ISO 15620:2019
(Main)Welding — Friction welding of metallic materials
Welding — Friction welding of metallic materials
This document specifies requirements for the friction welding of components manufactured from metals. It specifies requirements particular to rotational friction welding related to welding knowledge, quality requirements, welding procedure specification, welding procedure approval and welding personnel. This document is appropriate where a contract, an application standard or a regulatory requirement requires the demonstration of the manufacturer's capability to produce welded constructions of a specified quality. It has been prepared in a comprehensive manner to be used as a reference in contracts. The requirements given can be adopted in full or some can be deleted, if not relevant to the construction concerned.
Soudage — Soudage par friction des matériaux métalliques
Le présent document définit des exigences relatives au soudage par friction d'éléments métalliques. Il définit des exigences spécifiques au soudage par friction rotative, relatives aux connaissances en soudage, aux exigences de qualité, au descriptif de mode opératoire de soudage et à la qualification du mode opératoire de soudage et du personnel en soudage. Le présent document est applicable lorsqu'un contrat, une norme d'application ou une exigence réglementaire nécessitent d'apporter la preuve de la capacité d'un fabricant à réaliser une construction soudée d'un niveau de qualité spécifié. Il a été préparé avec une approche globale, en vue d'être utilisé en tant que référence dans les contrats. Les exigences indiquées peuvent être adoptées en intégralité, ou certaines d'entre elles peuvent être supprimées si elles ne sont pas applicables à la construction visée.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15620
Second edition
2019-05
Welding — Friction welding of
metallic materials
Soudage — Soudage par friction des matériaux métalliques
Reference number
©
ISO 2019
© ISO 2019
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Published in Switzerland
ii © ISO 2019 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Welding knowledge . 3
4.1 Process . 3
4.1.1 General. 3
4.1.2 Direct drive rotational friction welding . 4
4.1.3 Stored energy (inertia) friction welding . 6
4.1.4 Further processes . 8
4.1.5 Friction welding arrangements . 8
4.2 Materials and material combinations . 8
4.3 Friction welding machines. 9
4.3.1 General. 9
4.3.2 Features .10
5 Quality requirements .10
5.1 General .10
5.2 Pre-welding requirements .10
5.2.1 Condition of raw materials . .10
5.2.2 Preparation of the components to be welded . .11
5.2.3 Component holding .11
5.3 Post-welding treatment .11
5.4 Quality assurance.11
6 Welding procedure specification (WPS) .12
6.1 General .12
6.2 Information related to the manufacturer .12
6.3 Information related to the material .13
6.4 Welding parameters .13
6.5 Joint .13
6.6 Optional devices .13
7 Welding procedure approval .13
7.1 Principles .13
7.2 Welding procedure tests .14
7.2.1 Application .14
7.2.2 Preliminary welding procedure specification (pWPS) .14
7.2.3 Number of test weldments .14
7.2.4 Specification for test specimens .14
7.2.5 Test procedures.16
7.2.6 Acceptance criteria .18
7.3 Welding procedure approval record (WPQR) .18
7.4 Previous experience .18
7.5 Circumstances mandating requalification .18
7.6 Machine-specific nature of a WPS .19
7.7 Requalification procedure requirements .19
8 Welding personnel.19
8.1 Friction welding machine operator.19
8.2 Friction welding machine setter .19
8.3 Welding coordination personnel (supervisor) .19
Annex A (informative) Relationship of welding parameters .20
Annex B (informative) Additional processes based on friction .22
Annex C (informative) Material combinations weldable by friction welding .25
Annex D (informative) Guidelines for quality assurance .27
Annex E (informative) Examination and test .28
Annex F (informative) Manufacturer's friction welding procedure specification (WPS) .30
Annex G (informative) Characteristics of friction welded components .32
Annex H (informative) Welding procedure approval record form (WPQR) Welding
procedure approval — Test certificate .37
Bibliography .40
iv © ISO 2019 – All rights reserved
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso
.org/iso/foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 44, Welding and allied processes,
Subcommittee SC 10, Quality management in the field of welding.
Any feedback, question or request for official interpretation related to any aspect of this document
should be directed to the Secretariat of ISO/TC 44/SC 10 via your national standards body. A complete
listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html. Official interpretations, where they
exist, are available from this page: https: //committee .iso .org/sites/tc44/home/interpretation .html.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 15620:2000), which has been technically
revised.
The main changes compared to the previous edition are as follows:
— Clause 2 has been updated;
— in Clause 3, terms not used in the text have been deleted;
— in Annex B of 4 processes based on friction have been added;
— the recommended test to perform on test weld has been clarified (addition of Table 4).
Introduction
Friction welding is a method for making welds in the solid phase in which one component is moved
relative to and in pressure contact with the mating component to produce heat at the faying surfaces,
the weld being completed by the application of a force during or after the cessation of relative motion.
There are several forms of supplying energy and various forms of relative movements.
The generation of friction heating results in a comparatively low joining temperature at the interface.
This is largely the reason why friction welding is suitable for materials and material combinations
which are otherwise difficult to weld. The weld region is generally narrow and normally has a refined
microstructure.
While the friction welding process deals primarily with components of circular cross-section it does
not preclude the joining of other component shapes.
vi © ISO 2019 – All rights reserved
INTERNATIONAL STANDARD ISO 15620:2019(E)
Welding — Friction welding of metallic materials
1 Scope
This document specifies requirements for the friction welding of components manufactured from metals.
It specifies requirements particular to rotational friction welding related to welding knowledge, quality
requirements, welding procedure specification, welding procedure approval and welding personnel.
This document is appropriate where a contract, an application standard or a regulatory requirement
requires the demonstration of the manufacturer's capability to produce welded constructions
of a specified quality. It has been prepared in a comprehensive manner to be used as a reference in
contracts. The requirements given can be adopted in full or some can be deleted, if not relevant to the
construction concerned.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminological database for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
3.1
axial force
force in axial direction between components to be welded
3.2
burn-off length
loss of length during the friction phase
3.3
burn-off rate
rate of shortening of the components (3.4) during the friction welding process
3.4
component
single item before welding
3.5
component induced braking
reduction in rotational speed (3.18) resulting from friction between the interfaces
3.6
external braking
braking located externally reducing the rotational speed (3.18)
3.7
faying surface
surface of one component (3.4) that is to be in contact with a surface of another component (3.4) to
form a joint
3.8
forge force
force applied normal to the faying surfaces (3.7) at the time when relative movement between the
components (3.4) is ceasing or has ceased
3.9
forge burn-off length
amount by which the overall length of the components (3.4) is reduced during the application of the
forge force (3.8)
3.10
forge phase
interval time in the friction welding cycle between the start and finish of application of the forge
force (3.8)
3.11
forge pressure
pressure (force per unit area) on the faying surfaces (3.7) resulting from the axial forge force (3.8)
3.12
forge time
time for which the forge force (3.8) is applied to the components (3.4)
3.13
friction force
force applied perpendicularly to the faying surfaces (3.7) during the time that there is relative movement
between the components (3.4)
3.14
friction phase
interval time in the friction welding cycle in which the heat necessary for making a weld is generated
by relative motion and the friction force(s) (3.13) between the components (3.4), i.e. from contact of
components (3.4) to the start of deceleration
3.15
friction pressure
pressure (force per unit area) on the faying surfaces (3.7) resulting from the axial friction force
3.16
friction time
time during which relative movement between the components (3.4) takes place at rotational speed
(3.18) and under application of the friction force(s) (3.13)
3.17
interface
contact area developed between the faying surfaces (3.7) after completion of the welding operation
3.18
rotational speed
number of revolutions per minute of rotating component (3.4)
3.19
stick-out
distance a component (3.4) sticks out from the fixture, or chuck in the direction of the mating
component (3.4)
2 © ISO 2019 – All rights reserved
3.20
deceleration phase
interval in the friction welding cycle in which the relative motion of the components (3.4) is
decelerated to zero
3.21
deceleration time
time required by the moving component (3.4) to decelerate from friction speed to zero speed
3.22
total length loss (upset)
loss of length that occurs as a result of friction welding, i.e. the sum of the burn-off length (3.2) and the
forge burn-off length (3.9)
3.23
total weld time
time elapsed between component (3.4) contact and end of forging phase
3.24
welding cycle
succession of operations carried out by the machine to make a weldment and return to the initial
position, excluding component (3.4) - handling operations
3.25
weldment
two or more components joined by welding
4 Welding knowledge
4.1 Process
4.1.1 General
The classification of friction welding processes is listed in Table 1.
Table 1 — Classification of friction welding processes
4.1.2 Direct drive rotational friction welding
The energy input is provided by direct drive at predetermined rotational speed or speeds (see Figure 1
and Figure 2).
4 © ISO 2019 – All rights reserved
Key
1 drive motor
2 brake
3 rotating clamp
4 stationary clamp
5 rotating workpiece
6 stationary workpiece
7 forge cylinder
Figure 1 — Diagram showing direct drive rotational friction welding
Key
a
1 axial force Burn-off length.
b
2 axial displacement Friction time.
c
3 rotational speed Deceleration time.
d
4 friction phase Forge time.
e
5 friction force Forge burn-off length.
f
6 deceleration phase Total length loss (upset).
7 forge phase
8 forge force
Figure 2 — Diagram showing typical relationships of characteristics for friction welding at
constant rotational speed (friction welding, process No. 42 in accordance with ISO 4063)
The spindle is either decelerated at a predetermined rate or stopped by external braking or component
induced braking. The main welding parameters are listed below and their relationship is given in
Annex A:
— rotational speed(s);
— predetermined friction force(s);
— friction time or burn-off;
— predetermined forge force(s);
— forge time;
— deceleration time and forge delay.
4.1.3 Stored energy (inertia) friction welding
Energy stored in an inertia mass is used up in the friction welding process by component induced
braking (see Figure 3 and Figure 4).
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Key
1 drive motor
2 inertia mass, variable
3 rotating clamp
4 stationary clamp
5 rotating workpiece
6 stationary workpiece
7 forge cylinder
Figure 3 — Diagram showing inertia friction welding
Key
1 axial force 6 forge phase
2 axial displacement 7 forge force
a
3 rotational speed Total length loss (upset).
b
4 friction phase Friction time.
c
5 friction force Forge time.
Figure 4 — Diagram showing typical relationships of characteristics for inertia friction welding
(friction welding, process No. 42 in accordance with ISO 4063)
The main welding parameters are listed below and their relationship is given in Annex A:
— rotational speed;
— inertia mass;
— predetermined friction force(s);
— predetermined forge force(s).
4.1.4 Further processes
Further processes are listed in Annex B.
4.1.5 Friction welding arrangements
The following methods of rotational friction welding (see Figure 5) can be distinguished:
— friction welding with the rotation of one of the components to be welded and linear movement of the
other [Figure 5 a)], i.e. with a fixed head friction welding machine;
— welding with rotation and linear movement of one of the components to be welded and the other one
held static [Figure 5 b)] i.e. with a sliding head friction welding machine;
— rotation and linear movement of two components against a static middle component [Figure 5 c)]
i.e. with a double ended friction welding machine;
— rotation of central component with linear movement of two end components [Figure 5 d)].
a) b) c) d)
Figure 5 — Rotational friction welding methods
4.2 Materials and material combinations
Experience of friction welding many metallic materials and combinations is already well-documented
(see Annex C). Weldability criteria for other welding processes is not always valid for friction welding.
More materials and their combinations can be friction welded when compared with most other welding
processes. The data shown in Annex C is based upon actual experience from test welds but it is not
necessarily complete. For many materials and material combinations, there is further data available
which is only valid for particular geometries.
The following factors can affect welding quality:
— amount, distribution and shape of non-metallic inclusions in the parent material(s);
— formation of intermetallic phases in the weld;
— formation of low melting point phases in the weld;
— porosity in parent material(s);
— thermal softening of hardened materials in the weld;
— hardening of the weld metal heat affected zone;
8 © ISO 2019 – All rights reserved
— hydrogen in parent material(s).
It can be possible to negate some of the above by critical selection of parameters or heat treatment.
4.3 Friction welding machines
4.3.1 General
Friction welding is not sensitive to position and can be performed in any plane.
Machine design and build are dependent upon the welding application and there are preconditions
for exact and repeatable production. A schematic diagram of a horizontal friction welding machine is
shown in Figure 6.
Key
1 machine frame 7 flash removal unit
2 headstock with drive spindle and brake 8 safety guards
3 chuck - for rotating component 9 hydraulic power pack - not shown
4 clamp - for fixed component 10 electrical control cabinet - not shown
5 machine slides (tie-bars) 11 machine control panel
6 force actuator
Figure 6 — Schematic diagram of a direct drive friction welding machine of horizontal
configuration
The application determines the choice of axial force(s), rotation speed(s) and welding time. Other
parameters which affect machine design are carriage speed during friction, friction burn-off, braking
point, forging point, torque and moment of inertia of the rotating mass.
The repeatability and variation of machine parameters should be checked while the machine is running
at operating temperature.
The machine should be of a specification appropriate to the parts to be welded.
The machine should be equipped with an automatic control system which, after the components have
been clamped in their work-holding devices and on initiation of the cycle, undertakes a controlled welding
cycle without intervention from the operator and incorporates at least the following operational cycle:
— initiation of a sequence which brings the components into face contact at a chosen rotational speed;
— establishment and the maintenance of a friction force(s) and relative speed(s) for the duration of the
heating cycle;
— establishment and maintenance of the forge force for a desired forge time or forge distance or
combination of both, to complete the weldment.
Unclamping the work-holding devices can be done automatically or not, thus completing the cycle of
operations.
4.3.2 Features
Friction welding machines can be equipped with the following options:
— loading equipment;
— unloading equipment;
— turning units for facing, flash removal, machining;
— shearing unit to strip the flash;
— extended memory for welding programmes;
— weld identification unit;
— angular orientation;
— monitoring;
— identification;
— in process proof testing.
5 Quality requirements
5.1 General
The regulations and recommendations which govern other welding processes apply only in part to
friction welding.
Emphasis should be placed on the avoidance of imperfections rather than on developing methods to
find them. An important prerequisite for ensuring weld quality is the uniformity and consistency of the
component to be welded. For this reason, adequate quality assurance measures shall be taken during
the pre-welding, welding and post-welding process operations.
5.2 Pre-welding requirements
5.2.1 Condition of raw materials
To ensure repeatable properties of friction welds which remain constant within a friction welding
series, the following conditions should be maintained:
— chemical analysis;
— structure;
10 © ISO 2019 – All rights reserved
— strength and hardness;
— dimensional and geometrical tolerances;
— supply conditions of the materials to be joined.
5.2.2 Preparation of the components to be welded
Unless otherwise required by the design specification, the following should be adhered to:
— The end of each component shall be prepared so that the faying surface lies in a plane at right angles
to the axis of rotation, the end being cut square. This end can be tapered if required so that the area
of the faying surface is reduced for the early stage of the welding cycle. The length of the taper shall
be not greater than 50 % of the burn-off length for each component and sufficient to ensure that
the plane of the weld interface is on the parallel portion of the component, or at such a position as is
indicated on the drawing agreed between the contracting parties.
— Dirt, grease, rust and other surface oxides or protective films shall be removed from the faying
surfaces before the components are placed in the machine, except where surface contamination is
shown to have no detrimental effect on joint properties.
— Surface irregularities on the faying surface, e.g. centre turning holes, shall only be allowed where
they do not cause harmful effects.
5.2.3 Component holding
The torque and axial forces resulting from the friction welding cycle are normally resisted by the tooling.
The clamping force shall be not so great as to deform or mark the components beyond acceptable levels.
Suitable backstops are used wherever possible to prevent axial slippage. Plugs may be used to provide
additional support when gripping hollow components.
The components to be welded shall be set in the machine so that their axes lie within the limits specified
for concentricity and alignment.
To achieve the required alignment, it is sometimes necessary to machine or clean the surfaces of the
components to be clamped.
Particular care is necessary with regard to tooling and alignment when welding hollow sections having
an outside dimension that is large relative to the wall thickness of the component.
The stick-out shall not be so short as to cause unacceptable chilling of the component or so long as to
cause unacceptable misalignment or vibration of the opposing faces during the friction and forge phases.
The two components should be clamped wherever possible so that the stick-out of each is equal, unless
the difference in composition or size of the two components makes it desirable for them to have different
sticks-out, either to achieve a heat balance or to permit effective work holding.
5.3 Post-welding treatment
Where necessary, further procedures as machining and/or post-weld heat treatment of friction welds
shall be carried out in accordance with the expected environmental operating conditions.
5.4 Quality assurance
The system of quality control employed shall take into consideration the following factors:
— production rate and batch size;
— size and design of weldments;
— economic considerations;
— intended operating conditions.
The system employed shall be sufficient to ensure that consistent and satisfactory weld quality is
maintained on a batch or individual basis.
The system should ensure that procedures are in place to ensure regular calibration of the friction
welding machine.
Production quality control records shall be kept, the form and content of which shall be agreed between
the contracting parties.
Guidelines for the level of quality assurance to be used are given in Annex D.
Whether destructive or non-destructive testing methods can be applied depends on the special use of
the welded components. A list of destructive and non-destructive testing methods which are generally
suitable for friction welding is appended in Annex E. Possible testing procedures are given to facilitate
the choice of the most appropriate method.
6 Welding procedure specification (WPS)
6.1 General
The welding procedure specification (WPS) shall give details of how a welding operation is to be
performed and shall contain all relevant information about the welding work.
Welding procedure specifications may cover a certain range of cross-sectional areas. Additionally, some
manufacturers can prefer to prepare work instructions for each specific job as part of the detailed
production planning.
Components used for WPS qualification purposes shall be representative of those used for actual
production components in the following respects:
— chemistry;
— faying surface condition;
— heat treatment;
— joint geometry/dimensions.
The information listed below is adequate for most welding operations. For some applications, it can be
necessary to supplement or reduce the list. The relevant information shall be specified in the WPS.
Ranges and tolerances, according to the manufacturer's experience, shall be specified where
appropriate.
An example of a recommended WPS-format is shown in Annex F.
6.2 Information related to the manufacturer
— Identification of the manufacturer: unique identification;
— Identification of the WPS: alphanumeric designation (reference code) related to a specific friction
welding machine.
12 © ISO 2019 – All rights reserved
6.3 Information related to the material
— Material type: identification of the material, preferably by reference to an appropriate standard.
A WPS can cover a group of materials, if agreed prior to production, see 7.1.
— Component information:
— geometry;
— dimensions;
— chemical analysis;
— other relevant information.
6.4 Welding parameters
All relevant parameters shall be listed (see Clause 4 and Annex F).
6.5 Joint
— Joint design: a sketch of the joint design showing position of weld(s), details and tolerances may
be made.
— Preparation of components: selected method of surface preparation, as necessary (e. g. sawing,
turning).
— Fixtures:
— the methods to be used;
— details of fixtures and backstops.
6.6 Optional devices
For example, flash forming, supports when welding thin-walled tubes.
7 Welding procedure approval
7.1 Principles
The following procedure is designed to meet high duty applications.
Welding procedure specifications for friction welding shall be approved prior to production whenever
required. The methods of approval are:
— approval by welding procedure test according to 7.2;
— approval based on previous experience according to 7.4.
This document does not invalidate previous welding procedure approvals made to specifications
providing the intent of the technical requirements is satisfied and the previous procedure approvals
are relevant to the application and production work on which they are to be employed. Consideration of
previous procedure approvals to former national standards or specifications should be, at the time of
enquiry or contract stage, agreed between the contracting parties.
7.2 Welding procedure tests
7.2.1 Application
When procedure tests are required, tests shall be carried out:
— in accordance with the application standard
— or according to-the provisions of 7.2.3 to 7.2.6 if no application standard is available.
7.2.2 Preliminary welding procedure specification (pWPS)
The preliminary welding procedure specification shall be prepared in accordance with Clause 6.
7.2.3 Number of test weldments
Unless more severe tests are required by the design specification or by other standards, the minimum
test requirements are as follows:
— a minimum of two weldments shall be produced for WPS qualification;
— a minimum of two weldments shall be evaluated.
If one of the test specimens has failed a defined acceptance criteria, then the welding conditions shall
be redetermined in order to satisfy the accepted criteria and further two tests specimens shall be
evaluated.
Alternative tests can be performed in some cases. The selection of test types and the number of test
specimens depend on the performance, safety and quality requirements of the component and assembly
and shall be established before any qualification is undertaken. Examples are given in 7.2.5.2.
7.2.4 Specification for test specimens
7.2.4.1 Solid sections — Specimens from bar to bar weldments for bend test
The weld shall be dressed flush, unless otherwise agreed by the test specification, having a surface
finish that does not affect the result. When components of differing sections are welded together, the
larger section shall be reduced to equal that of the smaller after welding.
Specimens shall be tested whole where possible or prepared as shown in Figure 7.
14 © ISO 2019 – All rights reserved
Dimensions in millimetres
Key
1 position of weld interface
2 test specimen for bending
NOTE Guide values:
— thickness: nominal 10 mm;
— width: ≥25 mm;
— length: depending on the component.
Figure 7 — Preparation of specimens for bend testing joints between solid components
If it is necessary to subdivide the test specimens into small specimens, the width of the subdivided
specimens shall be not less than 25 mm. Where a specimen results in testing less than one-third of the
total area, further 10 mm wide slices shall be cut and tested.
In the preparation of specimens, methods of cutting which significantly affect the metallurgical
structure of the specimen shall not be used.
Where bar sections are welded to plate or other components of insufficient thickness to allow a bend
test specimen to be prepared, an alternative test procedure shall be agreed between the contracting
parties.
7.2.4.2 Hollow sections
7.2.4.2.1 Specimens from tube to tube weldments for bend test
The weld shall be dressed flush on the inside and outside surfaces of the specimen, unless otherwise
agreed by the test specification, having a surface finish that does not affect the test result.
Four specimens shall be taken at equal intervals round the weldment (see Figure 8). In the preparation
of specimens, methods of cutting which significantly affect the metallurgical structure of the
specimen shall not be used. Each specimen shall consist of a parallel sided strip cut so that the weld is
approximately central.
The minimum width of each specimen shall be as per Formulae (1) and (2):
— for tubes of outside diameter less than 50 mm:
t + D / 10 (1)
— for tubes of outside diameter equal to or greater than 50 mm:
t + D / 20 (2)
where
t is the wall thickness in millimetres;
D is the outside diameter of the prepared tube in millimetres.
Dimensions in millimetres
Key
1 position of weld
Figure 8 — Specimens for bend testing joints between hollow components and solid or plate
components
7.2.4.2.2 Specimens from tube to bar weldments and tube to plate weldments for bend test
The weld shall be dressed flush on the inside and outside surfaces of the specimen having a surface
finish that does not affect the test result.
Four test segments shall be cut as shown in Figure 8. The cut shall just penetrate beyond the weld and
the heat effected zone.
7.2.5 Test procedures
7.2.5.1 Bend test
Where the dimensions and materials of the test piece are such that a viable bend test cannot be achieved,
an alternative procedure shall be stipulated. Otherwise, the requirements given below shall apply.
16 © ISO 2019 – All rights reserved
Specimens prepared shall be bent round a former of diameter suggested in Table 2. The plane of the
weld shall be positioned at the apex of the bend. Where specimens have been prepared as in Figure 7,
the longer face shall be placed against the former. When bend testing tubular weldments, the number of
the test specimens and their relationship to the wall thickness is given in Table 3.
Table 2 — Suggested bend diameters for selected materials
Material Diameter of former
— carbon steel (0,25 % C max.) 3 t to 4 t
— commercially pure aluminium
— copper
— titanium
— austenitic stainless steel
— carbon steel (over 0,25 % C) 4 t to 5 t
— low alloy steel
— brasses and bronzes
— Al Mn 1
— all other combinations (similar or dissimilar) By agreement between the contracting parties
NOTE t is the specimen thickness or wall thickness.
Specimens prepared in accordance with Figure 8 shall be tested by bending two specimens inwards
and two outwards. The first inwardly bent specimen shall be shortened, if necessary, to give clearance
to itself and the second inward bend. No former shall be used in this test. Bending shall be by light
hammer blows at right-angles to the specimen, in a test rig designed for the purpose.
Table 3 — Location of specimens for bend testing of tubular weldments
Thickness Tension surface
— up to and including 10 mm — 2 inwards and 2 outwards
— above 10 mm to 20 mm — 2 inwards and 2 outwards or all 4 side face
— above 20 mm — all 4 side face
NOTE When making a bend test on a specimen from items from hardenable material, a "knee joint effect" is
obtained on both sides of the HAZ with extreme and unpredictable forces in the boundary area. The specimen
does not adapt to the diameter of the former. Therefore, post-weld heat treatment to reduce HAZ-hardness
can be undertaken prior to performing the bend test, although evaluation procedure can be considered. Also,
consideration is given to surface hardened materials where the hardened area can affect mechanical test results.
7.2.5.2 Alternative tests
Alternative tests (see Table 4) may be used in certain instances.
Table 4 — Examples for testing and examination of test specimens
Extent of testing
Test specimen Test type
A (critical welds) B (non-critical welds)
Visual examination Every weld Every weld
Tensile test 2 specimens —
Bend test 2 specimens 2 specimens
Bar to bar welds or
tube to tube welds
Impact testing 1 or 2 sets of specimens —
Macrosection 1 weld —
Hardness test 1 measurement row —
Visual examination Every weld Every weld
a
Tensile test 2 specimens —
a
Bend test 2 specimens 2 specimens
Tube to bar or tube to
plate welds a
Impact testing 1 or 2 sets of specimens —
Macrosection 1 weld —
Hardness test 1 measurement row —
Depending on the application, two test classes should be distinguished, according to the load:
A: For applications under static stress up to the highest fatigue stress for the parent material.
B: For applications under static stress up to 50 % of the level allowed for the parent material.
a
If the weld configuration allows this kind of testing.
Further details can be found in Annex E.
7.2.6 Acceptance criteria
Each bend test specimen shall be capable of being bent to the angle agreed on by the test specification,
without fracture, although slight tearing shall not be considered a cause for rejection.
NOTE Details of weld imperfections are given in Annex G.
7.3 Welding procedure approval record (WPQR)
All relevant data from the welding of a component needed for approval of a welding procedure
specification as well as all results from the testing of the test weld shall be recorded in a welding
procedure approval record (WPQR).
An example of a recommended WPQR format is shown in Annex H.
7.4 Previous experience
Approval by previous experience is given when it can be shown by authenticated data that the
manufacturer's established production welding procedures have been capable of consistently producing
welds of acceptable quality over a period of time.
7.5 Circumstances mandating requalification
A WPS shall remain qualified unless the following occurs:
— modifications or repairs are made to the machine which affect its welding performance;
— materials or material conditions
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 15620
Deuxième édition
2019-05
Soudage — Soudage par friction des
matériaux métalliques
Welding — Friction welding of metallic materials
Numéro de référence
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ISO 2019
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y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
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Web: www.iso.org
Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Connaissances en soudage . 3
4.1 Procédés . 3
4.1.1 Généralités . 3
4.1.2 Soudage par friction rotative avec entraînement direct . 4
4.1.3 Soudage par friction par accumulation d’énergie (par inertie) . 6
4.1.4 Autres procédés . 8
4.1.5 Agencements utilisés pour le soudage par friction . 8
4.2 Matériaux et combinaisons de matériaux . 8
4.3 Machines de soudage par friction . 9
4.3.1 Généralités . 9
4.3.2 Équipements complémentaires .10
5 Exigences relatives à la qualité .10
5.1 Généralités .10
5.2 Exigences avant le soudage .11
5.2.1 Caractéristiques des matériaux .11
5.2.2 Préparation des pièces à souder .11
5.2.3 Maintien de la pièce .11
5.3 Traitement après soudage .12
5.4 Assurance de la qualité .12
6 Descriptif de mode opératoire de soudage (DMOS) .12
6.1 Généralités .12
6.2 Informations relatives au fabricant .13
6.3 Informations relatives au matériau .13
6.4 Paramètres de soudage .13
6.5 Assemblage .13
6.6 Dispositifs optionnels .13
7 Qualification d’un mode opératoire de soudage .14
7.1 Principes .14
7.2 Essais de qualification d’un mode opératoire de soudage .14
7.2.1 Application .14
7.2.2 Descriptif de mode opératoire de soudage préliminaire (DMOS-p) .14
7.2.3 Nombre d’assemblages d’essai .14
7.2.4 Spécification pour les éprouvettes .15
7.2.5 Modes opératoires d’essai .17
7.2.6 Critères d’acceptation . .19
7.3 Procès-verbal de qualification de mode opératoire de soudage (PV-QMOS) .19
7.4 Expérience acquise .19
7.5 Circonstances justifiant la requalification .19
7.6 DMOS concernant une machine spécifique .20
7.7 Exigences du mode opératoire de requalification .20
8 Personnel soudeur .20
8.1 Opérateur sur machine de soudage par friction .20
8.2 Régleur sur machine de soudage par friction .20
8.3 Personnel de coordination en soudage (coordinateur) .20
Annexe A (informative) Relations entre les paramètres de soudage .21
Annexe B (informative) Autres procédés utilisant la friction .23
Annexe C (informative) Combinaisons de matériaux soudables au moyen du soudage par
friction .26
Annexe D (informative) Lignes directrices pour l’assurance de la qualité .28
Annexe E (informative) Examens et essais .29
Annexe F (informative) Descriptif de mode opératoire de soudage par friction (DMOS) du
fabricant .31
Annexe G (informative) Caractéristiques des éléments soudés par friction .34
Annexe H (informative) Procès-verbal de qualification de mode opératoire de soudage (PV-
QMOS) Approbation du mode opératoire de soudure - Certificat d’essai .40
Bibliographie .43
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Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 44, Soudage et techniques connexes,
sous-comité SC 10, Gestion de la qualité dans le domaine du soudage.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document au Secrétariat de l’ISO/TC 44/SC 10 par le biais de l’organisme national de normalisation de
son pays. Une liste exhaustive desdits organismes se trouve à l’adresse www .iso .org/fr/members .html.
Les interprétations officielles, lorsqu'elles existent sont disponibles depuis la page: https: //committee
.iso .org/sites/tc44/home/interpretation .html.
Cette deuxième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 15620:2000), qui a fait l’objet d’une
révision technique.
Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:
— mise à jour de l’Article 2;
— suppression dans l’Article 3 des termes non mentionnés dans le texte;
— adjonction dans l’Annexe B de 4 nouveaux procédés basés sur le soudage par friction;
— clarification des essais recommandés pour les soudures soumises à essais (adjonction du Tableau 4).
Introduction
Le soudage par friction est une méthode permettant de réaliser des soudures en phase solide, au cours
de laquelle un élément est mis en mouvement et en contact sous pression avec l’autre élément qui lui fait
face, afin de produire de la chaleur aux surfaces de contact, la soudure étant réalisée en appliquant une
force durant l’établissement du mouvement relatif ou après arrêt de celui-ci. Il existe plusieurs formes
d’apport d’énergie et différentes formes de mouvements relatifs.
La température créée à l’interface par la chaleur produite par la friction est notablement plus faible que
celle atteinte par d’autres procédés. C’est la raison principale pour laquelle le soudage par friction est
adapté aux matériaux et aux combinaisons de matériaux qui sont difficiles à souder avec d’autres procédés.
La zone de la soudure est généralement étroite et présente normalement une microstructure fine.
Bien que le procédé de soudage par friction soit principalement utilisé pour les pièces de section
circulaire, il n’exclut pas les pièces ayant d’autres formes.
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NORME INTERNATIONALE ISO 15620:2019(F)
Soudage — Soudage par friction des matériaux métalliques
1 Domaine d’application
Le présent document définit des exigences relatives au soudage par friction d’éléments métalliques.
Il définit des exigences spécifiques au soudage par friction rotative, relatives aux connaissances en
soudage, aux exigences de qualité, au descriptif de mode opératoire de soudage et à la qualification du
mode opératoire de soudage et du personnel en soudage.
Le présent document est applicable lorsqu’un contrat, une norme d’application ou une exigence
réglementaire nécessitent d’apporter la preuve de la capacité d’un fabricant à réaliser une construction
soudée d’un niveau de qualité spécifié. Il a été préparé avec une approche globale, en vue d’être utilisé
en tant que référence dans les contrats. Les exigences indiquées peuvent être adoptées en intégralité, ou
certaines d’entre elles peuvent être supprimées si elles ne sont pas applicables à la construction visée.
2 Références normatives
Le présent document ne contient aucune référence normative.
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/
3.1
effort axial
effort dans la direction axiale entre les pièces à souder
3.2
consommation de matière en phase de friction
perte de longueur pendant la phase de friction
3.3
vitesse de consommation de matière en phase de friction
vitesse de raccourcissement des pièces (3.4) pendant le procédé de soudage par friction
3.4
pièce
élément à souder
3.5
freinage induit par la friction des pièces
réduction de la vitesse de rotation (3.18) provoquée par la friction entre les plans de joint
3.6
freinage externe
freinage situé à l'extérieur réduisant la vitesse de rotation (3.18)
3.7
surface de contact
surface d’une pièce (3.4) destinée à être mise en contact avec la surface d’une autre pièce (3.4) pour
former un assemblage soudé
3.8
effort de forgeage
effort appliqué perpendiculairement aux surfaces de contact (3.7) lorsque le mouvement relatif entre les
pièces (3.4) cesse ou a cessé
3.9
consommation de matière en phase de forgeage
perte de longueur sur les deux pièces (3.4) pendant l’application de l’effort de forgeage (3.8)
3.10
phase de forgeage
intervalle de temps dans le cycle de soudage par friction entre le début et l’arrêt de l’application de
l’effort de forgeage (3.8)
3.11
pression de forgeage
pression (effort par unité de surface) exercée sur les surfaces de contact (3.7), résultant de l’effort de
forgeage (3.8) axial
3.12
temps de forgeage
temps pendant lequel l’effort de forgeage (3.8) est appliqué aux pièces (3.4)
3.13
effort de friction
effort appliqué perpendiculairement aux surfaces de contact (3.7) pendant la durée où les pièces (3.4)
sont en mouvement relatif
3.14
phase de friction
intervalle de temps dans le cycle de soudage par friction durant lequel la chaleur nécessaire à la
réalisation d’une soudure est générée par le mouvement relatif et par le ou les efforts de friction (3.13)
entre les pièces (3.4), correspondant à la période comprise entre l’accostage des pièces (3.4) et le début
de la décélération
3.15
pression de friction
pression (effort par unité de surface) exercée sur les surfaces de contact (3.7), résultant de l’effort axial
de friction
3.16
temps de friction
temps durant lequel il y a un mouvement relatif entre les pièces (3.4) à la vitesse de rotation (3.18) et
sous application de(s) l’effort(s) de friction (3.18)
3.17
interface
zone de contact formée entre les surfaces en contact (3.7) après réalisation de l’opération de soudage
3.18
vitesse de rotation
nombre de tours par minute effectués par une pièce (3.4) en rotation
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3.19
porte à faux
distance sur laquelle une pièce (3.4) dépasse de la mâchoire de serrage ou du mandrin dans la direction
de la pièce (3.4) correspondante
3.20
phase de décélération
intervalle de temps dans le cycle de soudage par friction durant lequel le mouvement relatif des pièces
(3.4) ralentit jusqu’à l’arrêt complet
3.21
temps de décélération
temps nécessaire à la pièce (3.4) en mouvement pour passer de la vitesse de friction à une vitesse nulle
3.22
perte de longueur totale (refoulement)
perte de longueur provoquée par le soudage par friction correspondant à la somme de la consommation
de matière en phase de friction (3.2) et de la consommation de matière en phase de forgeage (3.9)
3.23
temps de soudage total
temps écoulé entre l’accostage des pièces (3.4) et la fin de la phase de forgeage
3.24
cycle de soudage
succession d’opérations effectuées par la machine pour réaliser un assemblage soudé jusqu’au retour à
la position initiale, les opérations de manipulation des pièces (3.4) étant exclues
3.25
assemblage
deux ou plusieurs pièces assemblées par soudage
4 Connaissances en soudage
4.1 Procédés
4.1.1 Généralités
La classification des procédés de soudage par friction est indiquée dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Classification des procédés de soudage par friction
4.1.2 Soudage par friction rotative avec entraînement direct
L’apport d’énergie est fourni par entraînement direct à une vitesse ou à des vitesses de rotation
prédéterminée(s) (voir Figure 1 et Figure 2).
4 © ISO 2019 – Tous droits réservés
Légende
1 moteur d’entraînement
2 frein
3 dispositif de serrage rotatif
4 dispositif de serrage fixe
5 pièce à souder en rotation
6 pièce à souder fixe
7 cylindre de forgeage
Figure 1 — Schéma du soudage par friction rotative avec entraînement direct
Légende
a
1 effort axial Consommation de matière en phase de friction.
b
2 déplacement axial Temps de friction.
c
3 vitesse de rotation Temps de décélération.
d
4 phase de friction Temps de forgeage.
e
5 effort de friction Consommation de matière en phase de forgeage.
f
6 phase de décélération Perte de longueur totale (refoulement).
7 phase de forgeage
8 effort de forgeage
Figure 2 — Schéma des relations types des caractéristiques du soudage par friction à vitesse de
rotation constante (soudage par friction, procédé 42 selon l’ISO 4063)
La broche est soit ralentie à une vitesse prédéterminée, soit arrêtée par un système de freinage
extérieur ou le freinage induit par la friction des pièces. Les principaux paramètres de soudage sont
indiqués ci-dessous et les relations entre ces derniers sont indiquées en Annexe A:
— vitesse(s) de rotation;
— effort(s) de friction prédéterminé(s);
— temps de friction ou consommation de matière en phase de friction;
— effort(s) de forgeage prédéterminé(s);
— temps de forgeage;
— temps de décélération et forgeage retardé.
4.1.3 Soudage par friction par accumulation d’énergie (par inertie)
L’énergie emmagasinée dans un volant d’inertie est utilisée pour le procédé de soudage par friction avec
un freinage induit par la friction entre les pièces (voir Figure 3 et Figure 4).
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Légende
1 moteur d’entraînement
2 volant d’inertie, variable
3 dispositif de serrage rotatif
4 dispositif de serrage fixe
5 pièce à souder en rotation
6 pièce à souder fixe
7 cylindre de forgeage
Figure 3 — Schéma du soudage par friction par inertie
Légende
1 effort axial 6 phase de forgeage
2 déplacement axial 7 effort de forgeage
a
3 vitesse de rotation Perte de longueur totale (refoulement).
b
4 phase de friction Temps de friction.
c
5 effort de friction Temps de forgeage.
Figure 4 — Schéma des relations types des caractéristiques du soudage par friction par inertie
vitesse (soudage par friction, procédé 42 selon l’ISO 4063)
Les principaux paramètres de soudage sont indiqués ci-dessous et les relations entre ces derniers sont
indiquées en Annexe A:
— vitesse de rotation;
— volant d’inertie;
— effort(s) de friction prédéterminé(s);
— effort(s) de forgeage prédéterminé(s).
4.1.4 Autres procédés
D’autres procédés sont indiqués à l’Annexe B.
4.1.5 Agencements utilisés pour le soudage par friction
Les méthodes suivantes de soudage par friction rotative (voir Figure 5) peuvent être différenciées de la
façon suivante:
— soudage par friction avec rotation de l’une des pièces à souder et mouvement linéaire de l’autre
pièce [Figure 5 a)], c’est-à-dire avec une machine de soudage par friction avec broche fixe;
— soudage avec rotation et mouvement linéaire de l’une des pièces à souder, l’autre pièce étant
maintenue fixe [(Figure 5 b)], c’est-à-dire avec une machine de soudage par friction avec broche
coulissante;
— rotation et mouvement linéaire de deux pièces contre une pièce statique positionnée entre elles
[(Figure 5 c)], c’est-à-dire avec une machine de soudage par friction à double tête;
— rotation d’une pièce centrale avec mouvement linéaire de deux pièces placées à ses extrémités
[(Figure 5 d)].
a) b) c) d)
Figure 5 — Méthodes de soudage par friction rotative
4.2 Matériaux et combinaisons de matériaux
L’expérience acquise en soudage par friction de nombreux matériaux métalliques et combinaisons
de matériaux métalliques est déjà assez étendue (voir Annexe C). Les critères de soudabilité pour
d’autres procédés de soudage ne sont pas toujours applicables au soudage par friction. Le soudage par
friction permet de souder un plus grand nombre de matériaux et de combinaisons de ces matériaux
que la plupart des autres procédés de soudage. Les informations indiquées à l’Annexe C reposent sur
les résultats réels obtenus par des soudures d’essai mais elles ne sont pas nécessairement complètes.
Pour de nombreux matériaux et de nombreuses combinaisons de matériaux, il existe des informations
complémentaires qui ne sont applicables qu’à des configurations particulières.
Les facteurs suivants peuvent affecter la qualité du soudage:
— quantité, répartition et forme des inclusions non métalliques dans le (ou les) matériau(x) de base;
— formation de phases intermétalliques dans la soudure;
— formation de phases à bas point de fusion dans la soudure;
8 © ISO 2019 – Tous droits réservés
— porosité du (ou des) matériau(x) de base;
— adoucissement dans la soudure de matériaux durcis;
— durcissement dans la zone affectée thermiquement du métal soudé;
— hydrogène contenu dans le (ou les) matériau(x) de base.
Il peut être possible de pallier certains de ces inconvénients en ajustant les paramètres ou en procédant
à un traitement thermique adapté.
4.3 Machines de soudage par friction
4.3.1 Généralités
Le soudage par friction n’est pas influencé par la position de soudage et peut être mis en œuvre dans
n’importe quel plan.
La conception et la construction des machines dépendent de l’application envisagée; il existe certaines
conditions préalables pour obtenir une production précise et reproductible. Une machine horizontale
de soudage par friction est représentée sur le schéma de la Figure 6.
Légende
1 bâti de la machine 7 dispositif d’élimination du bourrelet
2 poupée fixe avec broche et frein 8 écrans de sécurité
3 mandrin pour pièce tournante 9 groupe d’entraînement hydraulique (non
représenté)
4 dispositif de serrage pour pièce fixe 10 armoire de commande électrique (non représentée)
5 glissières (traverses) 11 tableau de commande de la machine
6 générateur de force
Figure 6 — Diagramme schématique d’une machine horizontale de soudage par friction à
entraînement direct
Le ou les efforts axiaux, les vitesses de rotation ainsi que le temps de soudage sont déterminés en
fonction de l’application. Les autres paramètres qui influent sur la conception de la machine sont la
vitesse d’avance de l’équipage mobile pendant la friction, la consommation de matière en phase de
friction, le point de freinage, le point de forgeage, le couple et le moment d’inertie de la masse en rotation.
Il convient de vérifier la répétabilité et la variation des paramètres de la machine lorsque celle-ci se
trouve à sa température de fonctionnement.
Il convient que la spécification de la machine soit appropriée aux parties à souder.
Il convient d’équiper la machine d’un système de commande automatique, qui, après que les pièces ont
été serrées dans les dispositifs de maintien et dès l’initiation du cycle, effectue un cycle de soudage
contrôlé sans intervention de l’opérateur. Ce dispositif de commande réalise au minimum les opérations
suivantes:
— lancement d’une séquence mettant les surfaces des pièces en contact à une vitesse de rotation
déterminée;
— application et maintien d’un effort ou d’efforts de friction et d’une vitesse relative ou de vitesses
relatives pendant la durée de la phase de chauffage;
— application et maintien de l’effort de forgeage pendant un temps de forgeage déterminé, pour une
distance de forgeage déterminée ou pour une combinaison des deux, afin de réaliser l’assemblage.
Le desserrage des dispositifs de fixation des pièces, qui constitue la fin du cycle des opérations, peut
être effectué automatiquement ou non.
4.3.2 Équipements complémentaires
Les machines de soudage par friction peuvent être équipées des options suivantes:
— équipement de chargement;
— équipement de déchargement;
— unités de tournage pour le dressage, l’élimination du bourrelet, l’usinage;
— unité de cisaillage pour ébavurage du bourrelet;
— extension de mémoire pour programmes de soudage;
— appareil d’identification des soudures;
— orientation angulaire;
— contrôle;
— identification;
— dispositifs d'essai en cours de cycle.
5 Exigences relatives à la qualité
5.1 Généralités
Les règlements et recommandations qui se rapportent aux autres procédés de soudage ne s’appliquent
qu’en partie au soudage par friction.
Il convient d’insister sur la nécessité d’éviter les défauts plutôt que de développer de nouvelles méthodes
pour leur détection. Une condition requise importante pour assurer la qualité de la soudure réside dans
l’uniformité et la constance de la qualité des pièces à souder. Pour cette raison, des mesures adéquates
10 © ISO 2019 – Tous droits réservés
concernant l’assurance qualité doivent être prises pour les opérations effectuées avant soudage,
pendant le soudage et après soudage.
5.2 Exigences avant le soudage
5.2.1 Caractéristiques des matériaux
Afin d’assurer la répétabilité des propriétés des soudures par friction et leur constance au sein d’une
même série soudée par friction, il convient de vérifier les caractéristiques suivantes:
— analyse chimique;
— structure;
— résistance et dureté;
— tolérances dimensionnelles et géométriques;
— conditions de livraison des matériaux à assembler.
5.2.2 Préparation des pièces à souder
Sauf exigence contraire de la spécification de conception, il convient de respecter les exigences
suivantes:
— L’extrémité de chaque pièce doit être préparée de sorte que la surface de contact se situe dans un
plan perpendiculaire à l’axe de rotation, l’extrémité étant coupée à angle droit. Si cela est spécifié,
préparer cette extrémité en lui donnant un profil conique de manière que l’aire de la surface de
contact soit réduite pour la première étape du cycle de soudage. La longueur de la partie conique
ne doit pas dépasser 50 % de la longueur de consommation de matière en phase de friction pour
chaque pièce, et doit être suffisante pour assurer que le plan de l’interface de la soudure se situe sur
la portion parallèle de la pièce, ou dans une position telle qu’indiquée dans le plan convenu entre les
parties contractantes.
— Les salissures, la graisse, la rouille et autres oxydes superficiels ou films de protection doivent
être supprimés des surfaces de contact avant que les pièces ne soient positionnées sur la machine,
à moins qu’il soit démontré que la contamination superficielle n’a aucun effet néfaste sur les
propriétés du joint.
— Les irrégularités superficielles des surfaces de contact, par exemple les trous centraux de tournage,
ne doivent être autorisées que lorsqu’elles n’ont pas d’effets nuisibles.
5.2.3 Maintien de la pièce
Le couple et les efforts axiaux résultant du cycle de soudage par friction sont normalement supportés
par l’outillage. L’effort de serrage ne doit pas être trop important afin de ne pas déformer ou marquer
les pièces au-delà de niveaux acceptables.
Des butées adaptées sont utilisées, chaque fois que possible, pour empêcher les glissements axiaux. Des
bouchons peuvent être utilisés comme support supplémentaire lors du serrage de pièces creuses.
Les pièces à souder doivent être placées dans la machine de manière que leur axe se situe dans les
limites de concentricité et d’alignement prévues.
Pour obtenir l’alignement exigé, il est parfois nécessaire d’usiner ou de nettoyer les surfaces des pièces
devant être serrées.
Une attention particulière doit être accordée à l’outillage et à l’alignement lors du soudage de profils
creux ayant un diamètre extérieur important par rapport à l’épaisseur de la paroi.
Le porte à faux ne doit pas être trop court pour ne pas provoquer de refroidissement inacceptable de
la pièce, ou trop long pour ne pas provoquer de défaut d’alignement inacceptable ou de vibration des
surfaces opposées lors des phases de friction et de forgeage.
Il convient que les deux pièces soient, si possible, serrées de manière que le porte à faux de chacune
d’elles soit égal, sauf si la différence de composition ou de taille des deux pièces justifie qu’elles aient
des porte à faux différents, soit pour obtenir un équilibre thermique, soit pour permettre un maintien
efficace des pièces.
5.3 Traitement après soudage
Si nécessaire, d’autres procédures telles que l’usinage et/ou le traitement thermique après soudage des
soudures par friction doivent être réalisées conformément aux conditions opératoires d’environnement
attendues.
5.4 Assurance de la qualité
Le système de contrôle qualité utilisé doit prendre en considération les facteurs suivants:
— cadence de production et taille de lot;
— dimensions et conception des assemblages;
— les aspects économiques;
— les conditions d’utilisation prévues.
Le système utilisé doit être capable d’assurer que la qualité d’une soudure est maintenue constante et
satisfaisante à l’échelle d’un lot ou à l’échelle unitaire.
Il convient que le système garantisse que les procédures sont en place pour assurer l’étalonnage régulier
de la machine de soudage par friction.
Les procès-verbaux de contrôle qualité, dont la forme et le contenu doivent être convenus entre les
parties contractantes, doivent être conservés.
Des lignes directrices pour le niveau d’assurance qualité à utiliser sont données dans l’Annexe D.
Le choix d’une méthode par essais destructifs ou par contrôles non destructifs dépend de l’utilisation
spécifique des pièces soudées. Une liste des méthodes par essais destructifs et contrôles non destructifs
généralement adaptés pour le soudage par friction est jointe en Annexe E. Divers modes opératoires
d’essais sont proposés pour faciliter le choix de la méthode la plus appropriée.
6 Descriptif de mode opératoire de soudage (DMOS)
6.1 Généralités
Le Descriptif de Mode Opératoire de Soudage (DMOS) doit fournir les détails sur les conditions
d’exécution d’une opération de soudage et doit contenir toutes les informations pertinentes sur la tâche
de soudage.
Le descriptif de mode opératoire de soudage peut couvrir une gamme de sections de pièces à souder.
Par ailleurs, des fabricants peuvent préférer établir des instructions de travail détaillées pour chaque
tâche spécifique de leur programme de production détaillé.
Les pièces utilisées pour la qualification du mode opératoire de soudage doivent être représentatives
de celles utilisées pour la production réelle en ce qui concerne les caractéristiques suivantes:
— composition chimique;
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— état des surfaces de contact;
— traitement thermique;
— géométrie/dimensions de l’assemblage.
Les informations énumérées ci-dessous sont applicables à la plupart des opérations de soudage.
Dans certains cas particuliers, il peut s’avérer nécessaire d’en augmenter ou d’en réduire la liste. Les
informations nécessaires doivent être spécifiées dans le DMOS.
Les plages et les tolérances, établies selon l’expérience du fabricant, doivent être spécifiées si nécessaire.
Un exemple de format recommandé de DMOS est présenté en Annexe F.
6.2 Informations relatives au fabricant
— Identification du fabricant: identification unique.
— Identification du DMOS: désignation alphanumérique (code de référence) relative à une machine
spécifique de soudage par friction.
6.3 Informations relatives au matériau
— Type de matériau: identification du matériau, de préférence par référence à une norme appropriée.
Un DMOS peut couvrir un groupe de matériaux, si accord préalable à la production, voir 7.1.
— Informations relatives à la pièce:
— géométrie;
— dimensions;
— analyse chimique;
— autres informations appropriées.
6.4 Paramètres de soudage
Tous les paramètres importants doivent être indiqués (voir Article 4 et Annexe F).
6.5 Assemblage
— Conception de l’assemblage: un schéma de la conception de l’assemblage, indiquant la position de la
ou des soudures, les détails et les tolérances, peut être réalisé.
— Préparation des pièces: choisir la méthode adaptée pour la préparation de la surface (par exemple,
sciage, tournage).
— Montages:
— Méthodes à utiliser.
— Détails des outillages de préhension et des butées.
6.6 Dispositifs optionnels
Par exemple, dispositifs de formage des bourrelets, supports pour le soudage de tubes à parois minces.
7 Qualification d’un mode opératoire de soudage
7.1 Principes
Le mode opératoire suivant est conçu pour répondre aux applications destinées à des conditions de
service sévères.
Les descriptifs de modes opératoires de soudage pour le soudage par friction doivent être approuvés
préalablement à la production lorsque cela est exigé. Les méthodes de qualification sont:
— qualification par essai du mode opératoire de soudage conformément à 7.2;
— qualification basée sur l’expérience acquise conformément à 7.4.
Le présent document ne rend pas caduques les qualifications de modes opératoires antérieures
effectuées selon des spécifications, à conditions que l'intention des exigences techniques soit satisfaite et
que les précédentes qualifications de modes opératoires correspondent à l’application et à la production
pour lesquelles elles doivent être utilisées. Il convient que la prise en compte des qualifications de modes
opératoires antérieures effectuées selon des normes ou spécifications nationales précédentes soit
convenue entre les parties contractantes au moment de la consultation ou de la signature du contrat.
7.2 Essais de qualification d’un mode opératoire de soudage
7.2.1 Application
Lorsque des essais de qualification de mode opératoire sont exigés, ces essais doivent être réalisés:
— conformément à la norme d’application
— ou conformément aux dispositions 7.2.3 à 7.2.6 si aucune norme d’application n’existe.
7.2.2 Descriptif de mode opératoire de soudage préliminaire (DMOS-p)
Le descriptif de mode opératoire de soudage préliminaire doit être préparé conformément à l’Article 6.
7.2.3 Nombre d’assemblages d’essai
Sauf si des essais plus sévères sont exigés par la spécification de conception ou par d’autres normes, les
exigences relatives au nombre d’essais minimum sont les suivantes:
— au minimum deux assemblages doivent être produits pour la qualification du DMOS;
— au minimum deux assemblages doivent être évalués.
Si l’une des éprouvettes ne respecte pas les critères d’acceptation définis, alors les conditions de soudage
doivent être déterminées à nouveau de manière à satisfaire aux critères convenus, et deux nouvelles
éprouvettes doivent être évaluées.
D'autres essais peuvent être effectués dans certains cas. Le choix des types d'essai et du nombre
d'éprouvettes dépend des exigences de performance, de sécurité et de qualité de la pièce et de
l'assemblage et doit être effectué avant toute qualification. Des exemples sont donnés en 7.2.5.2.
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7.2.4 Spécification pour les éprouvettes
7.2.4.1 Profils pleins - Éprouvettes pour essai de pliage prélevées sur un assemblage de
deux barres
Sauf accord contraire par la spécification d’essai, la soudure doit être arasée et avoir une finition de
surface qui n’affecte pas le résultat. Lorsque des pièces de sections différentes sont assemblées par
soudage, la section la plus importante doit être réduite à celle la moins importante après soudage.
Les éprouvettes doivent être soumises à l’essai si possible dans leur intégralité, ou préparées comme
représenté sur la Figure 7.
Dimensions en millimètres
Légende
1 position de l’interface de la soudure
2 éprouvette pour essai de pliage
NOTE Valeurs indicatives:
— épaisseur: 10 mm nominale;
— largeur: ≥ 25 mm;
— longueur: en fonction de la pièce.
Figure 7 — Préparation des éprouvettes pour essai de pliage de joints entre pièces pleines
S’il est nécessaire de fractionner les éprouvettes en petites éprouvettes, la largeur des éprouvettes
ainsi obtenues ne doit pas être inférieure à 25 mm. Lorsqu’une éprouvette soumise à l’essai représente
moins d’un tiers de la surface totale, des tranches supplémentaires de 10 mm doivent être découpées et
soumises à l’essai.
Lors de la préparation des éprouvettes, les méthodes de coupage qui affectent de façon significative la
structure métallurgique de l’éprouvette ne doivent pas être utilisées.
Lorsque des sections de barres sont soudées sur une tôle ou sur d’autres pièces d’une épaisseur
insuffisante pour permettre de préparer une éprouvette pour essai de pliage, un autre mode opératoire
d’essai doit être convenu entre les parties contractantes.
7.2.4.2 Sections creuses
7.2.4.2.1 Éprouvettes pour essai de pliage prélevées sur assemblages de tubes
La soudure doit être arasée sur les surfaces intérieures et extérieures de l’éprouvette, et sauf accord
contraire par la spécification d’essai, doit avoir une finition de surface qui n’affecte pas le résultat
d’essai.
Quatre éprouvettes doivent être prélevées à intervalles égaux sur la circonférence de l’assemblage
(voir Figure 8). Lors de la préparation des éprouvettes, les méthodes de coupage qui affectent de façon
significative la structure métallurgique de l’éprouvette ne doivent pas être utilisées. Chaque éprouvette
doit être composée d’une bande à flancs parallèles, découpée de manière que la soudure soit positionnée
approximativement au centre.
Chaque éprouvette doit avoir la largeur minimale définie par les Formules (1) et (2):
— pour les tubes ayant un diamètre extérieur inférieur à 50 mm:
t + D / 10 (1)
— pour les tubes ayant un diamètre extérieur supérieur ou égal à 50 mm:
t + D / 20 (2)
où:
t est l’épais
...
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