TY - JOUR A1 - Schröder, Nina A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Influence of microalloying on precipitation behavior and notch impact toughness of welded high‑strength structural steels N2 - Microalloying elements such as Nb and Ti are essential to increase the strength of quenched and tempered high-strength low alloy (HSLA) structural steels with nominal yield strength ≥ 690 MPa and their welded joints. Standards such as EN 10025–6 only specify limits or ranges for chemical composition, which leads to variations in specific compositions between steel manufacturers. These standards do not address the mechanical properties of the material, and even small variations in alloy content can significantly affect these properties. This makes it difficult to predict the weldability and integrity of welded joints, with potential problems such as softening or excessive hardening of the heat-affected zone (HAZ). To understand these metallurgical effects, previous studies have investigated different microalloying routes with varying Ti and Nb contents using test alloys. The high-strength quenched and tempered fine-grained structural steel S690QL is the basic grade regarding chemical composition and heat treatment. To evaluate weldability, three-layer welds were made using high-performance MAG welding. HAZ formation was investigated, and critical microstructural areas were identified, focusing on phase transformations during cooling and metallurgical precipitation behavior. Isothermal thermodynamic calculations for different precipitations were also carried out. Mechanical properties, especially Charpy notch impact toughness, were evaluated to understand the influence of different microalloys on the microstructure of the HAZ and mechanical properties. KW - High-strength structural steel KW - Gas metal arc welding KW - HAZ-softening KW - Notch impact toughness KW - Microalloying influences KW - Thermodynamic simulation PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-608548 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-024-01827-0 SN - 0043-2288 SP - 1 EP - 13 PB - Springer AN - OPUS4-60854 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Willeke, Maraike A1 - Giese, Marcel A1 - Lorenz, Swenja A1 - Treutler, Kai A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Wesling, Volker A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Effect of alloy modification on the wear protection coatings made of Ni- and Co-based materials and surface machinability via ultrasonic milling process N2 - AbstractWear-resistant coatings are required for highly efficient and economical steel components in equipment, process, and power plant engineering to withstand high corrosive, tribological, thermal, and mechanical stresses. Co-alloys are used as wear-resistant coatings for steel components, tailored to the specific application. The substitutability of Co alloys with Ni-based wear protection systems, in addition to price and supply uncertainties, is facilitated by the combination of innovative welding and machining processes such as ultrasonic-assisted milling. The aim of the study is to improve the machinability of two different hard-facing alloys while maintaining the same wear protection potential. Therefore, the wear-resistant alloys NiMoCrSi (Colmonoy C56) and CoMnCrSi (Tribaloy T400) were modified by the alloying additions Nb, Hf, and Ti and then applied to a carbon-manganese steel S355 using the plasma transfer arc (PTA) welding process. The influence of the alloying additions on the microstructure as KW - Wear resistance KW - Co-based alloy KW - Ni-based alloy KW - PTA welding process KW - Ultrasonic assisted milling process PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-623931 DO - https://doi.org/10.1007/s00170-024-14955-0 SN - 0268-3768 SP - 1 EP - 17 PB - Springer Science and Business Media LLC AN - OPUS4-62393 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Quackatz, Lukas A1 - Westin, Elin Marianne A1 - Griesche, Axel A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Treutler, Kai A1 - Wesling, Volker A1 - Wessman, Sten T1 - Assessing ferrite content in duplex stainless weld metal: WRC ‘92 predictions vs. practical measurements N2 - AbstractThe weldability of stainless steels is largely controlled by the chemical composition, and alloys with ferritic or ferritic-austenitic solidification show the highest resistance to hot cracking. As the resulting phase balance also affects the final properties, it may be beneficial to both foresee and measure the weld metal ferrite content. The WRC ‘92 constitution diagram is currently the most accurate prediction tool available, but it does not take the cooling rate into consideration and the precision may be less accurate for stainless steels with high ferrite numbers (FNs). This study aims to assess the reliability of the WRC ‘92 diagram for weld metals with FN  50. The chemical composition was altered through gas tungsten arc welding (GTAW) of UNS S32205 with ER347 filler wire that had been coated using physical vapor deposition (PVD) with either niobium (Nb), copper (Cu), nickel (Ni), manganese (Mn), carbon (C), or silicon (Si). The actual ferrite content was evaluated using image analysis, FeriteScope and X-ray diffraction (XRD). While predictions from the WRC ‘92 diagram were deemed acceptable for Ni, Si, and Mn, notable deviations were observed for Nb, Cu, and C. The FeriteScope exhibited a consistent trend with image analysis, albeit with slightly higher FN values, wider scatter, and the conversion factor from FN to vol% is open for discussion. The lowest accuracy and largest spread were obtained using non-contact XRD, rendering it unsuitable for ferrite measurements of welds. These findings underscore the need for improved prediction tools and appropriate measurement methods for assessing ferrite content in duplex weld metals. KW - Duplex stainless steel KW - Welding KW - Phase balance KW - Microscopy KW - Microstructure PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-618777 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-024-01878-3 SN - 1878-6669 VL - 69 IS - 1 SP - 31 EP - 45 PB - Springer CY - Berlin AN - OPUS4-61877 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Quackatz, Lukas A1 - Westin, Elin Marianne A1 - Griesche, Axel A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Treutler, Kai A1 - Wesling, Volker A1 - Wessman, Sten T1 - Assessing ferrite content in duplex stainless weld metal: WRC ‘92 predictions vs. practical measurements N2 - AbstractThe weldability of stainless steels is largely controlled by the chemical composition, and alloys with ferritic or ferritic-austenitic solidification show the highest resistance to hot cracking. As the resulting phase balance also affects the final properties, it may be beneficial to both foresee and measure the weld metal ferrite content. The WRC ‘92 constitution diagram is currently the most accurate prediction tool available, but it does not take the cooling rate into consideration and the precision may be less accurate for stainless steels with high ferrite numbers (FNs). This study aims to assess the reliability of the WRC ‘92 diagram for weld metals with FN  50. The chemical composition was altered through gas tungsten arc welding (GTAW) of UNS S32205 with ER347 filler wire that had been coated using physical vapor deposition (PVD) with either niobium (Nb), copper (Cu), nickel (Ni), manganese (Mn), carbon (C), or silicon (Si). The actual ferrite content was evaluated using image analysis, FeriteScope and X-ray diffraction (XRD). While predictions from the WRC ‘92 diagram were deemed acceptable for Ni, Si, and Mn, notable deviations were observed for Nb, Cu, and C. The FeriteScope exhibited a consistent trend with image analysis, albeit with slightly higher FN values, wider scatter, and the conversion factor from FN to vol% is open for discussion. The lowest accuracy and largest spread were obtained using non-contact XRD, rendering it unsuitable for ferrite measurements of welds. These findings underscore the need for improved prediction tools and appropriate measurement methods for assessing ferrite content in duplex weld metals. KW - Duplex stainless steel KW - Phase fraction prediction KW - WRC diagram PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-623682 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-024-01878-3 VL - 69 SP - 31 EP - 45 PB - Springer Science and Business Media LLC AN - OPUS4-62368 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Liepold, Philipp A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Transvarestraint testing of high-strength steel filler metal N2 - High-strength steel welds are typically not known to be susceptible to Solidification Cracking (SC). However, modern light-weight constructions may force welding in highly restrained conditions, which are known to increase the probability of Solidification Crack (SC) emergence. In this article, the Modified Varestraint-Transvarestraint (MVT) test was used to evaluate the hot cracking susceptibility of welds made from high-strength, low-alloyed filler material. The materials tested include solid wires and a metal-cored wire. All wires are typically used in the Gas Metal Arc Welding (GMAW) process. Susceptibility to SC was measured over a wide range of welding parameters and bending speeds. Results show little affinity of the tested materials to SC. However, crack length increases in most cases with arc energy ( U ∙ I∕welding speed ) and welding speed. The length of the longest crack in one test specimen follows a similar trend until high welding speeds, where stagnation of crack length with changing arc energy was observed. KW - MVT KW - Varestraint KW - Transvarestraint KW - Solidification cracking KW - High-strength steel PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-630084 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-025-02042-1 SN - 1878-6669 VL - 2025 SP - 1 EP - 12 PB - Springer CY - Berlin ; Heidelberg AN - OPUS4-63008 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 von Reparaturschweißungen an hochfesten Offshore-Stählen N2 - The successful energy transition in Germany will require offshore wind turbines with outputs >10 MW in the future, for which high-strength steels with a yield strength of up to 500 MPa and wall thicknesses up to 150 mm are increasingly being used. The repair of weld seams when detecting defects during NDT requires local-ized gouging and rewelding. This involves high demands on welding manufacturing, especially for high-strength steels. Due to a lack of investigations, there are no re-pair concepts and information in standards and guidelines, particularly for high-strength thick plate joints made of high-strength offshore steels. However, these are urgently needed to enable processors, especially SMEs, to carry out safe and eco-nomical repairs. Therefore, BAM started the FOSTA project P1629 (IGF 01IF22746N) to investigate the stress-optimized repair (local gouging and welding) of high-strength thick plate joints made of offshore grades in the yield strength range off 355 to 460 MPa and similar weld metal with controlled high-performance GMAW processes and optimized narrower gouging grooves. The experimental analyses consider the complex interaction of material, process, and design-related influences on the formation of weld-related stresses and the special microstructure of high-strength fine-grain structural steels. Welding-related material degradation and crack-critical residual tensile stresses need to be avoided to ensure high component safety and performance. With component-related welding experiments on special testing equipment, adapted process and heat control concepts along with variable groove configurations will be developed and recommendations for guidelines elabo-rated. This is the prerequisite for fully utilizing the strength potential of high-strength steels and making a valuable contribution to the energy transition in Germany, espe-cially for steel-processing SMEs. T2 - Symposium Materialtechnik TU Clausthal CY - Clausthal-Zellerfeld, Germany DA - 19.02.2025 KW - Reparaturschweißen KW - Thermisches Ausfugen KW - Offshore KW - Sprühlichtbogen KW - Eigenspannungen PY - 2025 AN - OPUS4-62630 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Engelking, Lorenz A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Eissel, A. A1 - Treutler, K. A1 - Wesling, V. T1 - Herstellung beanspruchungsgerechter Oberflächen durch Kombination innovativer additiver und abtragender Fertigungsschritte an hochbelasteten Komponenten N2 - Die additive Fertigung (AM) durch schweißtechnische Verfahren eröffnet vielfach ökonomische Vorteile für eine ressour-ceneffiziente Bauteilherstellung. Gerade hinsichtlich der Homogenität und Anisotropie der resultierenden Schweißgefüge und den damit verbundenen Eigenschaften gibt es noch offene Fragestellungen. Die Einstellung der finalen Bauteilgeo-metrie und Oberflächengüte erfordert den komplementären Einsatz abtragender Fertigungsschritte. Hochleistungslegie-rungen auf der Basis von Nickel oder Kobalt sind aufgrund ihrer niedrigen Wärmeleitfähigkeit verbunden mit hoher Festigkeit und Zähigkeit schwer spanbar. Eine gezielte Gefügebeeinflussung mittels Modifikation der AM-Schweißzusatz-werkstoffe und der Einsatz des ultraschallunterstützten Fräsens (US) bietet das Potential insgesamt die Zerspanungssi-tuation zu verbessern. Dieser Lösungsansatz unter Gewährleistung des Erhalts der geforderten Werkstoff- bzw. Bauteileigenschaften ist Untersuchungsgegenstand eines Gemeinschaftsvorhabens (IGF-Nr. 20.979 N/DVS-Nr. 1.3211) der BAM und TU Clausthal/ISAF. Der vorliegende Beitrag stellt Ergebnisse für die beiden untersuchten FeNi- und CoCr-Legierungen sowie wesentliche Zusammenhänge zwischen Legierungsmodifikation, entstehender Gefügemorphologie und Zerspanungseigenschaften der mittels MAG additiv gefertigter Proben vor. Das größte Potential für die Modifikation zeigten Zr und Hf. Die Zulegierung in das Schweißgut erfolgte durch Beschichtung von Massivdrähten sowie durch Her-stellung von Fülldrähten. T2 - DVS Congress - GST CY - Essen, Germany DA - 11.09.2023 KW - Legierungsmodifikation KW - Ultraschallunterstütztes Fräsen KW - Additive Fertigung KW - Oberflächenintegrität PY - 2023 SN - 978-3-96144-230-0 VL - 389 SP - 697 EP - 703 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-58380 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Mente, Tobias T1 - Zuverlässige Wasserstoff Bestimmung in Metallen und ihren Schweißverbindungen: Parameter, Einflüsse, Grenzen N2 - Im Zuge der wasserstoffbasierten Energiewirtschaft von morgen, kommt der Errichtung der dementsprechenden Infrastruktur die zentrale Rolle zu. Der überwiegende Teil bisher eingesetzter und meist geschweißter Werkstoffe, wie Stähle, kann unter bestimmten Bedingungen zur Wasserstoffversprödung neigen. Dies umfasst die klassische verzögerte Kaltrissbildung während der Schweißverarbeitung als auch Versprödungsphänomene während des Betriebs. Für die Bewertung eines jeden Wasserstoffeffektes auf bspw. die mechanischen Eigenschaften eines geschweißten metallischen Werkstoffes, muss der Wasserstoffgehalt präzise bestimmt werden, Im Fall von Schweißnähten ist die beispielsweise nach der ISO 3690, die klassische isotherme Trägergas-Heißextraktion (TGHE). Die TGHE basiert dabei auf der beschleunigten Wasserstoffentgasung aufgrund der thermischen Aktivierung des Wasserstoffs bei erhöhten Temperaturen. Neben der reinen Quantifizierung des Wasserstoffs, kann über die thermische Desorptionsanalyse (TDA) mit variierten Heizraten, der Bindungszustand an mikrostrukturellen Defekten im Material festgestellt und bewertet werden. Für beide Techniken sind experimentelle und messtechnische Einflüsse zu beachten, die großen Effekt auf das Ergebnis haben. Für die TGHE schlägt die ISO 3690 schlägt beispielswiese verschiedene Probengeometrien sowie Mindestextraktionszeiten vor. Die vorliegende Studie fasst Ergebnisse und Erfahrungen zahlreicher Untersuchungen an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) mit unterschiedlichen Probentemperaturen und Geometrien (ISO 3690 Typ B und zylindrische TDA-Proben) zusammen hinsichtlich: Einfluss der Probenoberfläche (poliert/geschweißt), Messgenauigkeiten in Abhängigkeit des Probenvolumens sowie die unzureichende Überwachung des Effektes des PI-Reglers auf die Extraktionstemperatur. Insbesondere eine abweichende Extraktionstemperatur zur eingestellten Temperatur, kann die Messergebnisse wesentlich verfälschen. Basierend auf den Ergebnissen werden Methoden aufgezeigt, um schnell die gewünschte Extraktionstemperatur zu erreichen, ohne physisch in das Messequipment eingreifen zu müssen. Dies dient der wesentlichen Verbesserung der Zuverlässigkeit der Wasserstoffmessung durch erhöhte Signalstabilität und beschleunigte Wasserstoffdesorption. Im Allgemeinen ist eine unabhängige Temperaturmessung mit Dummy-Proben für die gewählte Heizprozedur angeraten, um mögliche unerwünschte Temperatureinflüsse bereits vor der Messung auszuschließen. Die beschriebenen Methoden können ohne großen Aufwand direkt in die industrielle Anwendung überführt werden. T2 - DVS Congress 2023 CY - Essen, Germany DA - 11.09.2023 KW - Wasserstoff KW - Schweißen KW - Forschung KW - ISO 3690 PY - 2023 SN - 978-3-96144-230-0 VL - 389 SP - 435 EP - 442 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-58309 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Schaupp, Thomas ED - Brockmann, S. ED - Krupp, U. T1 - Wasserstoffunterstützte Kaltrissbildung in Schweißnähten hochfester Stahlgüten - Anforderungen an die Prüfung N2 - Wasserstoff kann eine Rissbildung u.U. auch noch nach Tagen in der Schweißnaht bewirken. Dabei stellen höherfeste Stähle etablierte Kaltrissprüftests vor Herausforderungen. Generell nimmt die zur Rissvermeidung tolerierbare Wasserstoffkonzentration mit zunehmender Festigkeit der Werkstoffe ab. Zudem verändern weiterentwickelte Schweißverfahren die Nahtgeometrie und Wärmeeinbringung und die Ausbildung risskritischer Mikrostrukturen (z.B. Wärmeeinflusszone). Am Beispiel des Implant- und Tekken-Tests werden die Einsatz- u. Anwendungsgrenzen bewertet. Zu berücksichtigen ist, dass beim Schweißen eine äußere mechan. Beanspruchung durch bauteilspezifische Steifigkeitsverhältnisse wirksam ist. Zusätzlich werden weiterführende Prüfverfahren zur Bestimmung der Wasserstoffkonzentration und -diffusion in Schweißnähten vorgestellt, wie die Trägergasheißextraktion (TGHE) für die Ermittlung der Wasserstoffkonzentration (ISO 3690) oder Hochtemperaturdiffusionskoeffizienten. Diese Werte sind für die schweißtechnische Praxis von großer Bedeutung, um Haltezeiten z.B. für das Wasserstoffarmglühen abzuleiten. T2 - Tagung Werkstoffprüfung 2021 CY - Online meeting DA - 02.12.2021 KW - Wasserstoff KW - Kaltrissprüfung KW - Schweißen KW - Stahl KW - Hochfest PY - 2021 SN - 978-3-941269-98-9 SP - 15 EP - 20 PB - Stahlinstitut VDEh CY - Düsseldorf AN - OPUS4-53900 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Schröpfer, Dirk T1 - Einsatz modifizierter Sprühlichtbogenprozesse zur Optimierung schweißbedingter Beanspruchungen an Bauteilen aus hochfesten Feinkornbaustählen N2 - Aufgrund aktueller Leichtbaubestrebungen sowie Forderungen nach Energie- und Ressourceneffizienz werden zunehmend hochfeste Feinkornbaustähle mit Streckgrenzen ≥ 690 MPa in modernen Stahlkonstruktionen eingesetzt. Vorrangig werden diese mit Streckgrenzen bis 960 MPa verarbeitet und mittels MAG-Schweißprozessen gefügt. Moderne Invertertechnik ermöglichte jüngst zahlreiche Firmenentwicklungen (bspw. „DeepARC“, „forceArc“), die zu modifizierten Sprühlichtbögen (mod. SLB) mit ähnlichen Eigenschaften führten. Neben den bekannten wirtschaftlichen Vorteilen dieser mod. SLB, lassen gerade die reduzierten möglichen Nahtöffnungswinkel und die geringere Wärmeeinbringung eine positive Wirkung auf schweißbedingte Beanspruchungen erwarten. Erste Eigenspannungsanalysen bei vorangegangenen Schweißeignungsuntersuchen mit mod. SLB zeigten bereits bei freischrumpfenden Laborproben geringere Zugeigenspannungen in der Schweißnaht im Vergleich zu konventionell geschweißten Proben. Die betriebsfeste Auslegung von hochfesten Schweißkonstruktionen und die Ausnutzung hoher Streckgrenzen erfordern jedoch eine ausreichende Quantifizierung schweißbedingter Beanspruchungen der mod. SLB unter definierter, bauteilrelevanter Schrumpfbehinderung. Dies betrifft sowohl die Kräfte und Spannungen im lokalen Schweißnahtbereich als auch die Gesamtbeanspruchung sowie den Einfluss von Wärmeführung, Bauteilgeometrie, Einspanngrad und Nahtöffnungswinkel. Hierzu lagen in der Industrie, besonders bei den KMU, kaum Kenntnisse vor und sollten deshalb als Ziel dieses Forschungsprojektes erarbeitet werden. Die vergleichenden Untersuchungen mit konventionellen Lichtbogen und mod. SLB mit angepasster Nahtkonfiguration erfolgten mithilfe von speziellen Prüfanlagen, mit der reale Bauteilsteifigkeiten abgebildet werden können. Bei beiden Prozessvarianten waren mit den gewählten Parametern Schweißnähte unter Erfüllung der Anforderungen an die mechanisch-technologischen Eigenschaften realisierbar. Bei den Analysen konnte eine signifikante Reduzierung der Eigenbeanspruchungen durch eine verminderte Wärmeeinbringung bei dem Einsatz einer Nahtkonfiguration mit abgesenktem Nahtöffnungswinkel beobachtet werden. Insbesondere erwiesen sich zur Absenkung mehrachsiger Beanspruchungszustände aufgrund von Biegemomenten in den bauteilnahen Schweißungen die engeren Nahtspalte als zielführend. Eine Vorstellung der erarbeiteten Kenntnisse und Empfehlungen in entsprechenden Gremien zur Normung erfolgten, um mittelfristig vor allem den KMU eine einfachere Konstruktionsauslegung und sichere Verarbeitung hochfester Feinkornbaustähle zu ermöglichen. Mit einer normativen Absicherung kann Qualifizierungs- und Zulassungsaufwand eingespart werden, der aktuell beim Einsatz hochfester Stähle vielfach notwendig ist. Ferner werden die Betriebe durch die Ergebnisse in die Lage versetzt, die technischen und wirtschaftlichen Vorteile der mod. SLB-Prozesse auszunutzen und signifikante Einsparungen bei Schweißzusatz, Schweiß- und Rüstzeit sowie unter Berücksichtigung der Eigenbeanspruchung optimierte Ergebnisse hinsichtlich der Tragfähigkeit von Bauteilen zu erreichen und die Produktivität zu erhöhen. KW - MAG-Schweißen KW - Hochfester Stahl KW - Eigenspannungen KW - Kaltrisssicherheit PY - 2017 UR - https://matplus.shop/produkt/p-1011-einsatz-modifizierter-spruehlichtbogenprozesse-zur-optimierung-schweissbedingter-beanspruchungen-an-bauteilen-aus-hochfesten-feinkornbaustaehlen-2 SN - 978-3-946885-12-2 N1 - Das IGF-Vorhaben 17978 N wurde über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert VL - P 1011 SP - 1 EP - 136 PB - Verlag und Vertriebsgesellschaft CY - Düsseldorf AN - OPUS4-59257 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Wandtke, Karsten A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Kromm, Arne A1 - Hensel, J. T1 - Influence of the WAAM process and design aspects on residual stresses in high-strength structural steels N2 - Wire arc additive manufacturing (WAAM) enables the efficient production of weight-optimized modern engineering structures. Further increases in efficiency can be achieved by using high-strength structural steels. Commercial welding consumables for WAAM are already available on the market. Lack of knowledge and guidelines regarding welding residual stress and component safety during production and operation leads to severely limited use for industry applications. The sensitive microstructure of high-strength steels carries a high risk of cold cracking; therefore, residual stresses play a crucial role. For this reason, the influences of the material, the WAAM process, and the design on the formation of residual stresses and the risk of cold cracking are being investigated. The material used has a yield strength of over 800 MPa. This strength is adjusted via solid solution strengthening and a martensitic phase transformation. The volume expansion associated with martensite formation has a significant influence on the residual stresses. The focus of the present investigation is on the additive welding parameters and component design on their influence on hardness and residual stresses, which are analyzed by means of X-ray diffraction (XRD). Reference specimens (hollow cuboids) are welded fully automated with a systematic variation of heat control and design. Welding parameters and AM geometry are correlated with the resulting microstructure, hardness, and residual stress state. Increased heat input leads to lower tensile residual stresses which causes unfavorable microstructure and mechanical properties. The component design affects heat dissipation conditions and the intensity of restraint during welding and has a significant influence on the residual stress. KW - DED-arc KW - Additive manufacturing KW - High-strength steel filler metal KW - Residual stress PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-572698 DO - https://doi.org/10.1007/s40194-023-01503-9 SN - 1878-6669 VL - 67 IS - 4 SP - 987 EP - 996 PB - Springer CY - Berlin AN - OPUS4-57269 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Influence of the weld geometry on the residual stress reduction using low transformation temperature welding consumables N2 - Low transformation temperature (LTT) welding consumables offer an innovative approach to increase the fatigue strength of welded high-strength steel structures. LTT welding consumables are characterized by a martensitic phase transformation near ambient temperature, which generates compressive residual stresses in the weld and heat affected zone (HAZ). The aim is to achieve a weld geometry, which generate high compressive residual stresses at the fatigue crack critical weld toe. Longitudinal stiffeners were gas metal arc welded using a conventional welding consumable; the base material was a high strength steel S700M. A chromium-nickel alloyed LTT consumable was deposit subsequently just on front sides of the stiffeners. Different welding parameters led to varying cross sections of the weld. The residual stresses were determined using X-ray diffraction (XRD) in the crack critical HAZ. When using only the conventional, the HAZ is characterized by high tensile residual stresses. The additional application of the LTT alloy leads to a significant reduction of the tensile residual stresses. Depending on the weld geometry, even compressive residual stresses can be observed at the weld toe T2 - ECRS 2024 CY - Prague, Czech Republic DA - 03.06.2024 KW - LTT (Low Transformation Temperature) KW - Residual stress reduction KW - Fatigue PY - 2024 AN - OPUS4-60305 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Dittmann, Florian A1 - Varfolomeev, Igor T1 - Effect of weld design on fatigue strength of welded components using LTT filler materials N2 - Low transformation temperature (LTT) filler metals are an innovative approach to reduce tensile residual stress in weld seams and the surrounding heat affected zone (HAZ). The reduced tensile stress leads to an improvement in the fatigue strength of welded components. LTT filler metals are characterized by a reduced martensite start temperature (Ms), which is close to room temperature because of their chemical composition. This paper focuses on the hybrid use of LTT filler metals, where the LTT filler is applied as an additional layer to conventional welds on fatigue-critical spots. Conventional gas metal arc welded longitudinal stiffeners are used as specimens and at the face ends of the stiffeners, a second LTT layer was added with various weld modifications. These modifications were achieved by changing the welding parameters such as welding speed and offset to the first layer. These samples were used to analyze shape, dilution and resulting Ms, residual stress and fatigue strength. The dilution and dilatometer verified Ms did not change significant, although the surface of the 2nd LTT weld seam was varying clear with each modification. However, the weld modification had a significant effect on the residual stress state and the fatigue strength. The X-ray determined residual stress in the HAZ became lower when the weld toe of the LTT layer was further away from the stiffener. The Fatigue strength is clearly dependent on the residual stress state. The lower the residual stress at weld toe, the higher the fatigue strength. All samples with LTT weld exhibit significantly higher fatigue strength values than conventionally single and double-layer welded samples. The results show that on the one hand LTT filler metals increase the fatigue strength, and on the other hand the impact of LTT fillers materials is not restricted to the dilution and Ms, the shape of the weld seam must also be considered. T2 - IIW Intermediate Meeting CII CY - Trollhättan, Sweden DA - 10.03.2025 KW - LTT (Low Transformation Temperature) KW - Residual stress reduction KW - Fatigue strength KW - High-strength steels KW - Welding PY - 2025 AN - OPUS4-62708 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schröder, Nina A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Einfluss unterschiedlicher Mikrolegierungsrouten eines S690QL auf das Ausscheidungsverhalten in der Wärmeeinflusszone N2 - Mikrolegierungselementen, wie Nb und Ti sind für eine signifikante Festigkeitssteigerung von vergüteten, hochfesten Feinkornbaustählen mit einer Nominalstreckgrenze ≥ 690 MPa unerlässlich. Normvorgaben zur chemischen Zusammensetzung dieser Stähle geben zur Erzielung der vorgeschriebenen Eigenschaften dabei oft nur Grenzgehalte für die Hersteller vor. Die Wirkung der Mikrolegierungselemente bzw. ihrer Karbide und/oder Nitride ist teilweise komplett konträr, insbesondere bei Auflösung und Wiederausscheidung in der WEZ bei identischem Schweißzusatz. Somit wird eine adäquate Vorhersage der Chargenabhängigkeit hinsichtlich der Schweißeignung und des Tragverhaltens der Schweißverbindung erschwert. Eine unerwünschte Eigenschaft ist dabei die Erweichung der WEZ, wie auch u.U. der gegenteilige Effekt der Aufhärtung. Vor diesem Hintergrund werden im Rahmen eines DFG-Vorhabens systematisch Mikrolegierungs-routen mit variierenden Ti- und Nb-Gehalten des hochfesten und vergüteten Feinkornbaustahls S690QL untersucht. Dazu wird das MAG-Schweißen mit modifizierten Sprühlichtbogen verwendet, welches durch hohe Abschmelzleistung gekennzeichnet ist und schmalere Nahtöffnungswinkel (α = 30°) ermöglicht. An Dreilagen-Schweißungen wird der Effekt der metallurgischen Zusammensetzung in Kombination mit hoher Wärmeeinwirkung auf die Ausbildung einer kritischen WEZ-Gefügezone mit Erweichung und/oder exzessiver Aufhärtung untersucht. Ein besonderes Augenmerk wird auf die Phasenumwandlungen und das Ausscheidungsverhalten im Gefüge der Wärmeeinflusszone gelegt. Neben umfangreichen metallographischen Untersuchungen einzelner WEZ-Bereiche wurden, unter Variation der chemischen Zusammensetzung, thermodynamische Phasenberechnungen mittels Thermo-Calc durchgeführt. Hierdurch wird ein Verständnis zur Phasentransformation und Ausscheidungswachstum und -auflösung während des Schweißens in Abhängigkeit von Temperatur und Abkühlbedingungen geschaffen. Das Ziel ist es, den Einfluss der Wärmeeinwirkung auf die Gefügeausbildung in der WEZ und dessen mechanischer Eigenschaften zu analysieren. Insbesondere wird hier auf die Auswirkung der unterschiedlichen Mikrolegierungskonzepte (Ti oder Nb) geachtet. T2 - 5. Symposium Materialtechnik CY - Clausthal-Zellerfeld, Germany DA - 23.02.2023 KW - WEZ Erweichung KW - Thermodynamische Simulation KW - Mikrolegierungseinfluss KW - Schweißen von hochfesten FKB PY - 2023 SN - 978-3-8440-9105-2 VL - 12 SP - 332 EP - 343 PB - Shaker Verlag AN - OPUS4-58006 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rhode, Michael A1 - Mente, Tobias A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Schaupp, Thomas A1 - Zavdoveev, Anatoly T1 - Challenges for testing hydrogen-assisted cold cracking in weld seams of high-strength steel grades N2 - Hydrogen can cause weld cold cracking even days after fabrication. In this respect, higher strength steels present a challenge to established cold crack testing. In general, the tolerable hydrogen concentration for crack prevention decreases with increasing material strength. In addition, advanced welding processes require changes in weld geometry and heat input. This directly influences the formation of crack-critical microstructures, e.g. in hardened areas of the heat-affected zone. The limits of use and application of modern cold cracking tests are evaluated by (1) the externally loaded Implant-test and (2) the self-restraint Tekken-test. In particular, external mechanical stresses, which cause additional mechanical loads on the components during welding, must be considered due to the component-specific stiffness of high-strength steels. Accompanying test methods for determining hydrogen concentration and diffusion in welds are presented, such as carrier gas hot extraction for determining hydrogen concentration (ISO 3690) or temperature-dependent diffusion coefficients. These values are of great importance for a holistic approach to the evaluation of the cold cracking sensitivity of high strength steels. KW - Hydrogen KW - Welding KW - Cold cracking test KW - High-strength steel PY - 2024 DO - https://doi.org/10.37434/tpwj2024.08.01 SN - 0957-798X VL - 2024 IS - 8 SP - 3 EP - 9 PB - International Association "Welding" CY - Kyiv, Ukraine AN - OPUS4-60946 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kaiser, Sebastian A1 - Erxleben, Kjell A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Repair Welding of In-Service Hydrogen Pipelines - Concepts and Challenges N2 - Hydrogen is set as the energy carrier of tomorrow for a more sustainable fossil fuel free future. As this necessitates a reliable transport infrastructure, repurposing of the existing natural gas grid is planned. With regards to the well-known effect of hydrogen embrittlement, the compatibility of utilized materials must be investigated. First comprehensive studies on pipeline material hydrogen compatibility indicate that these materials can be applied to a certain extent. Nonetheless, the material compatibility is currently of high interest and focus of numerous research projects worldwide. However, pipelines require frequent maintenance and repair work. As part of these, in some cases it is necessary to do weldments onto pipelines while they are pressurized. This in-service welding introduces additional challenges for the material compatibility. Due to the resulting high temperatures, the metallurgical changes in the material and of course the presence of high-pressure hydrogen in the pipeline, additional investigations need to be conducted to ensure that no critical material degradation because of increased hydrogen absorption occurs and an overall material compatibility is given. For this reason, the present paper introduces in-service welding on pipelines. An overview of current research projects that deal with the application of in-service welding specifically on hydrogen pipelines and the emerging problems when applying these techniques on hydrogen pipelines is given. Methods of material testing, their limits and possible solutions are presented and discussed. T2 - 2024 15th International Pipeline Conference CY - Calgary, Alberta, Canada DA - 23.09.2024 KW - Hydrogen KW - Pipeline KW - Welding KW - In-Service PY - 2024 SN - 978-0-7918-8856-8 DO - https://doi.org/10.1115/IPC2024-133052 SP - 1 EP - 6 PB - The American Society of Mechanical Engineers (ASME) CY - New York AN - OPUS4-62262 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Witte, Julien A1 - Hübler, Daniela A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Börner, Andreas A1 - Kannengießer, Thomas ED - Hanke, S. T1 - Wear behavior of innovative niobium carbide cutting tools in ultrasonic-assisted finishing milling N2 - The resources of niobium exceed the ones of tungsten by an order of magnitude. With 92%, Brazil is today the main global producer of niobium. Hence, niobium carbides (NbC) are a sustainable and economic alternative to conventionally used cutting materials, especially tungsten carbides (WC). Moreover, NbC can be used in Ni alloy matrix and thus offer significant advantages by substituting WC in Co matrix as cutting materials in terms of health risks and raw material price and supply risk. Based on recent studies which found an increased performance of NbC compared to WC cutting tools in machining higher strength steels, the composition NbC12Ni4Mo4VC was chosen for finish machining of a high-strength steel S960QL in this study. The experiments were carried out on an ultrasonic-assisted 5-axis milling machine using NbC tools specially made to benchmark them with commercially available coated WC cutting inserts. In addition, the influence of a coating system for the NbC inserts is tested and evaluated for its performance in the cutting process. Tool wear and cutting force analyses are implied to identify optimal parameter combinations as well as tool properties for the novel NbC tool. Together with the oscillation of ultrasonic-assisted milling, the loads on the component surface and the tool can be reduced and the wear behavior of the novel NbC tool can be refined. These milling tests are accompanied by standardized wear tests, i.e., pin-on-disc, between the aforementioned material combinations, and the results are correlated with each other. Finally, the behavior when using hard-to-cut materials such as Ni alloys, or innovative materials such as iron aluminide is also being tested, as these are constantly in the focus of machining optimization. With this strategy, comprehensive knowledge is achievable for future efficient application of NbC for milling tools, which have already been researched for decades using WC. T2 - 24th International Conference on Wear of Materials CY - Banff, Canada DA - 16.04.2023 KW - Niobium carbide KW - Cutting tool KW - Ultrasonic-assisted milling KW - Tool wear PY - 2023 DO - https://doi.org/10.1016/j.wear.2023.204722 SN - 0043-1648 VL - 522 SP - 1 EP - 7 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-57561 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Martin A1 - Kromm, Arne A1 - Kannengießer, Thomas T1 - Eigenspannungsabbau mittels LTT – Schweißzusätzen unter Berücksichtigung der Nahtgeometrie N2 - Low Transformation Temperature (LTT)-Schweißzusätze sind ein innovativer Ansatz, um Eigenspannungen in Schweißnähten zu reduzieren. Dieser Vortrag behandelt neben den Einfluss der LTT-Schweißzusätze auch deren Naht-Ausführungen. Die unterschiedlichen LTT-Nahtgeometrien haben einen signifikanten Einfluss auf den Eigenspannungsabbau in der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone (WEZ). T2 - SFB 1120 Summer School CY - Steinfeld, Germany DA - 11.06.2024 KW - LTT (Low Transformation Temperature) KW - Eigenspannungen KW - Ermüdungsfestigkeit KW - Aufmischung PY - 2024 AN - OPUS4-60306 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Scharf-Wildenhain, R. A1 - Hälsig, A. A1 - Schröpfer, Dirk A1 - Wandtke, Karsten A1 - Kannengießer, Thomas 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 - MAG-Schweißen KW - Eigenspannungen KW - Additive Fertigung KW - Hochfester Stahl KW - Kaltrisssicherheit PY - 2021 SN - 978-3-96144-141-9 VL - 370 IS - 41 SP - 113 EP - 124 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-56641 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Giese, Marcel A1 - Schröder, Nina A1 - Rhode, Michael A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Kromm, Arne A1 - Kadoke, Daniel A1 - Kruse, Julius T1 - Local strain behaviour in cross weld tensile specimens of microalloyed high strength steels using digital image correlation N2 - This study specifically examines the role of the microalloying element titanium (Ti) in achieving the desired mechanical properties of quenched and tempered high-strength fine-grain structural steels, with a nominal yield strength of ≥ 690 MPa. Current specifications limit chemical composition only by defining upper thresholds, but even minor variations in Ti content can substantially alter mechanical properties. Consequently, accurate prediction of weldability and welded joint integrity becomes challenging, as variations in Ti lead to distinct microstructural characteristics, potentially causing undesirable softening or hardening effects in the heat-affected zone (HAZ). To address these complexities, two distinct titanium concentrations were systematically investigated for the first time using specially developed laboratory-cast alloys. Both alloying configurations were based on the standard S690QL grade, with consistent chemical composition and heat treatment parameters maintained across the samples. For the weldability analysis, three-layer welds were executed using gas metal arc welding (GMAW), allowing for the identification of critical microstructural zones within the HAZ that exhibit significant softening or hardening. The influence of the softened HAZ region on failure mechanisms was assessed through transverse tensile tests. Digital image correlation (DIC) was employed to capture local strain variations across different HAZ regions in situ. With a custom-developed mirror system, local strains in microstructural zones on both the top and bottom surfaces of the weld were recorded simultaneously. This setup enabled a detailed analysis of how weld seam geometry (e.g., V-groove configuration) influences strain gradients. Additionally, the investigation of localized deformation provided insights into how variations in Ti content within the HAZ affect global strain, fracture constriction, fracture location, and overall fracture behavior. T2 - MPA Seminar 2024 Materials Processes Applications CY - Stuttgart, Germany DA - 08.10.2024 KW - HAZ-Softening KW - Digital Image Correlation KW - Cross weld tensile test PY - 2024 AN - OPUS4-61488 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -