Laser welding of a near-beta titanium alloy Ti-5 Al-5Mo-3Cr

Titanium alloys are widely used in the aerospace industry due to their high specific strength and excellent corrosion resistance. However, for some large scale aircrafts, such as Airbus A380 and Boeing 787, there is a demand for even stronger Ti alloys for structural and load bearing applications. Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti-5553) is a new metastable β titanium alloy that exhibits excellent strength characteristics, even higher than the currently used α-β titanium grades, such as the workhorse Ti-6Al-4V alloy. It is expected that Ti-5553 will gain wider applications in the future and hence its weldability needs to be addressed. The current work is aimed at investigating the laser weldability of Ti-5553. Autogenous welds were produced by varying the defocusing distance and weld speed. The weld quality was investigated in terms of the surface morphology, welding defects, microstructure, hardness, and tensile properties. It was determined that welds with full penetration could be achieved and defects could be maintaned to meet aerospace specification tolerances by carefully manipulating the defocusing distance and weld speed within an optimum processing window. Welding was also conducted with Ti-6Al-4V filler wire and the effect of varying joint gaps was investigated on the metallurgical and tensile properies of Ti-5553 laser welds. It was found that welds with full penetration could be produced upto a gap of 0.5 mm for 3.1 mm thick plates. Increasing the joint gap, and hence the amount of filler wire resulted in the presence of martensite which was due to the incomplete and nonuniform mixing of base material and filler wire.Les alliages de titan sont beaucoup utilises dans l'industrie aérospatiale à cause de leurs caractéristiques de haute dureté et de la résistance à la corrosion. Néanmoins, pour les avions de grande taille, tels que Airbus A380 et Boeing 787, une dureté plus haute est requise dans les applications de support structurel. Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti-5553) est une nouvelle alliage de titan fait de β métastable qui démontre les caractéristiques de dureté qui sont supérieurs à d'autres alliages de α-β de titan qui sont utilisées présentement, en incluant l'alliage de Ti-6Al-4V. Il est attendu que l'utilisation de l'alliage de Ti-5553 se répandra dans l'avenir, pour cela, la question de soudage de ce matériel doit être adressée. Le travail actuel recherche l'habilité de soudage à laser de Ti-5553. Les autogènes soudures ont étés produites en changeant la distance du centre d'intérêt et en variant la vitesse de soudage. La qualité des soudures a été analysée selon l'anatomie de la surface, des défauts de soudage, de la microstructure, de la dureté et des propriétés de traction. Il a été détermine qu'on peut obtenir les soudures de pleine pénétration et qu'on peut atteindre les spécifications aérospatiales de tolérance des défauts en contrôlant soigneusement la distance du centre d'intérêt ainsi que la vitesse de soudage dans une fenêtre de processus optimisée. Le soudage a aussi été conduit avec fil languette de Ti-6Al-4V et l'effet de variation de l'espace entre les jonctions sures les propriétés de traction et sure métallurgie de soudures de Ti-5553 a été investiguée. Il a été constaté qu'on peut obtenir les soudures de pleine pénétration jusqu'une espèce entre les jonctions de 0.5 mm pour les plaques d'épaisseur de 3.1mm. La présence de martensite a été constatée pour une distance entre les jonctions plus grand ayant plus de quantité de fil languette. Martensite s'est formée à cause d'un mélange non uniforme et incomplet entre le matériel de base et celui du fil languette