Mechanical properties of HSLA-65 hybrid laser arc welds

Abstract

High strength steels are finding increasing use in the shipbuilding industry to decrease the weight of vessels for improved maneouverability and fuel efficiency, increased payloads and decreased fabrication costs. High strength low alloy (HSLA) steel, such as HSLA-65, provides a unique combination of strength, weldability and toughness that makes it a particularly attractive choice for many shipbuilding applications. However, as HSLA-65 is a thermomechanically processed steel, it can be susceptible to grain coarsening and softening in the heat affected zone (HAZ) during welding. Low heat input welding procedures such as hybrid laser arc welding are desirable because they minimise HAZ softening and can tolerate gaps between the workpieces better than conventional laser welding. In this paper, the mechanical properties of hybrid laser arc welds, used to join 9·1 mm thick HSLA-65 plates in a single pass, were evaluated. Hardness maps indicated that softening did not occur in the HAZ. Transverse tensile fracture occurred in the base metal, away from the welds, confirming that the fusion zone and HAZ had higher strength than the base metal. Subsized Charpy impact toughness specimens, notched in the HAZ, were typically less tough than the base metal. However, the fracture path typically deviated away from the HAZ, into either the base metal or along the fusion line.

Les aciers à haute résistance trouvent une utilisation accrue dans l’industrie de la construction navale afin de diminuer le poids des vaisseaux, ce qui améliore la manoeuvrabilité et le rendement en énergie, permet l’augmentation des charges utiles et une diminution des coûts de fabrication. L’acier à haute résistance et faiblement allié (HSLA), comme HSLA-65, fournit une combinaison unique de résistance, de soudabilité et d’endurance qui en fait un choix particulièrement intéressant dans plusieurs applications de la construction navale. Cependant, comme HSLA-65 est un acier à traitement thermomécanique, il peut être susceptible au grossissement de grain et à l’adoucissement dans la zone thermiquement affectée (HAZ) lors du soudage. Les procédures de soudage à faible apport d’énergie comme le soudage hybride laser/arc sont désirables parce qu’elles minimisent l’adoucissement de la HAZ et peuvent tolérer l’écartement des bords entre les pièces de travail mieux que le soudage conventionnel au laser. Dans cet article, on a évalué les propriétés mécaniques de soudures hybrides laser/arc, utilisées pour joindre des tôles d’HSLA-65 de 9·1 mm d’épaisseur avec passe unique. Les cartogrammes de dureté; indiquaient qu’il n’y a pas eu d’adoucissement de la HAZ. La rupture transverse par tension se produisait dans le métal de base, loin des soudures, confirmant que la zone de fusion et la HAZ avaient une plus grande résistance que le métal de base. Des échantillons à taille réduite d’endurance par impact Charpy, avec entaille dans la HAZ, avaient typiquement moins d’endurance que le métal de base. Cependant, le parcours de la fracture s’éloignait typiquement de la HAZ, soit vers le métal de base ou au long de la ligne de fusion.

Keywords:

• HSLA steels
• Hybrid laser arc welding
• Thermomechanically processed steels
• Weld strength
• Tensile testing
• Single pass welds
• Charpy specimens
• Shipbuilding

The authors would like to acknowledge H. Smiley and N. Hervé for their assistance in conducting the mechanical testing and microstructural specimen preparation.

Notes

This paper is part of a special issue on Advances in High Temperature Joining of Materials