ISO 3690:2000
(Main)Welding and allied processes — Determination of hydrogen content in ferritic steel arc weld metal
Welding and allied processes — Determination of hydrogen content in ferritic steel arc weld metal
Soudage et techniques connexes — Détermination de la teneur en hydrogène dans le métal fondu pour le soudage à l'arc des aciers ferritiques
La présente Norme internationale spécifie le mode opératoire d'échantillonnage et d'analyse pour la détermination de l'hydrogène diffusible et résiduel dans le métal fondu ferritique résultant du soudage d'aciers ferritiques avec des procédés de soudage à l'arc avec métal d'apport. La captation de l'hydrogène sur mercure est la méthode de référence. A condition que les dimensions de l'éprouvette soient maintenues dans les limites imposées par la taille de l'assemblage d'essai, les variations des paramètres de soudage sont autorisées afin d'étudier leurs influences sur la teneur en hydrogène de la soudure. Les techniques décrites dans la présente Norme internationale constituent une méthode de référence qu'il convient d'utiliser en cas de litige.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 3690
Second edition
2000-12-15
Welding and allied processes —
Determination of hydrogen content
in ferritic steel arc weld metal
Soudage et techniques connexes — Détermination de la teneur en
hydrogène dans le métal fondu pour le soudage à l'arc des aciers
ferritiques
Reference number
ISO 3690:2000(E)
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ISO 2000
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ISO 3690:2000(E)
Contents Page
Foreword.iv
Introduction.v
1 Scope .1
2 Normative reference .1
3 Test procedures.1
3.1 Production of weld specimens.1
3.2 Welding procedures for the production of weld specimens.5
3.3 Measurement of hydrogen in the test weld.13
Annex A (informative) Older methods of measurement.19
Bibliography.20
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ISO 3690:2000(E)
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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this International Standard may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard ISO 3690 was prepared in collaboration with the International Institute of Welding which has
been approved by the ISO Council as an international standardizing body in the field of welding.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 3690:1977), which has been technically revised.
Annex A of this International Standard is for information only.
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ISO 3690:2000(E)
Introduction
During welding processes hydrogen is absorbed by the weld pool from the arc atmosphere. During cooling some of
this hydrogen escapes from the solid bead by diffusion but some also diffuses into the HAZ and parent metal. The
amount which does so depends on several factors such as original amount absorbed, the size of the weld and the
time-temperature conditions of cooling. Other factors being equal, the more hydrogen present in the weld the
greater the risk of cracking. The principal sources of hydrogen in welding are:
� moisture contained in and picked up by electrode coatings and fluxes;
� other hydrogenous materials which may break down in the heat of the arc;
� oil, dirt and grease on the plate surface or trapped in the surface layers of welding wires;
� atmospheric moisture during welding.
Measurements of weld hydrogen level therefore provide the means of deciding the degree to which a given welding
consumable is introducing hydrogen to the weld pool. They may thus help to categorize the sources of hydrogen
and classify different welding consumables. In addition, such measurements provide a starting point for calculating
preheating temperatures and temperatures of heat treatment to remove hydrogen after welding.
Hydrogen is unlike other elements in ferritic weld metal in that it diffuses rapidly at normal room temperatures and
some of it may be lost before an analysis can be made. This, coupled with the fact that the concentrations to be
measured are usually at the parts per million level, means that special sampling and analysis procedures are
needed. In order that results be comparable between different laboratories and can be used to develop hydrogen
control procedures, some international standardization of these sampling and analysis methods is necessary.
It has become clear from work within the International Institute of Welding that the same sampling and analysis
procedure can be used with minor modifications to deal with a number of fusion welding procedures and also for
purposes other than the simple classification of consumables. The purpose of this document is therefore to define a
standardized procedure of sampling and analysis of weld metal for the determination of hydrogen. The essential
features of the International Standard provide for the production of a weld specimen in the form of a rapidly
quenched single bead, and the procedure is described in 3.1; 3.2 of this International Standard gives details of the
procedures to be used when different welding processes are under investigation. The specimen obtained in this
way is then compatible with the recommended analytical techniques specified in 3.3.
There are two principal ways in which this International Standard is intended to be used:
a) To provide information on the levels of weld hydrogen arising from the use of consumables in specific states
(e.g. wet or dry), or as a result of the use of specific welding parameters (e.g. different current levels). For such
purposes the method can be applied with a variety of welding parameters and states of consumable, and these
will be chosen on each occasion in order to provide the specific information sought. It is important however to
state such conditions when results are reported so that misunderstandings can be avoided.
b) To enable consumables to be classified and to assist in quality control. In such cases consumables have to be
treated in like manner — i.e. with fixed conditions of drying temperature and time, welding current and so on.
It is understood that mercury is a hazardous substance, and that its use may be restricted in some countries. It
should be recognized that this International Standard provides a reference method against which all other methods
are to be calibrated. Once a proper calibration of an alternate method against this reference method is established,
normal testing can be conducted with the alternate method. Then the reference method need only be used in rare
instances, such as for checking calibration or in cases of dispute.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 3690:2000(E)
Welding and allied processes — Determination of hydrogen
content in ferritic steel arc weld metal
1 Scope
This International Standard specifies the sampling and analytical procedure for the determination of diffusible and
residual hydrogen in ferritic weld metal arising from the welding of ferritic steel using arc welding processes with
filler metal. Collection of the hydrogen over mercury is the primary method. Provided that the weld specimen size is
maintained within limits dictated by the size of the test block, variations in welding parameters are permissible in
order to investigate the effect of such variables on the weld hydrogen content. The techniques described in this
International Standard constitute a reference method which should be used in cases of dispute.
2 Normative reference
The following normative document contains provisions which, through reference in this text, constitute provisions of
this International Standard. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these
publications do not apply. However, parties to agreements based on this International Standard are encouraged to
investigate the possibility of applying the most recent edition of the normative document indicated below. For
undated references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC
maintain registers of currently valid International Standards.
ISO 14175, Welding consumables — Shielding gases for arc welding and cutting.
3 Test procedures
3.1 Production of weld specimens
3.1.1 Principle
The welding process to be tested is used to deposit a single weld bead which is rapidly quenched and
subsequently stored at�78 °C or lower until required for preparation and analysis.
3.1.2 Welding fixture
A copper welding jig for heat inputs up to 2 kJ/mm, which may be water cooled, is shown in Figure 1. It is designed
to promote the proper alignment and clamping of the test piece assembly by means of the single clamping unit
which is used with a ring spanner or other suitable means. See 3.1.4 for evidence of proper alignment and
clamping. A welding jig without water cooling may be used as long as the same dimensions are retained and as
long as the temperature is controlled in the manner described in 3.1.4 below.
The welding jig shown in Figure 2 will allow the production of test welds with a heat input greater than 2 kJ/mm and
up to about 3 kJ/mm.
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ISO 3690:2000(E)
Dimensions in millimetres
Key
1 Copper block
2 Test piece assembly
3 Copper foil
4 M12 bolt
NOTE Water cooling channels may be used.
a
Dimension Xu 25 mm.
Figure 1 — Welding fixture and test piece assembly for weld deposits made with heat inputs up to 2 kJ/mm
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ISO 3690:2000(E)
Dimensions in millimetres
Key
1 Test piece assembly
2 Water cooling jacket
3 Lever clamp
4 Copper foil is inserted here
A Made of copper
B Made of mild steel
NOTE 1 1 mm copper inserts (not shown) for SA are 300 mm � 45 mm.
NOTE 2 The run-off bead length shall be such that the trailing end of the crater is on the run-off piece but within 25 mm of
the test piece. See distance X in Figure 1 for clarity.
a
135 mm for submerged arc welding or 85 mm for gas or self-shielded welding.
Figure 2 — Welding fixture and test piece assembly for weld deposits made with heat inputs greater than
2 kJ/mm up to 3 kJ/mm
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3.1.3 Test piece assemblies
The test piece assembly shall be prepared from a plain carbon non-rimming steel with a carbon content of not more
than 0,18 % and sulfur content of not more than 0,02 %. The test assembly shall be made according to the
dimensions shown in Figure 3, with a tolerance of � 0,25 mm on all dimensions except the length of the run-on and
run-off pieces. The lengths shown in Figure 3 for the run-on and run-off pieces are suggestions only.
Dimensions in millimetres
Test assembly l = l l et
a b c
Figure 1 45 30 15 10
Reference 3.2.2 135 15 30 10
Figure 2
Reference 3.2.3 85 15 30 10
A/B Run-on / Run-off test piece.
C Centre test piece.
NOTE The centre test piece has the same dimensions in all the three cases.
Figure 3 — Dimensions of the weld test assembly
All surfaces shall be finished at right angles to ensure good contact between adjacent pieces during the welding
operation. Each test piece assembly may be finished with one operation on a surface grinder so as to ensure a
uniform width, or closer dimensional control may be exercised to obtain proper clamping. See 3.1.4 for evidence of
proper clamping.
Prepare three or more sets of test pieces and number them by engraving or stamping the opposite side to that to
be used for welding. Number and degrease each centre test piece in each set. Determine the weight of each centre
test piece (m ) to the nearest 0,01 g. Degas the centre test pieces in a vacuum, or dry inert carrier gas, at
1
650 °C� 10 °C for 1 h and cool in a vacuum or inert carrier gas prior to weighing. It is permissible to degas the
steel from which the test piece assembly is made prior to machining operations, in which case it is not necessary to
degas the centre piece after machining. It is also permissible to degas in air when this is followed by complete
removal of surface oxide by grit blasting with a clean, dry abrasive. In case of dispute, the run-on and run-off pieces
shall also be degassed.
Certain welding processes, such as submerged arc, or those using high current levels, may produce weld beads
incompatible with the dimensions of test piece assembly as shown aligned in Figure 1. In this case, the test
assembly shown in Figure 2 shall be used. The centre test piece is the same for both assemblies: it is rotated 90°
about a vertical axis. The run-on and run-off pieces shall be compatible with the new cross-section and the length
increased to accommodate the longer weld bead. Those welding processes or parameters which necessitate this
alternative test piece assembly are specified in 3.2. For all welding processes the test piece assembly is clamped in
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the welding fixture using annealed copper foil as shown in Figures 1 and 2. The annealed copper foil may be used
to prevent erosion of the fixture. The foil may be annealed repeatedly and quenched in water after each annealing.
Oxide scale after annealing is removed by pickling with dilute nitric acid (10 %) followed by washing with distilled
water and drying.
3.1.4 Welding and test piece storage
The temperature of the welding jig before each weld is made shall be ambient or not more than 25 °Cabove
ambient. If difficulty is caused by condensation of water on the jig and test piece assembly, it will be necessary to
use cooling water thermostatically controlled to ambient temperature or as much as 25 °C higher. Using the
welding process as specified in 3.2, and parameters appropriate to the type of investigation, make a single weld
bead on the test piece assembly that is clamped in the welding jig as shown in Figure 1 or Figure 2.
a) Welding shall be initiated on the run-on piece at a point sufficiently distant from the centre test piece such that
a stable arc and a stable deposit shape are achieved before reaching the centre test piece.
b) Welding shall be terminated with the trailing edge of the crater within 25 mm of the centre piece.
c) After extinction of the arc, and without any delay, the clamp shall be released and the test piece assembly
removed and quenched as rapidly as possible to below room temperature in stirred iced water and then
transferred to a low-temperature bath saturated with solid carbon dioxide, or to liquid nitrogen.
d) Once chilled, the underside of the central test piece shall be examined to assess the uniformity and extent of
heat tinting. Properly aligned and clamped test assemblies shall show parallel and uniform heat tinting of the
underside of the central test piece, and dark oxidation shall not extend to the edges of the underside of the
central test piece.
e) Slag shall be removed, the run-on and run-off pieces broken off and the centre piece returned to cold storage.
The centre pieces may be stored at �78 °C in the solid carbon dioxide bath for a period of up to three days, or
at� 196 °C in liquid nitrogen for a number of weeks if necessary, before analysis.
f) For purposes of classifying welding consumables, during welding of the test assembly, the ambient absolute
humidity shall be at least 3 g of water vapour per 1 000 g of dry air. (This corresponds to 20 °C and 20 %
relative humidity.) When the absolute humidity, measured using a sling hygrometer or other calibrated device,
equals or exceeds this condition, the test shall be acceptable as demonstrating compliance with the
requirements of this International Standard provided that the actual test results satisfy the diffusible hydrogen
requirements of the applicable consumable classification standard.
3.1.5 Recording of data
All welding details such as current, voltage, travel speed, filler metal type and composition, etc. shall be recorded
on the appropriate weld data sheet as given in 3.2. It is particularly important to record atmospheric temperature
and humidity at the welding station. All these data are reported with the analytical results.
3.2 Welding procedures for the production of weld specimens
The welding process under investigation shall have its operating parameters defined so as to permit the production
of a single weld bead on the test piece assembly described in 3.1.
3.2.1 to 3.2.3 describe the procedures for different welding processes.
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3.2.1 Manual metal arc welding
3.2.1.1 Electrodes
The covered electrode to be tested shall be used in one of the following ways:
a) For the purposes of classification, the electrode and the method of deposition of the weld shall be as specified
in the standard with which the electrode complies.
b) For the purposes of investigation, the electrode and welding parameters shall be those given in the specific
welding procedure. If no procedure has been given, then a current which is 90 % of the maximum suggested
by the manufacturer shall be used.
When a predrying treatment is specified, the time and temperature specified by the consumable's manufacturer
shall be used. If a range is given by the manufacturer, e.g. 300 °Cto350 °C, the average shall be used.
Electrodes with cracked or broken coatings shall not be used and electrodes to be tested in the as-received
condition shall be taken from a freshly opened undamaged packet. During any drying treatment the electrodes shall
not touch each other or the side of the oven. During any drying operation a calibrated oven shall be used and the
electrodes shall spend the full specified time at the drying temperature. Only electrodes under test shall be placed
in the oven during this time. When the drying operation is complete, the electrode shall be cooled to ambient
temperature in a container, e.g., a dried borosilicate glass tube sealed with a rubber bung. The electrode shall be
used as soon as possible after it reaches ambient temperature. Any electrodes removed from the drying oven and
not then used shall not be redried and subsequently used for the test.
When electrodes are to be tested in the as-received condition from a hermetically sealed container, the electrodes
shall be protected from moisture pickup once the seal is broken, until each can be welded. Some sealed containers
are resealable. In such a case, each test electrode can be withdrawn individually and the container resealed while
the withdrawn electrode is welded. If the container is not resealable, then all of the test electrodes shall be
withdrawn when the seal is broken, and each electrode shall be individually placed in a dried borosilicate glass
tube sealed with a rubber bung until the electrode is to be used for test.
3.2.1.2 Making the test welds
A copper fixture, such as that shown in Figure 1, shall be used for the alignment and clamping of the test piece
assembly, which uses a 15 mm � 10 mm � 30 mm length centre test piece.
If the classification standard is silent on this matter, the following shall apply. The classification of covered
electrodes is carried out using 4 mm diameter electrodes. In this case the welding current shall be 15 A less than
the maximum or 90 % of the maximum stated by the manufacturer, being controlled within a tolerance of � 10 A.
The speed of welding shall be adjusted to produce 4 g � 0,5 g of deposit on the centre test piece, which is usually
accomplished by an electrode consumption of between 1,2 cm and 1,3 cm per cm of weld.
Three or more test welds shall be made on different test piece assemblies using a different electrode for each weld.
The deposit shall be made, without weaving, along the centre line of the test piece assembly which is usually
aligned as shown in Figure 1. No burning-off prior to testing shall be allowed. The run-on deposit length shall not
exceed 25 mm. The time spent in deposition shall be noted. The trailing end of the crater shall be on the run-off
piece but no further than 25 mm from the central test piece. The unused portion of electrode shall be retained for
measurement. The method of using the welding fixture is described in 3.1.4. When welding is completed, the weld
specimen shall be quenched and may be stored as described in 3.1.4., after which it shall be cleaned and analysed
for hydrogen content as described in 3.3.1.2 to 3.3.1.4.
At the time of welding, due to the influence of atmospheric moisture on the test results, for purposes of classifying
covered electrodes, the arc length shall be maintained as short as possible consistent with maintaining a steady
arc. For all purposes, the details listed in 3.2.1.3 shall be recorded.
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3.2.1.3 Recording of welding data and results report form
The following report sheet gives full details of all the test variables which pertain to the test results.
Report form (diffusible hydrogen, manual metal arc)
Investigating laboratory: Date:
Investigator's name:
Make of electrode: Batch No.:
Type of electrode: Electrode designation:
Diameter of electrode (mm): Overall length of electrode (mm):
Drying treatment °Cfor h
Electrode polarity (d.c.�ve, d.c.�ve or a.c.):
Relative humidity (%) and temperature (°C) at the welding station during welding
Approximate evolution temperature: °C
Hydrogen collection time: d; h
Number of test piece: 1 2 3
Voltage, V; a.c. or d.c.:
Current, A: type of meter:
Welding time, s:
Weld length, mm:
Heat input, kJ/mm:
Electrode length used, mm:
Run-on length, mm:
Mass of deposited metal on test piece, g:
Test piece to crater distance, mm:
Diffusible hydrogen 1 2 3 Average
(a) H , ml/100 g of deposited metal
D
(b) H , ppm of fused metal
F
Other test details not included above:
3.2.2 Submerged arc welding
3.2.2.1 Electrode wire
The diameter of the consumable wire used in the submerged arc welding process is linked to the current used and
to the size of the weld bead. In general this is a high current process with consequently large weld beads.
Therefore it will usually be necessary to use the welding fixture shown in Figure 2.
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ISO 3690:2000(E)
The consumable solid or cored wire to be tested shall be used in one of the following ways:
a) For purposes of classification, the welding parameters shall be the same as those used in the preparation of
the all-weld-metal test assembly for mechanical property determination, with travel speed adjusted to provide a
deposit weight on the centre test piece of 4 g � 0,5 g.
b) For the purposes of investigation, the electrode wire and welding parameters shall be those given in the
specific welding procedure. The use of a solid wire which has been degassed in a vacuum or inert gas at
650 °C for 1 h facilitates the investigation of the effect of welding parameters, and type of flux and its drying
procedure, upon the hydrogen content of the weld.
The arc energy for making the weld is restricted to a maximum of 3 kJ/mm.
3.2.2.2 Flux
When drying is required, the flux shall be dried in one of the following ways:
a) for the purposes of classification, in accordance with the requirements of the standard with which the flux
complies;
b) for the purposes of investigation, in accordance with the manufacturer's recommendations.
At least 1 kg of flux is required for three welds. Drying shall be done in an open container placed in a calibrated
drying oven set at the correct temperature. The maximum flux depth shall be 15 mm.
The flux shall spend the full specified time at the drying temperature and other fluxes shall not be placed in the
oven during this time. When the drying treatment is complete, the flux shall be cooled to ambient temperature in a
sealed container, where it shall remain until required for use. Used flux shall not be re-cycled.
3.2.2.3 Making the test welds
A copper fixture, which may be water-cooled, such as that shown in Figure 2, shall be used for the alignment and
clamping of the test piece assembly. The spring-loaded lever clamp ensures that the applied pressure is uniformly
tight from test to test to ensure good thermal contact.
Water cooling is an essential aid to the rapid through-put of test pieces.
The centre piece remains the same size as described in 3.1, but is aligned with longer run-on and run-off pieces
(135 mm) as shown in Figure 2. The preparation, degassing and use of the test piece assembly is described in 3.1.
The flux is kept at a predetermined constant depth of 30 mm by levelling off along the top of the copper foil inserts
shown in Figure 4. If a different flux depth is specified by the flux manufacturer, then the dimension of the copper
foil shall be modified in order to achieve the specified flux depth. At the end of the copper foil there shall be a
suitable piece of copper foil to contain the flux.
Three or more test welds shall be made on different test piece assemblies. The deposit shall be along the centre
line of the test piece assembly. The time spent in deposition shall be noted. The trailing end of the crater shall be
on the run-off piece but no further than 25 mm from the central test piece. No length for the run-on portion of the
weld deposit is specified, but the length shall be sufficient to achieve arc and deposit stability before reaching the
central test piece. The welding fixture is used as described in 3.1.4.
The range of consumable wire diameters, and therefore the range of currents and welding traverse speeds,
enables variations in welding parameters to be made within the maximum heat input of 3 kJ/mm. Generally, the
values chosen shall be compatible with the welding parameters recommended for a particular wire diameter.
The welding current, polarity, voltage, time, weld length, wire feed and electrode extension (stickout), ambient
temperature and humidity shall also be noted.
After extinction of the arc and without any delay, the test piece assembly shall be released from the fixture and the
test piece quenched, cleaned and stored as described in 3.1.4.
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For all purposes, the details listed in the report form under 3.2.2.4 shall be listed.
Key
1 1 mm copper foil, 40 mm � 300 mm
2 Test piece assembly
3 Welding fixture
Figure 4 — Use of copper foil to maintain constant flux depth
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ISO 3690:2000(E)
3.2.2.4 Recording of welding data and results report form
The following report form gives full details of all the test variables which pertain to the test results.
Report form (diffusible hydrogen, submerged arc)
Investigating laboratory: Date:
Investigator's name:
Electrode diameter, mm: Electrode designation:
Make of electrode: Batch No.:
Type of flux:
Flux maker: Batch No.:
Flux drying temperature and time °Cfo
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 3690
Deuxième édition
2000-12-15
Soudage et techniques connexes —
Détermination de la teneur en hydrogène
dans le métal fondu pour le soudage à l'arc
des aciers ferritiques
Welding and allied processes — Determination of hydrogen content in
ferritic steel arc weld metal
Numéro de référence
ISO 3690:2000(F)
©
ISO 2000
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Sommaire Page
Avant-propos.iv
Introduction.v
1 Domaine d'application.1
2Référence normative .1
3 Mode opératoire d'essai.1
3.1 Fabrication des éprouvettes de soudure .1
3.2 Modes opératoires de soudage pour la réalisation d’éprouvettes.5
3.3 Mesurage de l'hydrogène dans l'éprouvette soudée .12
Annexe A (informative) Anciennes méthodes de mesurage.19
Bibliographie .20
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ISO 3690:2000(F)
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 confiéeaux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude aledroit de fairepartie ducomité
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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 3.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour
vote. Leur publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités
membres votants.
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments delaprésente Norme internationale 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.
La Norme internationale ISO 3690 a étéélaborée en collaboration avec l’Institut international de la soudure, qui a
été agréé comme organisme de normalisation international dans le domaine du soudage par le Conseil de l’ISO.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 3690 :1977), dont elle constitue une révision
technique.
L’annexe A de la présente Norme internationale est donnée uniquement à titre d’information.
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Introduction
Lors du soudage, l'hydrogène présent dans l'atmosphère de l'arc est absorbé par le bain de fusion. Lors du
refroidissement, une partie de cet hydrogène se dégage par diffusion du cordon de soudure solidifié, mais une
autre partie diffuse dans la zone thermiquement affectée (ZAT) et dans le métal de base. La quantité que
représente cette dernière partie dépend de plusieurs facteurs, tels que la quantité initiale d'hydrogène absorbé,les
dimensions de la soudure et les conditions de refroidissement (temps et température). Les autres facteurs étant
constants, plus il y a d'hydrogène dans la soudure et plus le risque de fissuration est élevé. Les principales sources
d'hydrogène en soudage sont:
� l'humidité présente et captée dans les flux et les enrobages d'électrodes;
� les autres éléments contenant de l'hydrogène susceptibles de se décomposer à la chaleur de l'arc;
� l'huile, les impuretés et la graisse à la surfacedelatôle ou bien piégées dans les couches superficielles des
fils-électrodes;
� l'humidité atmosphérique lors du soudage.
Les mesurages du niveau de la teneur en hydrogène de la soudure fournissent les moyens d’évaluer, pour un
produit consommable pour le soudage donné, son degré d’apport d'hydrogène dans le bain de fusion. Elle peut
ainsi permettre la détermination des diverses catégories de sources d'hydrogène et la classification des différents
produits consommables pour le soudage. De plus, de tels mesurages constituent un point de départ pour le calcul
des températures de préchauffage et de traitement thermique afin d’éliminer l'hydrogène après soudage.
L'hydrogène est différent des autres éléments contenus dans le métal fondu ferritique car il diffuse rapidement à
température ambiante, et une partie peut ainsi être éliminée avant la réalisation de l’analyse. Ceci, associé au fait
que les concentrations à mesurer sont généralement de l’ordre de quelques parties par million, implique l’emploi de
méthodes d'échantillonnage et d'analyse spéciales. Afin de comparer les résultats entre différents laboratoires et
de pouvoir les utiliser pour développer des procédures de maîtrise de l'hydrogène, une normalisation des
méthodes d'échantillonnage et d'analyse est nécessaire à l'échelle internationale.
Les travaux réalisés au seindel’Institut International de la Soudure ont permis de constater que le même mode
opératoire d'échantillonnage et d'analyse peut être utilisé, avec quelques modifications mineures pour un certain
nombre de modes opératoires de soudage par fusion et également à d'autres fins que la seule classification des
produits consommables. Le but du présent document est donc de définir un mode opératoire normalisé
d'échantillonnage et d'analyse du métal fondu pour la détermination de la teneur en hydrogène. Les dispositions
essentielles de la présente Norme internationale prévoient la réalisation d'une éprouvette de soudage, selon le
mode opératoire décrit en 3.1, comportant un cordon unique trempé. Le paragraphe 3.2 donne les détails des
modes opératoires à utiliser lorsque l'étude porte sur différents procédés de soudage. L’éprouvette ainsi obtenue
est compatible avec les techniques analytiques recommandées spécifiées en 3.3.
La présente Norme internationale est destinée à remplir deux fonctions principales:
a) Fournir des informations sur les niveaux de teneur en hydrogène de la soudure suite à l'utilisation de produits
consommables dans des conditions spécifiques (par exemple humides ou sèches) ou à l'emploi de
paramètres de soudage spécifiques (par exemple différentes valeurs de courant). Pour ce faire, cette méthode
peut être utilisée avec divers paramètres de soudage et états du produit consommable, qui seront dans
chaque cas choisis de façon à fournir les renseignements spécifiques recherchés. Toutefois, afin d'éviter tout
malentendu, il est important d'indiquer quelles sont ces conditions lorsque les résultats sont consignés.
b) Permettre la classification des produits consommables et aider à la maîtrise de la qualité. Dans ce cas, les
produits consommables doivent tous être traitésdelamême manière, c'est-à-dire dans des conditions fixées
de température et de temps de séchage, de courant de soudage, etc.
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Il est reconnu que le mercure est une substance dangereuse, et que son utilisation peut être limitée dans plusieurs
pays. Il convient de reconnaître que la présente Norme internationale fournit une méthode de référence pour
l’étalonnage de toutes autres méthodes. Une fois l’étalonnage d’une autre méthode réalisé par rapport à cette
méthode de référence, les essais classiques peuvent être entrepris avec cette méthode de remplacement. Ainsi, la
méthode de référence nécessite d’être utilisée dans de rares occasions telles que la vérification de l’étalonnage ou
en cas de litige.
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NORME INTERNATIONALE ISO 3690:2000(F)
Soudage et techniques connexes — Détermination de la teneur en
hydrogène dans le métal fondu pour le soudage à l'arc des aciers
ferritiques
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale spécifie le mode opératoire d'échantillonnage et d'analyse pour la détermination
de l'hydrogène diffusible et résiduel dans le métal fondu ferritique résultant du soudage d'aciers ferritiques avec
des procédés de soudage à l'arcavecmétal d'apport. La captation de l'hydrogène sur mercure est la méthode de
référence. À condition que les dimensions de l'éprouvette soient maintenues dans les limites imposées par la taille
de l’assemblage d'essai, les variations des paramètres de soudage sont autorisées afin d'étudier leurs influences
sur la teneur en hydrogène de la soudure. Les techniques décrites dans la présente Norme internationale
constituent une méthode de référence qu’il convient d’utiliser en cas de litige.
2Référence normative
Le document normatif suivant contient des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite, constituent des
dispositions valables pour la présente Norme internationale. Pour les références datées, les amendements
ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s’appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes aux accords
fondés sur la présente Norme internationale sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer l'édition la plus
récente du document normatif indiqué ci-après. Pour les références non datées, la dernière édition du document
normatif en référence s’applique. Les membres de l'ISO et de la CEI possèdent le registre des Normes
internationales en vigueur.
ISO 14175, Produits consommables pour le soudage — Gaz de protection pour le soudage et le coupage à l'arc.
3 Mode opératoire d'essai
3.1 Fabrication des éprouvettes de soudure
3.1.1 Principe
Le procédé de soudage, objet de l'essai, est utilisé pour déposer un cordon de soudure unique qui est trempé et
entreposé ensuite à une température de� 78 °Couinférieure comme exigée par la préparation et l'analyse.
3.1.2 Montage de soudage
La Figure 1 montre un gabarit de soudage en cuivre qui peut être refroidi à l’eau pour des énergies de soudage
allant jusqu'à 2 kJ/mm. Il est conçu pour assurer l'alignement et le blocage corrects des assemblages d'essai par
un dispositif de serrage unique à réglage par une cléà œil ou par d'autres moyens adaptés. Voir en 3.1.4, la
manière d'obtenir un alignement et un bridage corrects. Un gabarit de soudage sans refroidissement par eau peut
être utiliséà condition que les mêmes dimensions soient retenues et que la température soit maîtriséedela
manière décrite en 3.1.4.
Le montage de soudage représentéà la Figure 2 permet l'exécution des soudures d'essai avec une énergie de
soudage supérieure à 2 kJ/mm et limitée à environ 3 kJ/mm.
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Dimensions en millimètres
Légende
1Blocdecuivre
2 Assemblage d’essai
3 Feuillard de cuivre
4 Boulon M12
NOTE Les canaux de refroidissement par circulation d'eau peuvent être utilisés.
a
Xu 25 mm.
Figure 1 — Montage de soudage et assemblage d’essai pour un dépôt soudé réalisé avec une énergie de
soudage limitée à 2kJ/mm
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Dimensions en millimètres
Légende
1 Assemblage d’essai
2 Refroidissement par eau
3 Levier de bridage
4 Feuillard de cuivre à insérer ici
A Fabriqué en cuivre
B Fabriqué en acier doux
NOTE 1 Les inserts de cuivre d’épaisseur 1 mm (non illustrés) sont de dimensions 300 mm � 45 mm pour le soudage sous
flux.
NOTE 2 La longueur du cordon sur l'appendice doit être telle que le bord fuyant du cratère soit sur l'appendice de fin mais au
plus à 25 mm de la pièce d'essai. Voir la distance X à la Figure 1 pour plus d’explication.
a
135 mm pour soudage à l’arc sous flux ou 85 mm pour soudage avec ou sans gaz de protection.
Figure 2 — Montage de soudage et assemblage d’essai pour des dépôts soudésréalisésavecdes énergies
de soudage supérieures à 2 kJ/mm et limitées à 3kJ/mm
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3.1.3 Assemblages d'essai
L’assemblage d'essai doit être préparé avec un acier plat au carbone non effervescent contenant une teneur en
carbone inférieure à 0,18 % et une teneur en soufre inférieure à 0,02 %. L’assemblage d’essai doit être exécuté
conformément aux dimensions données à la Figure 3 avec une tolérance de � 0,25 mm sur toutes les dimensions,
à l’exception des longueurs des appendices de fin et de début de pièce. Les longueurs des appendices de fin et de
début de pièce sont données à la Figure 3, à titre indicatif seulement.
Dimensions en millimètres
Assemblage d’essai l = l l et
a b c
Figure 1 45 30 15 10
Paragraphe 3.2.2 135 15 30 10
Figure 2
Paragraphe 3.2.3 85 15 30 10
A/B Appendices de début et de fin de pièce d’essai.
C Partie centrale de la pièce d’essai.
NOTE La partie centrale de la pièce d’essai a les mêmes dimensions dans les trois
cas.
Figure 3 — Dimensions de l'assemblage d'essai de soudage
Toutes les surfaces doivent se rejoindre à angle droit pour assurer un bon contact avec les pièces adjacentes
pendant l'opération de soudage. Chaque assemblage d'essai peut être fini par une rectification des surfaces pour
obtenir une largeur uniforme, ou bien une maîtrise plus sévère des dimensions peut être adoptée pour obtenir un
bridagecorrect. Voir en3.1.4,lamanière de réaliser un bridage correct.
Trois jeux, ou plus, de pièces d’essai sont préparéset numérotés par gravure ou par poinçonnage du côté opposé
à celui utilisé pour le soudage. Numéroter et dégraisser la partie centrale de la pièce d’essai de chaque jeu.
Déterminer le poids de chaque partie centrale de la pièce d’essai (m ) à 0,01 g près. Dégazer la partie centrale de
1
la pièce d’essai sous vide, ou sous gaz inerte sec, à 650 °C � 10 °C pendant 1 h et refroidir sous vide ou sous gaz
inerte avant pesage. Il est permis de dégazer l'acier qui constitue l'assemblage d'essai avant les opérations
d'usinage, auquel cas il n'est pas nécessaire de dégazer la partie centrale de la pièce d’essai après usinage. Il est
également permis de dégazer dans l’air lorsque cette opération est suivie par une élimination complète des oxydes
de surface par sablage avec des abrasifs propres et secs. En cas de litige, les appendices de début et de fin de
pièce doivent aussi être dégazés.
Certains procédés de soudage, tels que le soudage à l'arc sous flux, ou ceux qui utilisent des intensités de courant
élevées, peuvent produire des cordons de soudure incompatibles avec les dimensions de l'assemblage d'essai
aligné tel que représentéà la Figure 1. Dans ce cas, l’assemblage d’essai représentéà la Figure 2 doit être utilisé.
La partie centrale de la pièce d’essai est la même pour les deux assemblages: elle est tournéede90° selon l’axe
vertical. Il convient que les appendices de début et de fin de pièce soient compatibles avec la nouvelle section et
que la longueur soit augmentée pour l'adapter à un cordon de soudure plus long. Les procédés de soudage ou
paramètres de soudage qui nécessitent cet autre assemblage d'essai sont indiqués en 3.2. Pour tous les procédés
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de soudage, l'assemblage d'essai est bridé dans le montage de soudage en utilisant un feuillard de cuivre recuit
comme indiqué aux Figures 1 et 2. Le feuillard de cuivre recuit peut être utilisé pour prévenir l'usure du montage.
Le feuillard peut être recuit plusieurs fois et trempé dans l'eau après chaque opération de recuit. La couche d'oxyde
issue du recuit est enlevéepar décapage avec de l'acide nitrique dilué (10 %) suivi d'un rinçage à l'eau distilléeet
d'un séchage.
3.1.4 Soudage et stockage des pièces d’essai
La température du gabarit de soudage avant chaque opération de soudage doit être la température ambiante ou
une température au plus supérieurede25 °C à la température ambiante. Si des difficultés sont dues à la
condensation d'eau sur le gabarit ou sur l’assemblage d’essai, il est nécessaire d'utiliser de l'eau de
refroidissement régulée par thermostat à la température ambiante ou à une température au plus supérieure
de 25 °C à la température ambiante. Au moyen du procédé de soudage défini en 3.2, et des paramètres
appropriés pour le type d'investigation, effectuer un cordon de soudure unique sur l'assemblage d'essai qui est
bridé dans le gabarit de soudage comme indiquéà la Figure 1 ou à la Figure 2.
a) Le soudage doit être commencé sur l’appendice de début de pièce à un point suffisamment éloigné de la
partie centrale de la pièce d’essai pour qu’un arc et une forme de dépôt stable soient obtenus avant d’atteindre
cette partie.
b) Le soudage doit être terminé avec le bord fuyant du cratère situéà 25 mm du centre de la pièce.
c) Après extinction de l'arc, et sans aucun délai, débrider le montage, enlever et tremper aussi rapidement que
possible l’assemblage d’essai dans de l'eau glacéeagitée pour le ramener au-dessous de la température
ambiante, et ensuite, le transférer dans un bain à basse température saturé avec de la neige carbonique
(dioxyde de carbone) ou dans de l'azote liquide.
d) Une fois refroidie, la face inférieure de la partie centrale de la pièce d’essai doit être examinée pour estimer
l'uniformité et l'étendue de la coloration due à la chaleur. Correctement alignéset bridés, les assemblages
d’essai présentent une coloration due à la chaleur parallèle et uniforme sur la face inférieure de la partie
centrale de la pièce d’essai et une oxydation de couleur sombre ne doit pas s'étendre jusqu'aux bords de la
face inférieure de la partie centrale d’essai.
e) Enlever le laitier, casser les appendices de début et de fin de pièce puis replacer la partie centrale de la pièce
en stockage au froid. Les parties centrales des pièces d’essai peuvent être stockées avant analyse à � 78 °C
dans un bain de dioxyde de carbone solide pour une durée maximale de trois jours, ou à � 196 °C dans l'azote
liquide durant plusieurs semaines, si nécessaire.
f) Dans le but de classifier des produits consommables pour le soudage, l’humidité ambiante absolue doit être
au moins de 3 g de vapeur d’eau pour 1 000 g d’air sec pendant le soudage de l’assemblage d’essai. (Cela
correspond par exemple à 20 °Cet20% d’humidité relative.) Si l’humidité absolue, mesuréeenutilisantun
psychromètre portatif ou un autre dispositif étalonné,est égale ou dépasse cette condition, l’essai doit être
considéré comme satisfaisant aux exigences de la présente Norme internationale à condition que les résultats
réels de l’essai satisfassent les exigences de teneur en hydrogène diffusible de la norme de classification de
produit consommable applicable.
3.1.5 Enregistrement des données
Toutes les informations relatives au soudage telles que le courant, la tension, la vitesse de soudage, le type de
produit d'apport et sa composition, etc. doivent être enregistrées sur la feuille de données de soudage appropriée
telle que donnée en 3.2. Il est particulièrement important d’enregistrer la température et l'humidité atmosphériques
au poste de soudage. Toutes ces données sont consignées avec les résultats de l'analyse.
3.2 Modes opératoires de soudage pour la réalisation d’éprouvettes
Pour le procédé de soudage à l'étude, les paramètres doivent être définis de façon à permettrelaréalisation d'un
cordon de soudure unique sur l'assemblage d'essai décrit en 3.1. Les paragraphes 3.2.1 à 3.2.3 décrivent les
modes opératoires pour différents procédés de soudage.
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3.2.1 Soudage manuel à l'arc avec électrode enrobée
3.2.1.1 Électrodes
L'électrode enrobéesoumise à l’essai doit être utilisée de l'une des manières suivantes:
a) Dans un but de classification, l'électrode et la méthode de dépôt de la soudure doivent être telles que
spécifiées dans la norme applicable à l'électrode.
b) Dans un but d'analyse, l'électrode et les paramètres de soudage doivent être ceux donnés dans le mode
opératoire de soudage spécifique. Si aucun mode opératoire n'a été donné, utiliser alors un courant qui
représente 90 % de l'intensité maximale proposée par le fabricant.
Lorsqu'un traitement d'étuvage préalable est spécifié, la duréeet la température spécifiées par le fabricant de
produits consommables doivent être utilisées. Si le fabricant propose une plage, par exemple 300 °C à 350 °C, la
valeur moyenne doit être utilisée.
Les électrodes dont l'enrobage est fissuré ou cassé ne doivent pas être utilisées et les électrodes devant être
soumises à l’essai dans l'état de livraison doivent être prélevées dans un paquet non endommagé et ouvert
récemment. Durant tout traitement d'étuvage les électrodes ne doivent pas se toucher ni être en contact avec la
paroi de l'étuve. Durant toute opération d'étuvage, une étuve étalonnéedoit être utiliséeet les électrodes doivent
passer la totalité du temps spécifiéà la température d’étuvage. Seules les électrodes soumises à l’essai doivent
être placées dans l'étuve pendant cette période. Lorsque l'opération d’étuvage est achevée, l'électrode doit être
refroidie à la température ambiante dans un récipient, par exemple, un tube sec en verre borosilicaté, obturé avec
un bouchon de caoutchouc. Il faut utiliser l’électrode dès que possible après avoir atteint la température ambiante.
Toute électrode retiréedel'étuve et non utiliséeimmédiatement ne doit pas être à nouveau étuvéeet
postérieurement soumise à l’essai.
Lorsque les électrodes, conditionnées dans un emballage étanche, doivent être soumises à l’essai dans les
conditions de réception, elles doivent être protégées de la reprise d’humidité, une fois l'étanchéité rompue, jusqu'à
ce que chacune soit utilisée. Certains de ces conditionnements étanches sont réutilisables. Dans ce cas, chaque
électrode soumise à l’essai peut être prélevée individuellement et le conditionnement refermé pendant que
l'électrode prélevée est utilisée. Si le conditionnement n'est pas réutilisable, alors il faut que toutes les électrodes
soumises à l’essai soient prélevées une fois l'étanchéité rompue, et que chaque électrode soit individuellement
placée dans un tube sec en verre borosilicaté,fermé avec un bouchon en caoutchouc, jusqu'à ce que l'électrode
soit soumise à l’essai.
3.2.1.2 Exécution des soudures d'essai
Un montage en cuivre tel que représentéà la Figure 1, doit être utilisé pour l'alignement et le bridage de
l'assemblage d'essai utilisant des parties centrales de la pièce d’essai de dimensions 15 mm � 10 mm � 30 mm.
Si la norme de classification ne traite pas de ce sujet, ceci doit être appliqué: la classification des électrodes
enrobées est réaliséeaumoyen d'électrodes de 4 mm de diamètre. Dans ce cas, l’intensité du courant de soudage
doit être inférieure de 15 A à l'intensité maximale ou égale à 90 % de l'intensité maximale préconisée par le
fabricant, et maîtriséeavec unetolérance de� 10 A. La vitesse de soudage doit être ajustée de manière à produire
un dépôtde4g� 0,5 g sur la partie centrale de la pièce d’essai, ce qui est généralement obtenu par la fusion
d'une électrode à raison de 1,2 cm à 1,3 cm par centimètre de soudure.
Trois soudures d'essai ou plus sont effectuées sur différents assemblages d'essai en utilisant une électrode
différente pour chaque soudure. Le dépôt doit être réalisé, sans balayage, selon l'axe de l'assemblage d'essai qui
est généralement aligné comme indiquéà la Figure 1. Aucun amorçage avant l'essai n’est autorisé. La longueur du
dépôtsur l’appendice de début ne doit pas dépasser 25 mm. La duréedudépôtdoit être notée. Le cratère de fin
de soudure doit se trouver sur l'appendice de fin mais ne doit pas être éloigné de plus de 25 mm de la partie
centrale de la pièce d’essai. Conserver le mégot de l'électrode pour mesurage. Le mode d'emploi du montage de
soudage est décrit en 3.1.4. Lorsque la soudure est achevée, l’éprouvette est trempée et peut être stockéecomme
décrit en 3.1.4, après quoi, elle est nettoyéeet analysée pour déterminer la teneur en hydrogène comme décrit de
3.3.1.2 à 3.3.1.4.
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Dans un but de classification des électrodes enrobées et en raison de l'influence de l'humidité atmosphérique sur
les résultats de l'essai au moment du soudage, la longueur de l'arc doit être maintenue aussi courte que possible
tout en étant compatible avec le maintien d'un arc stable. À toutes fins utiles, les informations listées en 3.2.1.3
doivent être enregistrées.
3.2.1.3 Fiche d'enregistrement des données de soudage et compte rendu des résultats d'essai
La fiche de compte rendu suivante fournit la totalité des informations pour toutes les variables concernant les
résultats d'essai.
Fiche de compte rendu (hydrogène diffusible, soudage manuel à l’arc avec électrode enrobée)
Laboratoire d'analyse: Date:
Nom de l’opérateur:
Marque de l'électrode: Lot n°:
Type de l'électrode: Désignation de l'électrode:
Diamètre de l'électrode (mm): Longueur totale de l'électrode (mm):
Étuvageà…°C pendant … h
Polarité de l'électrode (c.c.�,c.c.� ou c.a.):
Humidité relative … (%) et température de …(°C) au poste de soudage pendant le soudage
Évolution approximative de la température: °C
Duréedecollectede l'hydrogène: … jour(s); … h
Numéro de la pièce d’essai: 1 2 3
Tension, V; c.a. ou c.c.:
Intensité,A;Typed'ampèremètre:
Temps de soudage, s:
Longueur de la soudure, mm:
Énergie de soudage, kJ/mm:
Longueur d'électrode utilisée, mm:
Longueur du dépôtsur l’appendice de début, mm:
Masse du métal déposé sur la pièce d’essai, g:
Distance du cratère à la pièce d’essai, mm:
Hydrogène diffusible 1 2 3 Moyenne
(a) H ,ml/100gdemétal déposé
D
(b) H , ppm du métal fondu
F
Autres informations non incluses ci dessus:
3.2.2 Soudage à l'arc sous flux
3.2.2.1 Fil-électrode
Le diamètredufil d’apport utilisé pour le procédé de soudage à l'arc sous flux est lié au courant utilisé et à la
dimension du cordon de soudure. En général, ce procédé utilise des courants élevéset en conséquence produit de
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larges cordons. Par conséquent, il est souvent nécessaire d'employer le montage de soudage représentéà la
Figure 2.
Le fil d’apport, massif ou fourré, à soumettre à l’essai doit être utilisé selon l'une des façons suivantes:
a) Dans un but de classification, les paramètres de soudage doivent être ceux utilisés dans la préparation des
assemblages d’essai du métal fondu hors dilution pour la détermination des propriétésmécaniques, avec une
vitesse d’avance réglée pour obtenir une masse déposéede 4g� 0,5 g sur la partie centrale de la pièce
d’essai.
b) Dans un but d’étude, le fil-électrode et les paramètres de soudage doivent être ceux donnésdanslemode
opératoire de soudage spécifique. L'utilisation d'un fil massif qui a été dégazé sous vide ou sous gaz inerte à
650 °C pendant 1 h permet l'étude de l’influence de
...
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