TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Residual stress analysis on a DED-Arc additive manufactured high-strength steel component using the contour method N2 - Direct Energy Deposition with arc (DED-arc) or wire arc additive manufacturing (WAAM) has significantly transformed the manufacturing paradigm in recent years by the virtue of its capability to fabricate intricate, large scale metallic parts owing to high deposition rates, high efficiency, and cost effectiveness. Subsequent enhancement in efficiency can be achieved through the utilization of the high-strength structural steels. The fabrication of the intricate geometries possesses challenges in regulating the residual stresses (RS), representing a significant concern in the realm of additive manufacturing (AM). High residual stresses contribute to an increased risk of cold cracking particularly in the welding of the high strength steels arising from complex interactions among the material, process conditions and component design. Reliable residual stress evaluation is vital in the structural integrity assessment of the welded components. Therefore, in the present study, the contour method was used to analyse the full field longitudinal residual stresses in an open hollow cuboid specimen fabricated by DED-arc. In this method, the specimen is cut along a desired plane of interest and the deformation caused by the cut surface is measured using the coordinate measuring machine and an industrial non-contact 3D scanner. A different cutting and restraint methodology was adopted and its influence on the residual stresses was analysed. The results indicate that the maximum tensile residual stresses around 600 MPa occurred in the left wall of the DED-arc structure exactly two layers below from the top. Additionally, the stresses at the bottom layer of the base plate demonstrate tensile in longitudinal direction and the corresponding balancing compressive residual stresses occurred at the top layer of the base plate. The contour approach is efficient and precise way for generating a two-dimensional residual stress map. The results obtained from the contour method was further validated using the X-ray Diffraction and both sets of findings demonstrated similarity. T2 - European Conference on Residual Stresses - ECRS11 CY - Prague, Czech Republic DA - 03.06.2024 KW - High strength steels KW - Additive Manufacturing KW - Residual stress KW - Contour methode PY - 2024 AN - OPUS4-61948 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. T1 - Einfluss der Wärmeführung auf die Eigenschaften und fertigungsbedingten Beanspruchungen additiv geschweißter hochfester Feinkornbaustähle N2 - Hochfeste Feinkornbaustähle verfügen über ein großes Potenzial für gewichtsoptimierte, effiziente Strukturen in vielen modernen Stahlkonstruktion. Weitere Effizienzsteigerungen können durch additives Fertigen sowie bionische Bauweisen erreicht werden. Kommerzielle hochfeste Zusatzwerkstoffe für additives MSG-Schweißen (engl.: Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM) sind bereits von den Schweißzusatzherstellern lieferbar. Derzeit ist jedoch eine breite industrielle Anwendung insbesondere für KMU aufgrund fehlender quantitativer Erkenntnisse und Richtlinien bezüglich schweißbedingter Beanspruchungen und Bauteilsicherheit während der Herstellung und des Betriebs stark limitiert. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt (FOSTA-P1380/IGF21162BG) der BAM und der TU Chemnitz werden die mit Eigenspannungsausbildung und der Gefahr einer Kaltrissbildung verbundenen prozess- und werkstoffbedingten sowie konstruktiven Einflüsse untersucht. Im Fokus dieser Analysen steht die Bestimmung der Wechselwirkungen zwischen WAAM-Prozessparametern bzw. der Wärmeführung auf das Gefüge und die Eigenspannungen. Hierfür werden Referenzproben als offene Hohlquader mit definierten Abmessungen vollautomatisiert mit einem speziellen, hochfesten WAAM-Massivdraht (Streckgrenze >790 MPa) geschweißt. Die gezielte Einstellung der geometrischen Eigenschaften erfolgt durch Schweißparameter und Nahtaufbau bei ca. 4 kg/h mittlerer Abschmelzleistung. Die Wärmeführung wird innerhalb eines statistischen Versuchsplanes mittels Streckenenergie (200 kJ/m bis 650 kJ/m) und Zwischenlagentemperatur (100 °C bis 300 °C) so variiert, dass die t8/5-Abkühlzeiten dem empfohlenen Verarbeitungsbereich entsprechen (ca. 5 s bis 20 s). Ziel ist es bei konstanten geometrisch-konstruktiven Randbedingungen, den Einfluss der Wärmeführung auf Gefüge und resultierende Eigenspannungen zu analysieren. Für die Streckenenergie können neben den Gefügeeinflüssen aufgrund der resultierenden Abkühlzeit deutliche Effekte insbesondere auf die lokalen Eigenspannungen im Bauteil belegt werden. Das Schweißen mit zu hoher Wärmeeinbringung bzw. Abschmelzleistung kann zu ungünstigen Gefüge- und Bauteileigenschaften führen, gleichzeitig jedoch niedrigere Zugeigenspannungsniveaus bewirken. Solche komplexen Wechselwirkungen gilt es letztlich mit diesen Untersuchungen zu klären, um leicht anwendbare Verarbeitungsempfehlungen und Normvorgaben für ein wirtschaftliches, anforderungsgerechtes und risssicheres WAAM von hochfesten Stählen den Anwendern zur Verfügung zu stellen. T2 - DVS Congress 2021 CY - Online meeting DA - 14.09.2021 KW - MAG-Schweißen KW - Additive Fertigung KW - Eigenspannungen KW - Kaltrisssicherheit KW - Hochfester Stahl PY - 2021 AN - OPUS4-56668 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Becker, Amadeus A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Beanspruchungsgerechte Reparatur von Schweißverbindungen bei der Fertigung von Bauteilen aus hochfesten Feinkornbaustählen N2 - Bei der Montage von Stahlkonstruktionen kommt es trotz anforderungsgerechter schweißtechnischer Fertigung vereinzelt zur Detektion von unzulässigen Unregelmäßigkeiten im Schweißbereich. Die Verarbeitungsregelwerke empfehlen das lokale thermische Ausfugen betroffener Bereiche und erneutes Schweißen, geben aber aufgrund fehlender wissenschaftlich fundierter Untersuchungen kaum Informationen zu adäquaten Reparaturkonzepten. Dies betrifft insbesondere die Berücksichtigung und Optimierung resultierender schweißbedingter Beanspruchungen durch hohe Schrumpfbehinderungen der Ausfugenuten sowie der Gefügedegradation angrenzender Bereiche durch das Ausfugen und erneute Schweißen. Gerade bei hochfesten Stahlgüten ergeben sich dadurch häufig reduzierte mechanische Eigenschaften und zusätzliche schweißbedingte Beanspruchungen sowie erneut auftretende Nahtdefekte. Deshalb wurden für das Forschungsvorhaben systematische bauteilrelevante Untersuchungen der schweißbedingten Beanspruchungen und Gefügeveränderungen reparierter Schweißnähte in Abhängigkeit von der Schrumpfbehinderung und Wärmeführung beim Schweißen und Ausfugen sowie von der Reparaturzyklenanzahl durchgeführt. Die Untersuchungsergebnisse zeigen auf, welche Faktoren sich für eine Beanspruchungsreduzierung auch bei hohen Einspannbedingungen eignen und wie eine Degradation des Gefüges und der Eigenschaften der Schweißnaht sowie wiederholte Schweißnahtdefekte in der Reparaturnaht vermieden werden können. Insbesondere können mittels adaptiver Wärmeführung geringere schweißbedingte Beanspruchungen in den Reparaturschweißnähten bewirkt werden. Bauteilversuche sichern zudem die Übertragbarkeit der Schweißexperimente in die Praxis ab. Aufgrund der Erkenntnisse konnten Empfehlungen für beanspruchungs- und werkstoffgerechte Reparaturkonzepte abgeleitet und ausgesprochen werden. Die Analysen wurden an den hochfesten Stahlgüten S500MLO für den Offshore-Bereich und S960QL für den Mobilkranbau realisiert. Damit wird insbesondere der wirtschaftlichen Fertigung hocheffizienter Konstruktionen für Windenergieanlagen und hochfester Strukturen, die für deren Errichtung notwendig sind, Rechnung getragen. So bieten die Forschungsergebnisse eine wesentliche Grundlage für die Weiterentwicklung entsprechender Normen und Regelwerke. Damit können letztlich Schäden und zumeist teure Nacharbeiten verhindert und eine verbesserte Ausnutzung des hohen Festigkeitspotentials hochfester Stähle erreicht werden. Gerade auch KMU können mit Blick auf die Kosten für Fertigung, Schweißarbeit und Material von den Erkenntnissen beim Einsatz hochfester Stähle, die für eine effiziente Realisierung der Energiewende in Deutschland notwendig sind, profitieren. KW - MAG-Schweißen KW - Hochfester Stahl KW - Reparatur KW - Kaltrisssicherheit KW - Reparaturschweißen KW - Wärmeführung KW - Windenergie PY - 2023 UR - https://matplus.shop/produkt/p-1311-beanspruchungsgerechte-reparatur-von-schweissverbindungen-bei-der-fertigung-von-bauteilen-aus-hochfesten-feinkornbaustaehlen SN - 978-3-96780-146-0 N1 - Schlussbericht vom 18.07.2022 zu dem über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages geförderten Vorhaben Nr. 20162 N (Berichtszeitraum 01.07.2019 - 28.02.2022) VL - P 1311 SP - 1 EP - 156 PB - Verlag und Vertriebsgesellschaft CY - Düsseldorf AN - OPUS4-59260 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz A1 - Eissel, A. A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Treutler, K. A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Wesling, V. T1 - Effect of alloy modification for additive manufactured Ni alloy components on microstructure and subsequent machining properties N2 - Ni alloys are generally classified as difficult-to-cut materials and cost intensive. Additive manufacturing (AM) offers economic advantages. However, machining of these AM components is mandatory to create the final contour or surface. The inhomogeneous and anisotropic microstructure and properties of AM components causes an unstable cutting process. Moreover, undesirable tensile residual stresses are generated due to subsequent machining. In this investigation, the initial alloy 36 is modified with Ti and Nb up to 1.6 wt.-% and build-up welded via gas metal arc welding (GMAW) and plasma-transferred-arc (PTA). Then, finish-milling tests are carried out to investigate the influence of the modification as well as the cutting parameters on the resulting cutting force and the surface integrity. In addition, the conventional milling process (CM) is compared with the ultrasonic-assisted milling process (US), which has a significant influence on the machinability as well as on the surface integrity. T2 - Additive Fertigung – Werkstoffe – Prozesse – Wärmebehandlung 2022 CY - Bremen, Germany DA - 29.06.2022 KW - Additive manufacturing KW - Alloy 36 KW - Alloy modification KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Surface integrity PY - 2022 SP - 57 EP - 67 AN - OPUS4-55430 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Eigenspannungsanalyse mittels Konturmethode an einem additiv gefertigten Bauteil aus hochfestem Stahl N2 - Hochfeste Feinkornbaustähle verfügen über ein großes Potenzial für gewichtsoptimierte, effiziente Strukturen in vielen modernen Stahlkonstruktion. Weitere Effizienzsteigerungen können durch additives Fertigen sowie bionische Bauweisen erreicht werden. Diese ermöglichen erhebliche Einsparungen an Kosten, Zeit und Ressourcen. Kommerzielle hochfeste Zusatzwerkstoffe für additives MSG-Schweißen (engl.: Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM) sind bereits von den Schweißzusatzherstellern lieferbar, allerdings ist der industrielle Einsatz aufgrund fehlender Richtlinien und quantitativer Kenntnisse über die Schweißbeanspruchungen während der Fertigung und des Betriebs eingeschränkt. Daher sind umfassende Kenntnisse über die Eigenspannungen im Bauteil von entscheidender Bedeutung. In dieser Untersuchung wurde die Konturmethode verwendet, um die longitudinalen Eigenspannungen im Volumen eines additiv gefertigten offenen Hohlquaders zu bestimmen. Dabei wurde die Probe entlang einer definierten Ebene getrennt, wodurch di T2 - Fachausschuss 13 Eigenspannungen CY - Siegen, Germany DA - 16.10.2024 KW - Hochfester Stahl KW - Additive Fertigung KW - Eigenspannungen PY - 2024 AN - OPUS4-61954 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Generative Fertigung und Kaltrisssicherheit N2 - Hochfeste Feinkornbaustähle verfügen über ein großes Potenzial für gewichtsoptimierte, effiziente Strukturen in vielen modernen Stahlkonstruktion. Weitere Effizienzsteigerungen können durch additives Fertigen sowie bionische Bauweisen erreicht werden. In dieser Präsentation werden erste Ergebnisse der Eigenspannungsanalysen von additiv gefertigten Bauteilen aus hochfestem Stahl vorgestellt. T2 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium CY - Online meeting DA - 10.06.2021 KW - Additive Fertigung KW - Wärmeführung KW - Hochfester Stahl KW - Eigenspannungen KW - Härteprüfung nach Vickers PY - 2021 AN - OPUS4-53326 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kaiser, Sebastian A1 - Rhode, Michael T1 - Repair welding of pressurized in-service hydrogen pipelines: A review on current challenges and strategies N2 - As energy carrier of the future, green hydrogen can make a decisive contribution to a sustainable energy supply. Particularly important is the decarbonization of heavy industry. Therefore, a reliable supply of hydrogen must be guaranteed. A hydrogen pipeline grid can achieve this purpose. In Europe concrete plans for a hydrogen pipeline grid already exist, as the so called “European Hydrogen backbone”. As building a completely new pipeline grid is economically not justifiable, a dual-way strategy of repurposing natural gas (NG) pipelines and newly built pipelines is intended. Long distance pipeline grids require regular maintenance and repairs. For NG pipelines in-service welding is state of the art. Concepts such as hot-tapping (drilling into pressurized pipelines) and “stoppling” (sealing off pipeline sections after installing bypasses or pressure relieves) allow the repair of damaged pipeline sections or the installation of new branches without shutting the pipeline down, which in most cases isn’t possible from an economic standpoint. The EIGA 121/14 guideline already pointed out in 2014 that “A hydrogen hot-tap shall not be considered a rou-tine procedure, […]”. This shows that the determination of the transferability of these repair concepts to hydrogen pipelines is of utmost importance. Due to the degrading effects of hydrogen on mechanical properties, commonly referred to as “hydrogen embrittlement” it is necessary to understand and investigate the occurring effects. In the special case of repair welding on in-service hydrogen pipelines an increased hydrogen uptake due to a large heat input and microstructural changes in the material needs to be considered. Therefore, material degradation must be investigated to determine whether modifications of repair procedures are necessary to ensure a reliable and safe hydrogen transportation via pipelines. For this reason, this paper gives an overview on existing weld repair concepts and its risks and limitations in terms of hydrogen absorption and possible embrittlement effects when transferred to hydrogen pipelines. The complexity lies in a large variety of materials (low alloyed steels), pipeline diameters and corresponding weld-ed joints. The material compatibility of materials in used (repurposed NG-pipelines) and new condition must be investigated. Particularly for repurposed/used pipelines the effect of a pre-matured/corroded inner surface and sometimes insufficient documentation of the material “history” needs to be considered. An overview on ongoing and completed R&D-projects with respect to repair concepts for hydrogen pipelines and hydrogen effects on pipeline materials is given. T2 - 77th IIW Annual Assembly and International Conference, Meeting of Commission II-A "Metallurgy of Weld Metals" CY - Ixia, Rhodes Island, Greece DA - 07.07.2024 KW - Hydrogen KW - Pipeline KW - In-Service Welding PY - 2024 AN - OPUS4-60757 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 - Kromm, Arne T1 - Large scale hydrogen assisted cracking test for thick walled SAW joints for offshore applications N2 - Offshore wind turbines continuously increase in size and weight and demand adequate offshore foundations concepts like monopiles, tripods or jackets. These components are typically submerged arc welded (SAW) high-strength thick steel plates like the S420ML. During welding, the occurrence of delayed hydrogen assisted cracking (HAC) must be anticipated. HAC is a critical combination of the local hydrogen concentration within a susceptible microstructure under certain mechanical load, i.e., the occurring (welding) residual stresses. The welding sequence of the thick-walled plates complicate the residual stress distribution due to the necessary repeated thermal cycling, i.e., welding seam / layer deposition to fill the joint. For that purpose, SAW with two-wire-technique was used to weld a specially designed and prototype-like mock-up of a real component with a thickness of 50 mm, filled more than 20 passes and a seam length of 1,000 mm. Additional welded stiffeners simulated the effect of a high restraint, to stimulate critical HAC conditions. The necessity of a minimum waiting time (MWT) before the NDT can be conducted (to exclude HAC) was critically verified by the application of ultrasonic testing of the welded joint at different time-steps of the NDT of 48 h after welding. The residual stresses were determined by a robot XRD goniometer. Tensile residual stresses up to the yield limit are found both in the weld metal and in the heat-affected zone. Numerical modelling allowed the qualitative estimation of the hydrogen diffusion in the weld. A remarkable HAC occurrence was not identified and proves both, a certain resistance of the weld joint to HAC and the (questionable) duration of the MWT. T2 - IIW Intermediate Meeting of Commission II-A CY - Garching, Germany DA - 06.03.2023 KW - Hydrogen assisted cracking KW - Submerged arc welding KW - Offshore wind turbine KW - High-strength steel KW - Component test PY - 2023 AN - OPUS4-57100 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Richter, Tim A1 - Schröder, Nina T1 - Mikrolegierungseinfluss auf Ausscheidungsverhalten und Kerbschlagzähigkeit geschweißter hochfester Konstruktionsstähle N2 - Mikrolegierungselemente, wie Nb und Ti, sind für die signifikante Festigkeitssteigerung von vergüteten, hochfesten Feinkornbaustählen mit einer Nominalstreckgrenze ≥ 690 MPa unerlässlich. Normvorgaben zur chemischen Zusammensetzung geben dabei nur obere Grenzwerte für die Hersteller vor. Weiterhin wirken sich bereits kleine Abweichungen in der Legierungsroute teilweise drastisch auf die mechanischen Eigenschaften aus. Mechanisch-technologische Untersuchungen zur Kerbschlagzähigkeit mittels Kerbschlagbiegeversuchen durchgeführt wurden, bestätigen dabei die Ergebnisse der thermodynamischen Simulation bezüglich des Ausscheidungsverhaltens während der Temperatur-Zeit Schweißzyklen. Daraus lässt sich der Einfluss der Wärmeeinwirkung beim Schweißen auf die Gefügeausbildung in der WEZ und der korrespondierenden mechanischen Eigenschaften qualitativ beschreiben. T2 - 23. Werkstofftechnisches Kolloquium CY - Chemnitz, Germany DA - 29.03.2023 KW - Divergente Ausbildung der Wärmeeinflusszone KW - Hochfester Feinkornbaustahl KW - Kerbschlagzähigkeit KW - Mikrolegierungseinfluss PY - 2023 AN - OPUS4-58008 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Lausch, Thomas A1 - Rhode, Michael A1 - Wimpory, R. C. A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Influence of welding stresses on relief cracking during heat treatment of a creep-resistant 13CrMoV steel: Part III - Assessment of residual stresses from small-scale to real component welds N2 - For higher operational temperatures and pressures required in petrochemical plants, the modified 13CrMoV9-10 steel was developed providing high resistance against creep and compressed hydrogen. Extreme care during the welding procedure is necessary for this steel, attributed to low toughness, high strength in as-welded state, and increased susceptibility to stress relief cracking (SRC) during post-weld heat treatment (PWHT). Previous research of SRC in creep-resistant steels discussed mainly thermal and metallurgical factors. Few previous findings addressed the influences of welding procedure on crack formation during PWHT considering real-life manufacturing conditions. These investigations focus on effects of welding heat control on stresses during welding and subsequent PWHT operations close to realistic restraint and heat dissipation conditions using a special 3D testing facility, which was presented in parts I and II of this contribution. Part III addresses investigations on residual stress evolution affecting crack formation and discusses the transferability of results from large-scale testing to laboratory-scale. Experiments with test set-ups at different scales under diverse rigidity conditions and an assessment of the residual stresses of the weld-specimens using X-ray (surface near) and neutron diffraction analysis (bulk) were performed. This study aims to provide a way of investigating the SRC behaviour considering component-specific residual stresses via small-scale testing concepts instead of expensive weld mock-ups. KW - Welding KW - Creep-resistant steel KW - Residual stresses KW - Post-weld heat treatment KW - Stress relief cracking PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-524403 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-021-01101-7 SN - 1878-6669 VL - 65 SP - 1671 EP - 1685 PB - Springer CY - Berlin AN - OPUS4-52440 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Treutler, K. A1 - Börner, Andreas A1 - Gustus, R. A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Wesling, V. A1 - Maus-Friedrichs, W. T1 - Surface finishing of hard-to-machine cladding alloys for highly stressed components N2 - The supply and processing of materials for highly stressed components are usually cost-intensive. Efforts to achieve cost and resource efficiency lead to more complex structures and contours. Additive manufacturing steps for component repair and production offer significant economic advantages. Machining needs to be coordinated with additive manufacturing steps in a complementary way to produce functional surfaces suitable for the demands. Regarding inhomogeneity and anisotropy of the microstructure and properties as well as production-related stresses, a great deal of knowledge is still required for efficient use by small- and medium-size enterprises, especially for the interactions of subsequent machining of these difficult-to-machine materials. Therefore, investigations on these influences and interactions were carried out using a highly innovative cost-intensive NiCrMo alloy (IN725). These alloys are applied for claddings as well as for additive component manufacturing and repair welding using gas metal arc welding processes. For the welded specimens, the adequate solidification morphology, microstructure and property profile were investigated. The machinability in terms of finishing milling of the welded surfaces and comparative analyses for ultrasonic-assisted milling processes was examined focussing on surface integrity. It was shown that appropriate cutting parameters and superimposed oscillating of the milling tool in the direction of the tool rotation significantly reduce the mechanical loads for tool and workpiece surface. This contributes to ensure a high surface integrity, especially when cutting has to be carried out without cooling lubricants. KW - WAAM KW - IN725 KW - Machining KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Residual stresses KW - Cutting forces KW - Surface integrity KW - Microstructure PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-524872 DO - https://doi.org/10.1007/s00170-021-06815-y VL - 114 IS - 5-6 SP - 1427 EP - 1442 PB - Springer AN - OPUS4-52487 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Wandtke, Karsten A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Process-related influences and correlations in wire arc additive manufacturing of high-strength steels N2 - High-strength fine-grained structural steels have great potential for weight-optimized, efficient structures in many modern steel applications. Further advances in efficiency can be achieved through additive manufacturing and bionic design. Commercial high-strength filler materials for wire arc additive manufacturing (WAAM) are already provided by the consumable producers. Today, application would be strictly limited due to absence of quantitative findings or any guidelines for the industry regarding welding-related stresses and component safety during manufacturing and service. Hence, process- and material-related influences and design-related restraint conditions associated with formation of residual stresses and cold cracking risk are investigated. The aim is the accessibility of special WAAM self-restraining cold cracking tests and easy applicable processing recommendations, enabling an economical, fit-for-purpose and crack-safe WAAM of high-strength steels. This first study focuses on determination of interactions between WAAM process parameters, resulting layer geometry, microstructure and residual stresses, analyzed via X-ray diffraction. Defined reference specimens are automated welded using a special WAAM solid wire (yield strength >820 MPa). Geometric properties can be specifically adjusted by wire feed and welding speed, but cannot be varied arbitrarily, since a high heat input causes local overheating, inadmissible changes of microstructure and mechanical properties, defects and comparable high tensile residual stresses. T2 - 22. Werkstofftechnischen Kolloquium der TU Chemnitz CY - Online meeting DA - 24.03.2021 KW - Residual stresses KW - Additive Manufacturing KW - High-strength steel PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-533300 DO - https://doi.org/10.1088/1757-899X/1147/1/012002 VL - 1147 SP - 012002 PB - IOP Publishing Ltd AN - OPUS4-53330 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Mente, Tobias A1 - Richter, Tim A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Characterization of Hydrogen Diffusion in Offshore Steel S420G2+M Multi-layer Submerged Arc Welded Joint N2 - As onshore installation capacity is limited, the increase in the number of offshore wind turbines (OWT) is a major goal. In that connection, the OWTs continuously increase in size and weight and demand adequate foundations concepts like monopiles or tripods. These components are typically manufactured from welded mild steel plates with thickness up to 200 mm. The predominant welding technique is submerged arc welding (SAW). In accordance with the standards, the occurrence of hydrogen-assisted cracking is anticipated by either a minimum waiting time (MWT, before non-destructive testing of the welded joint is allowed) at ambient or a hydrogen removal heat treatment (HRHT) at elevated temperatures. The effectiveness of both can be estimated by calculation of the diffusion time, i.e., diffusion coefficients. In this study, these coefficients are obtained for the first time for a thick-walled S420G2+M offshore steel grade and its multi-layer SAW joint. The electrochemical permeation technique at ambient temperature is used for the determination of diffusion coefficients for both the base material and the weld metal. The coefficients are within a range of 1025 to 1024 mm2/s (whereas the weld metal had the lowest) and are used for an analytical and numerical calculation of the hydrogen diffusion and the related MWT. The results showed that long MWT can occur, which would be necessary to significantly decrease the hydrogen concentration. Weld metal diffusion coefficients at elevated temperatures were calculated from hydrogen desorption experiments by carrier gas hot extraction. They are within a range of 1023 mm2/s and used for the characterization of a HRHT dwell-time. The analytical calculation shows the same tendency of long necessary times also at elevated temperatures. That means the necessary time is strongly influenced by the considered plate thickness and the estimation of any MWT/HRHT via diffusion coefficients should be critically discussed. T2 - European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Process - Euromat 2021 CY - Online meeting DA - 13.09.2021 KW - Thick-walled KW - Hydrogen diffusion KW - Offshore KW - Steel KW - Submerged arc welding PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-544127 DO - https://doi.org/10.1007/s11665-022-06679-7 SN - 1059-9495 SP - 1 EP - 13 PB - Springer Nature AN - OPUS4-54412 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kromm, Arne A1 - Thomas, Maximilian A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Gibmeier, J. A1 - Vollert, F. T1 - Assessment of the Solidification Cracking Susceptibility of Welding Consumables in the Varestraint Test by Means of an Extended Evaluation Methodology N2 - Various test methods are available for assessing the susceptibility of materials to solidification cracking during welding. In the widely used Varestraint test, the crack length is selected as a criterion as a function of the applied bending strain. Unfortunately, the crack length does not characterize the material behavior alone but depends to varying degrees on the individual test parameters used, which makes the interpretation of the results difficult. In addition, the crack length is not comparable under different test conditions. To overcome these disadvantages, we have developed a novel evaluation methodology that decouples the machine influence from the material behavior. The measured crack length is related to the maximum possible value specified by welding speed and deformation time. This relative crack length is calculated numerically, considering the orientation of the cracks. Experiments on two high-alloy martensitic welding consumables show that, in contrast to the conventional evaluation, a comparison of different welding parameters becomes possible. Furthermore, the strain rate proved to be a suitable crack criterion in agreement with Prokhorov's hot cracking model. KW - Welding KW - Solidification cracking KW - Varestraint test PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-545780 DO - https://doi.org/10.1002/adem.202101650 SN - 1438-1656 SP - 2101650 PB - Wiley online library AN - OPUS4-54578 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - THES A1 - Steppan, Enrico T1 - Zur Analyse der Eigenschaftsdegradation und des Bindungsverhaltens von Wasserstoff in höherfesten Feinkornbaustählen N2 - Der Stahlbedarf in Deutschland wird maßgeblich neben dem Automobilsektor vom Maschinenbau und allgemeinen Bauwesen geprägt. In diesen Segmenten werden qualitativ hochwertige Stähle mit höchsten Ansprüchen an Festigkeit, Verformungsfähigkeit, schweißtechnische Verarbeitung und sicherheitsrelevante Aspekte gestellt. Wichtige Vertreter, welche diesen Ansprüchen gerecht werden, sind die heutigen modernen höherfesten FKB. Aus der Entwicklung dieser Stähle kristallisierten sich in den letzten Jahrzehnten verschiedene Legierungskonzepte und Herstellungsrouten heraus. Dem liegt neben essentiellen Eigenschaften, z.B. Streck- und Zugfestigkeit, noch weitere Anforderungen, bspw. Kaltumformbarkeit, Kerbschlagzähigkeit und Verschleißfestigkeit, zugrunde. Zunehmend werden im genormten Bereich mit Streckgrenzen bis 700 MPa neben den vergüteten Stählen (Q) auch thermomechanische Stähle (M) eingesetzt. Ein immerwährender paralleler Begleiter während der Stahlherstellung und -verarbeitung ist Wasserstoff. Wasserstoff wird in den nächsten Jahren als Schlüsselelement für eine nachhaltige Energiewirtschaft angesehen. Aus heutiger Sicht ist Wasserstoff ein Hoffnungsträger für eine klimafreundliche Energiewirtschaft und zukunftsfähige Industrie. Forschung und Industrie arbeiten intensiv an der Erschließung und Weiterentwicklung des enormen Potentials, um eine höhere Nutzbarkeit zu erreichen. Die Gründe liegen zum einen darin, dass Wasserstoff als Brennstoff unproblematisch (Umweltverträglichkeit und Verfügbarkeit) ist und zum anderen ein hervorragender Energieträger ist. Wasserstoff ist durch seine gebundene Form erst nach dem Lösen aus chemischen Verbindungen zugänglich. Dies geschieht für eine Nutzbarmachung in einer zukunftsfähigen Energiewirtschaft gezielt. Demgegenüber stehen Prozesse, wodurch Wasserstoff aus seiner chemischen Verbindung gelöst wird und aufgrund seiner Größe bzw. geringsten Atommasse von Werkstoffen aufgenommen wird. Damit verbunden interagiert der aufgenommene Wasserstoff mit dem Gefüge und kann zu einer negativen Beeinflussung der Eigenschaften des Werkstoffs führen. Wasserstoff kann Degradationsprozesse in Stählen verursachen, die sich insbesondere auf die mechanischen Eigenschaften auswirken. Diese Mechanismen können wasserstoffunterstützte Risse in höherfesten Stählen während der Herstellung oder im industriellen Einsatz verursachen. Elektrochemisch beladene Zugproben zeigen ein unterschiedliches Degradationsverhalten in ihren Eigenschaften. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Wechselwirkungen zwischen Wasserstoff und Gitterdefekten in unterschiedlichen mikrolegierten Systemen und wärmebeeinflussten Zonen in den schweißbaren Feinkornbaustählen. Die Ergebnisse zeigen eine klare Abhängigkeit zwischen Mikrolegierung und Herstellungsprozess dieser Stahlsorten, respektive ihrer simulierten wärmebeeinflussten Bereiche. N2 - In addition to the automotive sector, demand for steel in Germany is dominated by mechanical engineering and general construction. These segments demand high-quality steels with the highest requirements in terms of strength, formability, welding processing and safety aspects. Important representatives that meet these requirements are today's more modern high-strength FKB. In the development of these steels, various alloying concepts and production routes have crystallized in recent decades. In addition to essential properties, e.g. yield and tensile strength, this is also based on other requirements, e.g. cold formability, notched impact strength and wear resistance. Increasingly, thermomechanical steels (M) are being used in addition to quenched and tempered steels (Q) in the standardized range with yield strengths up to 700 MPa. An ever-present parallel companion during steel production and processing is hydrogen. Hydrogen is seen as a key element for a sustainable energy economy in the coming years. From today's perspective, hydrogen is a beacon of hope for a climate-friendly energy economy and sustainable industry. Research and industry are working intensively on tapping and further developing the enormous potential in order to achieve greater usability. The reasons are, on the one hand, that hydrogen is unproblematic as a fuel (environmental compatibility and availability) and, on the other hand, that it is an excellent energy carrier. Due to its bonded form, hydrogen is only accessible after dissolution from chemical compounds. This is done in a targeted manner for utilization in a sustainable energy economy. In contrast, there are processes by which hydrogen is released from its chemical compound and absorbed by materials due to its size or lowest atomic mass. In connection with this, the absorbed hydrogen interacts with the microstructure and can lead to a negative influence on the properties of the material. Hydrogen can cause degradation processes in steels that affect mechanical properties in particular. These mechanisms can cause hydrogen-assisted cracking in higher strength steels during fabrication or in industrial use. Electrochemically loaded tensile specimens show different degradation behavior in their properties. The present work describes the interactions between hydrogen and lattice defects in different microalloyed systems and heat affected zones in the weldable fine grain structural steels. The results show a clear dependence between microalloying and manufacturing process of these steels, respectively their simulated heat affected zones. T3 - BAM Dissertationsreihe - 172 KW - Höherfeste Feinkornbaustähle KW - Wasserstoffdegradation KW - Wasserstoffdiffusion KW - Wasserstoffbindungsverhalten KW - Kaltriss und Schweißen KW - High strength fine grained structural steels KW - Hydrogen degradation KW - Hydrogen diffusion KW - Hydrogen trapping KW - Cold cracking and welding PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-579412 SN - 1613-4249 VL - 172 SP - 1 EP - 266 PB - Eigenverlag CY - Berlin AN - OPUS4-57941 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Hydrogen diffusion in thick-walled S690 SAW joints: Part 1 - Experimental determination of microstructure dependent diffusion coefficients N2 - S690 steels are widely used in heavy-duty applications, such as structural components, mobile cranes, and industrial plant construction, owing to their high strength and weldability. However, thick-plate submerged arc welding (SAW) can introduce elevated hydrogen levels and residual stresses that promote time-delayed hydro-gen-assisted cold cracking (HACC). Accurate, microstructure-specific diffusion data are scarce, limiting pre-dictive HACC assessments. This study presents an experimental determination of hydrogen diffusion coeffi-cients (DH) in two S690 variants: thermomechanically rolled (S690MC) and quenched and tempered (S690Q). Multi-layer SAW welds were produced from 30 mm-thick plate material at three heat input levels, and diffusion membranes were extracted from weld metal (WM), heat-affected zone (HAZ), and base material (BM). Hydro-gen permeation tests, conducted in accordance with DIN EN ISO 17081, yielded time-normalized flux curves from which DH was derived using the inflection-point method. At room temperature, DH values ranged from 6 × 10⁻⁵ to 9 × 10⁻⁵ mm²/s across all regions and heat inputs, with no significant difference between S690MC and S690Q. Weld metal exhibited marginally lower DH, attributed to enhanced hydrogen trapping, while base mate-rial measurements showed greater variability. These microstructure-resolved diffusion coefficients fill a critical data gap and provide essential input for the numerical simulations presented in Part 2. The results also support practical guidelines for mitigating HACC risk through the optimization of welding parameters. T2 - 78th IIW Annual Assembly, Meeting of Commission II-C CY - Genoa, Italy DA - 22.06.2025 KW - Hydrogen assisted cracking KW - Submerged arc welding KW - High strength steels KW - Hydrogen Diffusion KW - Electrochemical permeation PY - 2025 AN - OPUS4-63540 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Weld heat input effect on microstructure and hydrogen diffusion in thick-walled S690 submerged arc welded joints N2 - High-strength, low-alloy (HLSA) steels such as S690 are an attractive option for heavy industries such as offshore wind turbines and peripheral equipment due to their combination of excellent mechanical properties and weldability. The construction of these thick-walled structures requires highly efficient welding processes such as submerged arc welding (SAW). However, SAW faces challenges related to delayed hydrogen assisted cold cracking (HACC). Despite its importance, the effect of different diffusion coefficients on the cold cracking susceptibility of different microstructures within SAW-welded S690 steels is not fully understood. For this reason, the present study focuses on comparing the cold cracking susceptibility of thermomechanically rolled (TM) or quenched and tempered (QL) variants of S690 steel. Submerged arc welding was performed on both steel grades at different welding heat inputs. From these thick-walled welds, metallic membranes were extracted from the weld metal, the heat-affected zone (HAZ), and the two base metals. The specimens were subjected to electrochemical hydrogen permeation tests (according to ISO 17081) to determine the microstructure-specific hydrogen diffusion coefficients. In general, increased welding heat input and thickness decreased the hydrogen diffusion coefficients, i.e., the time required for hydrogen diffusion increased. In addition, the results showed that the TM grade exhibited slightly accelerated hydrogen diffusion coefficients compared to the QL grade, which is beneficial for hydrogen reduction and increases the HACC resistance. As a result, the microstructure-specific assessment of hydrogen diffusion in the BM, HAZ or WM of the SAW joint was less important for a given set of welding parameters compared to other welding processes such as gas metal arc welding (GMAW). The reason is that in multilayer SAW, the relatively large welding heat input and multiple annealing resulted in similar microstructures, resulting in very close hydrogen diffusion coefficients. From this point of view, it is sufficient to characterize the hydrogen diffusion coefficients of both the weld metal and the base material. T2 - 78th IIW Annual Assembly and International Conference CY - Genoa, Italy DA - 26.06.2025 KW - Hydrogen assisted cracking KW - Submerged arc welding KW - Diffusion KW - Electrochemical permeation KW - Microstructure PY - 2025 AN - OPUS4-63543 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Hydrogen diffusion in thick-walled S690 SAW joints: Part 2 - Predictive modeling of welding heat input and microstructure influence N2 - High-strength low-alloy (HSLA) steels such as S690 are widely employed in thick-walled welded structures, where hydrogen-assisted cold cracking (HACC) remains a persistent concern. While microstructure-specific hydrogen diffusion coefficients (DH) for weld metal (WM), heat-affected zone (HAZ), and base material (BM) were experimentally established in Part 1 of this study, their quantitative influence on hydrogen accumulation and effusion has not yet been fully clarified. This work presents a transient, spatially resolved numerical model for simulating hydrogen transport in multi-pass submerged arc welds. The model integrates experimentally determined DH values with realistic thermal cycles and temperature-dependent boundary conditions. Developed in Python, the simulation tool is purpose-built for hydrogen diffusion in welded joints and offers a focused, transparent alternative to general-purpose finite element platforms. Parametric analyses demonstrate that, although the diffusion coefficients vary by up to 50 %, their impact on overall hydrogen retention is minor. In contrast, welding parameters such as plate thickness, bead geometry, cooling time (t₈/₅), and interpass tem-perature exert a dominant influence on hydrogen distribution. Despite clear microstructural differences between the thermomechanically rolled (S690MC) and quenched and tempered (S690Q) variants, including hardness softening versus hardening in the heat-affected zone of the (pen)ultimate weld bead, the simulations confirm that their diffusion behavior and hydrogen solubility are closely aligned. Consequently, differences in diffusivity and solubility exert only a minor influence on hydrogen retention compared to thermal exposure and joint geometry. These findings support the interchangeable use of both steel grades in terms of HACC risk due to hydrogen diffusion kinetics, under comparable welding conditions. T2 - 78th IIW Annual Assembly, Meeting of Commission II-C CY - Genoa, Italy DA - 22.06.2025 KW - Hydrogen assisted cracking KW - Numerical simulation KW - Hydrogen diffusion PY - 2025 AN - OPUS4-63541 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin A1 - Dittmann, Florian A1 - Kromm, Arne A1 - Varfolomeev, Igor A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Residual stress reduction using a low transformation temperature welding consumable with focus on the weld geometry N2 - Low transformation temperature (LTT) welding consumables represent an innovative approach to realize compressive residual stress in the weld seam and HAZ. LTT welding consumables use the volume-expanding martensitic phase transformation near room temperature to generate compressive residual stress during cooling. This article focuses on the weld geometry and its influence on residual stress reduction using an LTT welding consumable. For this purpose, layers with an LTT welding consumable were additionally applied to the front sides of conventionally welded longitudinal stiffeners. Different weld geometries of the second weld seam could be realized by varying the welding parameters. These samples were analyzed for geometric parameters, chemical composition, and residual stress. While the chemical composition and martensite start temperature (MS) were only slightly influenced by parameter changes, a clear influence with regard to residual stress and weld geometry was observed. Depending on the shape of the second LTT weld seam, residual stress reductions of 200 to 500 MPa were achieved using the same LTT welding consumable. T2 - IIW Annual Assembly and International Conference CY - Rhodes Island, Dodecanisa, Greece DA - 07.07.2024 KW - Low transformation temperature (LTT) KW - Martensite start temperature KW - Dilution KW - Weld geometry KW - Residual stress PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-633707 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-025-02094-3 SN - 1878-6669 SP - 1 EP - 11 PB - Springer Nature CY - Berlin ; Heidelberg AN - OPUS4-63370 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Hälsig, A. A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Hensel, J. T1 - Influence of heat input on properties and residual stresses in hybrid addi-tive manufacturing of high strength steels using MSG processes N2 - The application of steels with a higher yield strength allows reductions in wall thickness, component weight and production costs. Hybrid additive manufacturing based on Gas Metal Arc Welding (GMAW) processes (DED-Arc) can be used to realise highly effi-cient component modifications and repairs on semi-finished products and additively manufactured structures. There are still a number of key issues preventing widespread implementation, particularly for SMEs. In addition to the manufacturing design, detailed information about assembly strategy and geometric adaptation of the component for modifications or repairs are missing. These include the welding-related stresses associ-ated with the microstructural influences caused by the additive manufacturing steps, particularly in the transition area of the substrate and filler material interface. The pre-sent research focuses the effect of welding heat control during DED-Arc process on the residual stresses, especially in the transition area. Defined specimens were welded fully automatically with a high-strength solid wire (yield strength > 790 MPa) especially adapted for DED-Arc on S690QL substrate. The working temperature and heat input were systematically varied for a statistical effect analysis on the residual stress state of the hybrid manufactured components. Regarding heat control, t8/5 cooling times within the recommended processing range (approx. 5 s to 20 s) were complied. The investiga-tion revealed a significant influence of the working temperature Ti on the compressive residual stresses in the transition area and the tensile residual stresses at the base of the substrate. High working temperatures result in lower compressive residual stresses, heat input E does not significantly affect the tensile stresses. T2 - 6. Symposium Materialtechnik CY - Clausthal-Zellerfeld, Germany DA - 20.02.2025 KW - DED-Arc KW - Residual stress KW - Heat control PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-632188 DO - https://doi.org/10.21268/20250506-3 SP - 110 EP - 122 AN - OPUS4-63218 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 - Kromm, Arne T1 - Reparaturschweißen zukünftiger, in Betrieb befindlicher Wasserstoffpipelines N2 - Wasserstoff leistet als Energieträger der Zukunft einen entscheidenden Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung, wobei der Transport auf Basis des europäischen Ferngasleitungsnetzes erfolgen wird. Bisherige Untersuchungen zur Werkstoffkompatibilität zeigen, dass die hier verwendeten, niedriglegierten Rohrstähle für Wasserstofftransport unter normalen Betriebsbedingungen (≤ 60 °C, max. 100 bar) grundsätzlich geeignet sind. Die Eignung kann nicht ohne Weiteres übertragen werden, sobald Reparaturschweißungen beispielsweise aufgrund von Wartungsarbeiten an druckführenden, in Betrieb befindlichen, Hochdruckgasleitungen erfolgen. Aus technisch-ökonomischen Gründen werden Schweißarbeiten dabei im Betrieb unter fortwährendem Druck und Gasfluss durchgeführt. Dies soll auch bei Wasserstoffpipelines erfolgen. Dazu im Erdgasnetz angewandte und etablierte Konzepte sind beispielsweise das „Hot-Tapping“ und „Stoppling“. Beim „Hot-Tapping“ wird eine druckführende Pipeline durch Anflanschen eines abgeschlossenen, druckdichten Systems aus Absperrventil und Bohrvorrichtung angebohrt. Dazu müssen sogenannte Überschieber (aus vorgeformten Zylinderhalbschalen) durch Längsnaht verbunden und dann mit Rohrrundnähten am Produktrohr verbunden werden. Für das zum überwiegenden Teil durchgeführte E-Hand-Schweißen sind dabei Vorwärmtemperaturen von ca. 100 °C bzw. 250 °C für die maximale Zwischenlagentemperatur einzuhalten. Besonderer Fokus liegt auf der Betrachtung dünnwandiger Leitungen, da hier beim Schweißen der Rundnähte die Austenitisierungstemperatur an der Innenseite der Pipeline überschritten wird. Dadurch wird eine signifikant höhere Wasserstoffaufnahme in den Leitungsstahl vermutet, mit einer möglichen Degradation der mechanischen Kennwerte bzw. Rissbildung. Durch die langen Schweiß- und Abkühlzeiten wird der Rohrleitungsstahl zudem teilweise stundenlang Temperaturen von bis zu 250 °C ausgesetzt. Neben der klassischen „Versprödung“ muss daher eventuell auch ein sogenannter Hochtemperatur-Wasserstoffangriff betrachtet werden. Diese vorliegende Studie gibt Einblick zur Übertragbarkeit der bekannten Konzepte aus der Erdgastechnik zum Reparaturschweißen. Dazu werden Möglichkeiten und Grenzen momentaner Prüfkonzepte sowie deren Weiterentwicklungen aufgezeigt. Dies umfasst bspw. geeignete Methodiken zur Werkstoffprüfung als auch skalierte Bauteilversuche unter realistischen Druckgas-Betriebsbedingungen einer Pipeline. In diesem Rahmen erfolgt auch die Kurzvorstellung des Kooperationsprojektes von BAM, DVGW und Ferngasnetzbetreibern „H2-SuD“ zum Einfluss der Temperaturführung und Rohrgeometrie auf die Wasserstoffaufnahme. T2 - DVS CONGRESS 2024 CY - Erfurt, Germany DA - 16.09.2024 KW - Reparaturschweißen KW - Pipeline KW - Wasserstoff KW - Im Betrieb PY - 2024 SN - 978-3-96144-269-0 VL - 395 SP - 341 EP - 349 AN - OPUS4-61478 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Czeskleba, Denis T1 - Kurzvorstellung des Projektes "H2SuD / Wasserstoff und Schweißen Einfluss des Schweißens auf die Wasserstoffaufnahme und Degradation im Betrieb befindlicher H2 Gasleitungen" N2 - Die Wasserstoffinfrastruktur ist eine zentraler Bestandteil der erfolgreichen Umsetzung der wasserstoffbasierten Energiewende. Dabei bilden Ferngasleitungen quasi das "Rückgrat" der Transportinfrastruktur großer Gasmengen. Dabei müssen unter Umständen Reparaturen an den Pipelines durchgeführt werden. Dabei ist in der Erdgasinfrastruktur das Schweißen an in Betrieb befindlichen (d.h. von Gas durchflossenen) Pipelines Stand der Technik. Es ist jedoch vollkommen offen, inwieweit diese Technik auf die reine Wasserstoffpipelines übertragbar sind. Hierzu leistet das Projekt H2SuD wichtige Beiträge zur Aufklärung des Einfluss eines Reparaturschweißprozesses auf die Wasserstoffaufnahme und Degradation im Betrieb befindlicher H2 Gasleitungen. T2 - Sitzung des FA1 "Schweißmetallurgie" der Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren des DVS e.V. CY - Aachen, Germany DA - 22.02.2023 KW - Wasserstoff KW - Pipeline KW - Reparatur KW - Schweißen KW - Ferngasleitung PY - 2023 AN - OPUS4-57087 LA - deu 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 - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Schweißen im Wasserstoffanlagen- und Behälterbau - Eine Kurzübersicht N2 - Wasserstoff erfüllt die zentrale Rolle für die Umwandlung der bisherigen fossil-basierten Energieerzeugung und -nutzung auf eine dekarbonisierte, nachhaltige Form. Dazu muss der Wasserstoff erzeugt, gespeichert, transportiert werden, bevor er wieder der Nutzung zugeführt wird. Hierzu sind entlang der gesamtem Prozesskette Wasserstofftechnologien notwendig, die einen sicheren Betrieb erfordern. Hierbei kommt dem schweißtechnischen Anlagen- und Behälterbau wesentliche Bedeutung zu, insbesondere (aber nicht ausschließlich) für Speicherung und Transport des Wasserstoffes. Der vorliegende Beitrag gibt einen kurzen Überblick, wo und wie die konventionelle Schweißtechnik hierzu wichtige Beiträge leistet. Die additive Fertigung, also das „Drucken“ von Bauteilen wird dabei zunehmend wichtiger, entlang der gesamtem Prozesskette der Wasserstofftechnologien. Gleichwohl darf nicht unterschätzt werden, dass auch wesentlicher Bedarf an der Erweiterung und teilweiser Neufassung von bestehenden Regel- und Normenwerken besteht. T2 - 51. Sondertagung "Schweißen im Behälter- und Anlagenbau" CY - Munich, Germany DA - 01.03.2023 KW - Wasserstoff KW - Anlagenbau KW - Schweißen KW - Studie KW - Pipeline PY - 2023 SN - 978-3-96144-219-5 VL - 387 SP - 83 EP - 88 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-57075 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. T1 - Herstellung und Charakterisierung von WAAM-Bauteilen aus hochfesten Zusatzwerkstoffe N2 - Hochfeste Feinkornbaustähle verfügen über großes Potenzial für gewichtsoptimierte, effiziente Strukturen in vielen modernen Stahlkonstruktion. Weitere Effizienzsteigerungen können durch additives Fertigen sowie bionische Bauweisen erreicht werden. Hochfeste Zusatzwerkstoffe für additives MSG-Schweißen (engl.: Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM) sind bereits von den Schweißzusatzherstellern lieferbar. Eine breite industrielle Anwendung insbesondere für KMU ist aufgrund fehlender quantitativer Erkenntnisse und Richtlinien bezüglich schweißbedingter Beanspruchungen und Bauteilsicherheit während der Herstellung und des Betriebs derzeit stark limitiert. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt (FOSTA-P1380/IGF21162BG) der BAM und der TU Chemnitz werden daher die mit Eigenspannungsausbildung und der Gefahr einer Kaltrissbildung verbundenen prozess- und werkstoffbedingten sowie konstruktiven Einflüsse beim WAAM hochfester Stähle untersucht. Der vorliegende Beitrag fokussiert die Analyse der Auswirkungen von Schweißwärmeführung und Design der WAAM-Bauteile auf die Abkühlbedingungen, Gefüge, mechanisch-technologischen Eigenschaften und Eigenspannungen. Hierfür werden geometrisch definierte Probenkörper (Hohlquader) vollautomatisiert mit einem speziellen, hochfesten WAAM-Massivdraht (Streckgrenze >790 MPa) geschweißt. Die Wärmeführung und Probenabmessungen werden innerhalb eines statistischen Versuchsplans variiert. Die Schweißwärmeführung wird dabei so eingestellt, dass die t8/5-Abkühlzeiten im empfohlenen Verarbeitungsbereich (ca. 5 s bis 20 s) sichergestellt sind. Hierzu ließen sich über zusätzliche thermo-physikalische Umformsimulationen mittels Dilatometer die komplexen Wärmezyklen abbilden und die resultierende Zugfestigkeit des Schweißgutes bestimmen. Das WAAM-Schweißen komplexer Geometrien mit variierenden Schweißwärmeführungen und geometrischen Verhältnissen bzw. Wanddicken bedingt neben den Auswirkungen auf die Abkühlbedingungen, Abkühlzeiten und Gefüge deutliche Einflüsse auf die konstruktiven Steifigkeitsverhältnisse beim Schweißen. Es zeigen sich anhand der Schweißexperimente signifikante Auswirkungen durch Probenskalierung und Wärmeeinbringung auf die resultierenden lokalen Eigenspannungen. Die Folge können ungünstige Bauteileigenschaften und risskritische Zugeigenspannungen sein. Im vorliegenden Beitrag werden einige Verarbeitungsempfehlung auf Basis der Ergebnisse für den Arbeitskreis des DVS AG V 12 (Additive Fertigung) abgeleitet. T2 - Sitzung der DVS Arbeitsgruppe (AG) V 12 Additive Fertigung CY - Online meeting DA - 23.11.2022 KW - MAG-Schweißen KW - Additive Fertigung KW - Eigenspannungen KW - Hochfester Stahl KW - Kaltrisssicherheit KW - Wärmeführung KW - Windenergie PY - 2022 AN - OPUS4-56721 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. T1 - Einfluss von Wärmeführung und Bauteildesign auf die Beanspruchungen additiv geschweißter hochfester Feinkornbaustähle N2 - Der Vortrag gibt einen Überblick über den Einfluss der Prozessparameter auf die Eigenspannungen sowie die Härte in additiv gefertigten Bauteilen aus hochfestem Stahl. Des Weiteren wird dargestellt, wie sich das Bauteildesign auf die Eigenspannungen der Bauteile auswirken. T2 - 43. Assistentenseminar Füge- und Schweißtechnik 2022 CY - Chemnitz, Germany DA - 27.09.2022 KW - Additive Fertigung KW - Hochfester Stahl KW - Eigenspannungen PY - 2022 AN - OPUS4-59537 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Characterization of hydrogen trapping in a CoCrFeMnNi high-entropy alloy charged up to 1000 bar high-pressure hydrogen N2 - First studies on the mechanical behavior of high-entropy alloys (HEAs) in high-pressure hydrogen environment are available. In contrast, the underlying hydrogen absorption, diffusion and trapping in these HEAs like the Cantor-alloy was less in the scientific scope so far. For that reason, the CoCrFeMnNi-HEA was compared to a conventional AISI 316L austenitic steel, by exposing to high-pressure hydrogen charging at 200 bar and very-high pressure at 1,000 bar. Thermal desorption analysis (TDA) was applied with different heating rates (0.125 K/s to 0.500 K/s), see Fig. 1a to d. The underlying TDA spectra were analyzed in terms of a reasonable peak deconvolution to into a defined number of peaks and the calculation of the activation energies for the respective and predominant hydrogen trap sites. Both materials show a comparable hydrogen diffusivity. The obtained activation energies suggest that in case of the CoCrFeMnNi-HEAs an interaction of the austenitic phase as well as the direct atomic bonding of hydrogen to the metal atoms are the dominant traps, since “impurities” such as carbides or inclusions are only present in trace amounts. Available literature suggests that the Cr and Mn-content is here of special interest for the direct hydrogen bonding at solute atoms. In addition, the trap occupancy rate must be considered in terms of a pressure-related hydrogen absorption. The derived apparent hydrogen solubility was in the order: 316L < CoCrFeMnNi-HEA for both charging pressures. Especially, the 1,000 bar values lead to noteworthy results with > 70 wt.ppm for the AISI 316L and >130 wt.ppm for the CoCrFeMnNi. In fact, both the hydrogen diffusion and trapping data on gaseous high-pressure hydrogen charged HEAs are rare so far. The results of the present study allow a deeper understanding of hydrogen trapping in the regarded CoCrFeMnNi-system. T2 - 78th IIW Annual Assembly and International Conference CY - Genoa, Italy DA - 26.06.2025 KW - Hydrogen KW - Thermal desorption analysis KW - High-pressure charging KW - Trapping KW - Diffusion PY - 2025 AN - OPUS4-63542 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Eissel, A. A1 - Engelking, Lorenz A1 - Treutler, K. A1 - Wesling, V. A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Modification of Co–Cr alloys to optimize additively welded microstructures and subsequent surface finishing N2 - Cobalt chromium alloys are often used in turbine and plant construction. This is based on their high thermal and mechanical stress resistance as well as their high wear resistance to corrosive and abrasive loads. However, cobalt is a cost-intensive material that is difficult to machine. Moreover, increasingly complex structures and the optimisation of resource efficiency also require additive manufacturing steps for the production or repair of components in many sectors. Concerning inhomogeneity and anisotropy of the microstructure and properties as well as manufacturing-related stresses, a lot of knowledge is still necessary for the economic use of additive welding processes in SMEs. As a result of the high stresses on the components and requirements for a high surface quality, a complementary use of additive and machining manufacturing processes is necessary. Thereby, Co–Cr alloys are extremely challenging for machining with geometrically defined cutting edges because of their low thermal conductivity combined with high strength and toughness. An approach to solve this problem is to refine and homogenise the microstructure. This is achieved by modifying the alloy with elements zirconium and hafnium, which are added up to a maximum of 1 wt.-%. A reduction of the process forces and stresses on the tool and work piece surface is also achievable via hybrid milling processes. There are already studies on the combined use of additive and machining manufacturing processes based on laser technology. However, knowledge based on powder and wire-based arc processes is important, as these processes are more widespread. Furthermore, the effects on the surface zone of additively manufactured components by hybrid finish milling have not yet been a subject of research. The results show that the structural morphology could be significantly influenced with the addition of zirconium and hafnium. KW - Alloy modification KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Plasma-transferred arc welding KW - Co-Cr-alloy PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-554182 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-022-01334-0 SN - 0043-2288 SN - 1878-6669 SP - 1 EP - 13 PB - Springer CY - Heidelberg AN - OPUS4-55418 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Hensel, J. A1 - Wandtke, Karsten A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Influence of Heat Control on Properties and Residual Stresses of Additive-Welded High-Strength Steel Components N2 - This contributed to the knowledge regarding the safe avoidance of cold cracking. In addition to a thermophysical simulation using a dilatometer of different high-strength steels with subsequent tensile testing, reference WAAM specimens (open hollow cuboids) were welded while utilizing a high-strength filler metal (ultimate tensile strength > 790 MPa). The heat control was varied by means of the heat input and interlayer temperature such that the Dt8/5 cooling times corresponded to the recommended processing range (approx. 5 s to 20 s). For the heat input, significant effects were exhibited, in particular on the local residual stresses in the component. Welding with an excessive heat input or deposition rate may lead to low cooling rates, and hence to unfavorable microstructure and component properties, but at the same time, is intended to result in lower tensile residual stress levels. Such complex interactions must ultimately be clarified to provide users with easily applicable processing recommendations and standard specifications for an economical WAAM of high-strength steels. These investigations demonstrated a major influence of the heat input on both the cooling conditions and the residual stresses of components manufactured withWAAM using high-strength filler materials. A higher heat input led to longer cooling times (Dt8/5) and approx. 200 MPa lower residual stresses in the surface of the top layer. KW - WAAM KW - Additive manufacturing KW - Heat control KW - High-strength filler metals KW - Residual stress PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-553982 UR - https://www.mdpi.com/2075-4701/12/6/951 DO - https://doi.org/10.3390/met12060951 VL - 12 IS - 6 SP - 951 PB - MDPI AN - OPUS4-55398 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Eissel, A. A1 - Engelking, Lorenz A1 - Treutler, K. A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Wesling, V. A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Investigations on influencing the microstructure of additively manufactured Co‑Cr alloys to improve subsequent machining conditions N2 - Co-Cr alloys are frequently used for highly stressed components, especially in turbine and plant construction, due to their high resistance to thermal and mechanical stress, as well as to corrosive and abrasive loads. Furthermore, they are classified as difficult-to-cut materials because of their high strength and toughness as well as their low thermal conductivity. However, for Co, an increased cost and supply risk can be observed in recent years. Therefore, additive manufacturing (AM) offers significant economic advantages due to higher material efficiency regarding repair, modification, and manufacturing of such components. Concerning inhomogeneity and anisotropy of the microstructure and properties as well as manufacturing-related stresses, a lot of knowledge is still necessary for the economic use of additive welding processes in SMEs. In addition, subsequent machining, particularly contour milling, is essential to generate the required complex contours and surfaces. Hence, additive and machining manufacturing processes need to be coordinated in a complementary way, especially due to additional challenges arising in milling of heterogeneous hard-to-cut microstructures. Recently, it has been shown that modern, hybrid cutting processes, such as ultrasonic-assisted milling (US), can improve the cutting situation. In this investigation, the Co-Cr initial alloy is additionally modified with Ti and Zr up to 1 wt% with the aim to enhance the homogeneity of the microstructure and, thus, the machinability. Hence the investigation includes finish milling tests of the AM components and the comparison of US and conventional machining. Both the modifications and the ultrasonic assistance exhibit a significant effect on the machining situation; for example US causes a higher surface integrity of the finish milled surfaces compared to conventional milling. T2 - International Congress on Welding, Additive Manufacturing and associated non-destructive testing CY - Online meeting DA - 08.06.2022 KW - Cobalt-chromium alloy KW - Additive manufacturing KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Surface integrity PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-560917 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-022-01397-z SP - 1 EP - 9 PB - Springer CY - Heidelberg AN - OPUS4-56091 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Becker, Amadeus A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Determination of residual stress evolution during repair welding of high-strength steel components N2 - During the assembly of steel structures, unacceptable weld defects may be found. An economical solution is local thermal gouging of the affected areas and re-welding. Due to high shrinkage restraints of repair weld and sur- rounding structure, high global and local welding stresses superimpose, and may lead to cracking and component failure, especially in connection with the degraded microstructure and mechanical properties of high-strength steels during the repair process. Component-related investigations of high-strength steels (FOSTA P1311/ IGF20162N) focus on welding residual stress evolution during local thermal gouging and rewelding. In this study, repair welding of S500MLO (EN 10225) is carried out using in-situ digital image correlation (DIC) and ex- situ X-ray diffraction (XRD) to analyse strains and stresses. Self-restrained slit specimen geometries were identified representing defined rigidity conditions of repair welds of real components, which were quantified using the restraint intensity concept. The specimens were rewelded with constant welding heat control and parameters. Weld specimens exhibited significantly increased transverse residual stresses with higher transverse restraint intensities, in the weld metal, and in the heat affected zone. Transverse stresses along the weld seam decrease at the weld seam ends leading to different stress state during gouging and welding. XRD analysis of the longitudinal and transverse local residual stresses after cooling to RT showed a good comparability with global DIC analyses. KW - Repair-welding KW - High-strength steels KW - X-ray diffraction KW - Digital image correlation KW - Residual stresses PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-555672 DO - https://doi.org/10.1016/j.finmec.2022.100073 SN - 2666-3597 VL - 6 SP - 1 EP - 6 PB - Elsevier CY - Amsterdam AN - OPUS4-55567 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Engelking, Lorenz A1 - Eissel, A. A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Treutler, K. A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Wesling, V. T1 - Abschlussbericht Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten N2 - Die Beschaffung und Verarbeitung von Werkstoffen für hochbelastete Komponenten sind meist kostenintensiv. Bestrebungen zur Kosten- und Ressourceneffizienz führen zu komplexeren Strukturen bzw. Konturen, sodass additive Fertigungsschritte zur Bauteilreparatur und -fertigung deutliche ökonomische Vorteile bieten. Hierfür sind additive und abtragende Fertigungsschritte komplementär und gezielt aufeinander abzustimmen, um beanspruchungsgerechte Funktionsflächen herzustellen. Hinsichtlich Inhomogenität und Anisotropie der Gefüge und Eigenschaften sowie fertigungsbedingter Beanspruchungen sind für den wirtschaftlichen Einsatz bei KMU, gerade für drahtbasierte Fertigungsverfahren und Wechselwirkungen nachfolgender Zerspanung dieser schwer spanbaren Werkstoffe noch viele Kenntnisse notwendig. Deshalb sind Untersuchungen zu diesen Einflüssen und Wechselwirkungen unter Nutzung innovativer Ansätze durchgeführt worden. Mit typischen kostenintensiven Ni- und Co-Cr-Legierungen wurden additive Bauteile, Auftrag- und Reparaturschweißungen hergestellt und Schweißzusätze für das PTA-Verfahren modifiziert, um die Erstarrungsmorphologie und das Eigenschaftsprofil zu optimieren. Die Übertragung auf MSG-Verfahren sicherte einen breiten industriellen Einsatz für hohe Auftragraten ab. Dies geschah mithilfe von modifizierten Fülldrähten sowie beschichteten Massivdrähten. Die wirtschaftliche spanende Bearbeitbarkeit wurde mit Zerspanbarkeitsanalysen für Schlichtfräsen und vergleichend für ultraschallunterstütze Fräsprozesse sichergestellt. Instrumentierte Experimente und Werkstoffanalytik hinsichtlich der Einflüsse auf Schmelzbad, Gefüge und Ausscheidungen sowie auf Randzoneneigenschaften und Eigenspannungen ermöglichten umfassende Erkenntnisse zur kombinierten additiven und abtragenden Fertigung. Dabei hat sich herausgestellt, dass eine Modifikation der Schweißzusatzwerkstoffe eine Homogenisierung der Mikrostruktur bedingt, welche wiederum den Zerspanprozess stabilisiert und letztendlich zu reduzierten Zerspankräften führt. Ferner wurde festgestellt, dass der ultraschallunterstützte Fräsprozess im Vergleich zum konventionellen Fräsprozess eine signifikante Reduzierung der Zerspankraft sowie eine höhere Oberflächenintegrität bedingt. Insbesondere die Induzierung oberflächennaher Druckeigenspannungen ist dabei hervorzuheben. Durch Bauteilversuche und -prüfungen, erfolgreiche Übertragbarkeitsstudien weiterer innovativer Werkstoffe verbunden mit Handlungsempfehlungen und der Zusammenarbeit mit den jeweiligen Normungsgremien, profitieren KMU von einer hochwirtschaftlichen Herstellung und Reparatur kostenintensiver Komponenten. KW - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Additive Fertigung KW - Oberflächenintegrität KW - Metallschutzgasschweißen PY - 2023 SN - 978-3-96870-578-1 VL - 578 SP - 1 EP - 142 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-60796 LA - deu 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 - 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 - Materialdegradation KW - Pipeline KW - Schweißen KW - Wasserstoff PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-632731 SN - 978-3-8440-9961-4 SN - 978-3-8191-0041-3 DO - https://doi.org/10.21268/20250506-12 SN - 2364-0804 SN - 3052-3524 N1 - Serientitel: Fortschrittsberichte der Materialforschung und Werkstofftechnik – Series title: Bulletin of Materials Research and Engineering VL - 15 SP - 381 EP - 390 PB - Shaker Verlag CY - Düren AN - OPUS4-63273 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Mente, Tobias A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Parameters and challenges for reliable hydrogen determination in welded joints by carrier gas hot extraction N2 - For the hydrogen-based energy economy of tomorrow, the construction of the necessary infrastructure will play a central role. Most materials used to date, such as welded steels, can be prone to hydrogen embrittlement under certain conditions. This includes the classic delayed cold cracking during welding as well as degradation phenomena during service of components in hydrogen-containing environment. For the evaluation of any hydrogen effect, for example, on the mechanical properties of a welded metallic material, the hydrogen content must be precisely determined. In the case of weld seams, the carrier gas hot extraction (CGHE) according to ISO 3690 is meanwhile state-of-the-art. CGHE is based on accelerated hydrogen degassing due to the thermal activation of hydrogen at elevated temperatures. In addition to the quantification of hydrogen, thermal desorption analysis (TDA) with varying heating rates can be used to determine and evaluate the hydrogen trapping at microstructural defects in the material. For both techniques, experimental and metrological influences must be considered, which have a major effect on the result. For example, ISO 3690 suggests different sample geometries and minimum extraction times for CGHE. This study summarizes the results and experiences of numerous investigations at the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) with different sample temperatures and geometries (ISO 3690 type B and cylindrical TDA samples) regarding the influence of the sample surface (polished/welded), measurement accuracy depending on the sample volume and the insufficient monitoring of the effect of PI control on the extraction temperature. A deviating extraction temperature from the target temperature can significantly falsify the measurement results. Based on the results, methods are shown which allow the desired extraction temperature to be reached quickly without physically interfering with the measuring equipment. This serves to significantly improve the reliability of the hydrogen measurement through increased signal stability and accelerated hydrogen desorption. In general, an independent temperature measurement with dummy samples is recommended for the heating procedure of choice to exclude possible undesired temperature influences before the measurement. The methods described can be transferred directly to industrial applications KW - Welding KW - Hydrogen measurement KW - ISO 3690 KW - Carrier gas hot extraction PY - 2024 DO - https://doi.org/10.37434/tpwj2024.04.01 SN - 0957-798X VL - 4 SP - 3 EP - 10 PB - International Association Welding AN - OPUS4-60071 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Engelking, Lorenz A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Eissel, A. A1 - Treutler, K. A1 - Wesling, V. T1 - Alloy modification for additive manufactured Ni alloy components Part II: Effect on subsequent machining properties N2 - Alloy 36 (1.3912) is an alloy with 36% nickel and 64% iron and is generally classified as a difficult-to-cut material. Increasingly complex structures and the optimization of resource efficiency are making additive manufacturing (AM) more and more attractive for the manufacture or repair of components. Subsequent machining of AM components is unavoidable for its final contour. By using modern, hybrid machining processes, e.g., ultrasonic-assisted milling (US), it is possible to improve the cutting situation regarding the resulting surface integrity as well as the cutting force. Part I deals with the influence of the alloying elements Ti, Zr, and Hf on the microstructure and the hardness of the initial alloy 36. Part II focusses on the effect of the alloy modifications and the ultrasonic assistance on machinability as well as on the surface integrity after finish-milling. The results show a highly significant influence of the ultrasonic assistance. The cutting force during the US is reduced by over 50% and the roughness of approx. 50% compared to conventional milling (CM) for all materials investigated. Moreover, the US causes a defect-free surface and induces near-surface compressive residual stresses. CM leads to a near-surface stress state of approx. 0 MPa. T2 - 75th IIW Annual Assembly CY - Tokyo, Japan DA - 17.07.2022 KW - Alloy 36 KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Surface integrity KW - Modification of structural morphology PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-566609 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-022-01438-7 SP - 1 EP - 8 PB - Springer CY - Heidelberg AN - OPUS4-56660 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Rhode, Michael A1 - Mente, Tobias A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Czeskleba, Denis T1 - Simulation of hydrogen distribution in submerged arc welded heavy plates as tool for evaluating cold cracking sensitivity for offshore structures N2 - Foundation structures for offshore wind turbines are typically made of heavy plate struc-tural steels, such as S420ML, welded by submerged arc welding. Due to the welding process conditions, higher amounts of hydrogen can be introduced. In this context, large plate thicknesses result in long diffusion paths and a prolonged diffusion time for hydrogen at ambient temperature and possible delayed hydrogen-assisted cold cracking. As a result, hydrogen can accumulate in areas of high mechanical stress and strain. Due to the delayed diffusion, a minimum waiting time of up to 48 h must be observed before non-destructive testing can be performed. In addition, the assessment of possible cold crack locations is very complex. For this reason, a numerical model of a component-like weld test was developed to simulate the temperature field during welding and subsequent cooling. A hydrogen diffusion model based on the temporal-local temperature distribution was established. It was applied to simulate the change of hydrogen distribution as a function of temperature cycle during multi-layer welding and further for the entire waiting time interval ≤ 48 h. As a result, crack critical areas could be evaluated in terms of accu-mulated hydrogen. An advantage of the diffusion model is the simulation of a normalized concentration, i.e. between "0" (no hydrogen) and "1" (max. concentration), which can be scaled to experimentally determined hydrogen concentrations. Finally, selected results for increased real hydrogen ingress are presented, which confirm the relatively high crack resistance of the S420 submerged arc welded joint. KW - Hydrogen assisted cracking KW - Diffusion KW - Numerical simulation KW - Offshore steel PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-632416 DO - https://doi.org/10.21268/20250507-6 SP - 1 EP - 12 PB - Technische Universität Clausthal CY - Clausthal-Zellerfeld, Deutschland AN - OPUS4-63241 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 - Component test concept for evaluation of in-service welding on pressurized hydrogen pipelines N2 - Hydrogen is set as the energy carrier of tomorrow and most countries will achieve large-scale hydrogen transport through the conversion of the natural gas (NG) grid and the construction of new pipelines. The interaction between hydrogen and the pipeline materials differs fundamentally from that of NG, as hydrogen is readily absorbed into the material. Considering the possible hydrogen embrittlement (HE), the compatibility of the pipeline materials (low-alloyed steels with a wide strength/thickness range) must be investigated. However, pipelines require intervention for maintenance, repair, or grid expansion with welding on/onto the pipelines while in service, i.e. the well-known "hot tapping" and "plugging" or “stoppling”. The challenges compared to NG can be broadly divided into the possible austenitization of the inner pipe material exposed to hydrogen and the welding itself. Both result in a significant increase in hydrogen solubility and could potentially pose challenges in terms of HE. Emphasis is placed on the word "could" because knowledge of "hot tapping" on hydrogen pipelines is scarce due a lack of service experience. To this end, this study proposes a concept for a component-like demonstrator with the objectives: (1) safe feasibility of "hot tapping" on pressurized model hydrogen pipeline sections, (2) facilitate ex-post sample extraction for the purpose of quantifying the absorbed hydrogen concentrations, and (3) ensure in-situ temperature measurement during welding to monitor the pipeline surface temperature. For safety reasons in the event of an unintentional "burn-through", a solid cylinder was inserted in the demonstrator to restrict the hydrogen gas volume to a small, pressurized layer. Reference pipeline surface temperature measurements were ensured on comparable, unpressurized geometries. The investigated range of welding conditions was investigated for representative material/thickness combinations (DN50 to DN200), suggesting the feasibility of the demonstrator for the determination of reliable in-service welding conditions for both installed and new pipelines for hydrogen service. 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 - 11 AN - OPUS4-63168 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Erxleben, Kjell T1 - Component test concept for evaluation of in-service welding on pressurized hydrogen pipelines N2 - Hydrogen is set as the energy carrier of tomorrow and most countries will achieve large-scale hydrogen transport through the conversion of the natural gas (NG) grid and the construction of new pipelines. The interaction between hydrogen and the pipeline materials differs fundamentally from that of NG, as hydrogen is readily absorbed into the material. Considering the possible hydrogen embrittlement (HE), the compatibility of the pipeline materials (low-alloyed steels with a wide strength/thickness range) must be investigated. However, pipelines require intervention for maintenance, repair, or grid expansion with welding on/onto the pipelines while in service, i.e. the well-known "hot tapping" and "plugging" or “stoppling”. The challenges compared to NG can be broadly divided into the possible austenitization of the inner pipe material exposed to hydrogen and the welding itself. Both result in a significant increase in hydrogen solubility and could potentially pose challenges in terms of HE. Emphasis is placed on the word "could" because knowledge of "hot tapping" on hydrogen pipelines is scarce due a lack of service experience. To this end, this study proposes a concept for a component-like demonstrator with the objectives: (1) safe feasibility of "hot tapping" on pressurized model hydrogen pipeline sections, (2) facilitate ex-post sample extraction for the purpose of quantifying the absorbed hydrogen concentrations, and (3) ensure in-situ temperature measurement during welding to monitor the pipeline surface temperature. For safety reasons in the event of an unintentional "burn-through", a solid cylinder was inserted in the demonstrator to restrict the hydrogen gas volume to a small, pressurized layer. Reference pipeline surface temperature measurements were ensured on comparable, unpressurized geometries. The investigated range of welding conditions was investigated for representative material/thickness combinations (DN50 to DN200), suggesting the feasibility of the demonstrator for the determination of reliable in-service welding conditions for both installed and new pipelines for hydrogen service. 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 AN - OPUS4-63170 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Erxleben, Kjell 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 AN - OPUS4-63165 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Thickness and microstructure effect on hydrogen diffusion in creep-resistant 9 % Cr P92 steel and P91 weld metal N2 - Martensitic 9 %-Cr steels like P91 and P92 show susceptibility to delayed hydrogen assisted cracking depending on their microstructure. In that connection, effective hydrogen diffusion coefficients are used to assess the possible time-delay. The small number of available diffusion coefficients varies already at room temperature by several orders of magnitude (mostly regarded as result of present microstructure). Especially P91 weld metal diffusion coefficients are rare so far. For that reason, electrochemical permeation experiments had been conducted using P92 base metal and P91 weld metal (in as-welded and heat-treated condition) with different thicknesses. The diffusion coefficients are calculated by two methods (time-lag and inflection point method) were performed. The results show that, despite of microstructural effects, the sample thickness must be considered as it influences the calculated diffusion coefficients. Finally, the comparison of calculated and measured hydrogen concentrations (determined by carrier gas hot extraction) enables the identification of realistic diffusion coefficients. T2 - IIW Intermediate Meeting, Comm. IX-C "Welding of creep and heat-resistant materials" CY - Online meeting DA - 08.03.2021 KW - Hydrogen KW - Welding KW - Diffusion KW - Creep-resistant steel KW - Electrochemical permeation PY - 2021 AN - OPUS4-52239 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Eissel, A. T1 - Modifikation von CoCr Legierungen für die additive lichtbogenbasierte Fertigung N2 - Für Komponenten im Turbinen- oder Anlagenbau werden aufgrund ihrer Eigenschaften häufig Kobalt-Chrom-Legierungen verwendet. Diese weisen eine hohe Korrosionsbeständigkeit und hohen Verschleißwiederstand auf. Aufgrund der komplexen Strukturen und dem Bestreben nach Ressourceneffizienz wird zur Herstellung der Komponenten die additive Fertigung verwendet. Hierbei sind hinsichtlich der Inhomogenität und Anisotropie der Gefüge und deren Eigenschaften weitere Kenntnisse notwendig. Bei den vorliegenden Belastungen liegt ein erhöhter Anspruch an die Oberflächenintegrität vor, welcher durch komplementären Einsatz von additiven und abtragenden Fertigungsschritten sichergestellt wird. Dabei sind gerade Co-Cr-Legierungen wegen der niedrigen Wärmeleitfähigkeit verbunden mit hoher Festigkeit und Zähigkeit äußerst herausfordernd mit Blick auf eine wirtschaftliche Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide. Ausgehend von dieser Problemstellung erfolgt im Zuge eines Gemeinschaftsvorhabens des ISAF in Kooperation mit der BAM eine gezielte Beeinflussung des Gefüges. Ziel des Projektes ist die Zusammenhänge zwischen verschiedenen Legierungsmodifikationen, der entstehenden Gefügemorphologie und den Zerspanungseigenschaften von Co- Cr-Legierungen für die additive Fertigung mittels PTA darzustellen. Der Fokus liegt auf dem Beheben der bestehenden Nachteile bei gleichzeitigem Aufrechthalten der besonderen Eigenschaften der Legierung. Durch das Hinzulegieren von variierenden Gehalten von Zirkonium und Hafnium wird die Gefügeveränderung eingestellt. Es hat sich gezeigt, dass Hafnium als zusätzliches Legierungselement einen deutlichen Einfluss auf die Gefügemorphologie hat. Darüber hinaus wird die Auswirkung der Legierungsmodifikation auf die Härte und die Zerspanbarkeit dargestellt. T2 - 42. Assistentenseminar der Wissenschaftlichen Gesellschaft Fügetechnik e.V. CY - Blankenau, Germany DA - 06.10.2021 KW - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Additive Fertigung PY - 2021 AN - OPUS4-56659 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Preuß, Bianca A1 - Lindner, Thomas A1 - Hanisch, Niclas A1 - Giese, Marcel A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Richter, Tim A1 - Rhode, Michael A1 - Lampke, Thomas T1 - Surface Functionalization of Novel Work‐Hardening Multi‐Principal‐Element Alloys by Ultrasonic Assisted Milling N2 - The development of multi‐principal‐element alloys (MPEAs) with unique characteristics such as high work hardening capacity similar to well‐known alloy systems like Hadfield steel X120Mn12 (ASTM A128) is a promising approach. Hence, by exploiting the core effects of MPEAs, the application range of conventional alloy systems can be extended. In the present study, work‐hardening MPEAs based on the equimolar composition CoFeNi are developed. Mn and C are alloyed in the same ratio as for X120Mn12. The production route consists of cast manufacturing by an electric arc furnace and surface functionalization via mechanical finishing using ultrasonic‐assisted milling (USAM) to initiate work hardening. The microstructure evolution, the hardness as well as the resulting oscillating wear resistance are detected. A pronounced lattice strain and grain refinement due to the plastic deformation during the USAM is recorded for the MPEA CoFeNi‐Mn12C1.2. Consequently, hardness increases by ≈380 HV0.025 in combination with a higher oscillating wear resistance compared to the X120Mn12. This shows the promising approach for developing work‐hardening alloys based on novel alloy concepts such as MPEAs. KW - Electric arc furnace KW - Finish milling KW - High manganese steels KW - Multi-principal element alloy KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Work hardening PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-608008 DO - https://doi.org/10.1002/adem.202400339 SN - 1438-1656 SP - 1 EP - 12 PB - Wiley VHC-Verlag AN - OPUS4-60800 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Rhode, Michael T1 - Normungsroadmap Wasserstofftechnologien 2024 N2 - Im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) wurden Anfang 2023 unter Leitung der Projektpartner DIN, DKE, DVGW, NWB, VDA, VDI und VDMA die Arbeiten an der Normungsroadmap Wasserstofftechnologien (NRM H2) begonnen. Ziel des Verbundprojekts war es, einen strategischen Fahrplan für eine schnelle und gezielte Erweiterung und Anpassung des technischen Regelwerks im Bereich der Wasserstofftechnologien auszuarbeiten und die aufgezeigten Lücken effizient zu schließen. Die Erarbeitung erfolgte in 39 Arbeitsgruppen mit einer Beteiligung von mehr als 600 Expertinnen und Experten. Die Clusterung erfolgte auf Basis von fünf großen Themenfeldern, die die gesamte Wertschöpfungskette abdecken: - Erzeugung - Infrastruktur - Anwendung - Qualitätsinfrastruktur - Weiterbildung, Zertifizierung und Sicherheit. Im Rahmen der des AK Infrastruktur erfolgte die Mitarbeit in der Arbeitsgruppe „Rohrleitungen“ (AG 2.1.1). Die AG war zuständig für die Ermittlung der Normungsbedarfe auf dem Gebiet der industriellen Rohrleitungen zur Werksversorgung sowie dem Gebiet der Flansche und ihren Verbindungen wie auch Prozessleitungen. Dies umfasst unter anderem Anforderungen für oberirdische oder in Kanälen verlegte oder erdgedeckte Rohrleitungen aus metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen für Wasserstoff und -gemische. Mit dem Ziel, sicherer Betriebsbedingungen, waren hierbei insbesondere Anforderungen für industrielle Rohrleitungssysteme von Bedeutung (z. B. Normenreihe DIN EN 13480). Dabei unterscheiden sich die industriellen Rohrleitungssysteme von Fern- bzw. Transportleitungen, außerhalb der industriellen Werke, bspw. Raffinerien. Diese waren Bestandteil der AG 2.1.2 „Transportleitungen“. KW - Normung KW - Wasserstoff KW - Rohrleitungen KW - Metallische Werkstoffe KW - Regelwerke PY - 2024 SP - 49 EP - 54 AN - OPUS4-62442 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Diffusion in high-pressure hydrogen charged multi-principal element alloys CoCrFeMnNi and CoCrNi vs. AISI 316L N2 - Multi-principal element alloys (MPEAs) are innovative materials that have attracted extensive research attention within the last decade. MPEAs are characterized by a solid solution of equiatomic metallic elements. Depending on the number of elements, they are also referred as high entropy alloys (HEAs with n ≥ 4 elements like CoCrFeMnNi) and medium-entropy alloys (MEA with n = 3 elements CoCrNi). Depending on the alloy concept, MPEAs show exceptional properties in terms of mechanical performance or corrosion resistance at extreme environments. In that connection, hydrogen and its challenges for the most metallic materials gets more and more important. MPEAs are candidate materials for the substitution of conventional materials like austenitic stainless steels e.g., at very high-pressure up to 1000 bar. Those pressures are typically reached in valves or compressors for refueling of tanks with operational pressure of 700 bar. So far, the susceptibility of HEA/MEAs to hydrogen assisted cracking (if any) and the especially the underlying hydrogen uptake and diffusion was not within the scientific scope and not investigated in detail yet. For that reason, we focused on the hydrogen absorption the characterization of the hydrogen diffusion and trapping at elevated temperatures in a CoCrFeMnNi-HEA (each element with 20 at.-%) and CoCrNi-MEA, each element with 33.3 at.-%). As reference grade, the commercially available austenitic stainless steel AISI 316L was investigated. High-pressure hydrogen charging was conducted at different pressures in autoclave environment with maximum value of 1,000 bar. Thermal desorption analysis (TDA) via carrier gas hot extraction with coupled mass spectrometry was used with a max. heating rate of 0.5 K/s up to 650 °C. The measured desorption spectra of the different samples were deconvoluted into a defined number of individual peaks. The individually calculated peak temperatures allowed the definition of activation energies for predominant trap sites in the respective materials as well as the percentage share of the totally absorbed hydrogen concentration. The results present for the first time the complex interaction of both MPEAs and high-pressure hydrogen charging. A deconvolution of four peaks was selected and a main desorption peak was identified the dominant hydrogen trap containing the biggest share of the absorbed hydrogen concentration. The chemical composition an austenitic phase of both MPEAs is responsible for delayed hydrogen diffusion and strong, but mostly reversible, trapping. The comparison with the 316L samples showed significantly higher activation energies in the MPEAs, whereas hydrogen was also trapped at very high extraction temperatures. The absorbed maximum hydrogen concentration at 1,000 bar was 130 ppm for the CoCrFeMnNi-HEA, 50 ppm for the CoCrNi-MEA and 80 ppm for the 316L. It is interesting that the CoCrFeMnNi-HEA has obviously a way higher trapping capability compared to the conventional austenitic 316L, which could be a major advantage in terms of resistance to hydrogen assisted cracking. T2 - 47th MPA-Seminar CY - Stuttgart, Germany DA - 10.10.2023 KW - High-entropy alloy KW - Hydrogen KW - Diffusion KW - Thermal desorption analysis KW - Multiple-principal element alloy PY - 2023 AN - OPUS4-58675 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Richter, Tim A1 - Mente, Tobias A1 - Mayr, P. A1 - Nitsche, A. T1 - Thickness and microstructure effect on hydrogen diffusion in creep‑resistant 9% Cr P92 steel and P91 weld metal N2 - Martensitic 9% Cr steels like P91 and P92 show susceptibility to delayed hydrogen assisted cracking depending on their microstructure. In that connection, effective hydrogen diffusion coefficients are used to assess the possible time-delay. Limited data on room temperature diffusion coefficients reported in literature vary widely by several orders of magnitude (mostly attributed to variation in microstructure). Especially P91 weld metal diffusion coefficients are rare so far. For that reason, electrochemical permeation experiments had been conducted using P92 base metal and P91 weld metal (in as-welded and heat-treated condition) with different thicknesses. From the results obtained, diffusion coefficients were calculated using to different methods, time-lag, and inflection point. Results show that, despite microstructural effects, the sample thickness must be considered as it influences the calculated diffusion coefficients. Finally, the comparison of calculated and measured hydrogen concentrations (determined by carrier gas hot extraction) enables the identification of realistic diffusion coefficients. KW - Creep-resistant steel KW - Diffusion KW - Hydrogen assisted cracking KW - Welding KW - Electrochemical permeation PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-540645 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-021-01218-9 SN - 0043-2288 SP - 1 EP - 16 PB - Springer Nature Switzerland AG AN - OPUS4-54064 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Wetzel, Annica A1 - Oczan, Ozlem A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Richter, Tim A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Hydrogen diffusion and local Volta potential in high- and medium-entropy alloys N2 - High-entropy alloys (HEAs) are characterized by a solid solution of minimum five and medium-entropy alloys (MEAs) of minimum three principal alloying elements in equiatomic proportions. They show exceptional application properties, such as high-strength and ductility or corrosion resistance. Future HEA/MEA-components could be exposed to hydrogen containing environments like vessels for cryogenic or high-pressure storage where the hydrogen absorption and diffusion in these materials is of interest. In our study, we investigated the HEA Co20Cr20Fe20Mn20Ni20 and the MEA Co33.3Cr33.3Ni33.3. For hydrogen ingress, cathodic charging was applied and diffusion kinetic was measured by high-resolution thermal desorption spectros-copy using different heating rates up to 0.250 K/s. Peak deconvolution resulted in high-temperature desorption peaks and hydrogen trapping above 280 °C. A total hydrogen concentration > 40 ppm was identified for the MEA and > 100 ppm for HEA. This indicates two important effects: (1) delayed hydrogen diffusion and (2) considerable amount of trapped hydrogen that must be anticipated for hydrogen assisted cracking phenomenon. Local electrochemical Volta potential maps had been measured for the hydrogen free condition by means of high-resolution Scanning Kelvin Probe Force Microscopy (SKPFM). T2 - Symposium on Materials and Joining Technology CY - Online meeting DA - 07.09.2020 KW - Hydrogen KW - High-entropy alloy KW - Diffusion KW - Scanning kelvin probe force microscopy KW - Corrosion PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-511684 DO - https://doi.org/10.1088/1757-899X/882/1/012015 VL - 882 SP - 1 EP - 15 PB - IOP Publishing CY - Bristol AN - OPUS4-51168 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Richter, Tim A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Rhode, Michael A1 - Börner, Andreas T1 - Influence of modern machining processes on the surface integrity of high-entropy alloys N2 - High Entropy Alloys (HEAs) are a recent class of materials. In contrast to conventional alloys, HEAs consist of five alloying elements in equiatomic equilibrium. The high entropy effect is due, among other things, to the increased configuration entropy, which promotes solid solution formation. Many HEAs have enormous application potential due to excellent structural property combinations from very low to high temperatures. For the introduction of HEAs in real components, however, the question of the applicability of machining production technologies for component manufacture is of central importance. This has so far received Little attention in global materials research. Reliable and safe processing is essential for the demand of economical component production for potential areas of application, e.g. in power plant technology. For metals, milling is the standard machining process. This article presents the results of machining analyses. It focuses on the surface integrity resulting from the milling process on a Co20Cr20Fe20Mn20Ni20-HEA. For this purpose, investigations were carried out using ball nose end milling tools for conventional milling process in comparison to an innovative hybrid process available at BAM Berlin, Ultrasonic-Assisted Milling (USAM). USAM promises a lower Degradation of the surface properties due to lower loads on the workpiece surface during machining. For this purpose, basic milling parameters (cutting speed and tooth feed) were systematically varied and cutting forces were measured during the milling experiments. The subsequent Analysis of these forces allows an understanding of the mechanical loads acting on the tool and component surface. These loads cause topographical, mechanical and microstructural influences on the surface and consequently on the surface integrity. For their characterization, light and scanning electron microscopy were used, and the roughness and residual stresses via X-ray diffraction were measured. The results indicate significant advantages using USAM, especially due to reduced cutting forces compared to the conventional milling process. This causes lower mechanical loads on the tool and surface, combined with lower tensile residual stresses on and below the surface, and ultimately results in a significantly enhanced surface integrity. T2 - Symposium on Materials and Joining Magdeburg 2020 CY - Online meeting DA - 07.09.2020 KW - High entropy alloy KW - Machining KW - Ultrasonic machining PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-512958 DO - https://doi.org/10.1088/1757-899X/882/1/012016 VL - 882 IS - 012016 SP - 1 EP - 11 PB - Institute of Physics CY - London AN - OPUS4-51295 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Richter, Tim A1 - Mente, Tobias A1 - Mayr, P A1 - Nitsche, A T1 - Hydrogen effect on mechanical properties and cracking of creep‑resistant 9% Cr P92 steel and P91 weld metal N2 - Martensitic 9% Cr steels like P91 and P92 can show an increased susceptibility to delayed hydrogen-assisted cracking. The focus of this study was the microstructure and heat treatment efect on the mechanical properties of P92 base material and P91 multi-layer weld metal in both as-welded and post weld heat treated (PWHT) condition. Tensile tests with hydrogen free reference samples and electrochemically hydrogen charged samples were carried out; the mechanical properties were assessed and supported by detailed fractographic analysis. Finally, a hydrogen and microstructure-dependent fracture criterion is established. All investigated microstructures showed a hydrogen-infuenced degradation of the mechanical properties compared to the hydrogen-free reference samples. The as-welded martensitic P91 weld metal had the highest degree of degradation in the presence of hydrogen. The P91 PWHT weld metal and the P92 base material had comparable properties. From that point of view, a signifcantly increased risk for hydrogen-assisted cold cracking during welding fabrication of P91 weld joints must be considered before any heat treatment is conducted. T2 - IIW Annual Assembly, Meeting of Commission IX-C CY - Tokyo, Japan DA - 16.07.2022 KW - Creep-resisting materials KW - Welding KW - Hydrogen assisted cracking KW - Hydrogen embrittlement KW - Mechanical properties PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-564070 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-022-01410-5 SN - 0043-2288 SP - 1 EP - 12 PB - Springer Nature CY - Basel (CH) AN - OPUS4-56407 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Richter, Tim A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Rhode, Michael T1 - Residual stresses in a high- and a medium-entropy alloy due to TIG and friction stir welding N2 - The new alloying concept of multi-element systems with defined entropy (HEA—high-entropy alloy; MEA—medium-entropy alloy) is gaining increasing importance in materials research. Significantly improved properties or combinations of properties are shown by some HEA/MEA systems. Thus, primarily the production and resulting microstructures of HEA, as well as its properties, have been investigated so far. Furthermore, processing is a main issue in transferring HEA systems from the laboratory to real components. Since welding is the most important joining process for metals, it is crucial to investigate the influence of welding to guarantee component integrity. Welding leads to residual stresses, which significantly affect the component integrity. Hence, the focus of this study is the residual stress formation and distribution in a CoCrFeMnNi HEA and ternary CoCrNi MEA using two different welding processes: tungsten inert gas (TIG) welding and solid-state friction stir welding (FSW). As a pathway for the application of HEA in this investigation, for the first time, residual stress analyses in realistic near-component specimens were performed. The residual stresses were determined by X-ray diffraction (XRD) on the surfaces of top and root weld side. The results were correlated with the local welding microstructures. The results show that both FSW and TIG generate significant tensile residual stresses on the weld surfaces in, and transverse to, the welding direction. In the case of FSW of the CoCrFeMnNi HEA, the longitudinal residual stresses are in the range of the yield strength of approx. 260 MPa in the weld zone. KW - High entropy alloy KW - Welding KW - Residual stresses KW - Microstructure PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-567039 DO - https://doi.org/10.3390/jmmp6060147 SN - 2504-4494 VL - 6 IS - 6 SP - 1 EP - 11 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-56703 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Nietzke, Jonathan A1 - Richter, Tim T1 - Hydrogen diffusion and desorption characteristics of a CoCrFeMnNi high entropy and a CoCrNi medium entropy alloy N2 - High-entropy alloys (HEAs) are innovative high-performance materials that have attracted more and more research attention. HEAs are characterized by a solid solution of typically five equiatomic metallic elements. In addition, medium-entropy alloys (MEA, with three elements) are of interest and become more and more important. Depending on the alloy concept, HEAs and MEAs show exceptional mechanical properties, especially high-strength and ductility combinations at both cryogenic and elevated temperatures combined with excellent corrosion resistance. Future structural HEA/MEA components can be exposed to potential applications with hydrogen containing environments like high-temperature water in pressurized nuclear reactors or aerospace structures. Other potential applications could be in materials for vessel walls in the field of cryogenic and high-pressure hydrogen storage. So far, the susceptibility of HEAs/MEAs to hydrogen assisted cracking (if any) and the hydrogen diffusion is not investigated in detail yet and can limit or extend possible applications of HEA/MEA as structural materials. In our work, we focused on the hydrogen absorption, diffusion, and distribution in a HEA (CoCrFeMnNi the original Cantor-alloy) and a MEA (CoCrNi). Cathodic hydrogen charging was carried out for the hydrogen ingress, and thermal desorption analysis (TDA) revealed complex hydrogen trapping in both alloy types up to 300 °C. The absorbed total hydrogen concentrations were > 100 ppm for the HEA and > 40 ppm for MEA. In addition, the assessment of the peak deconvolution is not trivial and must consider both experimental and microstructure influences. T2 - 4th International Conference on Metals and Hydrogen - Steely & Hydrogen 2022 CY - Ghent, Belgium DA - 11.10.2022 KW - Hydrogen KW - High-entropy alloy KW - Multiple principal element alloy KW - Thermal desorption analysis KW - Diffusion PY - 2022 SP - 1 EP - 11 CY - Ghent, Belgium AN - OPUS4-56076 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Nietzke, Jonathan T1 - Hydrogen diffusion and desorption characteristics of a CoCrFeMnNi high entropy and a CoCrNi medium entropy alloy N2 - Future structural components made of the novel high-entropy (HEA) or medium-entropy alloys (MEA) components can be potentially exposed to hydrogen containing environments like high-temperature water in pressurized nuclear reactors or aerospace structures. Further applications are vessels wall materials for cryogenic or high-pressure hydrogen storage. So far, the susceptibility of HEA/MEAs to hydrogen assisted cracking (if any) and the hydrogen diffusion is not investigated in detail yet and can limit or extend possible applications of HEA/MEA as structural materials. In our work, we focused on the hydrogen absorption, diffusion, and distribution in a HEA (Co20Cr20Fe20Mn20Ni20, the original Cantor-alloy) and a MEA (Co33.3Cr33.3Ni33.3). Conventional cathodic hydrogen charging was carried out for the hydrogen ingress in the materials. Thermal desorption analysis (TDA) via carrier gas hot extraction with coupled mass spectrometry revealed complex hydrogen trapping in both alloy types up to 300 °C. The absorbed total hydrogen concentrations were ≥ 70 ppm for the HEA and approximately 40 ppm for the MEA-type. Although both materials have different chemical composition, the TDA spectra were comparable. In addition, it was shown that the consideration of the sample geometry is an important influence on the sample temperature. It decreases the effective applied heating rate, which must be anticipated for each hydrogen peak after deconvolution of the spectra. This increases the activation energy and shifts the peak to lower temperatures. As a result, microstructure effects can be separated from experimental boundary conditions like the concentration gradient due to the charging process and later thermal activation. T2 - 4th International Conference on Metals and Hydrogen - Steely & Hydrogen 2022 CY - Ghent, Belgium DA - 11.10.2022 KW - High-entropy alloy KW - Diffusion KW - Hydrogen KW - Thermal desorption analysis KW - Trapping PY - 2022 AN - OPUS4-56007 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. T1 - Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) mit hochfesten Feinkornbaustählen N2 - Die additive Verarbeitung hochfester Feinkornbaustähle mittels Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) ist ein komplexes, aber zugleich auch effizientes Verfahren, bei dem Werkstoff, Bauteilgeometrie und Schweißprozess gezielt aufeinander abgestimmt sein müssen. Ziel dieser Studie war es, einen Zusammenhang zwischen den Prozessparametern und der generierten Schichtgeometrie zu ermitteln. Dazu wurden definierte Referenzkörper mit einem robotergestützten Schweißsystem additiv gefertigt und hinsichtlich Schichthöhe, Wandstärke und Mikrostruktur analysiert. Fokus der Untersuchung waren sowohl konventionelle als auch für die WAAM-Fertigung speziell entwickelte hochfeste Schweißzusatzwerkstoffe. Die geometrischen Eigenschaften additiv gefertigter Bauteile lassen sich insbesondere durch die Faktoren Drahtvorschubgeschwindigkeit und Schweißgeschwindigkeit gezielt einstellen. Jedoch können diese Parameter nicht beliebig variiert werden, auch aufgrund der rheologischen Eigenschaften der Zusatzwerkstoffe. Zu hohe Streckenenergien führen zu lokalen Überhitzungen und Fehlstellen in der generierten Schicht. Undefinierte Fließ- und Erstarrungsvorgänge im überhitzten Bereich erschweren die maßhaltige Fertigung. Deshalb wird bei speziellen WAAM-Schweißdrähten das Fließverhalten gezielt modifiziert, sodass es über einen größeren Temperaturbereich hinweg konstant ist. Erst die Kenntnis über die komplexen Zusammenhänge zwischen den Prozessparametern und der Bauteilgeometrie ermöglicht die Erzeugung exakter Schichtmodelle für die additive Fertigung. Dies bildet die Grundlage für die Bearbeitung weiterer Fragestellungen auf dem Gebiet der additiven Fertigung mit hochfesten Zusatzwerkstoffen und insbesondere deren Anwendung in modernen hochfesten Bauteilen. T2 - 41. Assistentenseminar Fügetechnik CY - Magdeburg, Germany DA - 03.09.2020 KW - Additiver Fertigung KW - MSG-Schweißen KW - Eigenspannungen KW - Hochfester Stahl KW - Kaltrisssicherheit PY - 2020 AN - OPUS4-56690 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Grimault de Freitas, Tomás T1 - Repair Welding on Future Pressurized Hydrogen Pipelines N2 - Hydrogen is the energy carrier for a sustainable future without fossil fuels. This requires a reliable transport infrastructure. In this context, the conversion of existing natural gas (NG) grids is an essential part of the worldwide hydrogen strategies, in addition to the construction of new pipelines. Given the known effects 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 of the hydrogen compatibility of pipeline materials indicate that these materials can be used to a certain extent. However, pipelines require frequent maintenance and repair. In some cases, it is necessary to perform welding on pipelines while they are under pressure, such as the well-known tapping of natural gas grids. This in-service welding presents additional 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 hydro- gen 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 operating experience. Fundamental experimental investigations are required to investigate the possibility of transferring the state-of-the-art concepts from natural gas to hydrogen pipeline grids to ensure that no critical material degradation occurs due to the potentially increased hydrogen uptake. For this reason, the presentation will present the state of the art in hydrogen pipeline hot tapping, including current research projects and their solution strategies in terms of pressurized mock-ups and basic testing scenarios. T2 - ASTM Conference on Hydrogen Materials CY - La Rochelle, France DA - 03.06.2025 KW - Component Test KW - Hydrogen KW - In-service welding KW - Pipeline PY - 2025 AN - OPUS4-63332 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina T1 - Titan oder Niob? Mikrolegierungseinfluss auf die Ausbildung der WEZ in hochfesten Baustählen und dessen Wirkung auf mechanische Eigenschaften der Schweißverbindung N2 - Mikrolegierungselemente, wie Nb und Ti, sind für die signifikante Festigkeitssteigerung von vergüteten, hochfesten Feinkornbaustählen mit einer Nominalstreckgrenze ≥ 690 MPa unerlässlich. Normvorgaben zur chemischen Zu-sammensetzung geben dabei nur obere Grenzwerte für die Hersteller vor. Weiterhin wirken sich bereits kleine Abweichungen in der Legierungsroute teilweise drastisch auf die mechanischen Eigenschaften aus. Somit wird eine adäquate Vorhersage der Schweißeignung und der Integrität der Schweißverbindung aufgrund der variierenden Mikrogefüge erschwert bis unmöglich. Die Nb-mikrolegierte Güte weist im Vergleich zur Ti-mikrolegierten Güte eine bessere Anlassbeständigkeit auf. Eine divergente Phasenverteilung in den äußeren Zonen der WEZ der Fülllagen erklärt die unterschiedliche Härteverteilung in der WEZ der drei untersuchten Legierungen und die markanten Unterschiede der Kerbschlagzähigkeit. Die quasistatischen Querzugversuche mittels DIC zeigten ein divergentes lokales Dehnungsverhalten auf. Die Ti-mikrolegierte Stahlsorte zeigt ein signifikanten lokales Dehnungsverhalten in der WEZ, wobei hier sich aufgrund der hohen metallurgischen Kerbwirkung Makrostützeffekte während des plastischen Fließens in der WEZ auftreten. T2 - 13. Rostocker Schweißtage CY - Rostock, Germany DA - 21.11.2023 KW - WEZ-Erweichung KW - Hochfester Feinkornbaustahl KW - Stützeffekte KW - Digital Image Correlation KW - Kerbschlagzähigkeit PY - 2023 AN - OPUS4-58943 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Czeskleba, Denis T1 - Investigation of the Stress Relief Cracking mechanism through the simulation of uniaxial stress conditions in the coarse grain HAZ of CrMoV-steel SAW joints N2 - Creep-resistant steels such as the 13CrMoV9-10 used in pressure vessel construction, with wall thicknesses of 250 mm and above, are most commonly submerged arc welded (SAW). The characteristic high heat input during the SAW-process introduces very high, localized residual stresses, which can lead to stress relief cracking (SRC) if the mandatory post weld heat treatment (PWHT) of the welding joint is performed improperly. Current PWHT parameters, such as heating rate and holding time at a specific holding temperature are mostly based on both empirically experience and conventional free shrinking welding experiments to characterize the SRC-susceptibility of the weld. These cannot adequately depict the higher residual stresses caused by the structurally induced stiffness of the surrounding construction and its constraint on the thermal shrinkage of the weld. Nor do they consider the resulting metallurgic effects such as the growth of precipitates during the PWHT and the resulting differences in hardness of the grain boundaries or the premature aging via a dissimilar precipitation behavior. The effect of the heating rate of the PWHT on the SRC susceptibility has to date not been adequately studied either. This study discusses the development of a repeatable, precise and time efficient methodology to study the effects of different stress levels and heating rates on the SRC susceptibility of the coarse grain heat affected zone (CGHAZ). For that purpose, samples were thermically treated to simulate a CGHAZ and subsequently exposed to representative levels of stress during PWHTs with defined parameters. The recorded stress and heating rate dependent strains were mathematically analyzed via curve tracing/ calculus to identify interdependent effects. This procedure facilitates the measurement of material characteristics such as carbide growth on grain boundaries at the µm-scale via an integrated value over the entire sample volume. The first and second derivate show a slight, precipitate dependent, increase in hardness of the sample, depending on the heating rate and applied stress. Additionally, the formation and growth of special carbides is well known to have a volumetric effect, which together with the material characterization and this new methodology is believed to generate an improved assessment of the SRC susceptibility of SAW microstructures of creep-resistant CrMoV steels. The main advantage of the suggested methodology is the material independence. It thus provides, a comparative value between welds under ideal conditions in the lab and real-world scenarios by including an idealized, simulated component rigidity. T2 - IIW 2022 CY - Tokyo, Japan DA - 16.07.2022 KW - Repair-welding KW - High-strength steels KW - Transient stresses KW - Residual stresses PY - 2022 AN - OPUS4-55441 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Reichel, Levin A1 - Kromm, Arne A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Moderne Schweißverfahren zur Optimierung der Reparatur von hochfesten Offshore-Stählen N2 - Der Ausbau der Offshore-Windenergie mit Anlagenleistungen von über 10 MW er-fordert zunehmend den Einsatz hochfester Stähle mit Streckgrenzen ab 460 MPa bei Wanddicken von bis zu 150 mm. Inakzeptable Defekte, die während bzw. nach der schweißtechnischen Montage solcher dickwandigen Verbindungen im Nahtbereich detektiert werden, können wirtschaftlich durch lokales Ausfugen und anschließendes Schweißen noch in der Fertigung repariert werden. Insbesondere bei hochfesten Baustählen stellt dies hohe Anforderungen an die schweißtechnische Fertigung, da bislang keine standardisierten Reparaturkonzepte oder normativen Vorgaben existie-ren. Praxisnahe Empfehlungen sind hier vor allem für kleine und mittlere Unterneh-men (KMU) notwendig, damit diese Reparaturschweißungen sicher und wirtschaft-lich durchführen können. Die laufende Untersuchung (FOSTA P1629/IGF 01IF22746N) legt daher den Schwerpunkt auf die Optimierung der Reparaturverfahren mit dem Ziel, schweißbe-dingte Beanspruchungen zu reduzieren, weil diese häufig zu erneuten Bildung Fehl-stellen führen. Hierfür werden hochfeste, dickwandige Verbindungen aus Offshore-Stahlgüten im Streckgrenzenbereich von 355 MPa bis 460 MPa untersucht. Die ex-perimentellen Analysen berücksichtigen dabei die komplexen Wechselwirkungen zwischen werkstoff- und prozess- sowie konstruktionsbedingten Einflüssen auf den Beanspruchungszustand nach dem Schweißzyklus (Verbindungsschweißen, Ausfu-gen, Reparaturschweißen). Diese Faktoren, wie z. B. die Steifigkeitsverhältnisse der Schweißnaht, sind von entscheidender Bedeutung für die resultierenden Eigenspan-nungen, die sich infolge der schweißtechnischen Reparatur ausbildet. Um die Bau-teilsicherheit und Leistungsfähigkeit zu gewährleisten, sind insbesondere risskriti-sche, mehrachsige Eigenspannungszustände zu vermeiden. So lassen sich moderne Hochleistungs-MAG-Schweißprozesse mit hierfür optimierten, schmaleren Fugen-geometrien in bauteilbezogenen Schweißversuchen auf Großprüfanlagen untersu-chen, um hierfür angepasste Prozess- und Wärmeführungsparameter zu identifizie-ren und angepasste Reparaturkonzepte abzuleiten. Ziel ist es, Handlungsempfehlun-gen für Richtlinien und Normen zu erarbeiten, die das Potenzial hochfester Stähle voll ausschöpfen und die Anwendbarkeit im Offshore-Stahlbau, insbesondere für KMU, substanziell stärken. Auf diese Weise leistet das Projekt einen entscheiden-den Beitrag zur erfolgreichen Umsetzung der Energiewende in Deutschland. T2 - NA 092-00-05 GA "Gemeinschaftsarbeitsausschuss NAS/NMP, Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen (DVS AG Q 4/Q 4.1)" CY - Online meeting DA - 20.03.2025 KW - Reparaturschweißen KW - Thermisches Ausfugen KW - Offshore KW - Moderne Schweißprozesse PY - 2025 AN - OPUS4-62749 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Liepold, Philipp T1 - Einfluss des Einspanngrades auf die Bildung von Erstarrungsrissen in stark beanspruchten Überlappverbindungen hochfester Stähle N2 - Erstarrungsrisse bilden sich beim Schweißen hinter dem Schmelzbad. Im verwendeten MAG-Schweißverfahren wurden stark eingespannte Schweißungen mit verschiedenen hochfesten Schweißzusätzen durchgeführt. Alle verwendeten Zusätze weisen unter gewöhnlicher Einspannung keine Tendenz zur Erstarrungsrissbildung auf. In Abhängigkeit der verwendeten Schweißparameter und des Einspanngrades konnten Erstarrungsrisse in den Nähten festgestellt werden. Die Versuche zeigen, dass beim Schweißen hochfester und stark eingespannter Kehlnähte eine Kombination von hohen Wärmeeinträgen und Schweißgeschwindigkeiten zu erhöhter Bildung von Erstarrungsrissen führen kann. T2 - BMDK, Universität Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 10.04.2024 KW - CTS KW - Erstarrungsrisse PY - 2024 AN - OPUS4-59845 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne T1 - Residual stress formation in DED-arc manufactured high strength steel components N2 - Additive manufacturing (AM) processes enable the efficient production of advanced constructions. Direct energy deposition processes such as wire and arc-based additive manufacturing (DED-arc) are important methods. The wire filler metals enable a wide range of materials. In addition, the arc process provides a high deposition rate compared to laser and powder-based processes. Furthermore, components can be manufactured near-net-shape, offering significant savings in cost, time, and resources. Combined with the use of high-strength steels to reduce wall or component thicknesses in the context of lightweight design, great opportunities for saving energy and resources can be achieved. In a joint project of BAM and Chemnitz University of Technology, the main influences and complex interactions of material, production process, design and processing steps on the residual stress level are investigated. The aim is to develop processing recommendations and a cold cracking test for economical processing and stress-related design of high-strength steels with DED-arc. This study focuses on residual stress analysis by neutron diffraction (ND) and X-ray diffraction (XRD) on defined test specimens. The ND analysis were performed at the Paul Scherrer Institute (PSI) and the XRD analysis at BAM. The study shows a quantitative and qualitative comparison of the residual stress magnitudes and distribution between the component bulk (ND) and surface (XRD) analyses. The ND analysis reveals that in DED-arc AM walls the residual stresses dominate in the direction of welding and are negligibly small in each case transverse to the direction of welding. The topology of the analyzed residual stresses shows almost identical residual stress maps. In addition, the residual stresses are significantly influenced by the solid phase transformation of the material due to low cooling times in the area of the top layer. T2 - AJP 2023 3rd International Conference on Advanced Joining Processes CY - Braga, Portugal DA - 19.10.2023 KW - DED-arc KW - Residual stress KW - Neutron diffraction KW - High-strength steel KW - Additive manufacturing PY - 2023 AN - OPUS4-58647 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Additive manufacturing of high-strength steel components using gas metal arc welding based direct energy deposition N2 - Additive manufacturing processes such as direct energy deposition-arc (DED-Arc) or Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) enable the efficient production of weight-optimized near-net-shape components in modern steel constructions [1,2]. Further increased efficiency can be achieved by using high-strength steels, which leads to significant cost, time, and resource savings. While commercial filler metals for arc welding processes are available, their industrial application is hindered by a lack of guidelines and quantitative knowledge of the welding stresses during production and operation limit their industrial application. In a joint project of BAM and Chemnitz University of Technology, the main influences and complex interactions of material, production process, design and processing steps on the residual stress level are investigated. The aim is to develop processing recommendations and a cold cracking test for economical processing and stress-related design of high-strength steels with DED-arc. The project focused on hardness and microstructure analysis as well as residual stress analysis using X-ray diffraction on the surface and neutron diffraction in the bulk. Reference specimens (open hollow cuboids) were fully automatic manufactured using a robot welding system. Systematic variation of the heat control and design was used to analyze the influences on heat input and interpass temperature, as well as geometric influences such as component length, height, and wall thickness. Figure 1 shows that the residual stresses in the WAAM specimens within the project are predominantly one-dimensional in welding direction (cf. [3]). Furthermore, the results reveal that the residual stresses are significantly influenced by the heat input. Low heat input and high cooling rates lead to high average residual stresses. The analysis of the variation of the component design indicates that the component height, in contrast to component length and wall thickness, significantly influences the level of residual stresses. T2 - Additive 2024 CY - Berlin, Germany DA - 12.06.2024 KW - High strength steels KW - Additive manufacturing KW - Residual stress PY - 2024 AN - OPUS4-61949 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Liepold, Philipp T1 - Enhanced crack detection method using Convolutional Neural Networks for Varestraint type tests N2 - Varstraint type tests are globally established in the measurement of hot cracking susceptibility of welds. Evaluation of such tests is done under a light microscope and can be heavily influenced by human subjectivity. To reduce the human error source in evaluation, a concept based on Convolutional Neural Networks (CNNs) is proposed. An AI was constructed and trained on self-produced data to detect and segment cracks in microscope images. The advantages, besides a faster evaluation, include higher precision and the availability of data that was not available before. T2 - IIW Annual Conforenz CY - Singapore DA - 17.07.2023 KW - CNN KW - MVT KW - AI KW - Neuronales Netzwerk PY - 2023 AN - OPUS4-58699 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Liepold, Philipp T1 - Enhanced crack detection method using convolutional neural networks for Varestraint type tests N2 - A method to extract characteristics of cracks employing semantic segmentation on the basis of pictures taken via microscope, possible through advances in deep learning using a U-Net type model. T2 - IIW Intermediate Meeting CY - Garching, Germany DA - 05.12.2022 KW - CNN KW - MVT KW - AI PY - 2023 AN - OPUS4-57135 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fey, Gero T1 - Dilatometry Based Determination of Continuous Cooling Transformation (CCT) Diagrams in Low Alloy Pipeline Steels for Hydrogen transportation N2 - This study investigates the suitability of low-alloy pipeline steels for hydrogen transportation, focusing on the development of weld microstructures. Previous research has been limited by a deficiency in the understanding of how different microstructural components respond to trapped hydrogen. By developing Continuous Cooling Transformation (CCT) diagrams through dilatometry analysis, this study explores the impact of t8/5-cooling times (the time between 800 °C and 500 °C) on the microstructure and mechanical properties of the HAZ compared to the base material. The findings provide valuable insights into how cooling times influence transformation temperatures and microstructure development, which, in turn, affect hydrogen diffusion and absorption. These findings establish a foundation for future investigations into hydrogen's impact on weld microstructures, including experimental studies, with the aim of optimizing welding practices and enhancing resistance to hydrogen-assisted cracking. Ultimately, this research contributes to improving the safety and reliability of hydrogen transportation systems in commonly used industrial pipeline steels. T2 - 20th Pipeline Technology Conference CY - Berlin, Germany DA - 05.05.2025 KW - Pipelinestahl KW - CCT PY - 2025 AN - OPUS4-63098 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Ausscheidungsverhalten und Eigenschaften der schweißbedingten Wärmeeinflusszonen hochfester Stähle in Abhängigkeit der Mikrolegierungsroute N2 - Für eine signifikante Festigkeitssteigerung von vergüteten, hochfesten Feinkornbaustählen mit einer Nominalstreckgrenze ≥ 690 MPa, ist die Zugabe von Mikrolegierungselementen, wie Nb und Ti, unerlässlich. Die Normvorgaben zur chemischen Zusammensetzung dieser Stähle (bspw. in DIN EN 10025-6) geben zur Erzielung der vorgeschriebenen Eigenschaften dabei oft nur Grenzgehalte für die Hersteller vor. Die Wirkung der Legierungselemente in der WEZ ist teilweise komplett konträr. Somit wird eine adäquate Vorhersage der Chargenabhängigkeit hinsichtlich der Schweißeignung und des Tragverhaltens der Schweißverbindung erschwert. Neben metallographischen Untersuchungen einzelner WEZ-Bereiche wurden unter Variation der chemischen Zusammensetzung, thermodynamische Phasenberechnungen mittels ThermoCalc durchgeführt. Hierdurch wird ein Verständnis zur Phasentransformation, Ausscheidungswachstum und -auflösung während des Schweißens in Abhängigkeit von Temperatur und Abkühlbedingungen geschaffen. T2 - 40. Vortrags- und Diskussionstagung Werkstoffprüfung 2022 CY - Dresden, Germany DA - 27.10.2022 KW - WEZ-Erweichung KW - Mikrolegierungseinflüsse KW - Thermodynamische Modellierung PY - 2022 SP - 1 EP - 6 AN - OPUS4-56168 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Eissel, A. T1 - Investigations on influencing the microstructure of additively manufactured Co-Cr alloys to improve subsequent machining conditions N2 - Co-Cr alloys are frequently used for highly stressed components, especially in turbine and plant construction, due to their high resistance to thermal and mechanical stress, as well as to corrosive and abrasive loads. Furthermore, they are classified as difficult-to-cut materials because of their high strength and toughness as well as their low thermal conductivity. However, for Co, an increased cost and supply risk can be observed in recent years. Therefore, additive manufacturing (AM) offers significant economic advantages due to higher material efficiency regarding repair, modification, and manufacturing of such components. Concerning inhomogeneity and anisotropy of the microstructure and properties as well as manufacturing-related stresses, a lot of knowledge is still necessary for the economic use of additive welding processes in SMEs. In addition, subsequent machining, particularly contour milling, is essential to generate the required complex contours and surfaces. Hence, additive and machining manufacturing processes need to be coordinated in a complementary way, especially due to additional challenges arising in milling of heterogeneous hard-to-cut microstructures. Recently, it has been shown that modern, hybrid cutting processes, such as ultrasonic-assisted milling (US), can improve the cutting situation. In this investigation, the Co-Cr initial alloy is additionally modified with Ti and Zr up to 1 wt.-% with the aim to enhance the homogeneity of the microstructure and, thus, the machinability. Hence the investigation includes finish milling tests of the AM components and the comparison of US and conventional machining. Both the modifications and the ultrasonic assistance exhibit a significant effect on the machining situation, e.g., US causes a higher surface integrity of the finish milled surfaces compared to conventional milling. T2 - International Congress on Welding, Additive Manufacturing and associated non destructive testing CY - Online meeting DA - 08.06.2022 KW - Co-Cr-alloy KW - Additive manufacturing KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Surface integrity PY - 2022 AN - OPUS4-55431 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fey, Gero T1 - Thermophysically Simulated Weld HAZ and CCT Diagram of High Strength Low Alloy Pipeline Steel N2 - Green produced Hydrogen is considered as a key energy carrier for the transition to a more sustainable energy supply. Large-scale infrastructure projects, such as the European Hydrogen Backbone, aim to establish a hydrogen pipeline network connecting production and consumption regions. To enable this distribution, existing and newly build pipeline networks play a crucial role. High-strength low-alloy (HSLA) pipeline steels such as L485ME (X70) are therefore faced to challenges associated with hydrogen transportation. One critical challenge in hydrogen transportation is hydrogen-assisted cracking (HAC), which is influenced by mechanical loading, hydrogen content, and the material itself. The microstructure of the steel has a significant impact on its resistance to HAC. Since pipeline tube sections are commonly joined by welding, the weld metal and heat-affected zone (HAZ) reveal different microstructures compared to the base material. In particular, the coarse grain heat affected zone (CGHAZ) is considered to be a critical zone for HAC. Therefore, the understanding of the resulting microstructure in the HAZ is essential to assess the material’s performance under hydrogen exposure. A quenching dilatometer was used to simulate the weld HAZ of an HSLA L485ME pipeline steel. The influence of cooling on the CGHAZ was investigated at a peak temperature of 1250°C using varying t8/5-cooling times (from 2 s up to 500 s), focusing on microstructural evolution and hardness. Based on these experiments, a continuous cooling transformation (CCT) diagram was constructed. Additionally, other regions of the weld HAZ were thermophysically simulated using two different t8/5-cooling times, namely 6 s and 15 s, while varying the peak temperature between 1250°C and 800°C. The resulting microstructures and hardness values were analyzed and compared. T2 - IIW Intermediate Meeting CY - Trollhättan, Sweden DA - 10.03.2025 KW - L485ME KW - Pipeline steel KW - CCT KW - Heat-affected zone KW - Dilatometry PY - 2025 AN - OPUS4-63102 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz T1 - Alloy modification for additive manufactured Ni alloy components Part II: Effect on subsequent machining properties N2 - Alloy 36 (1.3912), also known as “Invar”, is an alloy with 36% nickel. It was developed in 1897 by Guillaume and stands out for its very low thermal expansion coefficient. It is classified as a difficult-to-cut material and is commonly used for the production of fiber-reinforced composites in the field of mold construction. Additive manufacturing (AM) offers many economic advantages regarding the repair, modification and manufacture of entire components. Subsequent machining of the AM components is necessary to account for complex structures, final contours or defined surfaces. In part I of this investigation, the initial alloy 36 is modified with the elements Ti, Zr and Hf up to a maximum of 0.33 wt.-%. The influence of the modification elements on the microstructure as well as on the hardness of the AM components is examined. Part II focusses on the effect of the alloy modifications on machinability as well as on the surface integrity of plasma-transferred-arc-welded (PTA) and finish milled invar components. Machining tests were carried out, to investigate the influence of ultrasonic assistance and the effects of modification elements Ti, Zr and Hf on the occurring cutting forces, temperatures and resulting surface integrity of the AM components made of alloy 36 and their modifications. The results show a significant positive influence of ultrasonic assistance on the resulting cutting force as well as on the roughness of all materials investigated. T2 - 75th IIW Annual Assembly CY - Tokyo, Japan DA - 17.07.2022 KW - Alloy modification KW - Alloy 36 KW - Additive manufacturing KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Surface integrity PY - 2022 AN - OPUS4-55432 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Assessment of in-service welding conditions for pressurized hydrogen pipelines via component test N2 - Hydrogen is the energy carrier of tomorrow. This requires a reliable transport infrastructure with the ability to carry large amounts of hydrogen e.g. for steel industry or chemical industry. The conversion of existing natural gas (NG) grids is an essential part of the worldwide hydrogen strategies, in addition to the construction of new pipelines. In this context, the transportation of hydrogen is fundamental different from NG as hydrogen can be absorbed into the pipeline material. Given the well-known effects of hydrogen embrittlement, the compatibility of the materials for the intended pipelines must be investigated (typically low alloy steels in a wide range of strengths and thicknesses). However, pipelines require frequent maintenance, repair or the need for installation for further outlets. In some cases, it is necessary to perform welding on or onto the pipelines while they are still in service, i.e. with active gas flow under high pressure, e.g. such as the well-known “hot tapping”, see Fig. 1a. This in-service welding causes challenges for hydrogen operations in terms of additional hydrogen absorption during welding and the 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 operating experience. Fundamental experimental investigations are required to investigate the transferability from NG to hydrogen pipeline grids. For this reason, the present study introduces a specially designed mock-up / demonstrator concept for the realistic assessment of the welding processing conditions, see Fig. 1b. The mock-up was designed to enable in-situ temperature measurement during welding as well as ex-post extraction of samples for the quantification of the absorbed hydrogen concentration, see Fig. 1c. For safety measures, the necessary pressurized hydrogen volume was limited by the insertion of a solid cylinder ensuring a 1 cm hydrogen gas layer. Welding experiments on the pressurized mock-ups with the diameters DN50 and DN200 have shown that the austenitization temperature can be reached on the inner surface of the pipeline, especially on thinner-walled pipelines, using current welding practices. This corresponds to an increased hydrogen uptake in the welded area of several ppm T2 - 1st Conference on Hydrogen in Materials Science and Engineering (H2-MSE) CY - Siegburg, Germany DA - 11.02.2025 KW - Hydrogen KW - Pipeline KW - In-service welding KW - Component test PY - 2025 AN - OPUS4-62544 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Eissel, A. A1 - Engelking, Lorenz A1 - Treutler, K. A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Wesling, V. A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten N2 - In vielen Anwendungen werden aufgrund zunehmender Anforderungen an den Widerstand gegenüber hohen, kombinierten mechanischen, tribologischen, thermischen und korrosiven Beanspruchungen Hochleistungslegierungen eingesetzt. Den vielfach komplexen Bauteilstrukturen, herausfordernden Fertigungseigenschaften und der Erhöhung der Ressourceneffizienz lässt sich heute mit der additiven Fertigung (AM) begegnen, dem oftmals noch unzureichende Kenntnisse über die resultierende Homogenität und Anisotropie der speziellen Gefüge und den damit verbundenen Eigenschaften entgegensteht. Viele Anwendungen benötigen zudem definierte Oberflächen mit hohen Anforderungen an die Oberflächenintegrität, dem durch komplementären Einsatz von additiven und abtragenden Fertigungsschritten Rechnung getragen wird. Hochleistungslegierungen auf der Basis von Nickel oder Kobalt sind infolge der niedrigen Wärmeleitfähigkeit verbunden mit hoher Festigkeit und Zähigkeit äußerst herausfordernd mit Blick auf eine wirtschaftliche Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide. Ein Vorhaben (IGF-Nr. 20.979 N/DVS-Nr. 1.3211) der BAM und TU Clausthal/ISAF befasst sich mit der Lösung dieser Problemstellung durch gezielte Beeinflussung des Gefüges mittels Modifikation der Schweißzusatzwerkstoffe und den Einsatz des ultraschallunterstützten Fräsens (US), bei gleichzeitiger Sicherstellung der geforderten Eigenschaften der untersuchten Werkstoffe. Im vorliegenden Beitrag werden für die beiden untersuchten FeNi- und CoCr-Legierungen wesentliche Zusammenhänge zwischen verschiedenen Legierungsmodifikationen, der entstehenden Gefügemorphologie und den Zerspanungseigenschaften von mittels PTA additiv gefertigter Proben dargestellt. Hierbei ließen sich Ti, Zr und Hf pulvermetallurgisch zu den jeweiligen Ausgangsschweißzusätzen hinzulegieren. T2 - #additivefertigung: Metall in bestForm CY - Essen, Germany DA - 26.10.2022 KW - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Additive Fertigung PY - 2022 SN - 978-3-96144-202-7 VL - 383 SP - 93 EP - 99 PB - DVS-Media GmbH AN - OPUS4-56615 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kaiser, Sebastian T1 - Component-like demonstrator for determination of temperature field and inner surface temperatures during in-service welding of hydrogen pipelines N2 - Hydrogen is considered as one of the most important energy carriers in the future. The necessary large-scale transport over long distances requires a suitable pipeline infrastructure. Current plannings encompass a dual-way strategy of repurposing existing natural gas (NG) pipelines, supplemented by the construction of new hydrogen pipelines. In some cases, such as necessary grid extensions or installation of bypasses in case of repair work, techniques like “hot tapping” are applied. These techniques include so-called in-service welding on pressurized pipelines and are state-of-the-art for NG grids and oil pipelines. The existing NG pipeline grid consists of a wide range of materials with different strengths, diameters, and wall thicknesses. In this context, the material compatibility is crucial. The main difference between hydrogen and NG is that hydrogen can both penetrate the material and cause hydrogen embrittlement. In that connection, in-service welding encompasses elevated temperatures for a certain time during the typically multi-layer welding process. Locally even austenitization temperature can be reached or surpassed. Austenite has a higher hydrogen solubility at a significantly lower diffusion rate, which could lead to a critical hydrogen accumulation. Especially the inner pipe surface temperature is from utmost interest, as this interface is exposed to the pressurized hydrogen (up to 100 bar). However, direct measurement of the locally occurring temperatures is very challenging. For this reason, a component-like geometry was developed. The geometry consists of a pipeline segment with a metal sheet joined to the pipe segment, representing similar heat dissipation conditions as in the field. In addition, typical welding parameters were applied that are currently used in the NG grid. This allows the welding of realistic multi-layer fillet welds on the outer pipe wall with simultaneous temperature measurement using manifold thermocouples at defined positions: (1) adjacent to the weld seam on the outer pipe surface, (2) on the inner pipe surface and (3) on the welded metal sheet. To ensure realistic conditions, manual shielded metal arc welding (SMAW) and gas tungsten arc welding (GTAW) was investigated. The effects of different wall thicknesses and welding heat inputs on the temperature distribution and peak temperatures achieved on the inner pipe surface during welding vary depending on the chosen method. Peak temperatures above austenitization temperature up to 1078 °C have been measured on L245 pipes with wall thickness of 3.6 mm. For pipes made from higher strength materials, such as L485, with a wall thickness of 8 mm, peak temperatures between 607 °C and 755 °C were recorded. Temperature and austenitization directly affects hydrogen diffusivity and solubility, showing the importance of the findings. The temperature profile and cooling conditions influence the mechanical properties of the material as well. For this reason, metallurgical investigations are carried out to assess the hardness and microstructure of the welds. Hardening up to 248 HV10 was detected in the heat-affected zone (HAZ) of the top layer, which could lead to a locally increased susceptibility to hydrogen assisted cracking. Meanwhile, the minimum hardness found in the HAZ of the root layer was as low as 144 HV10, indicating a softening. The results of this study provide valuable insights into the suitability of existing materials and geometries for hydrogen transport. Secondly, the data collected will serve as a basis for planned numerical simulations to further improve knowledge and optimize welding processes to ensure the integrity and safety of hydrogen pipelines. T2 - 78th IIW Annual Assembly and International Conference, Meeting of Commission II-C: "Testing and Measurement of Welds" CY - Genoa, Italy DA - 22.06.2025 KW - Pipeline KW - Welding KW - Inner-surface temperature KW - Temperature measurement KW - Hydrogen PY - 2025 AN - OPUS4-63637 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kaiser, Sebastian T1 - Assessment of in service welding conditions for pressurized hydrogen pipelines via component test N2 - Hydrogen is the energy carrier of tomorrow for a fossil-free future. This requires a reliable transport infrastructure with the ability to carry large amounts of hydrogen e.g. for steel industry or chemical industry. The conversion of existing natural gas (NG) grids is an essential part of the worldwide hydrogen strategies, in addition to the construction of new pipelines. In this context, the transportation of hydrogen is fundamental different from NG as hydrogen can be absorbed into the pipeline material. Given the well-known effects of hydrogen embrittlement, the compatibility of the materials for the intended pipelines must be investigated (typically low alloy steels in a wide range of strengths and thicknesses). However, pipelines require frequent maintenance, repair or the need for installation for further outlets. In some cases, it is necessary to perform welding on or onto the pipelines while they are still in service, i.e. with active gas flow under high pressure, e.g. such as the well-known “hot tapping”. This in-service welding causes challenges for hydrogen operations in terms of additional hydrogen absorption during welding and the 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 operating experience. Fundamental experimental investigations are required to investigate the transferability from NG to hydrogen pipeline grids. For this reason, the present study introduces a specially designed mock-up / demonstrator concept for the realistic assessment of the welding processing conditions. The mock-up was designed to enable in-situ temperature measurement during welding as well as ex-post extraction of samples for the quantification of the absorbed hydrogen concentration. For safety measures, the necessary pressurized hydrogen volume was limited by the insertion of a solid cylinder ensuring a 1 cm hydrogen gas layer. Welding experiments on the pressurized mock-ups with the diameters DN60 and DN200 have shown that the austenitization temperature can be reached on the inner surface of the pipeline, especially on thinner walled pipelines, using current welding practices. This corresponds to an increased hydrogen uptake in the welded area of several ppm. T2 - 78th IIW Annual Assembly and International Conference, IC-Session "Hydrogen Applications and Energy Transition" CY - Genoa, Italy DA - 22.06.2025 KW - Pipeline KW - Welding KW - Hydrogen KW - In-Service KW - Component-testing PY - 2025 AN - OPUS4-63638 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz T1 - Effect of alloy modification for additive manufactured Ni alloy components on microstructure and subsequent machining properties N2 - Ni alloys are generally classified as difficult-to-cut materials and cost intensive. Additive manufacturing (AM) offers economic advantages. However, machining of these AM components is mandatory to create the final contour or surface. The inhomogeneous and anisotropic microstructure and properties of AM components causes an unstable cutting process. Moreover, undesirable tensile residual stresses are generated due to subsequent machining. In this investigation, the initial alloy 36 is modified with Ti and Nb up to 1.6 wt.-% and build-up welded via gas metal arc welding (GMAW) and plasma-transferred-arc (PTA). Then, finish-milling tests are carried out to investigate the influence of the modification as well as the cutting parameters on the resulting cutting force and the surface integrity. In addition, the conventional milling process (CM) is compared with the ultrasonic-assisted milling process (US), which has a significant influence on the machinability as well as on the surface integrity. T2 - Additive Fertigung – Werkstoffe – Prozesse – Wärmebehandlung 2022 CY - Bremen, Germany DA - 29.06.2022 KW - Additive manufacturing KW - Alloy 36 KW - Alloy modification KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Surface integrity PY - 2022 AN - OPUS4-55429 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Neumann, Martin T1 - Friction coefficients for wood-wood and wood-steel contacts N2 - The friction at the interfaces between pieces of wood and steel is of crucial importance for the impact and energy absorption in impact limiters of transport casks for radioactive material. Here, the friction coefficient for the combinations wood-wood and wood-steel was measured in the temperature range between -40°C and 90°C. Results show decreasing friction with increasing temperature, ranging from 0.43 at -40°C to 0.22 for 90°C for wood-steel combinations and from 0.3 at -40°C to 0.24 at 90°C for a wood-wood combination. T2 - Sandia-BAM Workshop CY - Berlin, Germany DA - 21.11.2022 KW - Wood KW - Friction KW - Transport cask PY - 2022 AN - OPUS4-56342 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kromm, Arne T1 - Kurzvorstellung des Projektes H2SuD / Wasserstoff und Schweißen Einfluss des Schweißens auf die Wasserstoffaufnahme und Degradation im Betrieb befindlicher H2 Gasleitungen N2 - Die Wasserstoffinfrastruktur ist eine zentraler Bestandteil der erfolgreichen Umsetzung der wasserstoffbasierten Energiewende. Dabei bilden Ferngasleitungen quasi das "Rückgrat" der Transportinfrastruktur großer Gasmengen. Dabei müssen unter Umständen Reparaturen an den Pipelines durchgeführt werden. Dabei ist in der Erdgasinfrastruktur das Schweißen an in Betrieb befindlichen (d.h. von Gas durchflossenen) Pipelines Stand der Technik. Es ist jedoch vollkommen offen, inwieweit diese Technik auf die reine Wasserstoffpipelines übertragbar sind. Hierzu leistet das Projekt H2SuD wichtige Beiträge zur Aufklärung des Einfluss eines Reparaturschweißprozesses auf die Wasserstoffaufnahme und Degradation im Betrieb befindlicher H2 Gasleitungen. T2 - Sitzung des DIN-Gemeinschaftsarbeitsausschusses NA 092 00 05 GA, NAS/NMP: Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen CY - Berlin, Germany DA - 15.03.2023 KW - Wasserstoff KW - Pipeline KW - Reparatur KW - Schweißen PY - 2023 AN - OPUS4-57169 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Determination of inner pipe surface temperatures during in-service welding on hydrogen pipelines by means of component-like mock up experiments N2 - Hydrogen is considered as one of the most important energy carriers in the future. The necessary large-scale transport over long distances requires a suitable pipeline infrastructure. Current plannings encompass a dual-way strategy of repurposing existing natural gas (NG) pipelines, supplemented by the construction of new hydrogen pipelines. In some cases, such as necessary grid extensions or installation of bypasses in case of repair work, techniques like “hot tapping” are applied. These techniques include so-called in-service welding on pressurized pipelines and are state-of-the-art for NG grids and oil pipelines. The existing NG pipeline grid consists of a wide range of materials with different strengths, diameters, and wall thicknesses. In this context, the material compatibility is crucial. The main difference between hydrogen and NG is that hydrogen can both penetrate the material and cause hydrogen embrittlement. In that connection, in-service welding encompasses elevated temperatures for a certain time during the typically multi-layer welding process. Locally even austenitization temperature can be reached or surpassed. Austenite has a higher hydrogen solubility at a significantly lower diffusion rate, which could lead to a critical hydrogen accumulation. Especially the inner pipe surface temperature is from utmost interest, as this interface is exposed to the pressurized hydrogen (up to 100 bar). However, direct measurement of the locally occurring temperatures is very challenging. For this reason, a component-like geometry was developed. The geometry consists of a pipeline segment with a metal sheet joined to the pipe segment, representing similar heat dissipation conditions as in the field. In addition, typical welding parameters were applied that are currently used in the NG grid. This allows the welding of realistic multi-layer fillet welds on the outer pipe wall with simultaneous temperature measurement using manifold thermocouples at defined positions: (1) adjacent to the weld seam on the outer pipe surface, (2) on the inner pipe surface and (3) on the welded metal sheet. To ensure realistic conditions, manual shielded metal arc welding (SMAW) and gas tungsten arc welding (GTAW) was investigated. The effects of different wall thicknesses and welding heat inputs on the temperature distribution and peak temperatures achieved on the inner pipe surface during welding vary depending on the chosen method. Peak temperatures above austenitization temperature up to 1078 °C have been measured on L245 pipes with wall thickness of 3.6 mm. For pipes made from higher strength materials, such as L485, with a wall thickness of 8 mm, peak temperatures between 607 °C and 755 °C were recorded. Temperature and austenitization directly affects hydrogen diffusivity and solubility, showing the importance of the findings. The temperature profile and cooling conditions influence the mechanical properties of the material as well. For this reason, metallurgical investigations are carried out to assess the hardness and microstructure of the welds. Hardening up to 248 HV10 was detected in the heat-affected zone (HAZ) of the top layer, which could lead to a locally increased susceptibility to hydrogen assisted cracking. Meanwhile, the minimum hardness found in the HAZ of the root layer was as low as 144 HV10, indicating a softening. The results of this study provide valuable insights into the suitability of existing materials and geometries for hydrogen transport. Secondly, the data collected will serve as a basis for planned numerical simulations to further improve knowledge and optimize welding processes to ensure the integrity and safety of hydrogen pipelines. T2 - IIW Intermediate Meeting, Com. II-A CY - Trollhättan, Sweden DA - 10.03.2025 KW - Testing KW - In-service welding KW - Hydrogen KW - Pipelines PY - 2025 AN - OPUS4-62690 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina T1 - Precipitation influence and thermodynamic prediction of HAZ properties of a GMAW S690QL with varying Ti and Nb contents N2 - In many industrial steel construction branches, like mobile cranes and the offshore sector, high-strength fine-grained structural steels with a yield strength of over 690 MPa have long been used. To guarantee the necessary load-bearing capacity, the welding processing of these steels requires reliable knowledge of the complex interaction between the welding process, its underlying heat input and corresponding cooling conditions, chemical composition of base and filler materials, and resulting metallurgical phenomena in the weld seam and HAZ. Microalloying elements such as Ti and Nb make an indispensable contribution to increasing the strength by precipitation hardening. Previous investigation has shown that significant influence of the microalloying elements on the phase transformation can be assumed regarding the hardening and/or softening of the heat-affected zone. The standard specs for the chemical composition according to DIN EN 10025-6 often just specify chemical limitations for the manufacturer to achieve the desired mechanical properties. The effect of the alloying elements and the corresponding precipitates (carbides and/or nitrides) is sometimes entirely contrary, especially in case of dissolution and re-precipitation in the heat-affected zone (HAZ) with identical filler metal. This makes an adequate prediction of the batch dependency with regard to weldability and the load-bearing capacity of the welded joint difficult. The joining of these steels is mainly carried out by gas metal arc welding (GMAW). Modern inverter welding sources and micro-electronics control technology enabled the use of controlled arc variants, such as the modified spray arc (Mod. SA). Several characteristics from this arc variant e.g. reduced weld seam opening angles and increased deposition rates. Whereby this high heat exposure can have a negative effect on the phase transformation in the HAZ. An undesirable property is the softening of the HAZ, as well as the opposite effect of hardening. T2 - IIW Intermediate meeting, Commission II-A CY - Online meeting DA - 14.03.2022 KW - HAZ-Softening KW - GMAW KW - Precipitation influence KW - Microalloying elements Ti and Nb KW - Thermo-Calc PY - 2022 AN - OPUS4-54516 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Quackatz, Lukas T1 - Measurement of hydrogen concentration in steels by laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) N2 - Current efforts to achieve lightweight construction and the required reduction in CO2 emissions and an increase in energy and resource efficiency call for the increasing use of high-strength fine-grain structural steels. However, as the strength of higher-strength fine-grain structural steels increases, so do the associated joining challenges. Particular attention must be paid to hydrogen-assisted cold cracking. The influence of hydrogen reveals itself less in the strength but has a significant effect on the deformability [1, 2]. The degradation of the material properties can lead to zero ductility, where the values of the yield strengths coincide with the tensile strengths. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) is a spectroscopic technique that can be used to determine elemental compositions without pre-treatment of the samples. Short, high-energy laser pulses ablate a small volume (< 0.1 mm3) of the examined material and ionize it to form a plasma. The decaying plasma emits element-specific light. This light is spectroscopically analysed and allows to detect qualitatively the present elements and to quantify them with help of a standardization routine. The simple experimental set-up and the fast, nearly non-destructive analysis procedure characterize the LIBS analysis. The LIBS method allows a time and spatially resolved in situ measurement of steel components in use. Even low hydrogen concentrations (~ 1 wt.-ppm) in steel can be measured with the LIBS method and can be quantified with help of certified reference materials. The results are compared with results gained with the well-established carrier gas hot extraction method. T2 - MaterialsWeek 2021 CY - Online Meeting DA - 07.09.2021 KW - LIBS KW - Hydrogen KW - Stainless steel KW - Diffusion PY - 2021 AN - OPUS4-53234 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Graebner, Maraike A1 - Giese, Marcel A1 - Treutler, Kai A1 - Lorenz, Swenja A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Wesling, Volker A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Processing of crack-free Nickel- and Cobalt-based wear protection coatings and defined surfaces by subsequent milling processes N2 - In the area of plant engineering, steel components are provided with a wear protection coating for efficient use to protect them against corrosive, tribological, thermal and mechanical stresses. The use of innovative ultrasound-assisted milling processes and plasma-welded nickel- and cobalt-based wear protection coatings are being investigated to determine how more favourable machinability can be achieved while retaining the same wear protection potential. The focus is on the NiCrSiFeB alloy, which is intended to replace CoCr alloys in the area of screw machines. The utilization of ultrasonic-assisted milling for the machining of coating materials is a novel approach. The modification of hard facing layers in terms of microstructure and precipitation morphology as well as suitability for machining is investigated and compared with the CoCr alloy. The alloy modifications are generated by a PTA process by systematically adjusting the preheating and interpass temperatures, a crack-free wear-resistant layer can be generated, which is subsequently machined by a milling process. In addition to the crack-free properties, the microstructure, the bonding as well as the mixing between the NiCrSiFeB alloy and a 1.8550 as well as between the CoCr alloy and a 1.4828 are analysed and compared in the joining areas. In addition, heating and cooling rates are determined and a chemical analysis of the weld metals is performed. Furthermore, it was found that the build-up layers of NiCrSiFeB alloy are more difficult to machine using the milling process than the CoCr alloy, as higher milling forces are required. KW - PTA welding KW - Wear-resistant alloys KW - Ultrasonic assisted milling KW - Wear KW - Cadding KW - Milling KW - Ni-based alloy KW - Co-based alloy PY - 2024 DO - https://doi.org/10.1177/14644207241265778 SN - 1464-4207 SP - 1 EP - 17 PB - SAGE Publications AN - OPUS4-60799 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin T1 - Effect of weld design on fatigue strength of welded components using LTT filler materials N2 - The fatigue strength of weld seams was increased by using residual stress-reducing Low Transformation Temperature (LTT) filler metals. Conventional single-layer welded longitudinal stiffeners were welded at the end faces with an additional layer (LTT and conventional welding consumable). The weld geometry was varied by changing the welding parameters. The residual stress reduction determined using XRD depended significantly on the weld geometry. The increase in fatigue strength, on the other hand, was significantly improved in all LTT seam variants compared to conventional single-layer and double-layer layers. T2 - The 78th IIW annual assembly and international conference on welding and joining CY - Genua, Italy DA - 22.07.2025 KW - Low transformation temperature (LTT) KW - Residual stress reduction KW - Fatigue strength KW - Weld geometry PY - 2025 AN - OPUS4-63708 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin T1 - Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit von Längssteifen durch Low Transformation Temperature (LTT) Schweißzusätze N2 - In diesem Beitrag wird die gezielte Applikation zusätzlicher LTT-Schweißraupen zur Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit in Schweißverbindungen erläutert. Der Einfluss der Eigenspannungen auf die Ermüdungsfestigkeit kann besonders durch Längssteifen verdeutlicht werden, da diese durch Verzugsbehinderungen oftmals hohe Eigenspannungen in der ermüdungskritischen Wärmeeinflusszone (WEZ) aufweisen. Daher wurden konventionell einlagig geschweißte Längssteifen aus hochfestem Baustahl mit LTT-Zusatzlagen an den Stirnseiten versehen, um lokal Druckeigenspannungen zu erzeugen, welche durch Schweißparametervariationen geometrisch variierten. Zusätzlich wurde als Kontrolle auch der Fall der zweilagig konventionell geschweißten Längssteife betrachtet. Die mittels XRD bestimmten Schweißeigenspannungen konnten in der WEZ durch die zusätzliche LTT-Naht reduziert werden. Je weiter weg die Nahtspitze der Zusatzlage ist, umso geringer sind die Schweißeigenspannungen in der WEZ. Bei konstanter Amplitudenlast und einem R-Verhältnis von 0,1 konnte die Ermüdungsfestigkeit der LTT-Proben deutlich verbessert werden. Die Ermüdungsfestigkeit bei 2 Millionen Lastwechsel beträgt für konventionelle Proben 87 MPa und für die LTT-Proben 156 bis 196 MPa. Auch eine Steigung der Zeitfestigkeitsgeraden konnte an den LTT-Proben beobachtet werden. Der Umfang dieser Steigerung war ähnlich bzw. höher als bei höherfrequenten gehämmerten Proben. Ein Zusammenhang zwischen der bestimmten Eigenspannung und der Ermüdungsfestigkeit konnte beobachtet werden, wenn auch nur im geringeren Umfang. LTT-Schweißzusätze können verwendet werden, um die Ermüdungsfestigkeit in Längssteifen zu erhöhen. T2 - 15. Vollversammlung des SFB 1120: Summer School 2025 CY - Kall, Germany DA - 08.07.2025 KW - Low transformation temperature (LTT) KW - Eigenspannungen KW - Ermüdungsfestigkeit KW - Längssteife PY - 2025 AN - OPUS4-63710 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin T1 - Einfluss der Low Transformation Temperature-Schweißzusätze auf die Ermüdungsfestigkeit von Längssteifen N2 - In dem vorliegenden Beitrag wird die gezielte Applikation zusätzlicher LTT-Schweißlagen zur Einbringung von Druckeigenspannungen in ermüdungskritischen Bereichen an Schweißverbindungen untersucht. Ziel ist die Entwicklung eines wirtschaftlichen Verfahrens zur Erhöhung der Ermüdungslebensdauer, ohne die strukturelle Integrität einer Schweißnaht zu beeinträchtigen. Zu diesem Zweck wurden zunächst Längssteifen aus hochfestem Stahl in der ersten Lage mittels Metall-Lichtbogenschweißen unter Verwendung eines konventionellen Schweißzusatzwerkstoffs geschweißt. Anschließend erfolgte die Auftragung eines Chrom-Nickel-legierten LTT-Schweißzusatzwerkstoffs an die Stirnseiten der Längssteifen. T2 - OVGU BMDK Seminar CY - Magdeburg, Germany DA - 17.06.2025 KW - Low transformation temperature (LTT) Schweißzusätze KW - Schweißeigenspannungen KW - Ermüdungsfestigkeit PY - 2025 AN - OPUS4-63702 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin T1 - Bericht zum Fortschritt des laufenden Projekts: "Hybrider Einsatz von LTT-Schweißzusätzen zur Schwingfestigkeitsverbesserung hochfester Stahlbauteile" N2 - Dieses Dokument fasst den Projektfortschritt des BAM-Projektes "Hybrider Einsatz von LTT-Schweißzusätzen zur Schwingfestigkeitsverbesserung hochfester Stahlbauteile" im Rahmen des Sitzung des DVS Fachausschuss FA09 - Konstruktion und Festigkeit für die Projektquartale Q4 2024 und Q1 2025 zusammen und stellt die wichtigsten Ergebnisse in Kurzform vor. T2 - Sitzung des DVS Fachausschuss FA09 - Konstruktion und Festigkeit CY - Berlin, Germany DA - 21.05.2025 KW - Low transformation temperature (LTT) KW - Eigenspannungen KW - Ermüdungsfestigkeit KW - Makroproben PY - 2025 AN - OPUS4-63699 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin T1 - Enhancement of the Fatigue Strength by Application of a Low Transformation Temperature Welding Consumable N2 - To improve the fatigue strength of weld seams, a project is being carried out at BAM using Low Transformation Temperature (LTT) welding consumables to reduce residual stress at weld seams. Longitudinal stiffeners, which were welded conventionally in the first layer and additionally with an LTT or conventional layer on the end faces, were tested for fatigue strength. The mean fatigue strength at 2 million load cycles was increased from 87 MPa to at least 156 MPa. A comparison of HFMI-treated samples with conventional filler metal showed an increase in fatigue strength of 146 MPa. This means that LTT filler metals achieve a similar increase in fatigue strength as conventional post-treatment methods. T2 - The 78th IIW annual assembly and international conference on welding and joining CY - Genua, Italy DA - 22.07.2025 KW - Low transformation temperature (LTT) KW - Fatigue strength KW - Weld geometry PY - 2025 AN - OPUS4-63704 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Liepold, Philipp A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Einfluss des Einspanngrades auf die Bildung von Erstarrungsrissen in Überlappverbindungen hochfester Stähle N2 - Im Beitrag werden Ergebnisse aus Versuchen mit dem Controlled Thermal Severity (CTS)-Test vorgestellt, der für sehr stark eingespannte Kehlnähte bekannt ist. Niedriglegierte Schweißungen an hochfesten Stählen sind nicht anfällig für Erstarrungsrissbildung. Unter dem besonderen Einfluss eines hohen Einspanngrades wurde die Erstarrungsrissneigung durch Abmessen der Rissflächen als Funktion der Schweißparameter und des Einspanngrades für vier hochfeste Schweißzusätze im MAG-Schweißen untersucht. Die Tests zeigen, dass sowohl eine Erhöhung des Einspanngrades als auch eine Änderung der Schweißparameter (hinsichtlich Streckenenergie und Geschwindigkeit) zu mehr Erstarrungsrissfläche führen. Besonders die Kombination aus sehr hohem Einspanngrad und hoher Streckenenergie plus hoher Schweißgeschwindigkeit sollte im Sinne der Erstarrungsrissminimierung vermieden werden. T2 - DVS-Congress CY - Erfurt, Germany DA - 16.09.2024 KW - CTS KW - Erstarrungsrisse KW - Kehlnähte PY - 2024 VL - 2024 SP - 193 EP - 200 AN - OPUS4-61069 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Update on "Call for interested people to contribute to series of comprehensive papers on welding and joining of components for sustainable energy systems" N2 - Based on the initial call in March 2024, an update time-frame is introduced on the working plan for a comprehensive review paper series on joining and welding technologies for the manufacturing of components and parts used in sustainable energy generation, conversion, and transport with focus on hydrogen and wind energy. T2 - 77th IIW Annual Assembly and International Conference, Meeting of Commission II-A CY - Ixia, Rhodes, Greece DA - 07.07.2024 KW - Review paper KW - Research study KW - Hydrogen KW - Joining KW - Welding PY - 2024 AN - OPUS4-60674 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina T1 - Auswirkungen von Ti und Nb auf die physikalisch simulierten WEZ- Bereiche von hochfestem Feinkornbaustahl S690QL N2 - Mikrolegierungselemente, wie Nb und Ti, sind für die signifikante Festigkeitssteigerung von vergüteten, hochfesten Feinkornbaustählen mit einer Nominalstreckgrenze ≥ 690 MPa unerlässlich. Nominalvorgaben zur chemischen Zusammensetzung geben den Herstellern dieser Stähle dabei nur obere Grenzwerte für die Legierungsanteile in der chemischen Zusammensetzung vor. Weiterhin wirken sich bereits kleine Abweichungen in der Legierungsroute teilweise drastisch auf die mechanischen Eigenschaften aus. Somit wird eine adäquate Vorhersage der Schweißeignung und der Integrität der Schweißverbindung aufgrund der variierenden Mikrostruktur erschwert oder ist gar nicht möglich. Unerwünschte Nebeneffekte sind die mögliche Erweichung der Wärmeeinflusszone (WEZ) als auch der gegenteilige Effekt der Aufhärtung. Vor diesem Hintergrund werden erstmals systematisch die unterschiedlichen Mikrolegierungsrouten mit variierenden Ti- und Nb-Gehalten an Versuchsschmelzen untersucht. Die Stahlgüte S690QL bildet dabei die Grundlage der chemischen Zusammensetzung sowie der entsprechenden Wärmebehandlung. Zur Untersuchung des Einflusses von unter-schiedlichen Mikrolegierungsrouten auf die Ausbildung der WEZ wurden physikalische Simulationen an Abschreckproben an einem Dilatometer durchgeführt. Der Fokus der analytischen Betrachtungen lag hier auf der Identifikation der Phasenumwandlungen beim Abkühlen und der finalen WEZ-Gefüge. Ein besonderes Untersuchungsmerkmal bestand in der vorliegenden Arbeit bei der Untersuchung des doppelten Anlassvorganges bzw. der Simulation der interkritischen WEZ (IKWEZ), die sich beim Mehrlagenschweißen ausbildet. Ergeb-nisse haben gezeigt, dass der Effekt unterschiedlicher Mikrolegierungsrouten einen signifikanten Einfluss auf die Ausbildung der einzelnen WEZ-Bereiche aufweist. Insbesondere haben Einflüsse, wie die thermische Stabilität der Ausscheidungen wie Ti- oder Nb-Karbonitride und Synergieeffekte zwischen anderen Elementen wie Mo eine Wirkung auf die Phasenumwandlung in der WEZ. Die Ergebnisse lassen sich gut mit den realen Schweißungen kongruieren und stellen hier eine systematische Validierung und einen umsetzbaren Wissenstransfer in die Entwicklung der Stahlherstellung und ihrer fügetechnischen Verarbeitung dar. T2 - DVS CONGRESS 2024 CY - Erfurt, Germany DA - 16.09.2024 KW - WEZ-Erweichung KW - Mikrolegierungseinflüsse KW - Dilatometrie PY - 2024 SP - 1 EP - 9 AN - OPUS4-61379 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Liepold, Philipp T1 - Crack Segmentation via Convolutional Neural Networks (CNNs) for Varestraint Type Tests N2 - The Modified Varestraint-Transvarestraint (MVT) hot cracking test is the local variant of the world wide used Varestraint type tests. In this work, a Convolutional Neural Network (CNN) was trained to segment cracks in light microscope images of welded MVT samples. The network was trained on a dataset created by the presenter of considerable size. With the help of CNNs, the evaluation of MVT test samples can be automated, reducing the influence of human error on the evaluation. T2 - MPA Stuttgart CY - Stuttgart, Germany DA - 8.10.2024 KW - CNN KW - MVT PY - 2024 AN - OPUS4-61332 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Reichel, Levin A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Beanspruchungsgerechte Reparatur von Schweißverbindungen bei der Fertigung von Bauteilen aus hochfesten Feinkornbaustählen N2 - Zunehmende Anlagengrößen im Bereich Windenergie erfordern hochfeste Stähle, um vorhandene Leichtbaupotenziale auszuschöpfen. An die schweißtechnische Verarbeitung dieser Stahlgüten werden hohe Anforderungen gestellt. Bei mittels zerstörungsfreier Prüfung festgestellten Fehlstellen empfehlen geltende Verarbeitungsrichtlinien lokales Ausfugen und Reparaturschweißen. Degradationen der speziellen hochfesten Gefüge und Werkstoffeigenschaften sowie hohe Schrumpfbehinderungen der umliegenden Struktur ausgefugter Bereiche erhöhen das Risiko erneuter Schweißdefekte, insbesondere durch Überlagerung von globalen und lokalen schweißbedingten Eigenspannungen nach dem Reparaturschweißen. Fehlende Informationen über geeignete Reparaturkonzepte in den Regelwerken können dazu führen, dass reparaturbedingte Beanspruchungen unzureichend berücksichtigt werden. Das FOSTA-Vorhaben P1311 (IGF20162N) fokussiert das Reparaturschweißen zweier hochfester Stähle: S500MLO für Offshore-Anwendungen und S960QL für Errichterstrukturen, z. B. Mobilkräne. Simulationen von Einspannbedingungen und Bauteilanalysen sowie Versuche mit anwendungs- bzw. realitätsnahen Bauteilstrukturen ließen sich auftretende schweißbedingte Beanspruchungen mittels Röntgendiffraktometrie (XRD), Härtemessungen und metallografischer Untersuchungen ermitteln. In diesem Beitrag steht die Interaktion aus Wärmeführung und konstruktiver Steifigkeit als Einfluss auf die entstehenden Beanspruchungen bei einfacher und mehrfacher Reparatur im Vordergrund. Die Ergebnisse zeigen, dass sich risskritische Eigenspannungen durch adaptierte Wärmeführungskonzepte vermeiden lassen, und dass dies eine Grundlage für Verarbeitungsempfehlungen und für normative Vorgaben ist. Dies kann insbesondere kleine und mittelständischen Unternehmen bei einer wirtschaftlichen, beanspruchungsgerechten Reparatur hochfester geschweißter Bauteilen unterstützen. T2 - DVS Innovationstage 2024 CY - Düsseldorf, Germany DA - 10.04.2024 KW - Mod. Sprühlichtbogen KW - Reparaturschweißen KW - Thermisches Ausfugen KW - Offshore KW - P1311 PY - 2024 SP - 120 EP - 126 AN - OPUS4-61931 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Reichel, Levin A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Beanspruchungsgerechte Reparatur von Schweiß-Verbindungen bei der Fertigung von Bauteilen aus hochfesten Feinkornbaustählen (FOSTA P1311, IGF 20162 N) N2 - Zunehmende Anlagengrößen im Bereich Windenergie erfordern hochfeste Stähle, um vorhandene Leichtbaupotenziale auszuschöpfen. An die schweißtechnische Verarbeitung dieser Stahlgüten werden hohe Anforderungen gestellt. Bei mittels zerstörungsfreier Prüfung festgestellten Fehlstellen empfehlen geltende Verarbeitungsrichtlinien lokales Ausfugen und Reparaturschweißen. Degradationen der speziellen hochfesten Gefüge und Werkstoffeigenschaften sowie hohe Schrumpfbehinderungen der umliegenden Struktur ausgefugter Bereiche erhöhen das Risiko erneuter Schweißdefekte, insbesondere durch Überlagerung von globalen und lokalen schweißbedingten Eigenspannungen nach dem Reparaturschweißen. Fehlende Informationen über geeignete Reparaturkonzepte in den Regelwerken können dazu führen, dass reparaturbedingte Beanspruchungen unzureichend berücksichtigt werden. Das FOSTA-Vorhaben P1311 (IGF20162N) fokussiert das Reparaturschweißen zweier hochfester Stähle: S500MLO für Offshore- Anwendungen und S960QL für Errichterstrukturen, z. B. Mobilkräne. Simulationen von Einspannbedingungen und Bauteilanalysen sowie Versuche mit anwendungs- bzw. realitätsnahen Bauteilstrukturen ließen sich auftretende schweißbedingte Beanspruchungen mittels Röntgendiffraktometrie (XRD), Härtemessungen und metallografischer Untersuchungen ermitteln. In diesem Beitrag steht die Interaktion aus Wärmeführung und konstruktiver Steifigkeit als Einfluss auf die entstehenden Beanspruchungen bei einfacher und mehrfacher Reparatur im Vordergrund. Die Ergebnisse zeigen, dass sich risskritische Eigenspannungen durch adaptierte Wärmeführungskonzepte vermeiden lassen, und dass dies eine Grundlage für Verarbeitungsempfehlungen und für normative Vorgaben ist. Dies kann insbesondere kleine und mittelständischen Unternehmen bei einer wirtschaftlichen, beanspruchungsgerechten Reparatur hochfester geschweißter Bauteilen unterstützen. T2 - DVS Innovationstage 2024 CY - Düsseldorf, Germany DA - 10.04.2024 KW - Reparaturschweißen KW - Thermisches Ausfugen KW - Sprühlichtbogen KW - Offshore PY - 2024 AN - OPUS4-61933 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel T1 - Defined surfaces via ultrasonic assisted machining of modified wear protection coating alloys N2 - The development of technologies for climate-neutral energy generation is an important contribution to reducing CO2 emissions, whereby the efficient use of material systems is a key factor. Wear-resistant coatings are required for highly efficient and economical steel components in energy, process and power plant engineering in order to withstand the high corrosive, tribological, thermal and mechanical loads. Considering price and supply risks as well as the increasing demands on corrosive resistance at high temperatures, conventional cobalt alloys are to be replaced by nickel alloys. In addition, there is a growing demand for defined surfaces of high quality or functional surfaces of these protective coatings. The milling required for this is often not economically feasible, especially for SMEs, due to high tool wear. A joint project of BAM and ISAF of TU Clausthal (Fosta P1550/IGF 21959 N) investigates the optimization of these challenging machining conditions by means of alloy modifications of the welding powder for plasma transferred arc cladding, without reducing the wear protection potential and using innovative ultrasonic assisted milling process for better machinability without reducing wear resistance. This article presents the results of investigations into the relationships between different alloy modifications (Ti, Al, Nb Mo and Hf with wX ≤ 0.01), the resulting microstructure and precipitation morphology, the machinability and the wear protection properties using a NiCrMoSiFeB alloy (trade name: Colmonoy 56 PTA). Tests using cast samples have already shown that the addition of Nb leads to a finer distribution of the hard phases and that this results in a reduction in cutting forces and tool wear during ultrasonic-assisted milling. The change in the microstructure morphology through the addition of Al, on the other hand, causes a significant increase in the cutting forces that occur. T2 - IIW Annual Assembly CY - Rhodos, Griechenland DA - 07.07.2024 KW - Ultrasonic assisted milling KW - Surface integrity PY - 2024 AN - OPUS4-61926 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael T1 - Evaluation of the wear protection of modified NiMoCrSi alloy and machinability using ultrasonic-assisted milling N2 - The development of technologies for climate-neutral energy generation is an important contribution to reducing CO2 emissions, whereby the efficient use of material systems is a key factor. Wear-resistant coatings are required for highly efficient and economical steel components in energy, process and power plant engineering in order to withstand the high corrosive, tribological, thermal and mechanical loads. Considering price and supply risks as well as the increasing demands on corrosive resistance at high temperatures, conventional cobalt alloys are to be replaced by nickel alloys. In addition, there is a growing demand for defined surfaces of high quality or functional surfaces of these protective coatings. The milling required for this is often not economically feasible, especially for SMEs, due to high tool wear. A joint project of BAM and ISAF of TU Clausthal (Fosta P1550/IGF 21959 N) investigates the optimization of these challenging machining conditions by means of alloy modifications of the welding powder for plasma transferred arc cladding, without reducing the wear protection potential and using innovative ultrasonic assisted milling process for better machinability without reducing wear resistance. This article presents the results of investigations into the relationships between different alloy modifications (Ti, Al, Nb Mo and Hf with wX ≤ 0.01), the resulting microstructure and precipitation morphology, the machinability and the wear protection properties using a NiCrMoSiFeB alloy (trade name: Colmonoy 56 PTA). Tests using cast samples have already shown that the addition of Nb leads to a finer distribution of the hard phases and that this results in a reduction in cutting forces and tool wear during ultrasonic-assisted milling. The change in the microstructure morphology through the addition of Al, on the other hand, causes a significant increase in the cutting forces that occur. T2 - IIW Intermediate meeting of Commission II-A CY - Online meeting DA - 12.03.2024 KW - Ultrasonic assisted milling KW - Surface integrity PY - 2024 AN - OPUS4-61924 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin T1 - Effects of weld seam design on the fatigue strength of welded components with LTT welding filler N2 - Low Transformation Temperature (LTT) welding fillers offer an innovative approach to increase the compressive residual stresses in weld seams which have a positive impact on the fatigue strength of welded structures. LTT welding fillers exhibit a martensitic phase transformation close to ambient temperature which generates compressive residual stresses through a volume expansion in the weld seam and the heat affected zone (HAZ). This article focuses on the punctually placement of additional LTT layers to generate compressive residual stresses in fatigue-critical areas of conventional weld joints. This enables an economical solution without effecting the integrity of welded joints. For this, longitudinal stiffeners made of high-strength steel were gas metal arc welded using conventional welding consumable in the first layer. Afterwards, a chromium-nickel alloyed LTT welding consumable was applied on front sides of the stiffeners. By varying the welding parameters, three different weld geometries of the LTT weld bead could be realized. The effects of additional LTT layers were investigated with regards to dilution, residual stresses, and fatigue strength. The dilution does not exhibit much difference regards to the chemical composition. Therefore, it can be assumed that all three variants have a similar martensite start temperature. X-ray residual stresses measurements show that the residual stresses at the critical weld toe are significantly reduced by using LTT welding filler. While the conventional weld is characterized by tensile residual stresses, compressive residual stresses can be detected at the LTT weld. The level of residual stresses is influenced by the geometry of the LTT layer. LTT layers with a high offset to the conventional weld generate more compressive residual stresses in the HAZ than with a low offset. Therefore, the weld geometry has a considerable impact on the residual stress profile. The fatigue testing results shows that the LTT layers in all three variants has a positive impact to the fatigue strength. T2 - MPA Seminar Stuttgart 2024 CY - Stuttgart, Germany DA - 08.10.2024 KW - LTT (Low Transformation Temperature) KW - Fatigue strength KW - Weld geometry KW - Residual stress PY - 2024 AN - OPUS4-61615 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Evaluation of the wear protection of modified Nimocrsi alloy and machinability using ultrasonic-assisted milling N2 - The targets for reducing CO2 emissions are closely linked to the development of highly efficient and economical steel components in plant, process and power plant technology, which require wear protection coatings tailored to the application and steel material for high combined corrosive, tribological, thermal and mechanical stresses. There is a growing demand in industry for defined functional surfaces of high quality for these coatings. Milling is a standard process for finish machining. The desired properties of wear resistant alloys imply significant challenges for the milling process due to high tool wear and surface defects. Besides the hardness of the coating materials, especially due to the precipitations, inhomogeneous, anisotropic weld structures of the claddings lead to further deteriorations of milling processes due to unstable milling conditions and process forces. A joint project of BAM and ISAF of TU Clausthal (Fosta P1550/IGF 21959 N) investigates the optimization of these challenging machining conditions by means of alloy modifications of the welding powder for plasma transferred arc cladding, without reducing the wear protection potential and using ultrasonic assisted milling process. T2 - 6th European Symposium on Friction, Wear and Wear Protection CY - Oberhof, Germany DA - 26.02.2024 KW - Ultrasonic assisted milling KW - Surface integrity PY - 2024 AN - OPUS4-61927 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wandtke, Karsten T1 - Einfluss Spanender Bearbeitungsschritte auf die Eigenspannungen in additiv gefertigten Bauteilen aus hochfestem Stahl N2 - Der Vortrag gibt einen Überblick über den Einfluss der Prozessparameter auf die Eigenspannungen sowie die Härte in additiv gefertigten Bauteilen aus hochfestem stahl. Des Weiteren wird dargestellt, wie sich das Bauteildesign und trennende Fertigungsschritte auf die Eigenspannungen der Bauteile auswirken. T2 - Fachausschuss für Eigenspannungen AWT CY - Wolfsburg, Germany DA - 20.03.2024 KW - Hochfester Stahl KW - Additive Fertigung KW - Eigenspannungen PY - 2024 AN - OPUS4-61624 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Becker, Amadeus T1 - Adequate repair concepts for high-strength steel weld joints considering design influences N2 - The sustainable and resource-efficient production of wind energy plants requires the use of modern high-strength fine-grain structural steels. This applies to both foundation and erection structures. During the assembly of steel structures, unacceptable defects can occasionally be found in the weld area. In most cases, the economical solution would be local thermal gouging of the affected areas and re-welding. Due to the high shrinkage restraint of the joint groove in the overall structure, the superposition of design and welding-induced residual stress can lead to crack formation and ultimately to component failure, particularly in interaction with the degradation of the microstructure and mechanical properties high-strength steels during the repair process. In this context, component-related investigations (FOSTA-P1311/IGF-Nr. 20162 N) focusing on welding residual stress evolution during local thermal gouging and rewelding of S500MLO and S960QL are carried out using in-situ digital image correlation (DIC) and ex-situ X-ray diffraction methods (XRD). Therefore, self-restrained specimens were systematically gouged and rewelded with defined welding heat control (heat input, working temperature) and parameters. By means of structural mechanics calculations, geometries of self-restrained specimens were identified, that represent defined rigidity conditions of repair welds of real components. It could be shown that with increasing restraint intensity significantly higher residual stresses occur in the weld metal and heat affected zone. Furthermore, it revealed that the transverse stresses along the weld seam decrease at the weld seam ends leading to different stress state during gouging and welding. XRD analysis of the local residual stresses after cooling to RT longitudinal and transverse to the weld direction showed a good comparability with global DIC analyses. T2 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 20.10.2021 KW - High-strength steels KW - Repair welding KW - X-ray diffraction KW - Digital image correlation PY - 2021 AN - OPUS4-53640 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz T1 - Regelwerke aus Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung des DVS: „Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten“ N2 - In vielen Anwendungen werden aufgrund zunehmender Anforderungen an den Widerstand gegenüber hohen, kombinierten mechanischen, tribologischen, thermischen und korrosiven Beanspruchungen Hochleistungsle¬gierungen eingesetzt. Den vielfach komplexen Bauteilstrukturen, herausfordernden Fertigungseigenschaften und der Erhöhung der Ressourceneffizienz lässt sich heute mit der additiven Fertigung (AM) begegnen, dem oftmals noch unzureichende Kenntnisse über die resultierende Homogenität und Anisotropie der speziellen Gefüge und den damit verbundenen Eigenschaften entgegensteht. Viele Anwendungen benötigen zudem definierte Oberflächen mit hohen Anforderungen an die Oberflächenintegrität, dem durch komplementären Einsatz von additiven und abtragenden Fertigungsschritten Rechnung getragen wird. Hochleistungslegierungen auf der Basis von Nickel oder Kobalt sind infolge der niedrigen Wärmeleitfähigkeit verbunden mit hoher Festigkeit und Zähigkeit äußerst herausfordernd mit Blick auf eine wirtschaftliche Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide. Ein Vorhaben (IGF-Nr. 20.979 N/DVS-Nr. 1.3211) der BAM und TU Clausthal/ISAF befasst sich mit der Lösung dieser Problemstellung durch gezielte Beeinflussung des Gefüges mittels Modifikation der Schweißzusatzwerkstoffe und den Einsatz des ultraschallunterstützten Fräsens (US), bei gleichzeitiger Sicherstellung der geforderten Eigenschaften der untersuchten Werkstoffe. Es werden die Ergebnisse der Mikrostruktur und der Zerspanbarkeit der Modifikationen der FeNi36-Referenzlegierung mit 0,33 Gew.-% Ti, Zr sowie Hf und der Modifikationen der CoCr-Referenzlegierung mit 1 Gew.-% Ti, Zr sowie Hf vorgestellt. Abschließend werden aus den Ergebnissen Handlungsempfehlungen abgeleitet. T2 - Sitzung der Arbeitsgruppe (AG) V 12 „Additive Fertigung“ CY - Online meeting DA - 23.11.2022 KW - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Additive Fertigung PY - 2022 AN - OPUS4-56610 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz T1 - Bericht zum Fortschritt des laufenden Projekts: „Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten“ N2 - Das DVS-Vorhaben 01.3211 „Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten“ ist ein Kooperationsprojekt der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und dem Institut für Schweißtechnik und Trennende Fertigungsverfahren (ISAF) der Technischen Universität Clausthal. Das Übergeordnete Projektziel ist das Erlangen von Erkenntnissen für eine sichere und wirtschaftliche, kombinierte additive und abtragende Fertigung aus kostenintensiven Werkstoffen hochbelasteter Komponenten insbesondere für KMU. Dabei stehe die beiden Werkstoffe CoCr26Ni9Mo5W (2.4681) und FeNi36 (1.3912) im Fokus. Mittels Modifikation der Schweißzusätze sind homogen und isotrop ausgeprägte Werkstoffeigenschaften und eine Erhöhung der Prozessstabilität und Fertigungsfreiheitsgrade bei der additiven Fertigung erzielbar. Darüber hinaus wird der Einfluss nachfolgender abtragender Bearbeitungsschritte des ultraschallunterstützen und des konventionellen Fräsprozesses untersucht. Die mit dem Forschungsvorhaben verbundenen Nutzen für KMU sind die Stärkung der Innovationsfähigkeit und der Wirtschaftlichkeit sowie die Erhöhung der Wettbewerbsfähigkeit. In AP-2 wurden die Legierungsmodifikationen des CoCr-Ausgangswerkstoffes sowie des FeNi36-Ausgangswerkstoffes abgeschlossen. In AP-4 wurden Zerspanversuche an den Modifikationen des FeNi36-Ausgangswerkstoffes sowie des CoCr-Ausgangswerkstoffes gefahren. Ferner wurden die zur Übertragung auf den MSG-Prozess ausgewählten Modifikationen beider Ausgangswerkstoffe vorgestellt. T2 - Sitzung des Fachausschusses 01 „Schweißmetallurgie und Werkstoffverhalten“ des DVS CY - Magdeburg, Germany DA - 09.11.2022 KW - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Additive Fertigung PY - 2022 AN - OPUS4-56609 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Eissel, A. T1 - Bericht zum Fortschritt des laufenden Projekts:„Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten“ N2 - In vielen Anwendungen werden aufgrund zunehmender Anforderungen an den Widerstand gegenüber hohen, kombinierten mechanischen, tribologischen, thermischen und korrosiven Beanspruchungen Hochleistungsle¬gierungen eingesetzt. Den vielfach komplexen Bauteilstrukturen, herausfordernden Fertigungseigenschaften und der Erhöhung der Ressourceneffizienz lässt sich heute mit der additiven Fertigung (AM) begegnen, dem oftmals noch unzureichende Kenntnisse über die resultierende Homogenität und Anisotropie der speziellen Gefüge und den damit verbundenen Eigenschaften entgegensteht. Viele Anwendungen benötigen zudem definierte Oberflächen mit hohen Anforderungen an die Oberflächenintegrität, dem durch komplementären Einsatz von additiven und abtragenden Fertigungsschritten Rechnung getragen wird. Hochleistungslegierungen auf der Basis von Nickel oder Kobalt sind infolge der niedrigen Wärmeleitfähigkeit verbunden mit hoher Festigkeit und Zähigkeit äußerst herausfordernd mit Blick auf eine wirtschaftliche Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide. Ein Vorhaben (IGF-Nr. 20.979 N/DVS-Nr. 1.3211) der BAM und TU Clausthal/ISAF befasst sich mit der Lösung dieser Problemstellung durch gezielte Beeinflussung des Gefüges mittels Modifikation der Schweißzusatzwerkstoffe und den Einsatz des ultraschallunterstützten Fräsens (US), bei gleichzeitiger Sicherstellung der geforderten Eigenschaften der untersuchten Werkstoffe. Im vorliegenden Beitrag werden für die beiden untersuchten FeNi und CoCr-Legierungen wesentliche Zusammenhänge zwischen ver¬schiedenen Legierungsmodifikationen, der entstehenden Gefüge¬morphologie und den Zerspanungseigenschaften von mittels PTA additiv gefertigter Proben dargestellt. Hierbei ließen sich Ti, Zr und Hf pulvermetallurgisch zu den jeweiligen Ausgangsschweißzusätzen hinzulegieren. T2 - #additivefertigung: Metall in bestForm CY - Essen, Germany DA - 26.10.2022 KW - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Additive Fertigung PY - 2022 AN - OPUS4-56613 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz T1 - Untersuchungen zum Einfluss der Amplitude beim ultraschallunterstützten Schlichtfräsen schwer spanbarer FeNi Legierungen N2 - Es werden erzielte Ergebnisse des ultraschallunterstützen Schlichtfräsens einer schwer spanbaren FeNi-Legierung vorgestellt. Dabei wird der Einfluss der Amplitude der Ultraschallunterstützung auf die Zerspankraft sowie die Oberflächenintegrität untersucht, wobei ein besonderer Fokus auf die Passivkraft gelegt wird. Die Ultraschallunterstützung bedingt beim Schlichtfräsen der Alloy 36 im Vergleich zum konventionellen Fräsprozess eine signifikante Reduzierung der resultierenden Zerspankraft sowie der Rauheit. Außerdem werden oberflächennahen Druckeigenspannungen induziert. Eine Angehobene Osziallations-Amplitude beim ultraschallunterstützten Fräsen bewirkt eine Erhöhung des Anteils der Passivkraft an der resultierenden Zerspankraft sowie eine Erhöhung der oberflächennahen Druckeigenspannungen und eine Verringerung von Oberflächendefekten und Rauheitskennwerten. T2 - Bachelor-, Master-, Doktoranden-Kolloquium CY - Magdeburg, Germany DA - 30.11.2022 KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Alloy 36 KW - Oberflächenintegrität PY - 2022 AN - OPUS4-56612 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Fügetechnik für die neue Wasserstoffökonomie – Werkstoffe, Schweißtechnologien, Perspektiven – N2 - Die Studie gibt einen Überblick über die Aspekte der Fügetechnik und ihrer Bedeutung in Wasserstofftechnologien. Dazu werden die Grundlagen der Technologiefelder Wasserstofferzeugung, -speicherung, -transport und -nutzung vorgestellt und der Stand der Technik der fügetechnischen Fertigung von Komponenten in Wasserstofftechnologien zusammengefasst. Dabei werden nicht nur exklusiv Metalle betrachtet. Anhand repräsentativer Beispiele aus der Praxis, Forschung und Entwicklung wird die Bedeutung der Fügetechnik in Wasserstofftechnologien klar herausgestellt und mögliche Perspektiven für die Zukunft abgeleitet. Hier ist ersichtlich, dass Fügetechnologien wesentliche Bedeutung für die erfolgreiche Umsetzung von technischen Komponenten der Wasserstofftechnologien haben, von der Erzeugung bis zur Anwendung. Aus gesamtwirtschaftlicher Sicht umfassen die Schwerpunkte bzw. Trends der Fügetechnik dabei: die Erstellung neuer Infrastruktur für Wasserstoffspeicherung und -transport sowie die sichere Umnutzung der bestehenden Erdgasinfrastruktur. Bei der Wasserstoffanwendung wird die effiziente massentaugliche Produktion von Brennstoffzellen immer wichtiger. Es ist zudem klar ersichtlich, dass die additive Fertigung bereits jetzt ein hohes Potential für Komponenten von Wasserstofftechnologien besitzen und dieses wachsen wird. Aus den perspektivischen Anwendungen ergeben sich zudem Herausforderungen und Forschungsbedarfe für die notwendigen nationalen und internationalen Regelwerke und technischen Normen. Schwerpunktmäßig sind hierbei die bereits bestehenden Empfehlungen und kodifizierten Regeln vollständig zu adaptieren und in die Aus- und Weiterbildung von fügetechnischem Fachpersonal einzubetten. KW - Fügetechnik KW - Wasserstoff KW - Werkstoffe KW - Prozesse KW - Perspektiven PY - 2021 UR - https://www.dvs-media.eu/de/neuerscheinungen/4425/dvs-studie-zur-fuegetechnik-fuer-die-neue-wasserstoffoekonomie-werkstoffe-schweisstechnologien-perspektiven SN - 978-3-96144-157-0 SN - 978-3-96144-158-7 VL - 373 SP - 1 EP - 59 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-53498 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -