Welding and allied processes — Guidelines for measurement of welding energies

The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in ISO/TR 18491:2015 and are indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies. ISO 15607, Specification and qualification of welding procedures for metallic materials ? General rules ISO 17662, Welding ? Calibration, verification and validation of equipment used for welding, including ancillary activities ISO/TR 17671 (all parts), Welding ? Recommendations for welding of metallic materials

Soudage et techniques connexes — Lignes directrices pour le mesurage des énergies de soudage

L'ISO/TR 18491:2015 donne des indications pour la mesure des paramètres nécessaires au calcul des énergies de soudage pour les procédés de soudage à l'arc.

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05-May-2015
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ISO/TR 18491:2015 - Welding and allied processes -- Guidelines for measurement of welding energies
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ISO/TR 18491:2015 - Soudage et techniques connexes -- Lignes directrices pour le mesurage des énergies de soudage
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TECHNICAL ISO/TR
REPORT 18491
First edition
2015-05-01
Welding and allied processes —
Guidelines for measurement of
welding energies
Soudage et techniques connexes — Lignes directrices pour le
mesurage des énergies de soudage
Reference number
ISO/TR 18491:2015(E)
ISO 2015
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/TR 18491:2015(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2015, Published in Switzerland

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written permission. Permission can be requested from either ISO at the address below or ISO’s member body in the country of

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Fax +41 22 749 09 47
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www.iso.org
ii © ISO 2015 – All rights reserved
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ISO/TR 18491:2015(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 General ............................................................................................................................................................................................................................ 2

5 Apparatus ..................................................................................................................................................................................................................... 2

6 Determination of arc energy .................................................................................................................................................................... 2

7 Measurement parameters .......................................................................................................................................................................... 3

7.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 3

7.2 Arc voltage .................................................................................................................................................................................................. 3

7.3 Welding current ..................................................................................................................................................................................... 4

7.4 Instantaneous energy or instantaneous power .......................................................................................................... 4

7.5 Travel speed and length .................................................................................................................................................................. 4

8 Calibration and validation of measuring instruments ................................................................................................. 4

Annex A (informative) Range of power supply types and measurement methods ..............................................5

Bibliography ................................................................................................................................................................................................................................ 7

© ISO 2015 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/TR 18491:2015(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.

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 on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity

assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical Barriers

to Trade (TBT), see the following URL: Foreword — Supplementary information.

The committee responsible for this document is ISO/TC 44, Welding and allied processes, Subcommittee

SC 10, Unification of requirements in the field of metal welding.
iv © ISO 2015 – All rights reserved
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ISO/TR 18491:2015(E)
Introduction

Welding “arc energy” or “heat input” are fundamental values used to manage the consistency of weld

metal and heat-affected zone properties. ISO 15614 requires the measurement of the welding energies

implemented during a welding procedure qualification, but it does not give details about the methods to

be used. Likewise, during the construction of a welded assembly, inspectors should make sure that the

welding energies comply with the Welding Procedure Specification (WPS). But again, the details of the

methods to be used are not specified. As a consequence, there may be a lack of consistency between the

methods used to measure the welding energies during welding of the test piece and the methods used

during the manufacturing process. This is a potential source of error which could have implications on

the safety or quality of a welded component or structure.

Moreover, the latest technological breakthroughs in microprocessors and electrical power manipulation

have yielded welding power sources and control systems that are capable of generating complex

waveforms. However, these control systems and waveforms increase the difficulties related to voltage

and current intensity measurements, as their values are manipulated at frequencies which can reach

thousands of Hertz. The measuring instruments generally used by inspectors, such as TRMS clamp

meters, can no longer be relied on to correctly measure the welding energy since differences exceeding

30 % with respect to the true energy can sometimes be found.

This Technical Report provides guidance on how to accurately measure welding energy and calculate

heat input, both in the case of traditional welding systems and those that employ complex waveforms.

© ISO 2015 – All rights reserved v
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TECHNICAL REPORT ISO/TR 18491:2015(E)
Welding and allied processes — Guidelines for
measurement of welding energies
1 Scope

This Technical Report presents the guidelines for measuring the parameters needed to calculate arc

energies for arc welding processes.
2 Normative references

The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are

indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated

references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 15607, Specification and qualification of welding procedures for metallic materials — General rules

ISO 17662, Welding — Calibration, verification and validation of equipment used for welding, including

ancillary activities

ISO/TR 17671 (all parts), Welding — Recommendations for welding of metallic materials

3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 15607 and ISO/TR 17671 (all

parts) and the following apply.
3.1
arc energy
product of welding voltage and current divided by travel speed of welding

Note 1 to entry: The often-used term “heat input” is more correctly the arc energy modified by an arc efficiency factor.

3.2
waveform controlled welding

welding process modification of the voltage and/or current wave shape to control characteristics such

as droplet shape, penetration, wetting, bead shape, or transfer mode(s)
3.3
instantaneous energy

welding energy determined by summing the product of current and voltage measurements made at

rapid intervals which capture brief changes in the welding waveform
3.4
instantaneous power

welding power determined by averaging the product of current and voltage measurements made over

time at rapid intervals which capture brief changes in the welding waveform
3.5
run out length
length of a run produced by the melting of a covered electrode
[SOURCE: ISO/TR 17671-2:2002, 3.2]
© ISO 2015 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO/TR 18491:2015(E)
4 General

The term “heat input” is often used to describe two different concepts. In this Technical Report, these

concepts are identified as heat input and as arc en
...

RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 18491
Première édition
2015-05-01
Soudage et techniques connexes —
Lignes directrices pour le mesurage
des énergies de soudage
Welding and allied processes — Guidelines for measurement of
welding energies
Numéro de référence
ISO/TR 18491:2015(F)
ISO 2015
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ISO/TR 18491:2015(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2015

Droits de reproduction réservés. Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée

sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur

l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à

l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
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Web www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2015 – Tous droits réservés
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ISO/TR 18491:2015(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d’application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Généralités .................................................................................................................................................................................................................. 2

5 Appareils de mesure ......................................................................................................................................................................................... 2

6 Détermination de l’énergie électrique de l’arc ..................................................................................................................... 3

7 Paramètres de mesurage ............................................................................................................................................................................. 3

7.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 3

7.2 Tension à l’arc .......................................................................................................................................................................................... 4

7.3 Courant de soudage ............................................................................................................................................................................ 4

7.4 Énergie instantanée ou puissance instantanée........................................................................................................... 4

7.5 Vitesse d’avance et longueur ....................................................................................................................................................... 5

8 Étalonnage et validation des instruments de mesure ................................................................................................... 5

Annexe A (informative) Domaine de validité et méthode de mesure ................................................................................ 6

Bibliographie .............................................................................................................................................................................................................................. 9

© ISO 2015 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/TR 18491:2015(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 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 suivies pour élaborer le présent document et celles visant à assurer son maintien sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Les différents critères d’approbation nécessaires aux

différents types de documents ISO doivent particulièrement être notés. Le présent document a été élaboré

conformément aux règles éditoriales des directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.iso.org/directives).

L’attention est appelée 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. Des détails portant sur

tout droit de propriété intellectuelle identifiés durant l’élaboration du présent document figureront à

l’Introduction et/ou à la liste de déclarations de détention de brevet soumises à l’ISO (voir www.iso.

org/patents).

Pour des raisons de commodités, toute référence à un nom commercial dans le présent document est

faite à titre informatif pour les utilisateurs et ne saurait constituer une promotion de celui-ci.

Pour obtenir une explication sur la signification des termes spécifiques de l’ISO et les expressions

relatives à l’évaluation de la conformité, ainsi que des informations sur l’adhérence de l’ISO aux principes

de l’OMC dans les Obstacles techniques au commerce (OTC), aller à l’adresse URL suivante: Foreword -

Supplementary information.

Le comité technique responsable de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 44, Soudage et

techniques connexes, Sous-comité SC 10, Unification des prescriptions dans la technique du soudage.

iv © ISO 2015 – Tous droits réservés
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ISO/TR 18491:2015(F)
Introduction

En soudage, “l’énergie de l’arc” ou “l’apport de chaleur” sont des paramètres essentiels utilisés pour

contrôler la cohérence des propriétés du métal fondu et de la zone affectée thermiquement. L’ISO 15614

exige un relevé des énergies de soudage mises en œuvre lors de la réalisation d’une qualification de

mode opératoire de soudage (QMOS), mais ne précise pas le détail des méthodes à utiliser. De la même

manière que pendant la réalisation d’une construction soudée, il convient que les inspecteurs s’assurent

que les énergies de soudage sont conformes au descriptif de mode opératoire de soudage (DMOS). Mais,

une fois de plus, le détail des méthodes à utiliser n’est pas spécifié. Par conséquent, il peut y avoir un

manque de cohérence entre les méthodes utilisées lors de la mesure des énergies de soudage pendant le

soudage de l’assemblage de qualification, et celles utilisées pendant le processus de fabrication. Ceci est

potentiellement source d’erreur qui pourrait avoir des conséquences sur la sécurité ou la qualité d’un

composant ou d’une structure soudé.

Par ailleurs, les dernières évolutions technologiques dans le domaine des microprocesseurs et les

systèmes de gestion de l’énergie électrique ont permis de développer des sources de courant de soudage

et des systèmes de commande capables de générer des formes d’onde complexes. Cependant, ces systèmes

de commande et ces formes d’onde augmentent les difficultés liées aux mesures de tension et d’intensité

de courant, étant donné que leurs valeurs sont manipulées à des fréquences pouvant atteindre des

centaines d’Hertz. Les instruments de mesure généralement utilisés par les inspecteurs, tels que les

pinces ampèremétriques TRMS, ne peuvent plus être tenus pour fiables pour mesurer correctement

l’énergie de soudage puisque des écarts de plus de 30 % par rapport à l’énergie réelle peuvent parfois

être constatés.

Le présent rapport technique fournit des indications sur la manière de mesurer l’énergie de soudage et

de calculer l’apport de chaleur avec exactitude, aussi bien pour les systèmes de soudage traditionnels

que pour ceux utilisant des formes d’onde complexes.
© ISO 2015 – Tous droits réservés v
---------------------- Page: 5 ----------------------
RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 18491:2015(F)
Soudage et techniques connexes — Lignes directrices pour
le mesurage des énergies de soudage
1 Domaine d’application

Le présent Rapport Technique donne des indications pour la mesure des paramètres nécessaires au

calcul des énergies de soudage pour les procédés de soudage à l’arc.
2 Références normatives

Les documents suivants, en totalité ou en partie, sont référencés de manière normative dans le présent

document et sont indispensables pour son application. Pour les références datées, seule l’édition citée

s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y

compris les éventuels amendements).

ISO 15607, Descriptif et qualification d’un mode opératoire de soudage pour les matériaux métalliques —

Règles générales

ISO 17662, Soudage — Étalonnage, vérification et validation du matériel utilisé pour le soudage, y compris

pour les procédés connexes

ISO/TR 17671 (toutes les parties), Soudage — Recommandations pour le soudage des matériaux métalliques

3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 15607 et l’ISO/TR 17671

(toutes les parties) ainsi que les suivants s’appliquent.
3.1
énergie de l’arc

produit de la tension et de l’intensité du courant de soudage divisé par la vitesse d’avance de soudage

Note 1 à l’article: Le terme “apport de chaleur”, souvent utilisé, désigne plus précisément l’énergie de l’arc modifiée

par un facteur de rendement du procédé.
3.2
soudage avec forme d’onde contrôlée

soudage au moyen d’un générateur permettant de modifier la tension et/ou la forme d’onde du courant

électrique employé afin de contrôler des caractéristiques telles que la forme des gouttes de produit

d’apport, la pénétration, le mouillage, la forme du cordon de soudure, ou le (les) mode(s) de transfert

3.3
énergie instantanée

énergie de soudage, déterminée en mesurant à intervalles très courts la tension et l’intensité employées

et en additionnant le produit de ces valeurs, tenant ainsi compte des brefs changements de la forme

d’onde du courant de soudage
© ISO 2015 – Tous droits réservés 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO/TR 18491:2015(F)
3.4
puissance instantanée

puissance de soudage, déterminée mesurant à intervalles très courts la tension et l’intensité employées

et en faisant la moyenne du produit de ces valeurs sur une période donnée, tenant ainsi compte des brefs

changements de la forme d’onde du courant de soudage
3.5
longueur effective de cordon
longueur du cordon obtenu après avoir fondu une électrode enrobée
[SOURCE: ISO/TR 17671-2:2002, 3.2]
4 Généralités

Le terme “apport de chaleur” est souvent utilisé pour décrire deux notions différentes. Dans le présent

rapport technique, ces notions sont identifiées comme étant l’apport de chaleur et l’énergie de l’arc. La

détermination de l’apport de chaleur est en partie basée sur un coefficient de rendement thermique,

exprimé sans unité, ce qui n’est pas le cas de l’énergie électrique de l’arc. A l’exception de cette différence,

les méthodes de mesure sont identiques. L’énergie de l’arc est déterminée comme indiqué dans les

Formules (1), (2) et (3). Les symboles indiqués dans le Tableau 1 sont utilisés pour toutes les formules.

Tableau 1 — Symboles des termes utilisés
Abréviations et
Terme Unité
symboles
I Intensité de l’arc A
L Longueur du cordon mm
U Tension à l’arc V
v Vitesse d’avance mm/s
E Énergie de l’arc kJ/mm
IE Énergie instantanée J
IP Puissance instantanée J/s

La Formule (1) permet de déterminer l’énergie de l’arc sur la base de la mesure de l’intensité et de la

tension de
...

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.