eingesetzt, die mechanisch angebracht und nach dem Schweißen entfernt werden müssen, was zeit- und kostenintensiv ist. Die im Rahmen dieser Studie eingesetzte elektromagnetische Schmelzbadsicherung wirkt dem gravitationsbedingten Austropfen der Schmelze entgegen und kompensiert den hydrostatischen Druck. Sie wirkt kontaktlos, was im Gegensatz zu herkömmlichen Badsicherungen vorteilhaft ist, so dass auf eine zeit- und kostenintensive Nachbearbeitung der Schweißnahtwurzel verzichtet werden kann. Das auf extern angelegten oszillierenden Magnetfeldern beruhende Verfahren wird dabei unterhalb des zu schweißenden Bauteils positioniert. Die Magnetfeldlinien sind quer zur Schweißrichtung ausgerichtet, sodass längs zur Schweißrichtung Wirbelströme im Werkstück und eine stets nach oben gerichtete Lorentzkraft generiert werden. Mit Hilfe der elektromagnetischen Badsicherung konnten beim einlagigen MSG-Schweißen von bis zu 10 mm dicken Blechen die Tropfenbildung vermieden werden. Die innovative Technologie ermöglicht es, dickwandige Bauteile einlagig zu schweißen und reduziert die Nachbearbeitungszeiten und -kosten deutlich. T2 - DVS Congress 2022 - Große Schweißtechnische Tagung CY - Koblenz, Germany DA - 19.09.2022 KW - Elektromagnetische Schmelzbadsicherung KW - Hochleistungsschweißen KW - MSG-Schweißen PY - 2022 SN - 978-3-96144-189-1 VL - 382 SP - 640 EP - 645 PB - DVS Media GmbH AN - OPUS4-56371 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Jokisch, T. A1 - Gook, S. A1 - Marko, A. A1 - Üstündag, Ömer A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Laser beam welding of additive manufactured components: Applicability of existing valuation regulations N2 - With additive manufacturing in the powder bed, the component size is limited by the installation space. Joint welding of additively manufactured parts offers a possibility to remove this size limitation. However, due to the specific stress and microstructure state in the additively built material, it is unclear to what extent existing evaluation rules of joint welding are also suitable for welds on additive components. This is investigated using laser beam welding of additively manufactured pipe joints. The welds are evaluated by means of visual inspection, metallographic examinations as well as computed tomography. The types of defects found are comparable to conventional components. This is an indicator that existing evaluation regulations also map the possible defects occurring for weld seams on additive components. KW - Weld imperfections KW - Additive manufacturing KW - Weldability KW - Laser welding PY - 2022 VL - 2 SP - 109 EP - 113 PB - DVS Media GmbH AN - OPUS4-56374 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Üstündag, Ömer A1 - Bakir, Nasim A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Elektromagnetische Schmelzbadbeeinflussung beim Laserhybridschweißen von Dickblechen N2 - Die technischen Entwicklungen in der Lasertechnologie in den letzten Jahrzehnten haben eine neue Generation von Hochleistungslasersystemen im Leistungsbereich bis zu 100 kW auf den Markt gebracht. Dennoch ist die industrielle Anwendung des Hochleistungslaserstrahlschweißens auf bis zu 15 mm dicke Bleche beschränkt. Mögliche Ursachen der Einschränkungen des Verfahrens sind z.B. die Sensibilität des Verfahrens auf Fertigungstoleranzen wie Spalt und Kantenversatz, die erhöhte Tropfenbildung bei höheren Blechdicken und eine inhomogene Verteilung des Zusatzwerkstoffes beim Laserhybridschweißen. In dieser Studie wird ein auf extern angelegte Magnetfelder basierte elektromagnetische Schmelzbadstütze eingesetzt, um die Grenzen des Verfahrens zu erweitern und die Herausforderungen zu minimieren. Der wesentliche Vorteil der elektromagnetischen Schmelzbadstütze ist, dass sie berührungslos arbeitet. Mit Hilfe der elektromagnetischen Schmelzbadstütze konnten bei 20 mm dicken Proben aus S355J2 die Tropfenbildung an der Wurzel vermieden werden. Zudem wurde der Einfluss der Kantenqualität auf die Schweißnahtqualität untersucht, wobei verschiedene Schneidverfahren zur Kantenvorbereitung eingesetzt wurden, wie z.B. Plasma-, Brenn- oder Laserschneiden. Es konnte gezeigt werden, dass auch bei schlechteren Kantenvorbereitung im Gegensatz zu gefrästen Bauteilen die Werkstoffe einlagig mittels Laserhybridschweißen bei einer hohen Schweißnahtqualität gefügt werden konnten. Bei plasmageschnittenen Proben wurden zudem eine Spaltüberbrückbarkeit bzw. Kantenversatz von bis zu 2 mm sicher überbrückt. Des Weiteren war es mit Hilfe der externen Magnetfelder möglich, die Durchmischung des Zusatzwerkstoffes über die gesamte Schweißnahttiefe deutlich zu homogenisieren. T2 - 42. Assistentenseminar der Wissenschaftlichen Gesellschaft Fügetechnik e.V. CY - Blankenau, Germany DA - 06.10.2021 KW - Elektromagnetische Schmelzbadstütze KW - Laserhybridschweißen KW - Dickblech PY - 2022 VL - 385 SP - 1 EP - 7 PB - DVS Media GmbH AN - OPUS4-56375 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Marko, A. A1 - Bähring, S. A1 - Raute, J. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Prognose von Qualitätsmerkmalen durch Anwendung von KI-Methoden beim Directed 10 Energy Deposition N2 - Dieser Beitrag enthält die Ergebnisse eines im Rahmen der DVS Forschung entwickelten Ansatzes zur Qualitätssicherung im Directed Energy Deposition. Es basiert auf der Verarbeitung verschiedener während des Prozesses gesammelter Sensordaten unter Anwendung Künstlicher Neuronale Netze (KNN). So ließen sich die Qualitätsmerkmale Härte und Dichte auf der Datenbasis von 50 additiv gefertigten Probenwürfel mit einer Abweichung < 2 % vorhersagen. Des Weiteren wurde die Übertragbarkeit des KNN auf eine Schaufelgeometrie untersucht. Auch hier ließen sich Härte und Dichte hervorragend prognostizieren (Abweichung < 1,5 %), sodass der Ansatz als validiert betrachtet werden kann. KW - Kl KW - Directed Energy Depositio KW - Qualitätssicherung PY - 2022 SN - 0036-7184 VL - 74 IS - 10 SP - 672 EP - 679 PB - DVS Media CY - Düsseldorf AN - OPUS4-56284 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Petrat, Torsten A1 - Graf, B. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Build-up strategies for generating components of cylindrical shape with laser metal deposition N2 - Laser Metal Deposition LMD) as additive manufacturing process offers the potential to produce near net shape components. This reduces the amount of material and post-processing. The components are composed of individual layers. Already mall irregularities within a layer can add up over multiple layers and lead to error propagation. This paper deals with the issue of build-up strategies to minimize irregularities and prevent error propagation. Different travel paths and the influence of a changing starting point regarding to error propagation are discussed. Different deposition rates between core and peripheral area are detected and successfully compensated by adjusting the build-up sequence. Stainless steel and titanium alloy Ti-6Al-4V are used in the experiments. The results are intended to illustrate the potential of an adjusted build-up strategy and provide basic information on the way to an automated deposition process. This paper is of interest for engineers in industry or science using LMD as additive manufacturing process. T2 - Lasers in Manufacturing Conference 2015 CY - Munich, Germany DA - 22.06.2015 KW - Ti - 6Al - 4V KW - Additive Manufacturing KW - Build - up Strategy KW - Laser Metal Deposition KW - Stainless Steel PY - 2015 UR - http://www.wlt.de/lim/Proceedings/Stick/sessions.html SP - 1 EP - 6 AN - OPUS4-37829 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fabry, Çağtay A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - Automatisierungs- und Regelkonzepte für das MSG-Engspaltschweißen - Pendel- und Füllgradregelung N2 - Das MSG-Engspaltschweißen eignet sich auf Grund der I-Nahtvorbereitung besonders für das wirtschaftliche Fügen bei hohen Blechdicken über 100 mm und bietet darüber hinaus zusätzliche technologische Vorteile. Für die automatisierte Anwendung des Verfahrens unter Produktionsbedingungen muss dabei die Prozesssicherheit auch für mitunter große Variationen der Spaltbreite entlang der Schweißnaht gesichert bleiben. In erster Linie betrifft dies bei mechanischer Auslenkung der Drahtelektrode die Adaption der Pendelbewegung auf die jeweilige Spaltbreite um eine ausreichende Flankenanbindung zu garantieren. Für die Online-Regelung der Pendelbewegung mittels Lichtbogensensorik wurde eine Methode implementiert die die notwendigen Pendelwinkel an jeder Nahtflanke unabhängig ermittelt und darüber hinaus Fehlstellungen des Brenners sowie Veränderungen des Kontaktrohrabstandes und der Prozessparameter eigenständig kompensiert. Eine Füllgradregelung auf Grundlage optischer Erfassung und Auswertung der Schweißnahtgeometrie wurde zusätzlich eingesetzt um bei veränderlichen Nahtquerschnittsflächen einen vorgegebenen, gleichbleibenden Lagenaufbau zu erzielen. T2 - WGF Assistentenseminar 2016 CY - Paewesin, Germany DA - 06.09.2016 KW - MSG-Engspaltschweißen KW - MAG Prozesssteuerung KW - Sensorik KW - Lichtbogensensorik KW - Profilvermessung PY - 2018 SN - 978-3-96144-025-2 VL - 339 SP - 1 EP - 7 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-44284 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Graf, B. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - 3D laser metal deposition in an additive manufacturing process chain N2 - Laser metal deposition is described with its applications for additive manufacturing. The necessary process chain is discussed, with regard to weld bead dimensions and 3D build-up strategy. Metallurgical cross sections, x-ray and tensile tests are conducted. As demonstrative components, a gas turbine burner and a turbine blade are shown. T2 - 1st International Congress on Welding, Additive Manufacturing and Associated Non- CY - Metz, France DA - 17.05.2017 KW - Laser metal deposition KW - Additive manufacturing KW - Ti-6Al-4V KW - Turbine industry KW - Process chain PY - 2017 UR - https://icwam.com/sites/default/files/Abstract%20book.pdf SP - AM 34-2 EP - 3 AN - OPUS4-43190 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fritzsche, André A1 - Bachmann, Marcel A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Einsatz einer elektromagnetischen Schmelzbadstütze beim Laserstrahl-(Hybrid)schweißen dickwandiger Stahlbauteile N2 - Die experimentellen Untersuchungen innerhalb dieses Berichtes zeigen die erfolgreiche Anwendung einer elektromagnetischen Schmelzbadstütze beim Laser-strahl(hybrid)schweißen von ferromagnetischen Stäh-len mit einer Werkstückdicke von bis zu 20 mm. Bis-lang wurde dieses System zur Kompensation des hydrostatischen Druckes von Aluminiumlegierungen und austenitischen Stählen eingesetzt. Zunächst wur-den die Versuche an Duplexstählen vorgenommen, die jeweils zur Hälfte aus Austenit und Ferrit bestehen. Im Anschluss daran wurden die Versuche auf bis zu 20 mm dicke Werkstücke aus Baustahl erweitert. In-nerhalb der Versuchsreihen wurden die AC-Leistung sowie die Oszillationsfrequenz variiert. Für Werk-stückdicken von 15 mm war eine AC-Leistung von ca. 1 kW notwendig, um die Wurzelüberhöhung in die Bewertungsgruppe B der für laserstrahlgeschweißten Stähle gültigen DIN EN ISO 13919-1:1996-09 einord-nen zu können. Mit zunehmender AC-Leistung wird die Wurzelüberhöhung sukzessive reduziert. Nach erfolg-reicher Erweiterung auf ferromagnetische Werkstoffe wurde die Anwendung der Technologie für das Laser-strahlhybridschweißen demonstriert, indem praxisrele-vante Y-Nähte an 20 mm dicken Baustählen ohne Wurzelüberhöhung einlagig in Wannenlage geschweißt wurden. Trotz der Beeinflussung des Lichtbogens durch das oszillierende Magnetfeld sowie des zusätz-lich zum hydrostatischen Druck zu berücksichtigenden Lichtbogendruckes wurde eine ideale Kompensation auf der Wurzelseite erzielt. Die Erweiterung des Anwendungsspektrums der elekt-romagnetischen Schmelzbadstütze auf ferromagneti-sche Werkstoffe sowie auf das Laserstrahlhybrid-schweißen eröffnet für zukünftige industrielle Anwen-dungen ein großes Potenzial. Das einlagige Schwei-ßen dickwandiger Bauteile mittels Hochleistungslasern wird in Kombination mit der elektromagnetischen Schmelzbadstütze attraktiver. In nachfolgenden Un-tersuchungen wird der Einsatz der elektromagneti-schen Schmelzbadstütze beim Laserstrahlhybrid-schweißen von Pipelinestählen angestrebt, v. a. im Hinblick auf die Spaltüberbrückbarkeit und der me-chanisch-technologischen Eigenschaften der Schweißverbindungen. Zudem ist beim Schweißen von Duplexstählen der Einsatz von Zusatzwerkstoffen zu berücksichtigen, um das Gleichgewicht zwischen austenitischer und ferritischer Phasen zu stabilisieren. T2 - DVS Congress 2017 CY - Düsseldorf, Germany DA - 26.09.2017 KW - Elektromagnetische Schmelzbadunterstützung KW - Ferromagnetischer Stahl KW - Laserstrahl-(Hybrid)schweißen PY - 2017 SN - 978-3-96144-008-5 VL - 337 SP - 331 EP - 336 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-42312 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Petrat, T. A1 - Marko, A. A1 - Graf, B. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael ED - Mayr, P. ED - Berger, M. T1 - Baustrategien zur Beeinflussung von Materialauftrag und Temperaturentwicklung bei der additiven Fertigung mittels Laser-Pulver-Auftragschweißen N2 - Die Weiterentwicklung des Laser-Pulver-Auftragschweißens im Bereich der additiven Fertigung stellt dieses Verfahren vor neue Herausforderungen. Bauteile können schnell und endformnah hergestellt werden, was diese Technik für den Prototypenbau sowie Kleinserienfertigung interessant macht. Die Vielzahl an Varianten, um ein Volumen aus einzelnen Schichten aufzubauen, erhöhen die Möglichkeiten die Eigenschaften des entstehenden Bauteils zu beeinflussen. Hierfür müssen Strategien entwickelt werden, welche einen gleiclunäßigen Materialauftrag bei gleichzeitig optimalen Materialeigenschaften gewährleisten. Die durchgeführten Untersuchungen behandeln den Einfluss von Pendelstrategien sowie Spiralstrategien auf die Temperaturentwicklung und stellen diese vergleichend gegenüber. Um den unterschiedlichen Bedingungen bei der Bauteilfertigung Rechnung zu tragen, wurden Versuche in Randbereichen sowie im zentralen Bereich des Testobjekts untersucht. Die Ergebnisse verdeutlichen die Notwendigkeit angepasste Baustrategien zu entwickeln, um durch einen stabilen Fertigungsprozess Qualität und Eigenschaften eines Bauteils gewährleisten zu können. T2 - FüMoTec 2017 CY - Chemnitz, Germany DA - 14.11.2017 KW - Laser-Pulver-Auftragschweißen KW - Additiv KW - Pendelstrategie KW - Spiralstrategie KW - Temperaturentwicklung PY - 2017 SN - 978-3-96100-034-0 SN - 2365-8096 SN - 2365-810X VL - 2017/2 SP - 27 EP - 36 PB - readbox unipress CY - Münster AN - OPUS4-43104 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Winterkorn, R. A1 - Petrat, T. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Temperature generation of different travel path strategies to build layers using laser metal deposition N2 - Laser Metal Deposition offers the chance to build near net shape parts. The temperature evolution within the process has an influence on track and layer geometries. There are special travel path strategies required to produce near net shape components and reduce shape deviation resulting of error propagation. This paper deals with the temperature progression of individual layers and the maximum heating of deeper substrate regions. Spiral and zig-zag strategies are examined. The investigations are carried out using S235JR as substrate and 316L as powder material. The influence of different strategies on temperature evolution is discussed. The results from the experiments show that various production strategies are associated with different temperature fields. Furthermore, the extent of the temperature variations of layer strategies and layer position are strongly dependent on the production direction. These results demonstrate the importance of developing suitable build-up strategies for parts of complex shape to ensure a stable process with constant temperature as well as even layers. T2 - Lasers in Manufacturing Conference 2017 CY - Munich, Germany DA - 26.06.2017 KW - 316L KW - Additive Manufacturing KW - Temperature behavior KW - Laser Metal Deposition KW - Stainless Steel KW - Edge effects PY - 2017 SP - 1 EP - 5 AN - OPUS4-42878 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 - Spranger, Felix A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Rethmeier, Michael T1 - Anwendung der Laserimplantation zur Strukturierung verschleißgefährdeter Werkzeuge N2 - In einer Vielzahl technischer Anwendungen spielt die Aufrechterhaltung eines definierten Reibungs- und Verschleißverhaltens zwischen bewegten Oberflächen für die Sicherheit und Funktionalität eine entscheidende Rolle. Die Oberflächentechnik versucht durch geeignete Verfahren die Randschichten zu ertüchtigen, um Reibung und Verschleiß zu kontrollieren. Eine Verbesserung der Materialeigenschaften kann durch flächige Beschichtungen erreicht werden. Zusätzlich ermöglichen Oberflächenstrukturierungen breite Möglichkeiten zur Beeinflussung des Schmierungszustandes bzw. der Kontaktbedingungen. Neben Negativstrukturen bieten ebenfalls erhabene Mikrostrukturen großes Potenzial zur Beeinflussung des tribologischen Verhaltens. Ihr Einsatz ist aber aufgrund der besonderen Verschleißproblematik erhabener Strukturen momentan limitiert, so dass in der Regel zusätzliche verschleißreduzierende Beschichtungen notwendig werden. In diesem Beitrag wurde das Verfahren der Laserimplantation angewandt, mit dem erhabene und separierte Oberflächenstrukturen hoher Verschleißfestigkeit in einem Fertigungsschritt erzeugbar sind. Das Verfahren basiert auf einem lokalisierten Dispergieren von Hartstoffpartikeln. Hierfür wurde erstmalig ein gepulster Faserlaser mit hoher Strahlqualität zur Erzeugung punkt- und linienförmiger Mikrostrukturen angewandt. Versuche wurden auf dem Kaltarbeitsstahl X153CrMoV12 unter Anwendung von Titandiborid als Hartstoff durchgeführt. Anhand von Härtemessungen konnte gezeigt werden, dass sowohl punkt- als auch linienförmige Strukturen mit Härten über 1000 HV1 und einer feinkörnigen Mikrostruktur mit feinverteilten Hartstoffpartikeln herstellbar sind. Des Weiteren war es möglich, die Implantgeometrien, welche an Querschliffen und durch Weißlichtinterferometeraufnahmen erfasst wurden, durch die Pulsleistung und Pulsdauer zu steuern. T2 - 38. Assistentenseminar der WGF CY - Rabenau, Germany DA - 06.09.2017 KW - Laserimplantation PY - 2018 SN - 978-3-96144-028-3 VL - 342 SP - 24 EP - 33 CY - Düsseldorf AN - OPUS4-47295 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - El-Batahgy, A. A1 - Gook, S. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Effect of laser-beam and hybrid-laser-arc welding parameters and filler metal on microstructure and mechanical properties of thick heat-treated steel X8ni9+Qt640 for cryogenic service N2 - The present research work encloses results of experimental investigations of the interaction between welding process parameters for laser-beam and hybrid-laser-arc as well as type of the filler metal and the achievable mechanical properties of the weld joints on steel grade X8Ni9+QT640 for cryogenic service containing 9% nickel. The results obtained contribute to the development and conversion in the industrial practice a new laser beam-based welding technology for the automated manufacturing of facilities for the liquefaction, storage and the transport of natural gases (LNG facilities). The results show, that the martensitic microstructure of the laser weld metal including low amount of retained austenite not exceeding 3.5% leads to the relatively low V-notch impact energy. The remarkable heterogeneity in the chemical composition of the weld metal through the weld thickness could be recognized in the case of hybrid-laser-arc welding with ERNiCrMo-3 austenitic filler metal, what also led to insufficient impact toughness of the weld metall. The most promising results could be achieved by using 11%Ni filler wire, which is similar to the base metal and provides a homogeneous microstructure with uniform distribution of Ni through the weld seam. It is remarkable, that a correlation between Charpy impact toughness and wire feeding speed and respectively process heat input exists. The highest toughness values were 134±58 J at -196C. The both laser as well as laser-hybrid welds passed the tensile test. The failure stress of 720±3 MPa with a fracture location in the base material was achieved for all samples tested. T2 - 4th International Conference on Welding and Failure Analysis of Engineering Materials CY - Aswan, Egypt DA - 19.11.2018 KW - Hybrid-laser-arc welding KW - Laser-beam welding, KW - Cryogenic steel KW - Microstructure KW - Tensile strength PY - 2018 SP - W-29, 1 EP - 10 AN - OPUS4-46738 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pittner, Andreas A1 - Rethmeier, Michael T1 - Ökobilanzierung schweißtechnischer Fertigungsverfahren - Methodik, Einflussgrößen und Implementierung N2 - Ein wesentliches Ziel der deutschen Industriepolitik besteht darin, Rahmenbedingungen zu schaffen, welche die Positionierung nachhaltiger Produkte und Prozesse innerhalb globaler Wertschöpfungsketten ermöglichen und ökoeffiziente Fertigungsprozesse langfristig sichern. In diesem Beitrag werden aktuelle Forschungsarbeiten zur Bewertung der Umweltwirkungen der schweißtechnischen Fertigungskette anhand ausgewählter Schmelzschweißverfahren unter Berücksichtigung vor- sowie nachgelagerter Fertigungsschritte dargestellt. Eine weit verbreitete und standardisierte Methode zur Abschätzung der Umweltwirkungen eines Produkts oder Prozesses ist die Ökobilanzierung. Hierbei stellen die Sachbilanzierung, das heißt die Ermittlung sämtlicher relevanter Energie- und Ressourcenverbräuche während der schweißtechnischen Fertigung, aufgrund des hohen Dokumentationsaufwands, sowie die Ableitung assoziierter Wirkkategorien das größte Hindernis für eine Etablierung und Akzeptanz der Ökobilanzierung in der Praxis dar. Gleichwohl wird seitens Unternehmen, welche als Zulieferer von OEM’s (engl.: original equipment manufacturer) agieren, die Dokumentation des fertigungsspezifischen CO2-Verbrauches gefordert. Ein weiterer Aspekt der Arbeiten beinhaltet Methoden zur automatisierten Erfassung von schweißtechnischen Produktionsdaten sowie deren Nachverfolgbarkeit. Anhand unterschiedlicher Schweißverfahren werden die aus den Produktionsdaten abgeleiteten Energie- und Ressourcenverbräuche automatisiert in die relevanten Umweltwirkungen überführt. Die analysierten Schweißprozesse umfassen dabei ein breites für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) relevantes Spektrum. Durch die softwareseitige Bereitstellung der aufgestellten Umweltprofile ist der Anwender in der Lage, Schweißprozesse unter ökologischen Aspekten zu bewerten und die effizienteste Variante zu identifizieren. T2 - Woche der Fügetechnik 2022, HWK Münster CY - Online meeting DA - 30.11.2022 KW - Ökobilanzierung KW - Verfahrensvergleich KW - Schweißprozesse KW - Umweltwirkungen KW - Implementierung PY - 2022 AN - OPUS4-56650 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Yang, Fan A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Bachmann, Marcel A1 - Artinov, Antoni A1 - Putra, Stephen Nugraha A1 - Rethmeier, Michael T1 - Numerical analysis of the influence of an auxiliary oscillating magnetic field on suppressing the porosity formation in deep penetration laser beam alloys of aluminum alloys N2 - The contactless magnetohydrodynamic technology has been considered as a potential and promising method to improve the weld qualities of deep penetration laser beam welding. In this paper, numerical investigations are conducted to study the influence of the auxiliary oscillating magnetic field on the porosity suppression in laser beam welding of 5754 aluminum alloy. To obtain a deeper insight into the suppression mechanism, a three-dimensional transient multi-physical model is developed to calculate the heat transfer, fluid flow, keyhole dynamic, and magnetohydrodynamics. A ray tracing algorithm is employed to calculate the laser energy distribution on the keyhole wall. A time-averaged downward Lorentz force is produced by an oscillating magnetic field. This force acts in the molten pool, leading to a dominant downward flow motion in the longitudinal section, which blocks the bubble migration from the keyhole tip to the rear part of the molten pool. Therefore, the possibility for the bubbles to be captured by the solidification front is reduced. The electromagnetic expulsive force provides an additional upward escaping speed for the bubbles of 1 m/s ~ 5 m/s in the lower and middle region of the molten pool. The simulation results are in a good agreement with experimental measurements. Based on the results obtained in this study, a better understanding of the underlying physics in laser beam welding enhanced by an auxiliary oscillating magnetic field can be provided and thus the welding process can be further optimized reducing the porosity formation. T2 - 13th International Seminar Numerical Analysis of Weldability CY - Seggau, Austria DA - 04.09.2022 KW - Deep penetration laser beam welding KW - Oscillating magnetic field KW - Numerical simulation KW - Porosity KW - Molten pool behaviour PY - 2023 SN - 2410-0544 VL - 13 SP - 237 EP - 254 PB - Verlag der Technischen Universität Graz AN - OPUS4-58804 LA - eng 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 - Hilgenberg, Kai A1 - Rethmeier, Michael A1 - Steinhoff, K. T1 - Surface structuring by pulsed laser implantation N2 - Micrometric surface topologies are required for a wide range of technical applications. While lowered surface features have been used for many years to improve the tribological behavior of contacting surfaces, there are also other fields of application, where the potential of elevated surface features is known, e. g. for metal forming tools. However, the demand for a high wear resistance of these structures often inhibits an industrial application. A solution is offered by structuring techniques that use additional material. A promising approach is the localized dispersing of hard ceramic particles by pulsed laser radiation, the so-called laser implantation. This paper describes the potential to adjust the geometry as well as the mechanical properties of laser implanted surfaces by means of microstructural and topological investigations. Afterwards, results of a wear test are given and different applications for this structuring technique are discussed. It can be shown that dome-shaped or ring-shaped structures on a micrometric scale can be produced with high hardness and wear resistance. T2 - THERMEC 2016: 9th International Conference on Processing & Manufacturing of Advanced Materials CY - Graz, Austria DA - 29.05.2016 KW - Surface structuring KW - Metal forming tools KW - Laser implantation KW - Laser dispersing PY - 2017 DO - https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.879.750 SN - 1662-9752 VL - 879 SP - 750 EP - 755 PB - Trans Tech Publications CY - Schweiz AN - OPUS4-38927 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Meschut, G. A1 - Janzen, V. A1 - Rethmeier, Michael A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Frei, J. T1 - Charakterisierung des Bruch- und Festigkeits verhaltens von widerstandspunktgeschweißten Aluminiumverbindungen N2 - Die Reduktion des Fahrzeuggewichts ist ein wesentlicher Ansatz zur Ver-ringerung des Energie- und Ressourcenverbrauchs und damit zur Senkung der CO2-Emissionen im Automobilbau. In der Karosserieentwicklung kann der vermehrte Einsatz von Aluminiumwerkstoffen einen bedeutenden Beitrag dazu leisten. Im preissensitiven Umfeld des Karosseriebaus etabliert sich das bei Stahlanwendungen genutzte Widerstandspunktschweißen zunehmend auch für Aluminiumverbindungen. Verfahrensbedingte Herausforderungen, wie verkürzte Elektrodenstandzeiten und mangelnde Kenntnis über den Einfluss von Imperfektionen auf die Festigkeit, begrenzen dennoch die Weiterverbreitung des Verfahrens und stellen die Prozessrobustheit insgesamt in Frage. Im Rahmen des hier vorgestellten Forschungsvorhabens wurden das Auftreten verschiedener Brucharten experimentell untersucht und Prognosefunktionen zur Abschätzung der Tragfähigkeit von Widerstandspunktschweißverbindungen unter verschiedenen Belastungsfällen erstellt. Anschließend wurde der Einfluss von Oberflächenrissen und Rissen in der Schweißlinse auf die Scherzugfestigkeit sowohl experimentell als auch simulativ analysiert. KW - Aluminium KW - Widerstandspressschweißen KW - Rissbildung KW - Festigkeit KW - Werkstofffragen PY - 2017 UR - http://www.schweissenundschneiden.de/article/charakterisierung-des-bruch-und-festigkeitsverhaltens-von-widerstandspunktgeschweissten-aluminiumverbindungen/ VL - 69 IS - 3 SP - 126 EP - 133 PB - DVS Media GmbH AN - OPUS4-39577 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Graf, B. A1 - Gook, S. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Combined laser additive manufacturing for complex turbine blades N2 - Laser beam processes are increasingly used in the field of additive manufacturing. Prominent methods are either powderbed-based like Laser Metal Fusion (LMF), or utilizing a powder nozzle like Laser Metal Deposition (LMD). While LMF allows the manufacturing of complex structures, build rate, part volumes and material flexibility are limited. In contrast, LMD is able to operate with high deposition rates on existing parts, and materials can be changed easily during the process. However LMD shape complexity is limited. Utilizing their respective strengths, a combination of these two additive technologies has the potential to produce complex parts with high deposition rates and increased material flexibility. In this paper, combined manufacturing with additive technologies LMF and LMD is described. Its benefit for industry with emphasis on turbomachinery is shown. As reality test for the innovation, an industrial turbine blade is manufactured. KW - Turbine blade KW - Additive manufacturing KW - Laser metal fusion KW - Laser metal deposition PY - 2016 SN - 2499-9733 VL - 3 IS - 20 SP - 34 EP - 42 AN - OPUS4-38709 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rethmeier, Michael T1 - Trends in European thin sheet welding N2 - 1. Steel Production and Processing in Europe 2. Design Trends in the Automotive Industry 3. Welding Technologies in the Automotive Industry 4. Problems while Processing AHSS/UHSS 5. Challenges in Joining Multi-Material Structures 6. Mechanical Joining Technologies 7. Thermal-Mechanical Joining Processes 8. Energy Efficiency of Welding Processes T2 - AWS Sheet Metal Welding Conference XVII CY - Livonia, MI, USA DA - 19.10.2016 KW - Lightweight concepts PY - 2016 AN - OPUS4-38763 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Na, S.-J. A1 - Han, S.-W. A1 - Muhammad, S. A1 - Zhang, L. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael A1 - Karhu, M. A1 - Kujanpa, V. T1 - Flow and Bead Formation Characteristics in High Power Laser Welding at Different Welding Positions (Invited Talk) N2 - The numerical simulations of high power laser keyhole welding at different welding positions are performed by using Volume-Of-Fluid (VOF) method. The main material is SS400. The multi-physics phenomenon is considered using several models, such as the heat flux of Gaussian heat source, the recoil pressure with Clausisus-Clapeyron equation, the Marangoni flow considering temperature gradient, the buoyancy force with Boussinesq approximation, the additional shear stress and heat source due to metallic vapor ejected through keyhole entrance, the bubble formation assumed as adiabatic bubble, and the multiple-reflection by solving proper discriminant, are used. To analyze the fluid flow pattern, the concept of streamline formed by reconstructing the value of the velocity vector is applied. Partial and full penetration cases at different welding positions are considered. The welding position seems to have only a minor influence on bead formation characteristics in both cases. This is probably due to the fact that the recoil pressure has a major influence when compared to other driving forces. The flow characteristics and fluid velocity in weld pool are analyzed to compare the gravity direction effect at different welding positions. It is observed that the clockwise flow pattern is mainly formed by the recoil pressure on the keyhole surface in the case of partial penetration. The laser energy can't maintain the whole weld pool when the weld pool size becomes too large. And then the solidification starts from the middle part of weld pool and a necked weld pool shape is formed. In the full penetration welding, the weld pool flow patterns are affected by the leakage of laser power through the full penetration keyhole and also by surface tension. Furthermore, the numerical simulation of full penetration welding with AISI316L is also performed to analyze the effect of material properties. The weld bead shapes obtained by simulations were compared with the corresponding experimental results to confirm the validity of the process models adopted and the CFD simulation tool. T2 - Lasers in Manufacturing Conference 2015 CY - München, Germany DA - 22.06.2015 KW - Macro Processing (Joining, Welding) KW - Weld pool KW - Flow pattern KW - Different welding position KW - Numerical simulation KW - High power laser keyhole welding PY - 2015 SP - 1 EP - 6 AN - OPUS4-37163 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bachmann, Marcel A1 - Kunze, R. A1 - Avilov, Vjaceslav A1 - Rethmeier, Michael T1 - Finite element modelling of an AC electromagnetic weld pool support in full penetration laser beam welding of thick duplex stainless steel plates N2 - An electromagnetic weld pool support system for 20 mm thick duplex stainless steel AISI 2205 was investigated numerically and compared to experiments. In our former publications, it was shown how an AC magnetic field below the process zone directed perpendicular to the welding direction can induce vertically directed Lorentz forces. These can counteract the gravitational forces and allow for a suppression of material drop-out for austenitic stainless steels and aluminum alloys. In this investigation, we additionally adopted a steady-state complex magnetic permeability model for the consideration of the magnetic hysteresis behavior due to the ferritic characteristics of the material. The model was calibrated against the Jiles-Atherton model. The material model was also successfully tested against an experimental configuration before welding with a 30 mm diameter cylinder of austenitic stainless steel surrounded by duplex stainless steel. Thereby, the effects of the Curie temperature on the magnetic characteristics in the vicinity of the later welding zone were simulated. The welding process was modelled with a 3D turbulent steady-state model including heat transfer and fluid dynamics as well as the electromagnetic field equations. Main physical effects, the thermo-capillary (Marangoni) convection at the weld pool boundaries, the natural convection due to gravity as well as latent heat of solid–liquid phase transitions at the phase boundaries were accounted for in the model. The feedback of the electromagnetic forces on the weld pool was described in terms of the electromagneticinduced pressure. The FE software COMSOL Multiphysics 4.2 was used in this investigation. It is shown that the gravity drop-out associated with the welding of 20 mm thick duplex stainless steel plates due to the hydrostatic pressure can be prevented by the application of AC magnetic fields between around 70 mT and 90 mT. The corresponding oscillation frequencies were between 1 kHz and 10 kHz and the electromagnetic AC powers were between 1 kW and 2.3 kW. In the experiments, values of the electromagnetic AC power between 1.6 kW and 2.4 kW at oscillation frequencies between 1.2 kHz and 2.5 kHz were found to be optimal to avoid melt sagging or drop-out of melt in single pass fullpenetration laser beam welding of 15 mm and 20 mm thick AISI 2205. T2 - ICALEO 2015 - 34th International congress on applications of lasers & electro-optics CY - Atlanta, GA, USA DA - 2015-10-18 KW - Electromagnetic weld pool support KW - Laser beam welding KW - FE simulation KW - Duplex stainless steel PY - 2015 SN - 978-1-940168-05-0 SP - 650 EP - 659 AN - OPUS4-35036 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael A1 - Bakir, Nasim T1 - Comparative study of hot cracking susceptibility for laser welded joints by means of a self- restraint and an externally loaded hot cracking tests N2 - Over the past decade, laser beam welding has significantly evolved and established itself as an efficient tool in the industry. Solidification cracking and the weldability of materials have been highly contentious issues for many years. Today, there are many self and externally loaded tests to investigate the hot cracking resistance of steels. The purpose of this paper is to compare the susceptibility of three stainless steel grades to hot cracking by using an externally loaded hot cracking test (CTW) and a self-restraint test in accordance with SEP-220-3. The repeatability and effectiveness of the results are discussed. The experimental results are widely dispersed, implying a low predictive value for the self-restraint test. On the other hand, the results from the externally loaded test exhibit excellent repeatability and provide a quantitative characterization of the susceptibility of steels to hot cracking. T2 - The 5th International Conference on Steels in Cars and Trucks CY - Amsterdam-Schiphol, Netherlands DA - 19.06.2017 KW - Externally loaded test KW - Hot cracking test KW - SEP-1220-3 KW - CTW test KW - Self-restraint test PY - 2017 SP - 1 EP - 8 AN - OPUS4-41174 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Yang, Fan A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Putra, Stephen Nugraha A1 - Bachmann, Marcel A1 - Rethmeier, Michael T1 - Assessment of keyhole stability in laser beam welding with external magnetic field using numerical simulation N2 - The challenge of understanding the physical mechanisms behind porosity reduction by a magnetic field during laser beam welding (LBW) is partly due to the difficulty in quantitatively evaluating keyhole stability. The commonly used index, such as keyhole depth, is typically one-dimensional, which is insufficient to capture the dynamic and three-dimensional fluctuations of the keyhole. In this paper, by utilizing a 3D multiphysical model of LBW with magnetic field, a novel keyhole geometry reconstruction algorithm has been developed to describe the keyhole profile and its fluctuation in a statistical manner to evaluate keyhole stability quantitatively. An equivalent diameter is proposed in this algorithm to reduce the irregularity of the keyhole geometry. The calculation results indicate that the time-averaged keyhole shape over 300 ms in the LBW of steel is conical, regardless of the application of an external magnetic field, which provides a more representative shape. Meanwhile, it is observed from the statistical aspect that the keyhole diameter becomes smaller, except the top part, under the influence of the magnetic field. The standard deviation of the equivalent diameter can be used as a physical variable to assess the keyhole stability quantitatively. The application of an external magnetic field can produce a noticeable reduction of the standard deviation of the equivalent diameter, namely, stabilizing the keyhole during LBW of steel. However, the different contribution from the keyhole stability affected by a magnetic field in suppressing porosity is different with materials. T2 - International Congress of Applications of Lasers & Electro-Optics 2024 CY - Hollywood, Los Angeles, USA DA - 04.11.2024 KW - Deep penetration laser beam welding KW - Numerical simulation KW - Keyhole shape KW - Keyhole stability KW - Magnetic field PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-616024 DO - https://doi.org/10.2351/7.0001528 VL - 36 IS - 4 SP - 1 EP - 7 PB - AIP Publishing AN - OPUS4-61602 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fritzsche, André A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Teichmann, F. A1 - Pries, H. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Electromagnetic porosity Reduction in Laser Beam Welding of Die-Cast Aluminum Alloy N2 - The present paper investigates the electromagnetic porosity reduction in partial penetration laser beam welding of 6 mm aluminum die casting AlSi9MnMg. Applying an electromagnetic field, a significant reduction of the porosity as well as smoothing of the surface of aluminum die casting can be observed. Starting from the reference case without an electromagnetic support, the porosity was reduced by 76 %. Especially big pores can be removed from the weld pool effectively due to their beneficial volume-to-area ratio whereas very small metallurgical pores tend to remain within the weld pool even when higher magnetic flux densities are applied. T2 - Lasers in Manufacturing Conference 2017 CY - Munich, Germany DA - 26.06.2017 KW - Laser beam welding KW - Die-cast aluminum KW - Porosity reduction KW - Electromagnetic influence PY - 2017 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-41244 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Marko, A. A1 - Bähring, S. A1 - Raute, J. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Quality Prediction in Directed Energy Deposition Using Artificial Neural Networks Based on Process Signals N2 - The Directed Energy Deposition process is used in a wide range of applications including the repair, coating or modification of existing structures and the additive manufacturing of individual parts. As the process is frequently applied in the aerospace industry, the requirements for quality assurance are extremely high. Therefore, more and more sensor systems are being implemented for process monitoring. To evaluate the generated data, suitable methods must be developed. A solution, in this context, was the application of artificial neural networks (ANNs). This article demonstrates how measurement data can be used as input data for ANNs. The measurement data were generated using a pyrometer, an emission spectrometer, a camera (Charge-Coupled Device) and a laser scanner. First, a concept for the extraction of relevant features from dynamic measurement data series was presented. The developed method was then applied to generate a data set for the quality prediction of various geometries, including weld beads, coatings and cubes. The results were compared to ANNs trained with process parameters such as laser power, scan speed and powder mass flow. It was shown that the use of measurement data provides additional value. Neural networks trained with measurement data achieve significantly higher prediction accuracy, especially for more complex geometries. KW - DED KW - Artificial neural network KW - Data preparation KW - Quality assurance KW - Process monitoring PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-555063 DO - https://doi.org/10.3390/app12083955 SN - 2076-3417 VL - 12 IS - 8 SP - 1 EP - 13 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-55506 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Straße, Anne A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Study on Duplex Stainless Steel Powder Compositions forthe Coating of Thick Plates for Laser Beam Welding N2 - Duplex stainless steels combine the positive properties of its two phases, austenite and ferrite. Due to its good corrosion resistance, high tensile strength and good ductility it has multiple applications. But laser beam welding of duplex steels changes the balanced phase distribution in favor of ferrite. This results in a higher vulnerability to corrosion and a lower ductility. In this study different powder combinations consisting of duplex and nickel for coating layers by laser metal deposition are investigated. Afterwards laser tracks are welded, and the temperature cycles measured. The ferrite content of the tracks are analyzed by feritscope, metallographic analysis and Electron Backscatter Diffraction. The goal is the development of a powder mixture allowing for a duplex microstructure in a two-step process, where firstly the edges of the weld partners are coated with the powder mixture by LMD and secondly those edges are laser beam welded. The powder mixture identified by the pretests is tested in the two-step process and analyzed by metallographic analysis, energy dispersive X-ray spectroscopy and Vickers hardness tests. The resulting weld seams show a balanced duplex microstructure with a homogenous nickel distribution and a hardness of the weld seam similar to the base material. KW - Duplex AISI 2205 KW - Stainless Steel KW - Laser Beam Welding KW - Nickel KW - Laser Metal Deposition PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-554663 DO - https://doi.org/10.1002/adem.202101327 SN - 1438-1656 VL - 24 IS - 6 SP - 1 EP - 11 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim AN - OPUS4-55466 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Brunner-Schwer, C. A1 - Simón Muzás, Juan A1 - Biegler, M. A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Rethmeier, Michael T1 - Laser Welding of L-PBF AM components out of Inconel 718 N2 - With regard to efficient production, it is desirable to combine the respective advantages of additively and conventionally manufactured components. Particularly in the case of large-volume components that also include filigree or complex structures, it makes sense to divide the overall part into individual elements, which afterwards have to be joined by welding. The following research represents a first step in fundamentally investigating and characterizing the joint welding of Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) components made of Inconel 718. For this purpose, bead-on-plate welds were performed on plates manufactured using the L-PBF process and compared with the conventionally manufactured material. Conventional laser beam welding was used as welding process. The weld geometry was investigated as a function of the L-PBF build-up orientation. It was found that the welding depth and weld geometry differ depending on this orientation and in comparison to the conventional material. T2 - 12th CIRP Conference on Photonic Technologies [LANE 2022] CY - Fürth, Germany DA - 04.09.2022 KW - Laser Welding KW - L-PBF KW - PBF-LB/M KW - Seam geometry KW - Bead-on-plate welds PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-560012 DO - https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.08.072 SN - 2212-8271 VL - 111 SP - 92 EP - 96 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-56001 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Straße, Anne A1 - Bakir, Nasim A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael ED - Schmidt, M. ED - Vollertsen, F. ED - Schmidt, B. M. T1 - Preliminary study to investigate the applicability of optical strain measurement technique for the detection of hot cracks in laser metal deposited layers N2 - Laser metal deposition (LMD) as an additive manufacturing technique became increasingly important in recent years and thus the demand for component safety. This is the reason, for the need for reliable in-situ defect detection techniques. For laser beam weld seams an optical measurement technique based on an optical flow algorithm was successfully used to define the critical straining conditions that lead to hot cracking. This algorithm was adapted for bead-on-plate weld seams on LMD deposited layers of IN718 alloy while performing external strain on the specimen in an externally loaded hot cacking test facility. The resulting transversal hot cracks along the weld seam were localized via X-Ray inspection and the type of cracking confirmed by Scanning Electron Microscopy (SEM). The strain distribution was measured in the vicinity of the solidification front and correlated to the detected hot cracks. Based on the results this technique could be adopted for LMD experiments. T2 - 12th CIRP Conference on Photonic Technologies [LANE 2022] CY - Fürth, Germany DA - 04.09.2022 KW - Laser Metal Deposition (LMD) KW - Strain measurement KW - Optical flow KW - Critical strain PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-556445 DO - https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.08.034 VL - 111 SP - 335 EP - 339 PB - Elsevier B.V. CY - Amsterdam AN - OPUS4-55644 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Lemke, J. A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Fließfähigkeitsanalyse zweier Pulverfraktionen aus AISI 316L und resultierende Bauteildichte DED-LB aufgebauter Quader N2 - Die Fließfähigkeit von Metallpulvern gilt als wichtige Pulvereigenschaft für den additiven Aufbau mittels Laser, wobei bisher wenige Arbeiten die Auswirkungen im Laserpulverauftragschweißen (Engl.: Directed Energy Deposition DED-LB) untersuchen. Arbeiten, die sich mit den Pulvereigenschaften für Pulverbettverfahren beschäftigen, zeigen Korrelationen zwischen Partikelgrößenverteilung und Fließeigenschaften mit der Bauteildichte und den mechanischen Eigenschaften. Sie bewerten insbesondere Pulverbettdichte und -stabilität. In der vorliegenden Arbeit werden daher die Eigenschaften zweier Pulverfraktionen (20 µm – 63 µm und 63 µm – 150 µm) des austenitischen Stahls AISI 316L und deren freien Ausfluss im Vergleich zur Pulverdichte untersucht. Die Untersuchungen zeigen, dass die feinere Pulverfraktion eine um 14,5 % höhere Durchflussrate erzielt als die gröbere Fraktion. korreliert die Ergebnisse zur inneren Porosität und Partikelgrößenverteilung. Die Analyse der Bauteilqualität zeigt einen geringen Einfluss der Korngrößenverteilung auf die Porosiät der DED-LB aufgebauten Quader. T2 - 44. Assistentenseminar Fügetechnik der WGF CY - Päwesin, Germany DA - 20.09.2023 KW - 316L KW - Fließfähigkeit KW - DED-LB KW - Hall-Flow KW - Metallpulver PY - 2024 SP - 131 EP - 140 AN - OPUS4-60723 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Biegler, M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Numerische Simulation im 3D-Druck N2 - Die numerische Simulation hilft, Probleme bei additiven Bauprozessen früh zu erkennen und Optimierungspotentiale auszuschöpfen. Ziel ist, im additiven Auftragschweißen (DED) die Zahl der nötigen Versuche durch Vorhersagen zu verringern und Prozessgrößen zu visualisieren. Eine besondere Anwendung der Simulation ist die Generierung verzugskompensierter Geometrien: Durch die Berechnung des Bauteilverzugs kann die Geometrie vor dem Bauen so verändert werden, dass sie mit Verzug die gewünschte Toleranz erreicht. So kann Zerspanvolumen und Aufmaß reduziert werden. KW - Schweißsimulation KW - FEM KW - Auftragschweißen KW - Additive Fertigung KW - Verzug PY - 2020 IS - 4 SP - 45 EP - 48 AN - OPUS4-51097 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Lange, Fritz A1 - Artinov, Antoni A1 - Bachmann, Marcel A1 - Rethmeier, Michael A1 - Hilgenberg, Kai T1 - Numerical simulation of the weld pool dynamics during pulsed laser welding using adapted heat source models N2 - A transient simulation including the impact of the laser energy, the melting of the metal and the development of the weld pool was conducted to observe the evolution of the vapor capillary and the solidification of the melt in pulsed laser beam welding of AISI 304 steel. The phase field method was implemented to investigate the evolution and behavior of the liquid-gas interface during welding and to describe the condensed and vapor phases. The effects of phase transition, recoil pressure, thermo-capillary and natural convection, vaporization and temperature dependent material properties were taken into account. A Gaussian-like heat source under consideration of the Fresnel absorption model was used to model the energy input of the laser beam. The heat source model was extended by a newly developed empirical approach of describing multiple beam reflections in the keyhole. To validate this new model, the numerical results were compared to experimental data and good agreement regarding the size and shape of the weld pool was observed. T2 - LANE Conference 2018 CY - Fürth, Germany DA - 03.09.2018 KW - Pulsed laser beam welding KW - Weld pool dynamics KW - Multiple reflections KW - Vaporization PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-458749 DO - https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.08.044 SN - 2212-8271 VL - 74 SP - 679 EP - 682 PB - Elsevier Ltd. CY - Amsterdam [u.a.] AN - OPUS4-45874 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Artinov, Antoni A1 - Bakir, Nasim A1 - Bachmann, Marcel A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Weld pool shape observation in high power laser beam welding N2 - The geometry of the melt pool in laser beam welding plays a major role to understand the dynamics of the melt and its solidification behavior. In this study, a butt configuration of 15 mm thick structural steel and transparent quartz glass was used to observe the weld pool geometry by means of high-speed camera and an infrared camera recording. The observations show that the dimensions of the weld pool vary depending on the depth. The areas close to the weld pool surface take a teardrop-shape. A bulge-region and its temporal evolution were observed approximately in the middle of the depth of the weld pool. Additionally, a 3D transient thermal-fluid numerical simulation was performed to obtain the weld pool shape and to understand the formation mechanism of the observed bulging effect. The model takes into account the local temperature field, the effects of phase transition, thermo-capillary convection, natural convection and temperature-dependent material properties up to evaporation temperature. The numerical results showed good accordance and were furthermore used to improve the understanding of the experimentally observed bulging effect. T2 - LANE Conference 2018 CY - Fürth, Germany DA - 03.09.2018 KW - High power laser beam welding KW - Weld pool shape KW - Bulging KW - Numerical process simulation PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-458759 DO - https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.08.043 SN - 2212-8271 VL - 74 SP - 683 EP - 686 PB - Elsevier Ltd. CY - Amsterdam [u.a.] AN - OPUS4-45875 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Brunner-Schwer, C. A1 - Kersting, R. A1 - Graf, B. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Laser-plasma-cladding as a hybrid metal deposition-technology applying a SLM-produced copper plasma nozzle N2 - Laser-Metal-Deposition (LMD) and Plasma-Transferred-Arc (PTA) are well known Technologies which can be used for cladding purposes. The prime objective in combining LMD and PTA as a Hybrid Metal Deposition-Technology (HMD) is to achieve high Deposition rates at low thermal Impact. Possible applications are coatings for wear protection or repair welding for components made of steel. The two energy sources (laser and Plasma arc) build a Joint process Zone and are configurated to constitute a stable process at laser powers between 0.4-1 kW (defocused) and Plasma currents between 75-200 A. Stainless steel 316L serves as filler material. For this HMD process, a Plasma Cu-nozzle is designed and produced by powder bed based Selective Laser Melting. The potential of the HMD Technology is investigated and discussed considering existing process. This paper demonstrates how the interaction of the two energy sources effects the following application-relevant properties: Deposition rate, powder Efficiency and energy Input. T2 - LANE 2018 CY - Fürth, Germany DA - 3.09.2018 KW - Laser-metal-deposition KW - Plasma-transferred-arc KW - SLM printed plasma torch KW - Laser-plasma hybrid PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-470999 UR - 10.1016/j.procir.2018.08.020 DO - https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.08.020 SN - 2212-8271 VL - CIRP 74 SP - 738 EP - 742 PB - Sciencedirect CY - Berlin AN - OPUS4-47099 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - 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 - Bakir, Nasim A1 - Pavlov, V. A1 - Zavjalov, S. A1 - Volvenko, S. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael T1 - Novel metrology to determine the critical strain conditions required for solidification cracking during laser welding of thin sheets N2 - This paper represents the results for proposed optical flow method based on the Lucas-Kanade (LK) algorithm applied to two different problems. The following observations can be made: - The estimated strain and displacement for conducted tensile test are generally very close to those measured with conventional DIC-technique. - The LK technique allows measurement of strain or displacement without special selection of a region of interest. Using a novel optical measurement technique together with the optical flow algorithm, a twodimensional deformation analysis during welding was conducted. This technique is the first to provide a measurement of the full strain field locally in the immediate vicinity of the solidification front. Additionally, the described procedure of the optical measurement allows the real material-dependent values of critical strain characterizing the transition to hot cracking during laser welding processes to be determined. T2 - Beam Technologies and Laser Application CY - Sankt Petersburg, Russia KW - Hot cracking test KW - Local critical strain KW - Solidification cracking KW - Laser beam welding KW - Novel metrology PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-467226 DO - https://doi.org/10.1088/1742-6596/1109/1/012047 SN - 1742-6596 VL - 1109 IS - 012047 SP - 1 EP - 9 PB - IOP Publ. CY - Bristol AN - OPUS4-46722 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Biegler, M. A1 - Graf, B. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Assessing the predictive capability of numerical additive manufacturing simulations via in-situ distortion measurements on a LMD component during build-up N2 - Due to rapid, localized heating and cooling, distortions accumulate in additive manufactured laser metal deposition (LMD) components, leading to a loss of dimensional accuracy or even cracking. Numerical welding simulations allow the prediction of these deviations and their optimization before conducting experiments. To assess the viability of the simulation tool for the use in a predictive manner, comprehensive systems as well as to choose the optimal product matches, product analysis methods are needed. Indeed, most of the known methods aim to analyze a product or one product family on the physical level. Different product families, however, may differ largely in terms of the number and nature of components. This fact impedes an efficient comparison and choice of appropriate product family combinations for the production system. A new methodology is proposed to analyze existing products in view of their functional and physical architecture. The aim is to Cluster these products in new assembly oriented product families for the optimization. KW - Laser metal deposition KW - Directed Energy Deposition KW - DED KW - Welding Simulation KW - Digital Image Correlation KW - Cimensional Accuracy PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-502567 DO - https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.08.069 VL - 74 SP - 158 EP - 162 PB - Elsevier AN - OPUS4-50256 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Gook, S. A1 - Krieger, S. A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - El-Batahgy, A. M. A1 - Rethmeier, Michael T1 - Notch impact toughness of laser beam welded thick sheets of cryogenic nickel alloyed steel X8Ni9 N2 - The paper deals with the investigations of the impact toughness of laser beam welded 14.5 mm thick sheets made of cryogenic steel X8Ni9 as a function of preheating. This 9% nickel alloyed steel is widely used in the liquefied natural gas (LNG) industry. An application of highly efficient welding processes such as high-power laser beam welding (LBW) in LNG sector requires an understanding of the interactions between the LBW process parameters and weld properties, in particular the impact toughness. The results show that the original fine-grained martensitic microstructure of the base metal (BM) is significantly changed by melting and crystallization during the LBW, what can lead to a decrease in the impact toughness of the weld metal (WM) below the required level. An optimal preheating temperature range leads to the favorable thermal welding cycle and is of remarkable importance for maintaining the notch impact toughness of laser beam welded joints of these thick steel sheets. A parameter window was identified in which V-notch impact toughness comparable to that of the BM at -196 °C was achieved. KW - Cryogenic steel KW - Laser beam welding KW - Preheating KW - Welding thermal cycle KW - Microstructure KW - Hardness KW - V-notch impact toughness PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-513250 DO - https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.09.095 VL - 94 SP - 627 EP - 631 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-51325 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Straße, Anne A1 - Üstündag, Ömer A1 - Gumenyuk, Andrey A1 - Rethmeier, Michael ED - Schmidt, M. ED - Vollertsen, F. ED - Govekar, E. T1 - LMD coatings as filler material for laser beam welded 30 mm thick plates N2 - The development of high energy laser sources enables single-pass welds of thick plates up to 30 mm, but often additional materials are needed to influence the properties of the weld seams. However, the homogenous distribution of filler materials in form of e.g. electrodes is only possible up to 7 mm while the elements are only traceable up to a depth of 14 mm. To overcome this problem a two-step process is used where first the edges of the weld partners are coated with the filler material by laser metal deposition (LMD) and afterwards are welded by laser beam. Single-pass welds with electromagnetic weld pool support of 30 mm thick S355 J2+N-plates with austenitic AISI 316L-coatings were investigated as well as the influence of the coatings to the penetration depth of the laser beam without electromagnetic weld pool support in double-sided joints. The weld seams were tested by X-ray inspection and cross sections. T2 - 11th CIRP Conference on Photonic Technologies [LANE 2020] CY - Online meeting DA - 07.09.2020 KW - Penetration depth KW - Laser metal deposition (LMD) KW - Laser beam welding KW - Filler material distribution PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-512790 DO - https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.09.055 SN - 2212-8271 VL - 94 SP - 293 EP - 297 PB - Elsevier B.V. CY - Amsterdam AN - OPUS4-51279 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -