Use of filler wire for laser welding of Ti–6Al–4V

Abstract

Owing to the high specific strength and excellent corrosion resistance, Ti–6Al–4V has been widely applied in aerospace industries. In this study, the welding performance of 3·2 and 5·1 mm thick Ti–6Al–4V sheets was studied using a 4 kW continuous wave Nd:YAG laser. It is found that the use of filler wire, matching the parent metal composition, can bridge the joint gap and produce full penetrated welds up to a width of 0·6 mm without cracking. The laser welds were characterised in terms of the bead geometry, defects, microstructures and hardness. With increasing joint gap, the percent porosity area increased, reaching just over 1% of the fusion zone area at a gap width of 0·6 mm for the 3·2 and 5·1 mm thick sheets. The maximum underfill depth in the Ti–6Al–4V laser welds was about 5% or 7% of the sheet thickness for the 3·2 and 5·2 mm thick materials, respectively, meeting the AWS D17-1 specification. The microindentation hardness was maximum in the fusion zone and sharply decreased through the heat affected zone until reaching the base metal value.

En raison de sa résistance spécifique élevée et de son excellente résistance à la corrosion, le Ti–6Al–4V est largement utilisé dans l’industrie aérospatiale. Dans cette étude, on a étudié le rendement de soudage de tôles de Ti–6Al–4V de 3·2 et 5·1 mm d’épaisseur en utilisant un laser Nd:YAG de 4 kW à onde continue. On constate que l’utilisation de fil d'apport, correspondant à la composition du métal parent, peut combler l’espace du joint et produire des soudures à pénétration complète sans fissures jusqu'à une largeur de 0·6 mm. On a caractérisé les soudures au laser en termes de la géométrie des cordons, des défauts, des microstructures et de la dureté. Avec l’augmentation de l’espace du joint, le pourcentage de porosité augmentait, atteignant un peu plus de 1% de la superficie de la zone de dilution avec une largeur de joint de 0·6 mm pour les tôles de 3·2 et 5·1 mm d’épaisseur. La profondeur maximale du caniveau dans les soudures au laser de Ti–6Al–4V était respectivement d’environ 5% ou 7% de l’épaisseur de la tôle pour les matériaux de 3·2 et 5·2 mm d’épaisseur, satisfaisant ainsi la norme d’AWS D17-1. La dureté de la micro-indentation était maximale dans la zone de dilution tout en diminuant fortement dans la zone thermiquement affectée jusqu'à atteindre ultimement la valeur du métal de base.

Keywords:

• Laser welding
• Filler addition
• Ti alloys
• Microstructure
• Mechanical properties

The authors would like to thank E. Poirier and X. Pelletier for their technical support during the laser welding experiments and metallographic sample preparation.

Notes

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