TY - CONF A1 - Erxleben, Kjell T1 - Component test for the assessment of in-service welding on/onto pressurized hydrogen pipelines N2 - Hydrogen is seen as the energy carrier of the future. Therefore a reliable infrastructure to transport hydrogen in a large scale is needed. A so called European hydrogen backbone out of long distance transmission pipelines is planned by European countries to create a hydrogen transport infrastructure. Due to economic reasons this will be achieved by new build pipelines such as repurposed natural Gas (NG) pipelines, converted to hydrogen useage. A general suitability for hydrogen service of low alloyed pipeline steel, as it is used for NG service today, is given. But in case of necessary in-service welding procedures in terms of e.g. hot-tapping and stoppling, the risk of a critical hydrogen uptake into the pipe materials due to much higher temeperatures while welding and the possibility of hydrogen embrittlement (HE) needs to be closely investigated. The presentation gives an overview of the current H2-SuD project, investigating the feasability of in-service welding on future hydrogen pipelines. Therefore, component-like demonstrators were developed to test (I) the additional hydrogen uptake due to in-service welding under hydrogen pressure and (II) to measure the temperature field due to different welding parameters and demonstrator geometries, especially on the inner pipe wall surface. Collected data will be used to validate a numerical simulation of the thermal field and additionally the hydrogen diffusion in the pipeline material. T2 - Presentation at The University of Manchester CY - Manchester, United Kingdom DA - 12.09.2025 KW - In-service KW - Hydrogen KW - Pipeline KW - Welding PY - 2025 AN - OPUS4-64129 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Component test for the assessment of in-service welding on/onto pressurized hydrogen pipelines N2 - Hydrogen is the energy carrier of tomorrow and requires a reliable large-scale transport infrastructure. In addition to new pipelines, the conversion of existing natural gas (NG) pipeline grids is an essential part. The transport of hydrogen is fundamentally different from that of NG, as hydrogen can be absorbed into the pipeline material. Given the effects of hydrogen embrittlement, the material compatibility (low alloy steels in a wide range of strengths and thicknesses) must be investigated. However, pipelines e.g. require maintenance or the need for installation of additional outlets with the necessity of welding on/onto the pipelines while they are still in service, i.e. with gas flow under high pressure, such as the well-known "hot tapping". This in-service welding poses challenges for hydrogen operations. The challenge can be roughly divided into the possible austenitization of the inner pipe material exposed to hydrogen, the welding itself, which causes an increased temperature range. Both lead to a significant increase in hydrogen solubility and diffusivity compared to room temperature. In addition, possible surface reactions of the present iron oxides (e.g. magnetite or hematite) with the hot hydrogen should be considered. In this context, the knowledge of hydrogen pipelines is scarce due to the lack of operational experience. Fundamental experimental investigations are required to investigate the transferability from NG to hydrogen pipeline grids. For this reason, the present study presents a specially designed mock-up / demonstrator concept for the realistic assessment of the welding process conditions. The mock-up was designed to allow in-situ temperature measurement during the welding process as well as ex-post sample extraction for quantification of the absorbed hydrogen concentration. For safety reasons, the required volume of pressurized hydrogen was limited by inserting a solid cylinder to ensure a 1 cm thick layer of hydrogen gas. Welding experiments on the DN60 and DN200 pressurized mock-ups showed the possibility of safe welding on or onto pressurized hydrogen pipelines. Indeed, the austenitizing temperature was reached on the inner surface of the pipeline, especially on thinner-walled pipelines, using current welding parameter recommendations. This corresponded to an increased hydrogen uptake in the welded area of several ppm. From this point of view, the suggested component concept is a viable strategy for the screening of several materials and welding parameter combinations under realistic operational conditions. T2 - FEMS Euromat 2025 - 18th European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes CY - Granada, Spain DA - 15.09.2025 KW - In-service welding KW - Pipeline KW - Hydrogen KW - Component test PY - 2025 AN - OPUS4-64159 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kaiser, Sebastian T1 - Schweißen im Betrieb an Wasserstoff-Ferngasleitungen N2 - Wasserstoff gilt als Energieträger für die Erreichung der Klimaziele und einer nachhaltigen zukünftigen Energieversorgung. Für den notwendigen Transport des Wasserstoffs in großem Maßstab und über weite Entfernungen ist eine zuverlässige Pipeline-Infrastruktur erforderlich. Umfassende weltweite Forschungsprojekte deuten auf die allgemeine Kompatibilität der verwendeten überwiegend ferritischen Stähle für die vorgesehenen Betriebsbedingungen von bis zu 60 °C bei 100 bar Wasserstoff hin. Dies ist jedoch nicht direkt übertragbar auf schweißtechnische Reparatur- und Wartungsarbeiten an im Betrieb befindlichen Pipelines. Ein im Erdgasnetz etabliertes Verfahren stellt das „Hot-Tapping“ dar, bei dem eine unter Druck stehende Pipeline im Betrieb angebohrt wird. Hierfür kommt ein an die Rohrleitung geschweißtes Formstück zum Einsatz, das die Montage der Bohr-/Lochschneidemaschine ermöglicht. In den Richtlinien EIGA 121/14 bzw. AIGA 033/14 wird darauf hingewiesen, dass das Anbohren von Wasserstoffleitungen kein Routineverfahren darstellt: “[…] a hydrogen hot-tap shall not be considered a routine procedure […]“. Dieser Aussage liegt unter anderem zugrunde, dass das Anschweißen des Formstücks an das Rohr und alle zu erwartenden Wärmebehandlungen vor und nach dem Schweißen eine lokale Temperaturerhöhung verursachen. Insbesondere auch an der Rohrinnenfläche, die dem Wasserstoff ausgesetzt ist. Diese erhöhten Temperaturen begünstigen die Absorption und Diffusion von Wasserstoff in das Material. Besonders zu beachten ist außerdem die lokal auftretende kurzzeitige Austenitisierung des Materials, die eine lokal stark erhöhte Wasserstoffkonzentration verursachen kann. Aus den genannten Gründen gibt diese Studie einen kurzen Überblick über die derzeit weltweit verfügbaren Forschungsprojekte zum Schweißen von Wasserstoff-Pipelines im Betrieb. Vorgestellt werden unter anderem erste Ergebnisse des Kooperationsforschungsprojektes H2SuD, das derzeit an der BAM bearbeitet wird. T2 - 6. Symposium Materialtechnik CY - Clausthal-Zellerfeld, Germany DA - 20.02.2025 KW - Pipeline KW - Schweißen KW - Wasserstoff PY - 2025 AN - OPUS4-62628 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Erxleben, Kjell T1 - Prüfkonzept für die Wasserstoffaufnahme beim Schweißen im Betrieb an Wasserstoffpipelines N2 - Für eine effektive Nutzung von Wasserstoff ist zukünftig ein nationales, sowie europäisches Wasserstoffnetz aus Pipelines geplant. Schweißen an zukünftigen Wasserstoffpipelines im Betrieb (unter Gasfluss und Druck) ist dabei unumgänglich. Für Erdgaspipelines bestehen etablierte Reparaturkonzepte, wie z.B. das "Hot-tapping". Beim Schweißen an Wasserstoffpipelines muss jedoch eine erhöhte Wasserstoffaufnahme in das Pipelinematerial hinlänglich untersucht werden, um mögliche wasserstoffinduzierte Schädigungen auszuschließen. Im Rahmen des Projekts H2-SuD "Schweißen an in Betrieb befindlichen Wasserstoffpipelines" wurde ein Prüfkonzept für die Wasserstoffaufnahme beim Schweißen im Betrieb entwickelt, getestet und angewandt. Dabei wurden realitätsnahe Schweißexperimente an unter Druck stehenden Demonstratoren durchgeführt. Anschließend wurde eine kryogene Probenentnahmeprozedur etabliert und der diffusible Wasserstoffgehalt in den Proben via Trägergasheißextraktion (TGHE) ermittelt. Vielfältige Schweißexperimente an unter 50 bar bis 100 bar Druckwasserstoff stehenden Demonstratoren verschiedener Durchmesser (DN50, DN200) und Wandstärken (4,1 mm bis 7,8 mm) wurden mit unterschiedlichen Schweißparametern durchgeführt. Dabei wurde ein signifikanter Einfluss von Wandstärke, Streckenenergie, Schweißnahtgeometrie und Abkühlbedingung auf die Wasserstoffaufnahme nachgewiesen. Die Durchführbarkeit und Eignung des Prüfkonzepts wurde aufgezeigt. T2 - Bacheloranden-, Masteranden-, Doktoranden Kolloquium (BMDK) OvGU Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 22.01.2025 KW - Reparaturschweißen KW - Pipeline KW - Wasserstoff KW - Ferngasleitung PY - 2025 AN - OPUS4-62502 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Erxleben, Kjell T1 - Reparaturschweißen zukünftiger, in Betrieb befindlicher Wasserstoffpipelines N2 - Es existieren konkrete nationale und europäische Pläne für eine Wasserstoffpipeline Netz. Dieses soll in Zukunft eine Nachhaltige Energieversorgung von Industrie mit hohem energiebedarf sicherstellen. Dabei müssen zukünftige Wasserstoffpipelines aus wirtschaftlich und technischen Gründen im Betrieb gewartet, repariert oder erweitert werden. Die Übertragbarkeit von etablierten Reparaturkonzepten von Ergaspipelines, wie das "Hot-tapping", muss für Wasserstoffpipelines hinlänglich untersucht werden. Das Schweißen im Betrieb ist dabei unumgänglich. Durch eine erhöhte thermische Belastungen bei der Schweißprozedur muss die Wassestoffaufnahme in den Pipelinestahl ausgehend von der Innenwand der Pipeline und eine mögliche Materialdegradation (hydrogen embrittlement, HE) eingehend untersucht werden. Dazu wurden im Rahmen des Projekts "H2-SuD" zwei Prüfkonzepte entiwckelt. Ein Demonstrator Konzept (1) zur Bestimmung der Wasserstoffaufnahme durch realistische Reparaturschweißversuche an druckbeaufschlagten Demonstratoren und ein Prüfkonzept (2) mit vereinfachter Geometrie zur Messung von Wärmefeldern, die beim Reparaturschweißen entstehen. Erste Ergebnisse zur Wasserstoffaufnahme (1) und Temperaturmessungen (2) werden präsentiert und bewertet. Beide Prüfkonzepte bieten die experimentelle Grundlage zur Validierung von geplanten Temperatur- und Diffusionssimulationen von Reparaturschweißungen an Wasserstoffpipelines. T2 - 1. Weiterbildungsveranstaltung 2025 des DVS BV Potsdam CY - Götz, Germany DA - 19.02.2025 KW - Reparaturschweißen KW - Wasserstoff KW - Pipeline PY - 2025 AN - OPUS4-62606 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Erxleben, Kjell T1 - Component test for safety assessment of in-service welding on / onto pressurized hydrogen pipelines N2 - Hydrogen is the energy carrier of tomorrow for a fossil-free future. This requires a reliable transport infrastructure capable of transporting large quantities of hydrogen, e.g. for the steel and chemical industries. In addition to the construction of new pipelines, the conversion of existing natural gas (NG) networks is an essential part of global hydrogen strategies. The transport of hydrogen is fundamentally different from that of NG, as hydrogen can be absorbed into the pipeline material. Given the known effects of hydrogen embrittlement, the compatibility of the materials for the proposed pipelines (typically low alloy steels in a wide range of strengths and thicknesses) must be investigated. However, pipelines require frequent maintenance, repair, or the need to install additional outlets. In some cases, it is necessary to perform welding on or to the pipelines while they are still in service, i.e. with active gas flow under high pressure, such as the well-known "hot tapping". This in-service welding poses challenges for hydrogen operations in terms of additional hydrogen absorption during welding and material compatibility. The challenge can be roughly divided into the possible austenitization of the inner pipe material exposed to hydrogen, which can lead to sufficient hydrogen absorption, and the welding itself, which causes an increased temperature range. Both lead to a significant increase in hydrogen solubility and diffusivity of the respective materials compared to room temperature. In this context, knowledge about hot tapping on hydrogen pipelines is scarce due to the lack of operational experience. Fundamental experimental investigations are required to investigate the transferability from natural gas to hydrogen pipeline networks. For this reason, the present study presents a specially designed mock-up / demonstrator concept for the realistic assessment of the welding process conditions. T2 - Materials Week 2025 CY - Frankfurt am Main, Germany DA - 02.04.2025 KW - In-service KW - Hydrogen KW - Pipeline KW - Repair welding PY - 2025 AN - OPUS4-62874 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kaiser, Sebastian T1 - Evaluation of welding on in-service pressurized hydrogen pipelines by component testing N2 - Hydrogen transportation is fundamentally different from natural gas (NG) as it can be absorbed into the pipeline material. However, pipelines require frequent maintenance or repair, in some cases on or onto the pipelines while they are still under pressure. This in-service welding causes challenges for hydrogen operations. They can be roughly divided into: (1) possible austenitization of the inner pipe material exposed to hydrogen, and (2) welding itself with its temperature cycles. Both lead to a significant increase in hydrogen solubility/diffusivity of the materials. Fundamental investigations are required due to the missing service experience. The present study introduces a specially designed demonstrator concept for the assessment of the welding processing conditions. The mock-up was designed to enable temperature measurement during welding as well as ex-post extraction of samples for the quantification of the absorbed hydrogen. The necessary pressurized hydrogen volume was limited by the insertion of a solid cylinder. Welding experiments on the pressurized mock-ups (DN50 and DN200) have shown that the austenitization temperature is nearly reached on the inner surface of the pipeline. This corresponds to a significant hydrogen absorption of several ppm in the welded joint, especially for thin-walled pipelines. Nonetheless, a potential hydrogen assisted cracking was not identified. T2 - 24. Werkstofftechnisches Kolloquium CY - Chemnitz, Germany DA - 02.04.2025 KW - Pipeline KW - In-Service KW - Welding KW - Hydrogen PY - 2025 AN - OPUS4-62917 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Erxleben, Kjell A1 - Kaiser, Sebastian A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengiesser, Thomas A1 - Kromm, Arne T1 - In-service and repair welding of pressurized hydrogen pipelines–a review on current challenges and strategies N2 - Hydrogen is the energy carrier for a sustainable future without fossil fuels. As this requires a reliable transportation infrastructure, the conversion of existing natural gas (NG) grids is an essential part of the worldwide individual national hydrogen strategies, in addition to newly erected pipelines. In view of the known effect of hydrogen embrittlement, the compatibility of the materials already in use (typically low-alloy steels in a wide range of strengths and thicknesses) must be investigated. Initial comprehensive studies on the hydrogen compatibility of pipeline materials indicate that these materials can be used to a certain extent. Nevertheless, the material compatibility for hydrogen service is currently of great importance. However, pipelines require frequent maintenance and repair work. In some cases, it is necessary to carry out welding work on pipelines while they are under pressure, e.g., the well-known tapping of NG grids. This in-service welding brings additional challenges for hydrogen operations in terms of additional hydrogen absorption during welding and material compatibility. The challenge can be roughly divided into two parts: (1) the possible austenitization of the inner piping material exposed to hydrogen, which can lead to additional hydrogen absorption, and (2) the welding itself causes an increased temperature range. Both lead to a significantly increased hydrogen solubility in the respective materials compared to room temperature. In that connection, the knowledge on hot tapping on hydrogen pipelines is rare so far due to the missing service experiences. Fundamental experimental investigations are required to investigate the possible transferability of the state-of-the-art concepts from NG to hydrogen pipeline grids. This is necessary to ensure that no critical material degradation occurs due to the potentially increased hydrogen uptake. For this reason, the paper introduces the state of the art in pipeline hot tapping, encompassing current research projects and their individual solution strategies for the problems that may arise for future hydrogen service. Methods of material testing, their limitations, and possible solutions will be presented and discussed. KW - In-service KW - Hydrogen KW - Repair welding KW - Pipeline PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-638944 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-025-02127-x SN - 0043-2288 SP - 1 EP - 24 PB - Springer Science and Business Media LLC AN - OPUS4-63894 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Erxleben, Kjell A1 - Kaiser, Sebastian A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Hadick, C. A1 - Schu, K. T1 - Quantification of hydrogen uptake during in-service hydrogen pipeline welding N2 - Hydrogen must be transported on a large scale from producers to consumers to ensure the energy transition. The necessary pipeline grid is achieved by conversion of the natural gas (NG) grid and building new pipelines. Welding during service as part e.g. of “hot-tapping” is unavoidable for maintenance/repair/expansion. Based on existing studies, the basic material compatibility of (low-alloyed) pipeline steels with hydrogen is postulated. However, this cannot be assumed for the case of in-service welding on pipelines in pressurized condition. The reason is the increased temperature e.g. by preheating and (in particular) during welding of the single passes. As a result, the inner pipeline surface undergoes multiple short-term heating but to high temperatures. In particular, the first passes can result in a temperature close to the austenitic transformation of the material for small wall thicknesses. Both increase the hydrogen uptake into the welded joint. If hydrogen embrittlement is likely to occur, depends on the hydrogen uptake, which must be quantified. For this purpose, welding experiments on pressurized demonstrators were conducted. The hydrogen uptake at 100 bar was compared to reference experiments with nitrogen. A new sample extraction routine for the quantification of the weld-zone specific hydrogen uptake was established. Comprehensive experiments with different steels (P235, L360, L485), wall thicknesses (4.1 mm to 7.8 mm) and diameters (DN50 and DN200) were conducted. In addition, the influence of the welding layer sequence on the hydrogen uptake between single- and multi-layer welds was investigated. Analytical approaches were used to approximate the hydrogen uptake in the respective weld zones. The main findings were that the layer sequence and especially the wall thickness have a large influence on the hydrogen uptake. T2 - 20th Pipeline Technology Conference ptc2025 CY - Berlin, Germany DA - 06.05.2025 KW - In-service KW - Hydrogen KW - Pipeline KW - Repair welding KW - component test PY - 2025 SP - 1 EP - 12 AN - OPUS4-63166 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kaiser, Sebastian A1 - Erxleben, Kjell A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Herausforderungen beim Schweißen im Betrieb an Wasserstoff-Ferngasleitungen N2 - Als Energieträger der Zukunft kommt grünem Wasserstoff große Bedeutung bei der Energiewende und der zukünftigen, nachhaltigen Energieversorgung zu Teil. Zum effizienten und sicheren Transport des Wasserstoffs ist die Bereitstellung einer Pipeline-Infrastruktur geplant. Die meisten Länder verfolgen hierbei die Strategie der Umwidmung bestehender Erdgastransportleitungen, ergänzt durch Errichtung neuer Pipelines. Die bestehenden Erdgasnetze sind dabei aus unterschiedlichsten Rohrgeometrien und Materialien zusammengesetzt. Bei der Umwidmung von Erdgaspipelines zum Transport von Wasserstoff müssen daher Fragen der Materialverträglichkeit hinsichtlich des als Wasserstoffversprödung bekannten Phänomens der Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften metallischer Werkstoffe durch Wasserstoff betrachtet werden. Bisherige Forschungsergebnisse und Feldversuche deuten darauf hin, dass die niedriglegierten, ferritischen Stähle, aus denen die Ferngasleitungen des Erdgasnetzes überwiegend bestehen, für den Transport von Wasserstoff unter normalen Betriebsbedingungen geeignet sind. Eine Frage, die bislang weniger Aufmerksamkeit erhielt, ist die, wie sich das Schweißen im Betrieb an Wasserstoffpipelines auf die Materialkompatibilität auswirkt. Im Erdgasnetz sind etablierte Verfahren wie beispielsweise das „Hot-Tapping“ unumgänglich für die Instandhaltung und Erweiterung des Netzes. Hierbei werden an eine im Betrieb befindliche Pipeline geteilte T-Stücke aufgeschweißt, über die die Pipeline dann mit geeigneten Bohrvorrichtungen während eines ununterbrochenen Betriebs angebohrt werden kann. Um zu beurteilen, ob diese Verfahren gefahrlos auf Wasserstoffpipelines übertragen werden können, müssen Problemstellungen betrachtet werden, die sich durch den Wärmeeintrag ins Material beim Schweißen ergeben. Wasserstofflöslichkeit und Diffusionsgeschwindigkeit sind temperaturabhängig. Erhöhte Temperaturen könnten eine Wasserstoffaufnahme ins Material bewirken, die zu einer kritischen Degradation der mechanischen Eigenschaften des Materials führen könnte. Die Temperaturen, die beim Schweißen erreicht werden, führen lokal zur Überschreitung der Austenitisierungstemperatur. Austenit weist eine deutlich höhere Löslichkeit von Wasserstoff auf, während die Diffusionsgeschwindigkeit des Wasserstoffs in dieser Phase deutlich herabgesetzt ist. Es wird vermutet, dass dies zu einer lokal erhöhten Wasserstoffkonzentration führt. Damit geht ein erhöhtes Risiko einer kritischen Materialdegradation einher. Durch die lange Zeitdauer beim Schweißen von mehrlagigen Rundkehlnähten an großen Pipelines, einschließlich einer möglichen Vorwärmprozedur, ist weiterhin zu klären, ob der aus Anwendungsfällen in der Petrochemie bekannte Hochtemperaturwasserstoffangriff auftritt. Der vorliegende Beitrag liefert einen Überblick über das Schweißen im Betrieb an Gaspipelines, hierbei auftretenden Herausforderungen bei der möglichen Anwendung auf Wasserstoffleitungen. Dabei werden auch aktuelle Forschungsprojekte zum Thema Schweißen an Wasserstoffpipelines im Betrieb eingehend diskutiert. In diesem Zusammenhang werden erste Ergebnisse des gemeinschaftlichen Forschungsprojektes „H2-SuD: Einfluss des Schweißens auf die Wasserstoffaufnahme und Degradation im Betrieb befindlicher H2-Ferngasleitungen“ des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches (DVGW), der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und deutscher Gasnetzbetreiber (Open Grid Europe, ONTRAS Gastransport, u.v.m.) präsentiert. T2 - 53. Sondertagung - Schweißen im Anlagen-und Behälterbau 2025 CY - Munich, Germany DA - 18.03.2025 KW - Materialdegradation KW - Pipeline KW - Schweißen KW - Wasserstoff PY - 2025 SN - 978-3-96144-290-4 (Print) SN - 978-3-96144-291-1 (E-Book) VL - 2025 SP - 106 EP - 115 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-62911 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -