ISO/TR 17671-7:2004

Welding — Recommendations for welding of metallic materials — Part 7: Electron beam welding

ISO/TR 17671-7:2004 may be used for the electron beam welding (process No. 51 in accordance with ISO 4063) of weldable metallic materials in accordance with ISO/TR 15608. It does not contain data on permissible stresses on weld seams or on the testing and evaluation of weld seams. Such data can either be seen from the relevant user standards or should be separately agreed upon between the contracting parties. A requirement for the application of ISO/TR 17671-7:2004 is that the recommendations be used by appropriately trained and experienced personnel.

Soudage — Recommandations pour le soudage des matériaux métalliques — Partie 7: Soudage par faisceau d'électrons

L'ISO/TR 17671-7:2004 peut être utilisé pour le soudage par faisceau d'électrons (procédé 51 selon l'ISO 4063) des matériaux métalliques soudables selon l'ISO/TR 15608. Ce Rapport technique ne contient aucune information relative aux contraintes admissibles par les joints soudés ou en ce qui concerne les essais et l'évaluation des joints soudés. De telles informations peuvent être obtenues à partir des normes d'application adéquates; sinon il convient aux parties contractantes de se mettre d'accord à ce sujet. Une exigence pour l'application de l'ISO/TR 17671-7:2004 est qu'il convient de mettre en oeuvre les recommandations qu'il contient par du personnel expérimenté ayant été formé de manière appropriée.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 13-Jun-2004
• ICS: 25.160.10 - Welding processes
• Technical Committee: ISO/TC 44/SC 10 - Quality management in the field of welding
• Drafting Committee: ISO/TC 44/SC 10 - Quality management in the field of welding
• Current Stage: 9093 - International Standard confirmed
• Completion Date: 07-Oct-2021

Standards Content (Sample)

TECHNICAL ISO/TR
REPORT 17671-7
First edition
2004-06-01

Welding — Recommendations for
welding of metallic materials —
Part 7:
Electron beam welding
Soudage — Recommandations pour le soudage des matériaux
métalliques —
Partie 7: Soudage par faisceau d'électrons




Reference number
ISO/TR 17671-7:2004(E)
©
ISO 2004

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ISO/TR 17671-7:2004(E)
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E-mail [e-mail]
Web www.iso.org
Published in Switzerland

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ISO/TR 17671-7:2004(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope. 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions. 2
4 Quality requirements . 7
5 Storage and handling of parent metals and consumables. 7
6 Welding facilities. 7
7 Qualification of the welding personnel. 8
8 Welding procedure specification . 8
9 Welding procedure test . 9
10 Joint preparation. 9
10.1 Machining. 9
10.2 Demagnetisation . 9
10.3 Cleaning . 10
10.4 Assembly . 10
11 Joint design . 10
11.1 Longitudinal seams . 10
11.2 Circular seams . 11
12 Evacuation holes. 12
13 Tack welds, cosmetic passes . 13
14 Thermal pre- and post heat treatment . 13
15 Documentation . 13
Annex A (informative) Information about weldability of metallic materials . 14
Annex B (informative) Summary of electron beam weldability of metals with reference to
ISO/TR 15608:2000 groups. 18
Annex C (informative) Information about causes of weld imperfections and prevention . 25
Annex D (informative) Examples of preparation of circular joints . 27
Bibliography . 34

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ISO/TR 17671-7:2004(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 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. 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.
In exceptional circumstances, when a technical committee has collected data of a different kind from that
which is normally published as an International Standard (“state of the art”, for example), it may decide by a
simple majority vote of its participating members to publish a Technical Report. A Technical Report is entirely
informative in nature and does not have to be reviewed until the data it provides are considered to be no
longer valid or useful.
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.
ISO/TR 17671-7 was prepared by Technical Committee ISO/TC 44, Welding and allied processes,
Subcommittee SC 10, Unification of requirements in the field of metal welding.
ISO/TR 17671 consists of the following parts, under the general title Welding — Recommendations for
welding of metallic materials:
— Part 1: General guidance for arc welding
— Part 2: Arc welding of ferritic steels
— Part 3: Arc welding of stainless steels
— Part 4: Arc welding of aluminium and aluminium alloys
— Part 5: Welding of clad steels
— Part 6: Laser beam welding
— Part 7: Electron beam welding
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ISO/TR 17671-7:2004(E)
Introduction
This part of ISO/TR 17671 contains special recommendations for the electron beam welding of metallic
materials and should be observed in connection with the general recommendations for welding in accordance
with ISO/TR 17671-1. It includes details on quality requirements, production welding facilities as well as the
weldability of some materials and contains information on welding procedures.
The special properties of electron beam welding derive from the high power and power density in the beam
spot, the resulting "deep welding effect" and the unique controllability of the process.
Electron beam welding is recommended for welding metallic materials which require low heat input, low
shrinkage, low distortion, and for welding dissimilar or reactive metals. It allows high welding speeds and
flexibility of design by joining simple components. The electron beam is able to join very thin and very thick
sections and the combination of both. It is also suited to automation and quality control.
Requests for official interpretations of any aspect of this Technical Report should be directed to the Secretariat
of ISO/TC 44/SC 10 via your national standards body, a complete listing of which can be found at
www.iso.org.

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TECHNICAL REPORT ISO/TR 17671-7:2004(E)

Welding — Recommendations for welding of metallic
materials —
Part 7:
Electron beam welding
1 Scope
This part of ISO/TR 17671 may be used for the electron beam welding (process No. 51 in accordance with
ISO 4063) of weldable metallic materials in accordance with ISO/TR 15608 (see Annexes A and B). It does
not contain data on permissible stresses on weld seams or on the testing and evaluation of weld seams. Such
data can either be seen from the relevant user standards or should be separately agreed upon between the
contracting parties.
A requirement for the application of this part of ISO/TR 17671 is that the recommendations be used by
appropriately trained and experienced personnel.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 3834-1, Quality requirements for fusion welding of metallic materials — Part 1: Guidelines for selection
and use
ISO 3834-2, Quality requirements for fusion welding of metallic materials — Part 2: Comprehensive quality
requirements
ISO 3834-3, Quality requirements for fusion welding of metallic materials — Part 3: Standard quality
requirements
ISO 3834-4, Quality requirements for fusion welding of metallic materials — Part 4: Elementary quality
requirements
ISO 4063, Welding and allied processes — Nomenclature of processes and reference numbers
ISO 6520-1, Welding and allied processes — Classification of geometric imperfections in metallic materials —
Part 1: Fusion welding
ISO 13919-1, Welding — Electron and laser-beam welded joints — Guidance on quality levels for
imperfections — Part 1: Steel
ISO 13919-2, Welding — Electron and laser beam welded joints — Guidance on quality levels for
imperfections — Part 2: Aluminium and its weldable alloys
ISO 14732, Welding personnel — Approval testing of welding operators for fusion welding and of resistance
weld setters for fully mechanized and automatic welding of metallic materials
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ISO/TR 17671-7:2004(E)
ISO 14744-1, Welding — Acceptance inspection of electron beam welding machines — Part 1: Principles and
acceptance conditions
ISO 14744-2, Welding — Acceptance inspection of electron beam welding machines — Part 2: Measurement
of accelerating voltage characteristics
ISO 14744-3, Welding — Acceptance inspection of electron beam welding machines — Part 3: Measurement
of beam current characteristics
ISO 14744-4, Welding — Acceptance inspection of electron beam welding machines — Part 4: Measurement
of welding speed
ISO 14744-5, Welding — Acceptance inspection of electron beam welding machines — Part 5: Measurement
of run-out accuracy
ISO 14744-6, Welding — Acceptance inspection of electron beam welding machines — Part 6: Measurement
of stability of spot position
ISO/TR 15608:2000, Welding — Guidelines for a metallic materials grouping system
ISO 15609-3, Specification and qualification of welding procedures for metallic materials — Welding
procedure specification — Part 3: Electron beam welding
ISO 15614-11, Specification and qualification of welding procedures for metallic materials — Welding
procedure test — Part 11: Electron and laser beam welding
ISO/TR 17671-1, Welding — Recommendations for welding of metallic materials — Part 1: General guidance
for arc welding
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 13919-1, ISO 13919-2, ISO 14744-1,
ISO 15609-3, ISO 15614-11 and the following apply.
3.1
accelerating voltage
electric potential difference, U , between cathode and anode
A
3.2
beam current
the value, I , of the electric current in the beam
B
3.3
beam oscillation
periodic deflection of the electron beam from the initial position defined in terms of pattern, dimensions and
frequency
See Figure 1.
3.4
cosmetic pass
superficial remelting of the weld in order to enhance its appearance
NOTE This pass is usually made with a defocused or oscillating beam.
3.5
defocusing
deviation from the normal focus position (e.g. focus on work-piece surface)
2 © ISO 2004 – All rights reserved

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ISO/TR 17671-7:2004(E)

Key
1 oscillation width
2 initial position of the beam
3 oscillation length
Figure 1 — Terms of electron beam oscillation
3.6
focusing distance
distance between the focusing lens plane and beam focus position
See Figure 2.
3.7
working distance
distance between the surface of the work-piece and a standard reference point on the equipment which is
traceable to the true focusing lens plane
See Figure 2.
3.8
lens current
current, I , which flows through the electromagnetic focusing lens
L

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ISO/TR 17671-7:2004(E)

Key
1 work-piece 5 focusing distance
2 working distance 6 beam focus
3 heat protection 7 beam spot
4 focusing lens
Figure 2 — Definition of working distance and focusing distance
3.9
slope-down
controlled decrease of the beam power at the end of welding
The slope-down region is the region on the work-piece in which the effects of slope-down occur. See Figure 3.
The slope-down region can consist of one or two areas, depending on the selected welding mode:
a) in partial penetration welding:
 a region where penetration decreases continuously.
b) in full penetration welding:
 a region where beam penetration is still complete;
 a region where penetration is partial or decreasing.

4 © ISO 2004 – All rights reserved

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ISO/TR 17671-7:2004(E)

a)  Partial penetration welding (with overlap)

b)  Full penetration welding (without overlap)

c)  Typical beam current, I , profile for a circular weld with overlap
B
Key
1 work-piece (welded zone) 7 slope-down region
2 delay between control starting and weld beginning 8 direction of work-piece motion
3 slope-up region 9 work-piece (unwelded zone)
4 overlapping region I beam current
B
5 electron beam l weld length
6 remelted zone t weld time
Figure 3 — Definition for termination of circular seams
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ISO/TR 17671-7:2004(E)
3.10
slope-up
controlled increase of the beam power at the beginning of welding
See Figure 3.
3.11
spiking
local variation of fusion zone depths as a consequence of instabilities in the beam penetration mechanism
3.12
evacuation hole
hole for evacuating cavities in work-pieces
See Figure 12.
3.13
working pressure
pressure measured in the welding enclosure in the vicinity of the work-piece
3.14
interlayer material
alloy addition introduced by means of pre-placed foil at the joint interface, to modify the weld fusion zone
composition, in order to improve weldability or weld performance
See Figure 4.

Joint prepared Joint welded
Key
1 parent material A
2 interlayer material
3 parent material A or B
4 fusion zone
Figure 4 — Welding with interlayer material
3.15
transition material
buffer material insert used to allow welding of metallurgically incompatible materials
See Figure 5.
6 © ISO 2004 – All rights reserved

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ISO/TR 17671-7:2004(E)

Joint prepared Joint welded
Key
1 parent material A
2 transition material
3 parent material B
4 fusion zone
Figure 5 — Welding of dissimilar metals with transition material
4 Quality requirements
The quality requirements should be given in the design specification prior to the beginning of welding work.
They should be based on ISO 3834-1 and ISO 3834-2 or ISO 3834-3 or ISO 3834-4 and ISO 13919-1 or
ISO 13919-2, unless relevant user standards are available.
5 Storage and handling of parent metals and consumables
In order to avoid contact corrosion, foreign metal inclusions etc., parent metals and consumables of dissimilar
classes of materials, in accordance with ISO/TR 15608, should not be stored and processed jointly.
6 Welding facilities
Welding facilities include the electron beam welding machine, workshop, tools, clamping devices,
demagnetisation devices and cleaning facilities. In this clause, only those facilities which are of particular
significance for electron beam welding will be described in more detail.
The electron beam welding machine should be installed so that environmental conditions, such as mechanical
vibrations, noise and dirt from neighbouring machines, electric and magnetic fields do not influence the quality
of welds. Moreover, noise control regulations pursuant to the equipment safety act should be observed for the
vacuum pumps. In larger workshops, the machine operators' and machine setters' workplaces should be
shielded against disturbances from manufacturing operations (e.g. by means of partition walls). The exhaust
gases generated during evacuation of the working chamber shall only be released into the environment in
accordance with the relevant emission regulations. Where particularly high demands are placed on weld
quality, it is recommended that filtered air or inert gas be used to ventilate the working chamber.
The supply voltage for the electron beam welding machine shall not vary by more than ± 10 % and care
should be taken to ensure that the welding machine has a satisfactory earth connection.
Upon commissioning or in the case of displacement, modifications and repairs of major welding machine
components, the electron beam welding machine shall be subjected to an acceptance inspection in
accordance with ISO 14744-1 to ISO 14744-6 (i.e. all parts of ISO 14744) as part of internal quality
management. In this acceptance inspection, the short- and long-term consistency, as well as the
reproducibility of the most important welding parameters and compliance with particular characteristic data
deviations, is measured and verified according to given deviation limits.
© ISO 2004 – All rights reserved 7

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ISO/TR 17671-7:2004(E)
It is possible, using special equipment, that electron beam welding can be carried out at atmospheric pressure.
In this case, attention is drawn to the need to provide appropriate fume extraction.
Electron beam welding machines are operated at different accelerating voltages: up to 150 kV for vacuum
equipment and up to 200 kV for non-vacuum equipment. The accelerating voltage dictates the design of the
X-ray shielding.
All measures to fulfil the applicable radiation protection rules are to be implemented, complied with and
supervised by a radiological inspection officer.
Normally, the electron beam generator is fixed to the working chamber. Alternatively the electron beam
generator can be arranged to move with respect to the work-piece mounted either externally or internally to
the work chamber. Consequently, the relative motion between electron beam and work-piece can be
performed by work-piece or generator motion, by beam deflection or by simultaneous motion of both.
7 Qualification of the welding personnel
The requirements for the qualification of personnel for fully mechanized and automatic welding equipment are
laid down in ISO 14732. Amongst the different procedures specified in this part of ISO/TR 17671, the
functional test is particularly suitable as a basis for the recognition of personnel responsible for the operation
and set-up of electron beam welding machines as part of an internal quality management system. In a
functional test, the operator or setter demonstrates his knowledge of working with a welding procedure
specification and of setting, supervising and checking the electron beam welding machine.
8 Welding procedure specification
All details for the electron beam welding of components are to be recorded in a welding procedure
specification (WPS) in accordance with ISO 15609-3. This includes, e.g.:
 work-piece specification;
 material specification;
 work-piece demagnetisation;
 joint design;
 joint preparation;
 thermal pre-treatment;
 weld sequence (tacking, welding, cosmetic pass);
 clamping device;
 work chamber pressure;
 working distance;
 welding data;
 mechanical and thermal post-treatment.
8 © ISO 2004 – All rights reserved

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ISO/TR 17671-7:2004(E)
9 Welding procedure test
The successful completion of a procedure test in accordance with ISO 15614-11 records that the
manufacturer has performed electron beam welding, including preceding and subsequent machining, making
use of his operating facilities and personnel in accordance with a recognized welding instruction.
ISO 15614-11 contains data on the dimensions of test pieces for longitudinal and circular butt welds, for fillet
and stake welds and describes the type and scope of weld tests required as a function of the quality levels of
1)
imperfections in accordance with ISO 13919-1 or ISO 13919-2 (see Annex C).
10 Joint preparation
10.1 Machining
It is recommended that all joint preparations be produced by machining or high-precision cutting. The
objective is to prepare clean metal surfaces with a minimum gap when assembled.
Where components have surface layers produced by carburizing, anodizing, cadmium plating, nitriding,
phosphating, galvanizing etc., these are to be removed, preferentially by machining in and adjacent to the
weld joint region as shown in Figure 6.

Key
1 boundary-layer-treated work piece
2 boundary-layer removed for welding
3 electron beam
4 3 × upper bead width
Figure 6 — Example of preparation of surface treated work pieces
10.2 Demagnetisation
Components containing ferromagnetic materials should be checked for residual magnetism and, if necessary,
demagnetized.

1) ISO 13919-1 and ISO 13919-2 cover steel and aluminium. These International Standards can be used for certain
other materials.
© ISO 2004 – All rights reserved 9

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ISO/TR 17671-7:2004(E)
10.3 Cleaning
The quality of electron beam welding relies on accuracy and cleanliness of the joint preparation.
Attention should be paid to the resulting surface condition and compatibility of any coolant used.
Cleaning of weld joint surfaces should be carried out to remove all contaminants such as oxides, oil, grease,
coolant and paint.
The specific cleaning method used depends on the material type, component size and the quality
requirements as well as the operational circumstances. The following treatments can be used:
a) manual degreasing with a solvent;
b) cleaning in a closed solvent vapour unit or in an ultrasonic bath;
c) pre-treatment by steam cleaning with a slightly alkaline additive, followed by drying;
d) acid pickling neutralization, washing in distilled water, drying, short-term storage.
10.4 Assembly
Following cleaning, the components to be welded should be assembled taking care to avoid recontamination
and magnetization.
11 Joint design
11.1 Longitudinal seams
If the components to be joined can be clamped, a simple square butt joint is preferred (see Figure 7). For
accuracy a spigot preparation can be used for location of the components (see Figure 8). Tack welding is
always recommended for large components.
Electron beam welding with root backing can be used if spatter and undercut are to be avoided (see Figures 8
and 9).
If, in order to remove the end crater, the component cannot be machined in the weld start and finish regions,
run-on or run-off plates should be used (see Figure 10). These run-on/ run-off plates also suppress heat
accumulation at the workpiece ends. The run-on/run-off plates should be attached to the work piece by
clamping or welding to achieve good thermal contact and are subsequently removed.

t is the work-piece thickness.
Figure 7 — Normal square butt weld
10 © ISO 2004 – All rights reserved

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ISO/TR 17671-7:2004(E)

t is the work piece thickness.
s is the weld penetration.
c and d are lengths to be defined.
Figure 8 — Square butt weld with spigot or integral backing


t is the work piece thickness.
s is the weld penetration.
Figure 9 — Square butt weld with detached backing


Key
1 run-on plate
2 work-piece
3 run-off plate
4 start of weld
5 end of weld
Figure 10 — Work piece with run-on and run-off plate for separating the weld start and weld end
11.2 Circular seams
For welding circular components a spigot preparation which facilitates alignment positioning of the
components can be used.
© ISO 2004 – All rights reserved 11

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ISO/TR 17671-7:2004(E)
Rotation-angle- or time-dependent control of the beam power and possibly other parameters (e.g. lens
current) is required. Particular difficulties can be encountered due to occurrence of spiking in the weld slope-
down. Depending on the type of materials and welding speed, spiking can be prevented in many cases by the
control of beam focus and beam oscillation parameters (shape, direction, frequency and dimensions) during
slope-down. When possible, circular welds should be designed to be located in regions of low applied stress
or else special consideration should be given to the permissible level of imperfections in the slope-down
region. For axial circular welds on components with narrow dimensional tolerances, a press fit (e.g. H7/r6 to
H7/n6) is recommended. For circular welds with a clearance fit, tacking is essential.
Examples of typical joint preparations for electron beam welding are given in Annex D.
12 Evacuation holes
Component design or machining details can lead to the presence of trapped volumes or cavities in the
assembled joint, which are closed and cannot be evacuated to the working pressure. These can lead to
anomalies during welding and therefore should be kept to a minimum volume (see Figure 11), or else should
be vented by means of an evacuating hole (see Figure 12).

Unsuitable Better
Key
1 cavity
Figure 11 — Machining-related cavities


Key
1 electron beam
2 evacuation hole
3 cavity
Figure 12 — Weldment with additional hole for evacuating the cavity
12 © ISO 2004 – All rights reserved

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ISO/TR 17671-7:2004(E)
13 Tack welds, cosmetic passes
Prior to full current welding, components can be secured by tack welding. This can be done using the electron
beam process or another welding process.
Weld bead appearance can be improved by means of a cosmetic pass. In this case, it should be checked
whether renewed fusion of the weld seam impairs the weld properties.
14 Thermal pre- and post heat treatment
If a thermal treatment of the weld before and/or after welding is required for metallurgical reasons, the electron
beam can also be used for this purpose.
15 Documentation
In electron beam welding most of the machine and parameters are of an electrical nature. Therefore it is
possible to monitor and record all welding data with which a component has been manufactured. Within the
framework of quality assurance, this information can be complemented by monitoring the welding machine
condition as well as the dimensional tolerances of the work-piece.

© ISO 2004 – All rights reserved 13

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...

RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 17671-7
Première édition
2004-06-01

Soudage — Recommandations pour le
soudage des matériaux métalliques —
Partie 7:
Soudage par faisceau d'électrons
Welding — Recommendations for welding of metallic materials —
Part 7: Electron beam welding




Numéro de référence
ISO/TR 17671-7:2004(F)
©
ISO 2004

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ISO/TR 17671-7:2004(F)
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ISO/TR 17671-7:2004(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives. 1
3 Termes et définitions . 2
4 Exigences de qualité. 10
5 Stockage et manipulation des métaux de base et des produits consommables. 10
6 Moyens de soudage. 11
7 Qualification du personnel employé dans les opérations de soudage. 12
8 Descriptif du mode opératoire de soudage. 13
9 Épreuve de qualification du mode opératoire. 14
10 Préparation des joints . 14
10.1 Usinage . 14
10.2 Démagnétisation . 16
10.3 Nettoyage. 16
10.4 Assemblage . 16
11 Conception du joint . 16
11.1 Joints linéaires . 16
11.2 Soudures circulaires. 20
12 Trous d'évent. 20
13 Soudures de pointage et passes de lissage . 22
14 Traitement thermique avant et après soudage . 22
15 Documentation . 23
Annexe A (informative) Information relative à la soudabilité des matériaux métalliques . 26
Annexe B (informative) Résumé de la soudabilité par faisceau d'électrons des métaux suivant les
groupes de l'ISO/TR 15608:2000. 34
Annexe C (informative) Information sur les causes de défauts et précautions permettant de les
éviter. 46
Annexe D (informative) Exemples de préparation de joints circulaires . 52
Bibliographie . 63

© ISO 2004 – Tous droits réservés iii

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ISO/TR 17671-7:2004(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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. 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.
Exceptionnellement, lorsqu'un comité technique a réuni des données de nature différente de celles qui sont
normalement publiées comme Normes internationales (ceci pouvant comprendre des informations sur l'état
de la technique par exemple), il peut décider, à la majorité simple de ses membres, de publier un Rapport
technique. Les Rapports techniques sont de nature purement informative et ne doivent pas nécessairement
être révisés avant que les données fournies ne soient plus jugées valables ou utiles.
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.
L'ISO/TR 17671-7 a été élaboré par le comité technique ISO/TC 44, Soudage et techniques connexes,
sous-comité SC 10, Unification des prescriptions dans la technique du soudage des métaux.
L'ISO/TR 17671 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Soudage —
Recommandations pour le soudage des matériaux métalliques:
— Partie 1: Lignes directrices générales pour le soudage à l'arc
— Partie 2: Soudage à l'arc des aciers ferritiques
— Partie 3: Soudage à l'arc des aciers inoxydables
— Partie 4: Soudage à l'arc de l'aluminium et des alliages d'aluminium
— Partie 5: Soudage des aciers plaqués
— Partie 6: Soudage par faisceau laser
— Partie 7: Soudage par faisceau d'électrons
iv © ISO 2004 – Tous droits réservés

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ISO/TR 17671-7:2004(F)
Introduction
La présente partie de l'ISO/TR 17671 contient des recommandations spécifiques pour le soudage par
faisceau d'électrons des matériaux métalliques qu'il convient de respecter en liaison avec les
recommandations générales pour le soudage selon l'ISO/TR 17671-1. Elle inclut des détails sur les exigences
de qualité, les équipements de soudage de production; elle traite également de la soudabilité de certains
matériaux et donne des informations sur les modes opératoires de soudage.
Les propriétés particulières du soudage par faisceau d'électrons découlent de la possibilité offerte en ce qui
concerne une puissance élevée et la densité de puissance à l'impact du faisceau, le soudage à forte
pénétration qui en découle et la possibilité exceptionnelle de contrôle du procédé.
Le soudage par faisceau d'électrons est recommandé pour le soudage des matériaux métalliques qui exigent
un faible apport de chaleur, un retrait et des déformations faibles ainsi que pour le soudage de matériaux
dissemblables ou réactifs. Il permet des vitesses de soudage élevées et une souplesse de conception grâce à
l'assemblage de composants simples. Le faisceau d'électrons rend possibles l'assemblage de pièces de très
faible ou de très forte section ainsi que la combinaison des deux. Il se prête également à l'automatisation et
au contrôle de qualité.
Il convient de faire parvenir les demandes d'interprétations officielles de l'un quelconque des aspects du
présent Rapport technique au secrétariat de l'ISO/TC 44/SC 10 via le comité membre national, dont une liste
exhaustive peut être trouvée à l'adresse www.iso.org.

© ISO 2004 – Tous droits réservés v

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RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 17671-7:2004(F)

Soudage — Recommandations pour le soudage des matériaux
métalliques —
Partie 7:
Soudage par faisceau d'électrons
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO/TR 17671 peut être utilisée pour le soudage par faisceau d'électrons (procédé 51
selon l'ISO 4063) des matériaux métalliques soudables selon l'ISO/TR 15608 (voir Annexes A et B). Elle ne
contient aucune information relative aux contraintes admissibles par les joints soudés ou en ce qui concerne
les essais et l'évaluation des joints soudés. De telles informations peuvent être obtenues à partir des normes
d'application adéquates; sinon, il convient aux parties contractantes de se mettre d'accord à ce sujet.
Une exigence pour l'application de la présente partie de l'ISO/TR 17671 est qu'il convient de mettre en œuvre
les recommandations qu'elle contient par du personnel expérimenté ayant été formé de manière appropriée.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. 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 3834-1, Exigences de qualité en soudage par fusion des matériaux métalliques — Partie 1: Lignes
directrices pour la sélection et l'utilisation
ISO 3834-2, Exigences de qualité en soudage par fusion des matériaux métalliques — Partie 2: Exigences de
qualité complète
ISO 3834-3, Exigences de qualité en soudage par fusion des matériaux métalliques — Partie 3: Exigences de
qualité normale
ISO 3834-4, Exigences de qualité en soudage par fusion des matériaux métalliques — Partie 4: Exigences de
qualité élémentaire
ISO 4063, Soudage et techniques connexes — Nomenclature et numérotation des procédés
ISO 6520-1, Soudage et techniques connexes — Classification des défauts géométriques dans les soudures
des matières métalliques — Partie 1: Soudage par fusion
ISO 13919-1, Soudage — Assemblages soudés par faisceau d'électrons et par faisceau laser — Guide des
niveaux de qualité des défauts — Partie 1: Acier
ISO 13919-2, Soudage — Assemblages soudés par faisceau d'électrons et par faisceau laser — Guide des
niveaux de qualité des défauts — Partie 2: Aluminium et ses alliages soudables
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ISO/TR 17671-7:2004(F)
ISO 14732, Personnel en soudage — Épreuve de qualification des opérateurs soudeurs pour le soudage par
fusion et des régleurs en soudage par résistance pour le soudage automatique et entièrement automatique
des matériaux métalliques
ISO 14744-1, Soudage — Essais de réception des machines de soudage par faisceau d'électrons — Partie 1:
Principes et conditions de réception
ISO 14744-2, Soudage — Essais de réception des machines de soudage par faisceau d'électrons — Partie 2:
Mesure des caractéristiques de la tension d'accélération
ISO 14744-3, Soudage — Essais de réception des machines de soudage par faisceau d'électrons — Partie 3:
Mesure des caractéristiques de l'intensité du faisceau
ISO 14744-4, Soudage — Essais de réception des machines de soudage par faisceau d'électrons — Partie 4:
Mesure de la vitesse de soudage
ISO 14744-5, Soudage — Essais de réception des machines de soudage par faisceau d'électrons — Partie 5:
Mesure de la précision géométrique
ISO 14744-6, Soudage — Essais de réception des machines de soudage par faisceau d'électrons — Partie 6:
Mesure de la stabilité de la position de la tache focale
ISO/TR 15608:2000, Soudage — Lignes directrices pour un système de groupement des matériaux
métalliques
ISO 15609-3, Descriptif et qualification d'un mode opératoire de soudage pour les matériaux métalliques —
Descriptif d'un mode opératoire de soudage — Partie 3: Soudage par faisceau d'électrons
ISO 15614-11, Descriptif et qualification d'un mode opératoire de soudage pour les matériaux métalliques —
Épreuve de qualification d'un mode opératoire — Partie 11: Soudage par faisceau d'électrons et par faisceau
laser
ISO/TR 17671-1, Soudage — Recommandations pour le soudage des matériaux métalliques — Partie 1:
Lignes directrices générales pour le soudage à l'arc
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 13919-1, l'ISO 13919-2,
l'ISO 14744-1, l'ISO 15609-3 et l'ISO 15614-11 et les suivants s'appliquent.
3.1
tension d'accélération
différence de potentiel électrique, U , entre la cathode et l'anode
A
3.2
intensité de faisceau
valeur de l'intensité du courant électrique du faisceau, I
B
3.3
oscillation de faisceau
déviation périodique du faisceau d'électrons depuis sa position initiale définie en termes de motif, de
dimensions et de fréquence
Voir Figure 1.
2 © ISO 2004 – Tous droits réservés

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ISO/TR 17671-7:2004(F)

Légende
1 largeur d'oscillation
2 position initiale de l'axe du faisceau
3 longueur d'oscillation
Figure 1 — Termes relatifs à l'oscillation du faisceau d'électrons
3.4
passe de finition
refusion superficielle de la soudure dans le but d'améliorer son aspect
NOTE Cette passe est généralement réalisée à l'aide d'un faisceau défocalisé ou oscillant.
3.5
défocalisation
écart par rapport à la position de focalisation normale (par exemple focalisation à la surface de la pièce)
3.6
distance de focalisation
distance entre le plan de la bobine de focalisation et le point de focalisation du faisceau
Voir Figure 2.
3.7
distance de travail
distance entre la surface de la pièce et un point de référence standard de l'équipement repérable par rapport
à la bobine de focalisation réelle
Voir Figure 2.

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ISO/TR 17671-7:2004(F)

Légende
1 pièce
2 distance de travail
3 écran thermique
4 bobine de focalisation
5 distance de focalisation
6 point de focalisation
7 point d'impact
Figure 2 — Définition de la distance de travail et de la distance de focalisation
3.8
courant de focalisation
intensité du courant, I , circulant dans la bobine de focalisation électromagnétique
L
3.9
évanouissement
décroissance contrôlée de la puissance du faisceau à la fin du soudage
La zone d'évanouissement est la région de la pièce où l'évanouissement est effectué. Voir Figure 3.
La zone d'évanouissement peut être constituée d'une ou deux parties suivant le mode de soudage adopté:
a) dans le cas du soudage à pénétration partielle:
 une région où la pénétration décroît de manière continue, et
b) dans le cas du soudage à pleine pénétration:
 une région où la pénétration du faisceau est encore totale;
 une région où la pénétration est partielle ou décroissante.
4 © ISO 2004 – Tous droits réservés

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ISO/TR 17671-7:2004(F)

a)  Soudage à pénétration partielle (la passe supérieure ne figure pas)

b)  Soudage à pleine pénétration (sans recouvrement)

c) Contrôle de I pour une soudure circulaire avec recouvrement
B
Légende
1 pièce (zone soudée) 7 zone d'évanouissement
2 temps écoulé entre le démarrage du contrôle et le début du soudage 8 direction de déplacement de la pièce
3 zone de montée en puissance 9 pièce (zone non soudée)
4 zone de recouvrement I intensité du courant de faisceau
B
5 faisceau d'électrons l longueur de la soudure
6 zone refondue t temps de soudage
Figure 3 — Définition des termes dans le cas de joints soudés circulaires
© ISO 2004 – Tous droits réservés 5

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ISO/TR 17671-7:2004(F)
3.10
montée en puissance
accroissement contrôlé de la puissance du faisceau au début du soudage
Voir Figure 3.
3.11
défauts en doigt de gant
spikes
variation locale de la profondeur de la zone fondue consécutive à des instabilités du mécanisme de
pénétration du faisceau d'électrons
3.12
trou d'évent
trou pour l'élimination des gaz contenus dans des cavités des pièces
Voir Figure 12.
3.13
pression de travail
pression mesurée dans l'enceinte de soudage au voisinage de la pièce
3.14
insert métallique
addition d'alliage introduit au moyen d'un feuillard prépositionné à l'interface du joint pour modifier la
composition de la zone fondue afin d'améliorer la soudabilité ou les performances de la soudure
Voir Figure 4.

Préparation avant soudage Joint soudé
Légende
1 matériau de base A
2 insert métallique
3 matériau de base A ou B
4 zone fondue
Figure 4 — Soudage avec inserts métalliques
3.15
pièce insert
insert en matériau tampon utilisé pour permettre le soudage de matériaux métallurgiquement incompatibles
Voir Figure 5.

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ISO/TR 17671-7:2004(F)

Préparation avant soudage Joint soudé
Légende
1 matériau de base A
2 pièce insert
3 matériau de base B
4 zone fondue
Figure 5 — Soudage de matériaux dissemblables avec utilisation de pièces inserts
4 Exigences de qualité
Il convient de définir les exigences de qualité dans la spécification de conception avant le début d'exécution
du soudage. Il convient de définir ces exigences sur la base de l'ISO 3834-1 et de l'ISO 3834-2 ou de
l'ISO 3834-3 ou de l'ISO 3834-4 et de l'ISO 13919-1 ou de l'ISO 13919-2, sauf s'il existe d'autres normes
d'application appropriées.
5 Stockage et manipulation des métaux de base et des produits consommables
Dans le but d'éviter des contacts avec des produits corrosifs, des inclusions de métal étranger, etc., il convient
que les métaux de base et les produits consommables de différentes classes de matériaux, conformément à
l'ISO/TR 15608, ne soient pas stockés et utilisés conjointement.
6 Moyens de soudage
Les moyens de soudage incluent la machine de soudage par faisceau d'électrons, le poste de travail, les
outillages, les dispositifs de maintien, les dispositifs de démagnétisation et les moyens de nettoyage. Dans ce
qui suit, seuls les dispositifs ayant un rapport direct avec le soudage par faisceau d'électrons seront décrits en
détail.
Il convient que la machine de soudage par faisceau d'électrons soit installée de sorte que les conditions
d'environnement, telles que les vibrations mécaniques, le bruit et les poussières des machines voisines, les
champs électriques et magnétiques, n'influent pas sur la qualité des soudures. De plus, il convient de
respecter les règlements de contrôle du niveau de bruit en ce qui concerne les pompes à vide. Dans des
ateliers de grandes dimensions, il convient que les lieux de travail des opérateurs et des régleurs soient
protégés contre les nuisances provenant des opérations de fabrication (par exemple au moyen de cloisons).
Les gaz émis au cours de la mise au vide de l'enceinte de travail ne doivent être rejetés dans l'atmosphère
que dans des conditions conformes aux règlements applicables. Dans le cas où les exigences sur la qualité
des soudures sont particulièrement sévères, l'emploi d'air filtré ou de gaz inerte pour le dégazage de
l'enceinte à vide est également recommandé.
La tension d'alimentation de la machine de soudage par faisceau d'électrons ne doit pas varier de plus de
± 10 %, et il convient de prendre des précautions pour s'assurer que la machine de soudage est
convenablement mise à la terre.
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ISO/TR 17671-7:2004(F)
La machine de soudage par faisceau d'électrons doit être soumise à un essai de réception selon
l'ISO 14744-1 à l'ISO 14744-6 (c'est-à-dire toutes les parties de l'ISO 14744), comme partie intégrante de la
gestion interne de la qualité lors de la réception ou dans le cas d'un déménagement, de modifications et de
réparation de composants importants de la machine de soudage. Lors de cet essai de réception, la constance
à court et long termes ainsi que la reproductibilité des paramètres de soudage principaux et la conformité vis-
à-vis des écarts avec les valeurs caractéristiques particulières seront mesurées et vérifiées selon les écarts
limites donnés.
Il est possible, en utilisant un matériel spécial, de réaliser le soudage par faisceau d'électrons à pression
atmosphérique. Dans ce cas, l'attention est attirée sur la nécessité de mettre en place un dispositif
d'extraction de fumées approprié.
Les machines de soudage par faisceau d'électrons fonctionnent sous différentes tensions d'accélération:
jusqu'à 150 kV pour des équipements sous vide et jusqu'à 200 kV pour des équipements hors-vide. La
tension d'accélération détermine la nature de la protection contre les rayons X.
Toutes les dispositions permettant de satisfaire aux règles applicables de protection contre les radiations
doivent être prises, mises en conformité et supervisées par un inspecteur en radiologie.
Habituellement, le générateur du faisceau d'électrons est placé dans l'enceinte de travail. Comme alternative,
le générateur de faisceau d'électrons peut être monté de telle manière qu'il puisse se déplacer par rapport à la
pièce à souder soit à l'extérieur de l'enceinte de travail, soit à l'intérieur. En conséquence, le mouvement
relatif entre le faisceau d'électrons et la pièce à souder peut être obtenu en déplaçant la pièce ou le canon,
par la déviation du faisceau ou par une combinaison des deux possibilités.
7 Qualification du personnel employé dans les opérations de soudage
Les exigences relatives à la qualification du personnel dans le cas du soudage entièrement mécanisé et
automatisé sont fixées par l'ISO 14732. Parmi les différentes procédures spécifiées dans la présente partie de
l'ISO 17671, l'essai de fonctionnement convient particulièrement bien comme base de sélection du personnel
responsable pour l'utilisation et le réglage des machines de soudage par faisceau d'électrons et faisant partie
du système interne de gestion de la qualité. Lors d'un essai de fonctionnement, l'opérateur ou le régleur
démontre qu'il sait travailler conformément à un mode opératoire qualifié et régler, surveiller et vérifier la
machine de soudage par faisceau d'électrons.
8 Descriptif du mode opératoire de soudage
Tous les détails relatifs au soudage par faisceau d'électrons de composants doivent être enregistrés dans un
descriptif de mode opératoire de soudage (DMOS) conformément à l'ISO 15609-3. Ces détails sont
notamment les suivants:
 spécification relative à la pièce à souder;
 spécification du matériau;
 démagnétisation de la pièce à souder;
 conception du joint;
 préparation du joint;
 traitement thermique préalable;
 séquence de soudage (pointage, soudage, passe de lissage);
 dispositif de bridage;
 pression dans l'enceinte de travail;
8 © ISO 2004 – Tous droits réservés

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ISO/TR 17671-7:2004(F)
 distance de travail;
 paramètres de soudage;
 traitement thermique et mécanique après soudage.
9 Épreuve de qualification du mode opératoire
L'exécution d'une épreuve de qualification du mode opératoire et la conformité des résultats obtenus selon
l'ISO 15614-11 attestent que le fabricant a réalisé une opération de soudage par faisceau d'électrons, incluant
l'usinage avant et après soudage, avec les équipements de fabrication et le personnel dont il dispose dans les
conditions décrites par les consignes de soudage. L'ISO 15614-11 contient des données relatives aux
dimensions des assemblages de qualification pour les soudures bout à bout linéaires et circulaires, pour les
soudures d'angle et par transparence, et elle décrit le type et l'étendue des essais sur joints soudés exigés en
1)
fonction des niveaux de qualité des défauts conformément à l'ISO 13919-1 ou à l'ISO 13919-2 (voir
Annexe C).
10 Préparation des joints
10.1 Usinage
Il est recommandé de réaliser toutes les préparations des joints par usinage ou coupage de haute précision.
Le but est d'obtenir des surfaces métalliques nettes avec un jeu minimal lors de la présentation.
Lorsque les composants présentent des couches superficielles produites par carburation, anodisation,
placage au cadmium, nitruration, phosphatation, galvanisation, etc., celles-ci doivent être éliminées
préférentiellement par usinage dans la zone du joint et à son voisinage immédiat comme illustré à la Figure 6.

Légende
1 pièce à souder avec une couche limite traitée
2 couche limite éliminée en vue du soudage
3 faisceau d'électrons
4 3 × largeur du bourrelet endroit
Figure 6 — Exemple de préparation de pièces à souder avec surface traitée


1) L'ISO 13919-1 et l'ISO 13919-2 couvrent l'acier et l'aluminium. Dans le cas d'autres matériaux, ces Normes
internationales peuvent être utilisées dans la mesure du possible.
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ISO/TR 17671-7:2004(F)
10.2 Démagnétisation
Il convient de vérifier si les composants comportant des matériaux ferromagnétiques présentent un
magnétisme résiduel et de les démagnétiser le cas échéant.
10.3 Nettoyage
La qualité des soudures par faisceau d'électrons repose sur la précision et la propreté de la préparation du
joint.
Il convient de prêter attention à l'état de surface obtenu et à la compatibilité avec tout liquide de
refroidissement utilisé.
Il convient de procéder au nettoyage des surfaces des joints soudés pour éliminer tous les produits
contaminants tels que les oxydes, les huiles, les graisses, les liquides de refroidissement et les peintures.
La méthode de nettoyage spécifique utilisée dépendra du type de matériau, de la taille du composant et des
exigences de qualité ainsi que des conditions opératoires. Les traitements suivants peuvent être utilisés:
a) dégraissage manuel à l'aide d'un solvant;
b) nettoyage dans une enceinte à vapeur de solvant ou dans un bain à ultrasons;
c) traitement préalable par nettoyage à la vapeur avec un additif légèrement alcalin, suivi d'un séchage;
d) décapage acide, neutralisation, rinçage à l'eau distillée, séchage, bref temps de stockage.
10.4 Assemblage
Après le nettoyage, il convient d'assembler les composants en prenant soin d'éviter la recontamination et la
magnétisation.
11 Conception du joint
11.1 Joints linéaires
Dans le cas où les composants à assembler peuvent être bridés, il est préférable d'avoir un joint simple à
bords droits (voir Figure 7). À des fins de précision, une préparation à lèvre peut être utilisée pour le
positionnement relatif des composants (voir Figure 8). Il est toujours recommandé de pointer les composants
de gran
...