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 - JOUR A1 - Yang, Chunliang A1 - Yan, Fan A1 - Meng, Xiangmeng A1 - Putra, Stephen Nugraha A1 - Bachmann, Marcel A1 - Rethmeier, Michael T1 - Phase-field simulation of the dendrite growth in aluminum alloy AA5754 during alternating current electromagnetic stirring laser beam welding N2 - Electromagnetic stirring is known to promote material flow, reduce porosity, uniform elements distribution, and refine grain in laser beam welding (LBW), which enhances the applicability of LBW in various industries. In this study, a phase-field model of dendrite growth in AA5754 Al alloy electromagnetic stirring laser beam welding was established. The model considered the thermal electromagnetic Lorentz force resulting from the interaction between the electric field generated by the Seebeck effect and the magnetic field, as well as the temperature gradient and solidification rate of the solidification interface obtained from the computational fluid dynamics electromagnetic stirring LBW model. The variation rules of dendrite growth with different magnetic parameters and effects are analyzed. Comprehensively, the magnetic field promotes the solidification rate, thus promoting interfacial instability and a large magnetic flux density leads to a faster interface instability. The solidification rate as well as the temperature gradient affect the growth rate, and the accelerated growth caused by the so lidification rate with a high frequency and a large magnetic flux density effectively inhibits the slow growth caused by the temperature gradient. The thermal electromagnetic Lorentz force is the main factor for the branch increment at low frequencies, while both thermal electromagnetic Lorentz force and temperature gradient in crease the number of branches at high frequencies. The calculated average branch numbers considering various factors in the stable stage under different magnetic parameters were consistent with the results of the scanning electron microscope tests. KW - Laser beam welding KW - Electromagnetic KW - Aluminum alloys KW - Phase field method KW - Dendrite growth PY - 2024 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.124754 SN - 0017-9310 VL - 218 SP - 1 EP - 16 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-58489 LA - eng 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 - Transferability of ANN-generated parameter sets from welding tracks to 3D-geometries in Directed Energy Deposition N2 - Directed energy deposition (DED) has been in industrial use as a coating process for many years. Modern applications include the repair of existing components and additive manufacturing. The main advantages of DED are high deposition rates and low energy input. However, the process is influenced by a variety of parameters affecting the component quality. Artificial neural networks (ANNs) offer the possibility of mapping complex processes such as DED. They can serve as a tool for predicting optimal process parameters and quality characteristics. Previous research only refers to weld beads: a transferability to additively manufactured three-dimensional components has not been investigated. In the context of this work, an ANN is generated based on 86 weld beads. Quality categories (poor, medium, and good) are chosen as target variables to combine several quality features. The applicability of this categorization compared to conventional characteristics is discussed in detail. The ANN predicts the quality category of weld beads with an average accuracy of 81.5%. Two randomly generated parameter sets predicted as “good” by the network are then used to build tracks, coatings,walls, and cubes. It is shown that ANN trained with weld beads are suitable for complex parameter predictions in a limited way. KW - Welding parameter KW - Quality assurance KW - DED KW - Artificial neural network KW - Additive manufacturing PY - 2022 DO - https://doi.org/10.1515/mt-2022-0054 SN - 0025-5300 VL - 64 IS - 11 SP - 1586 EP - 1596 PB - De Gruyter AN - OPUS4-56278 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -