TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Erxleben, Kjell A1 - Richter, Tim A1 - Schroepfer, Dirk A1 - Mente, Tobias A1 - Michael, Thomas T1 - Local mechanical properties of dissimilar metal TIG welded joints of CoCrFeMnNi high entropy alloy and AISI 304 austenitic steel N2 - Multiple principal element alloys encompass the well-known high entropy alloys (HEA). The alloy system represents a new class of materials consisting of at least three alloying elements, each containing 5 to 35 at.%. Thus, this alloying concept differs fundamentally from conventional materials such as steel or nickel alloys. For this purpose, the alloying elements are specifically selected, the microstructures are adjusted in a single-phase and, in some cases, multi-phase manner. In particular, conflicting goals, such as the trade-off between strength and ductility in conventional steels, are overcome. However, in the last 20 years, the focus has been on material synthesis. With the increase in available material quantities, the focus is now on processing issues such as joining and welding processes. The weldability of HEAs has received very little attention so far. The experience with dissimilar metal welds is completely lacking but is essential for the application of these materials in combination with conventional materials. The present study presents comprehensive experimental results on the weldability of an equimolar CoCrFeMnNi-HEA in cold-rolled and heat-treated condition, which was joined by tungsten inert gas welding to an austenitic steel AISI 304. The mechanical properties of the dissimilar metal welds were characterized by cross-weld tensile samples, whereas the local deformation in the weld of the different welding zones was measured by digital image correlation. In accordance with the respective initial HEA condition (cold-rolled vs. heat-treated), the local strain behavior was divergent and influenced the global mechanical properties of both DMW types. Nonetheless, the experiments provided proof in principle of the weldability for dissimilar joints of the CoCrFeMnNi-HEA welded to conventional materials like austenitic stainless steels ensuring a corresponding capability for mechanical loading. This allows further considerations on the application of these innovative materials. KW - TIG welding KW - High-entropy alloys KW - Mechanical properties KW - Dissimilar metal weld PY - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-595775 SN - 0043-2288 SP - 1 EP - 11 PB - Springer Science and Business Media LLC AN - OPUS4-59577 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas A1 - Griesche, Axel A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Treutler, Kai A1 - Wesling, Volker T1 - In situ Messung chemischer Konzentrationen im Schmelzbad während des WIG-Schweißens von Duplexstählen zur Analyse der Phasenverteilung N2 - Die Kombination aus hoher Korrosionsbeständigkeit und guten mechanischen Eigenschaften von Duplexstählen (DSS) ist auf ihre chemische Zusammensetzung und das ausgewogene Phasenverhältnis von Ferrit (α) und Austenit (γ) zurückzuführen. Viele industrielle Anwendungen erfordern eine stoffschlüssige Verbindung von DSS. Das Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) ist relativ einfach zu handhaben, benötigt nur wenig Platz und ermöglicht ein automatisiertes Schweißen, mit sehr hoher Reproduzierbarkeit und ist daher hervorragend zum Schweißen von DSS. Während der Erstarrung dieser Dualphasenstähle kann es zu kritischen Phasenverhältnissen von α und γ kommen, was zu Erstarrungsrissen, Korrosionsanfälligkeit, geringerer Duktilität und kritischen Festigkeitswerten führt. Um die gewünschten Werkstoffeigenschaften zu erhalten, muss daher die α/γ-Verteilung zuverlässig vorhergesagt werden. Dies geschieht in der Regel mit Hilfe des WRC1992-Diagramms. Die Vorhersagegenauigkeit des Ferritgehalts in diesem Diagramm ist jedoch meist nicht genau genug und muss daher optimiert werden. Daher ist es notwendig, selbst kleinste Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung des Schweißguts idealerweise während des Schweißens zu überwachen. Dies wird in diesen Experimenten mit Hilfe der laser-induzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) durchgeführt. Ein großer Vorteil dieser Technik ist die hochgenaue zeit- und ortsaufgelöste Messung der chemischen Zusammensetzung während des Schweißens. In vorherigen Arbeiten wurde bereits die chemische Zusammensetzung im Schweißgut und der WEZ quantifiziert. In der präsentierten Untersuchung wird der Einfluss einzelner Elemente, wie Nb und Cu, auf das resultierende Schweißmikrogefüge untersucht. T2 - Symposium Materialtechnik der TU Clausthal CY - Clausthal, Germany DA - 23.02.2023 KW - LIBS KW - Duplex Stainless Steel KW - WRC 1992 diagram KW - TIG welding PY - 2023 AN - OPUS4-57078 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas A1 - Griesche, Axel A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Treutler, Kai A1 - Wesling, Volker T1 - In situ measurement of chemical concentrations in the weld during TIG welding of Duplex stainless steels for phase distribution analysis N2 - The combination of high corrosion resistance and good mechanical properties of duplex steels (DSS) is due to their chemical composition and the balanced phase ratio of ferrite (α) and austenite (γ). Many industrial applications require a material joint of DSS. Tungsten inert gas (TIG) welding is relatively easy to use, requires little space and allows automated welding, with very high reproducibility and is therefore excellent for welding DSS. During solidification of these steels, critical phase ratios of α and γ can occur, leading to solidification cracking, susceptibility to corrosion, lower ductility, and critical strength values. Therefore, to obtain the desired material properties, the α/γ distribution must be reliably predicted. This is usually done using the WRC1992 diagram. However, the prediction accuracy of the ferrite content in this diagram is usually not accurate enough and must therefore be optimized. It is therefore necessary to monitor even the smallest changes in the chemical composition of the weld metal, ideally during welding. This is done in these experiments using Laser-induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). A major advantage of this technique is the highly accurate time- and spatially-resolved measurement of chemical composition during welding. Previous work has quantified the chemical composition in the weld metal and heat affected zone. In the presented study, the influence of individual elements, such as Nb and Cu, on the resulting weld microstructure is investigated. T2 - IIW Intermediate Meeting 2023 CY - Hachenburg, Germany DA - 27.02.2023 KW - LIBS KW - Duplex Stainless Steel KW - WRC 1992 diagram KW - TIG welding PY - 2023 AN - OPUS4-57079 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Quackatz, Lukas A1 - Griesche, Axel A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Rapid solidification during welding of duplex stainless steels – in situ measurement of the chemical concentration by Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) N2 - Duplex stainless steels (DSS) are frequently used, especially in applications requiring high strength combined with high corrosion resistance in aggressive media. Examples include power plant components and maritime structures. During welding of these steels, local variations in chemical composition can occur. This results in ferritization of the material and negatively affects the mechanical properties of the components. In this work, tungsten inert gas (TIG) welding experiments were performed with DSS. Chemical composition analysis was realized in situ by using Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). The aim of the work is to quantitatively measure the chemical composition in the weld seam of various DSS and to identify possible influences of welding parameters on the microstructure of the material. The chemical concentrations of the main alloying elements Cr, Ni, Mn on the surface of the sample during the welding process and the cooling process were measured. Mn and Ni are austenite stabilizers and their content increases during welding by using certain high alloyed filler material. Spectra were recorded every 1.3 s at a spacing of approximately 2 mm. During the cooling process the location of the measurement was not changed. The LIBS method is proofed to be suitable for the quantitative representation of the chemical compositions during the welding process. T2 - ICASP-6 CY - Le Bischenberg, France DA - 20.06.2022 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - Duplex stainless steel KW - TIG welding KW - Evaporation PY - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-571308 VL - 1274 SP - 1 EP - 8 PB - IOP Publishing CY - Bristol AN - OPUS4-57130 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas A1 - Griesche, Axel A1 - Kannengießer, Thomas T1 - In situ Messung chemischer Konzentrationen im Schmelzbad von Duplexstählen während des WIG-Schweißens N2 - Die Kombination aus hoher Korrosionsbeständigkeit und guten mechanischen Eigenschaften von Duplexstählen (DSS) ist auf ihre chemische Zusammensetzung und das ausgewogene Phasenverhältnis von Ferrit (α) und Austenit (γ) zurückzuführen. Viele industrielle Anwendungen erfordern eine stoffschlüssige Verbindung von DSS. Das Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) ist relativ einfach zu handhaben, benötigt nur wenig Platz und ermöglicht ein automatisiertes Schweißen, mit sehr hoher Reproduzierbarkeit und ist daher hervorragend zum Schweißen von DSS. Während der Erstarrung dieser Dualphasenstähle kann es zu kritischen Phasenverhältnissen von α und γ kommen, was zu Erstarrungsrissen, Korrosionsanfälligkeit, geringerer Duktilität und kritischen Festigkeitswerten führt. Um die gewünschten Werkstoffeigenschaften zu erhalten, muss daher die α/γ-Verteilung zuverlässig vorhergesagt werden. Dies geschieht in der Regel mit Hilfe des WRC1992-Diagramms. Die Vorhersagegenauigkeit des Ferritgehalts in diesem Diagramm ist jedoch meist nicht genau genug und muss daher optimiert werden. Daher ist es notwendig, selbst kleinste Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung des Schweißguts idealerweise während des Schweißens zu überwachen. Dies wird in diesen Experimenten mit Hilfe der laser-induzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) durchgeführt. Ein großer Vorteil dieser Technik ist die hochgenaue zeit- und ortsaufgelöste Messung der chemischen Zusammensetzung während des Schweißens. In vorherigen Arbeiten wurde bereits die chemische Zusammensetzung im Schweißgut und der WEZ quantifiziert. In der präsentierten Untersuchung wird der Einfluss einzelner Elemente, wie Nb und Cu, auf das resultierende Schweißmikrogefüge untersucht. T2 - BMDK der Universität Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 08.11.2023 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - Duplex stainless steel KW - TIG welding KW - Calibration free PY - 2023 AN - OPUS4-58777 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas A1 - Griesche, Axel A1 - Kannengießer, Thomas T1 - In situ Messung der chemischen Konzentration in der Schmelze während des WIG-Schweißens von Duplexstählen zur Analyse der Phasenverteilung N2 - Die Kombination aus hoher Korrosionsbeständigkeit und guten mechanischen Eigenschaften von Duplexstählen (DSS) ist auf ihre chemische Zusammensetzung und das ausgewogene Phasenverhältnis von Ferrit (α) und Austenit (γ) zurückzuführen. Viele industrielle Anwendungen erfordern eine stoffschlüssige Verbindung von DSS. Das Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) ist relativ einfach zu handhaben, benötigt nur wenig Platz und ermöglicht ein automatisiertes Schweißen, mit sehr hoher Reproduzierbarkeit und ist daher hervorragend zum Schweißen von DSS. Während der Erstarrung dieser Dualphasenstähle kann es zu kritischen Phasenverhältnissen von α und γ kommen, was zu Erstarrungsrissen, Korrosionsanfälligkeit, geringerer Duktilität und kritischen Festigkeitswerten führt. Um die gewünschten Werkstoffeigenschaften zu erhalten, muss daher die α/γ-Verteilung zuverlässig vorhergesagt werden. Dies geschieht in der Regel mit Hilfe des WRC1992-Diagramms. Die Vorhersagegenauigkeit des Ferritgehalts in diesem Diagramm ist jedoch meist nicht genau genug und muss daher optimiert werden. Daher ist es notwendig, selbst kleinste Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung des Schweißguts idealerweise während des Schweißens zu überwachen. Dies wird in diesen Experimenten mit Hilfe der laser-induzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) durchgeführt. Ein großer Vorteil dieser Technik ist die hochgenaue zeit- und ortsaufgelöste Messung der chemischen Zusammensetzung während des Schweißens. In vorherigen Arbeiten wurde bereits die chemische Zusammensetzung im Schweißgut und der WEZ quantifiziert. In der präsentierten Untersuchung wird der Einfluss einzelner Elemente, wie Nb und Cu, auf das resultierende Schweißmikrogefüge untersucht. T2 - BMDK der Universität Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 25.01.2023 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - WRC 1992 diagram KW - Duplex stainless steel KW - TIG welding PY - 2023 AN - OPUS4-56902 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas A1 - Griesche, Axel A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Treutler, Kai A1 - Wesling, Volker T1 - Analyzing the impact of individual alloying elements on weld microstructure: In situ chemical composition measurement during TIG welding of Duplex Stainless Steels microstructure N2 - Various industrial applications require the joining of DSS components. Tungsten Inert Gas (TIG) welding is particularly well-suited for this purpose due to the ability to achieve highly reproducible automated welds. However, during solidification of the weld pool, critical phase ratios of ferrite (α) and austenite (γ) may occur, leading to solidification cracking, increased corrosion susceptibility, lower ductility and critical strength values. Hence, in order to achieve the desired material characteristics, it is crucial to accurately predict the α/γ phase ratio within the weld. Conventionally, the WRC-1992 diagram is employed for this purpose. In our study, we used Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) to track alterations in the chemical composition of the weld metal on the surface throughout the welding process. One significant benefit of this method is its capability to provide precise and real-time measurements of chemical compositions during welding, both temporally and spatially. In previous investigations, we could develop routines to quantify the measurement of chemical compositions within the weld metal and the Heat-Affected Zone (HAZ). The conducted research focuses on examining the alterations in chemical concentrations of specific alloying elements, namely Cu and Mn as γ-forming elements, and Nb and Cr as α-forming elements, during welding. These changes are measured in real-time using Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). To achieve this, both the ferrite number, determined through magnetic-inductive techniques, and the weld microstructure are analyzed. Through image-analytical methods, a correlation is established between the microstructure and the LIBS data obtained. T2 - AJP 2023 CY - Braga, Portugal DA - 19.10.2023 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - Duplex stainless steel KW - TIG welding PY - 2023 AN - OPUS4-58657 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas A1 - Griesche, Axel A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Treutler, Kai A1 - Wesling, Volker T1 - Analyse der chemischen Konzentrationen während des WIG-Schweißens von Duplexstählen mittels Laser induzierter Plasmaspektroskopie (LIPS) N2 - Die Kombination aus hoher Korrosionsbeständigkeit und guten mechanischen Eigenschaften von Duplexstählen (DSS) ist auf ihre chemische Zusammensetzung und das ausgewogene Phasenverhältnis von Ferrit (α) und Austenit (γ) zurückzuführen. Viele industrielle Anwendungen erfordern eine stoffschlüssige Verbindung von DSS. Das Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) ist relativ einfach zu handhaben, benötigt nur wenig Platz und ermöglicht ein automatisiertes Schweißen, mit sehr hoher Reproduzierbarkeit und ist daher hervorragend zum Schweißen von DSS. Während der Erstarrung dieser Dualphasenstähle kann es zu kritischen Phasenverhältnissen von α und γ kommen, was zu Erstarrungsrissen, Korrosionsanfälligkeit, geringerer Duktilität und kritischen Festigkeitswerten führt. Um die gewünschten Werkstoffeigenschaften zu erhalten, muss daher die α/γ-Verteilung zuverlässig vorhergesagt werden. Dies geschieht in der Regel mit Hilfe des WRC1992-Diagramms. Die Vorhersagegenauigkeit des Ferritgehalts in diesem Diagramm ist jedoch meist nicht genau genug und muss daher optimiert werden. Daher ist es notwendig, selbst kleinste Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung des Schweißguts idealerweise während des Schweißens zu überwachen. Dies wird in diesen Experimenten mit Hilfe der laser-induzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) durchgeführt. Ein großer Vorteil dieser Technik ist die hochgenaue zeit- und ortsaufgelöste Messung der chemischen Zusammensetzung während des Schweißens. In vorherigen Arbeiten wurde bereits die chemische Zusammensetzung im Schweißgut und der WEZ quantifiziert. In der präsentierten Untersuchung wird der Einfluss einzelner Elemente, wie Nb und Cu, auf das resultierende Schweißmikrogefüge untersucht. T2 - BMDK der Universität Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 05.07.2023 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - WRC 1992 diagram KW - TIG welding KW - Duplex stainless steels PY - 2023 AN - OPUS4-57873 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas A1 - Gornushkin, Igor A1 - Griesche, Axel A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Treutler, Kai A1 - Wesling, Volker T1 - LIBS In situ Chemical Analysis in Duplex Stainless Steel Welding N2 - The high corrosion resistance and good mechanical properties of duplex stainless steel (DSS) are due to its special chemical composition, which is a balanced phase ratio of ferrite (α) and austenite (γ). Many industrial applications require the integration of DSS components. For this, tungsten inert gas welding (TIG) is an excellent choice, as it allows an automated operation with high reproducibility. However, when the weld pool solidifies, critical ratios of α- and γ- phases can occur, which leads to solidification cracking, increased susceptibility to corrosion, and a decrease in ductility and critical strength. Previous studies have shown that these defects can be caused by the accumulation of manganese and chromium in the heat affected zone (HAZ), and this accumulation can be detected using LIBS. Unlike conventional LIBS analyses, which requires reference samples to generate a calibration curve, calibration-free LIBS (CF-LIBS) can determine the chemical composition solely from the emission spectrum of the plasma. Numerous publications show that CF-LIBS is a fast and efficient analytical method for quantitative analysis of metal samples. We present the results of in situ CF-LIBS analysis during TIG DSS welding. Using a new approach, it is possible to quantitatively determine the chemical composition of the weld metal directly in the welding process. The results of the CF-LIBS analysis are compared with the results of the calibration-based PLS analysis and reasonable agreement is found. Thus, the CF-LIBS method offers the significant advantage of quickly measuring in situ the concentrations of the main alloying elements that prevent the formation of welding defects, without the tedious calibration procedure. T2 - EMSLIBS 2023 CY - Porto, Portugal DA - 04.09.2023 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - Duplex stainless steel KW - TIG welding KW - Calibration free PY - 2023 AN - OPUS4-58314 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas A1 - Griesche, Axel A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Treutler, K. A1 - Gehling, T. A1 - Eissel, A. A1 - Wesling, V. T1 - In situ Messung der chemischen Konzentration in der Schmelze während des WIG-Schweißens von Duplexstählen N2 - Duplexstähle besitzen ein zweiphasiges Gefüge und werden aufgrund ihrer verbesserten Schweißeignung gegenüber den Vollausteniten häufig im Anlagen- bzw. Apparatebau eingesetzt. Aufgrund der hohen Abkühlgeschwindigkeit und dem Abbrand von Legierungselementen kommt es zu einer Ferritisierung des Schweißguts und damit zu einer Degradation der mechanischen Eigenschaften. Zur Vorhersage des Phasenverhältnisses im Schweißgut wird das WRC1992-Diagramm genutzt. Dieses Diagramm zeigt einige Ungenauigkeiten und benötigt zur genaueren Vorhersage der Phasenverhältnisse eine Überarbeitung. Um den Einfluss einzelner Elemente auf das Schweißnahtmikrogefüge besser zu verstehen, wurden drahtförmige Schweißzusatzwerkstoffe mit dem Ferrit-Bildner Nb und dem Austenit-Bildner Cu beschichtet und für Schweißungen verwendet. Die Messmethode der Laser-induzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) bietet hier eine gute Möglichkeit der in situ Überwachung der chemischen Konzentrationen, während des WIG-Schweißens von Duplexstählen. Die LIBS-Messergebnisse, konnten mit der Ferritnummer und der Schweißnahtmikrostruktur korreliert werden. T2 - Symposium Materialtechnik der TU Clausthal CY - Clausthal-Zellerfeld, Germany DA - 23.02.2023 KW - LIBS KW - In situ measurement KW - WRC 1992 diagram KW - Dduplex stainless steel KW - TIG welding PY - 2023 VL - 12 SP - 612 EP - 627 PB - Shaker CY - Aachen AN - OPUS4-57991 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -