ISO 15620:2000
(Main)Welding — Friction welding of metallic materials
Welding — Friction welding of metallic materials
Soudage — Soudage par friction des matériaux métalliques
La présente norme internationale définit des exigences relatives au soudage par friction d'éléments métalliques. Elle définit des exigences spécifiques au soudage par friction par rotation, relatives aux connaissances en soudage, aux exigences de qualité, au descriptif de mode opératoire de soudage et à la qualification du mode opératoire de soudage et du personnel en soudage. La présente norme internationale est applicable lorsqu'un contrat entre les parties concernées, une norme d'application ou des exigences réglementaires prévoient d'apporter la preuve de la capacité d'un constructeur ou d'un fabricant à réaliser une construction soudée d'un niveau de qualité spécifié. Elle a été préparée avec une approche globale, en vue d'être utilisée en tant que référence dans les contrats. Les exigences indiquées peuvent être toutes adoptées, ou certaines d'entre elles peuvent être ignorées, si elles ne sont pas applicables à l'assemblage soudé considéré.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15620
First edition
2000-07-15
Welding — Friction welding of metallic
materials
Soudage — Soudage par friction des matériaux métalliques
Reference number
ISO 15620:2000(E)
©
ISO 2000
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ISO 15620:2000(E)
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in the country of the requester.
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ISO 15620:2000(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 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 15620 was prepared by the European Committee for Standardization (CEN) in
collaboration with ISO Technical Committee TC 44, Welding and allied processes, Subcommittee SC 10, Unification
of requirements in the field of metal working, in accordance with the Agreement on technical cooperation between
ISO and CEN (Vienna Agreement).
Throughout the text of this standard, read ".this European Standard." to mean ".this International Standard.".
Annexes A to H of this International Standard are for information only.
For the purposes of this International Standard, the CEN annex regarding fulfilment of European Council Directives
has been removed.
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ISO 15620:2000(E)
Contents
Page
Foreword v
............................................................................................................................................................................
Introduction vi
......................................................................................................................................................................
1 Scope 1
.........................................................................................................................................................................
2 Normative references 1
..............................................................................................................................................
3 Terms and definitions 1
..............................................................................................................................................
4 Welding knowledge 4
..................................................................................................................................................
4.1 Process 4
.......................................................................................................................................................................
4.2 Materials and material combinations 7
.........................................................................................................................
4.3 Friction welding machines 7
..........................................................................................................................................
5 Quality requirements 9
...............................................................................................................................................
5.1 General 9
.......................................................................................................................................................................
5.2 Pre-welding conditions 9
...............................................................................................................................................
5.3 Post-welding treatment 10
.............................................................................................................................................
5.4 Quality assurance 10
.....................................................................................................................................................
6 Welding procedure specification (WPS) 11
..............................................................................................................
6.1 General 11
.....................................................................................................................................................................
6.2 Information related to the manufacturer 11
...................................................................................................................
6.3 Information related to the material 11
...........................................................................................................................
6.4 Welding parameters 11
.................................................................................................................................................
6.5 Joint 12
..........................................................................................................................................................................
6.6 Optional devices 12
.......................................................................................................................................................
7 Welding procedure approval 12
................................................................................................................................
7.1 Principles 12
..................................................................................................................................................................
7.2 Welding procedure tests 12
..........................................................................................................................................
7.3 Welding procedure approval record (WPAR) 16
..........................................................................................................
7.4 Previous experience 16
.................................................................................................................................................
7.5 Circumstances mandating requalification 16
................................................................................................................
7.6 Machine-specific nature of a WPS 16
..........................................................................................................................
7.7 Requalification procedure requirements 16
..................................................................................................................
8 Welding personnel 16
.................................................................................................................................................
8.1 Friction welding machine operator 16
...........................................................................................................................
8.2 Friction welding machine setter 16
...............................................................................................................................
8.3 Welding coordination personnel (supervisor) 16
..........................................................................................................
(informative)
Annex A – Relationship of welding parameters 17
....................................................................................
Annex B (informative) – Additional processes based on friction 19
...............................................................................
(informative)
Annex C – Material combinations weldable by friction welding 21
..........................................................
Annex D (informative) – Guidelines for quality assurance 22
..........................................................................................
(informative)
Annex E – Examination and test 23
..............................................................................................................
Annex F (informative) – Manufacturer's friction welding procedure specification (WPS) 25
......................................
Annex G (informative) – Characteristics of friction welded components 27
..................................................................
Annex H (informative) – Welding procedure approval record form (WPAR) 31
..............................................................
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ISO 15620:2000(E)
Foreword
The text of EN ISO 15620:2000 has been prepared by Technical Committee CEN/TC 121 "Welding", the secretariat of
which is held by DS, in collaboration with Technical Committee ISO/TC 44 "Welding and allied processes".
This European Standard shall be given the status of a national standard, either by publication of an identical text or by
endorsement, at the latest by January 2001, and conflicting national standards shall be withdrawn at the latest by
January 2001.
This European Standard has been prepared under a mandate given to CEN by the European Commission and the
European Free Trade Association, and supports essential requirements of EU Directive(s).
For relationship with EU Directive(s), see informative Annex ZA, which is an integral part of this standard.
According to the CEN/CENELEC Internal Regulations, the national standards organizations of the following countries
are bound to implement this European Standard: Austria, Belgium, Czech Republic, Denmark, Finland, France, Germany,
Greece, Iceland, Ireland, Italy, Luxembourg, Netherlands, Norway, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United
Kingdom.
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ISO 15620:2000(E)
Introduction
Friction welding is a method for making welds in the solid phase in which one component is moved relative to and in
pressure contact with the mating component to produce heat at the faying surfaces, the weld being completed by the
application of a force during or after the cessation of relative motion. There are several forms of supplying energy and
various forms of relative movements.
The generation of friction heating results in a comparatively low joining temperature at the interface. This is largely the
reason why friction welding is suitable for materials and material combinations which are otherwise difficult to weld. The
weld region is generally narrow and normally has a refined microstructure.
Whilst the friction welding process deals primarily with components of circular cross section it does not preclude the
joining of other component shapes.
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ISO 15620:2000(E)
1 Scope
This standard specifies requirements for the friction welding of components manufactured from metals.
It specifies requirements particular to rotational friction welding related to welding knowledge, quality requirements,
welding procedure specification, welding procedure approval and welding personnel.
This standard is appropriate where a contract, an application standard or regulatory requirement requires the
demonstration of the manufacturer' s capability to produce welded constructions of a specified quality. It has been
prepared in a comprehensive manner to be used as a reference in contracts. The requirements given may be
adopted in full or some may be deleted, if not relevant to the construction concerned.
2 Normative references
This European Standard incorporates by dated or undated reference, provisions from other publications. These
normative references are cited at the appropriate places in the text and the publications are listed hereafter. For
dated references, subsequent amendments to or revisions of any of these publications apply to this European
Standard only when incorporated in it by amendment or revision. For undated references the latest edition of the
publication referred to applies (including amendments).
EN 1289
Non-destructive examination of welds – Penetrant testing of welds – Acceptance levels
EN 1290
Non-destructive examination of welds – Magnetic particle examination of welds
EN 1711
Non-destructive examination of welds – Eddy current examination of welds by complex plane analysis
EN ISO 4063
Welding and allied processes – Nomenclature of processes and reference numbers (ISO 4063:1998)
3 Terms and definitions
For the purposes of this standard, the following terms and definitions apply.
3.1
axial force
Axial force between components to be welded.
3.2
axial pressure
Pressure (force per unit area) on the faying surfaces.
3.3
burn-off length
Loss of length in the friction phase.
3.4
burn-off rate
The rate of shortening of the components during application of the friction force.
3.5
component
A single item before welding.
3.6
component induced braking
Reduction in rotational speed resulting from friction between the interfaces.
3.7
contact force
Axial force on contact of components.
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1
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ISO 15620:2000(E)
3.8
contact torque
Reaction torque after friction start.
3.9
external braking
External braking reducing the rotational speed.
3.10
faying surface
A surface of one component that is to be in contact with a surface of another component to form a joint.
3.11
forge force
The force applied normal to the faying surfaces at the time when relative movement between the components is
ceasing or has ceased.
3.12
forge length
The amount by which the overall length of the components is reduced during the application of the forge force.
3.13
forge phase
In the friction welding cycle the interval between the start and finish of application of the forge force.
3.14
forge pressure
The pressure (force per unit area) on the faying surfaces resulting from the axial forge force.
3.15
forge rate
The rate of shortening of the components during the application of forge force.
3.16
forge time
The time for which the forge force is applied to the components.
3.17
friction force(s)
The force(s) applied normal to the faying surfaces during the time that there is relative movement between the
components.
3.18
friction phase
In the friction welding cycle the interval in which the heat necessary for making a weld is generated by relative
motion and the friction force(s) between the components, i.e. from contact of components to the start of
deceleration.
3.19
friction pressure(s)
The pressure(s) (force per unit area) on the faying surfaces resulting from the axial friction force.
3.20
friction time
The time during which relative movement between the components takes place at rotational speed and under
application of the friction force(s).
3.21
interface
The contact area developed between the faying surfaces after completion of the welding operation.
3.22
length allowance
Extra material to allow for loss of length.
3.23
overhang
The distance a component projects from the fixture, or chuck in the direction of the mating component.
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3.24
peripherial velocity
Velocity of outer diameter of faying surfaces to be welded.
3.25
rotational speed
Revolutions per minute of rotating component.
3.26
stopping phase
In the friction welding cycle the interval in which the relative motion of the components is decelerated to zero.
3.27
stopping time
The time required by the moving component to decelerate from friction speed to zero speed.
3.28
torque curve
Torque characteristic between the two interfaces based on time (contact, equilibrium, final torque).
3.29
total length loss (upset)
The loss of length that occurs as a result of friction welding, i.e. the sum of the burn-off length and the forge length.
3.30
total weld time
Time elapsed between component contact and end of forging phase.
3.31
upset metal (flash)
Parent metal proud of the normal surfaces of the weldment as a result of friction welding.
3.32
weld cross-section
The areas to be welded.
3.33
welding cycle
The succession of operations effected by the machine for making a weldment and the return to the initial position
(excluding component-handling operations).
3.34
weldment
Two or more components joined by welding.
3.35
pressure contact area
The surface contact area of the components through which the force is transmitted.
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3
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4 Welding knowledge
4.1 Process
The classification of friction welding processes are listed in table 1.
Table 1 - Classification of friction welding processes
Friction welding
Relative motion classification Energy classification
Continuous drive
Stored energy
The process variant where The process variant where
power or energy is provi- the energy for welding is
ded by an infinite duration supplied by the kinetic
source and maintained for energy stored in a rotating
a preset period system or fluid storage
system
Hybrid system
Combining some features of both methods
Rotational Linear Angular
Orbital
reciprocation oscillation
A method in which one A method in which one A method in which one A method in which one
component is rotated rela- component is moved in a component is moved in an component is moved in a
tive to and in contact with linear oscillating motion angular oscillating motion small circular motion rela-
the mating face of another relative to and in contact about a common compo- tive to and in contact with
component or components. with thematingfaceof nent axis relative to and in the mating face of another
another component. contact with the mating component.
face of another compo-
nent.
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ISO 15620:2000(E)
4.1.1 Direct drive rotational friction welding
The energy input is provided by direct drive at predetermined rotational speed or speeds, figures 1 and 2.
1Drivemotor
2Brake
3a Rotating clamp
3b Stationary clamp
4a Rotating workpiece
4b Stationary workpiece
5 Forge cylinder
Figure 1 - Diagram showing direct drive rotational friction welding
1Axialforce 1) Burn-off length
2 Axial displacement 2) Friction time
3 Rotational speed 3) Stopping time
4 Friction phase 4) Forge time
5 Friction force 5) Forge length
6 Stopping phase 6) Total length loss (upset)
7 Forge phase
8 Forge force
Figure 2 - Diagram showing typical relationships of characteristics for friction welding at constant
rotational speed (friction welding, process No. 42 in accordance with EN ISO 4063)
The spindle is either decelerated at a predetermined rate or stopped by external braking or component induced
braking. The main welding parameters are listed below and their relationship is given in Annex A:
– rotational speed(s);
– predetermined friction force(s);
– friction time or burn-off;
– predetermined forge force(s);
– forge time;
– stopping time and forge delay.
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5
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4.1.2 Stored energy (inertia) friction welding
Energy stored in an inertia mass is used up in the friction welding process by component induced braking, see
figures 3 and 4.
1Drivemotor
2 Inertia mass, variable
3a Rotating clamp
3b Stationary clamp
4a Rotating workpiece
4b Stationary workpiece
5 Forge cylinder
Figure 3 - Diagram showing inertia friction welding
1Axialforce 1) Total length loss (upset)
2 Axial displacement 2) Friction time
3 Rotational speed 3) Forge time
4 Friction phase
5 Friction force
6 Forge phase
7 Forge force
Figure 4 - Diagram showing typical relationships of characteristics for inertia friction welding
(friction welding, process No. 42 in accordance with EN ISO 4063)
The main welding parameters are listed below and their relationship is given in Annex A:
– rotational speed;
– inertia mass;
– predetermined friction force(s);
– predetermined forge force(s).
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4.1.3 Further processes
Further processes are listed in Annex B.
4.1.4 Friction welding arrangements
The following methods of rotational friction welding (see figure 5) can be distinguished:
– friction welding with the rotation of one of the components to be welded or one of the parts to be joined and
linear movement of the other (figure 5a) i.e. fixed head friction welding machine;
– welding with rotation and linear movement of one of the components to be welded and the other one held
static (figure 5b) i.e. sliding head friction welding machine;
– rotation and linear movement of two components against a static middle component (figure 5c) i.e. double
ended friction welding machine;
– rotation of central component with linear movement of two end components (figure 5d).
Figure 5a Figure 5b Figure 5c Figure 5d
Figure 5 - Rotational friction welding methods
4.2 Materials and material combinations
Experience of friction welding many metallic materials and combinations is already well-documented (see Annex C).
Weldability criteria for other welding processes is not always valid for friction welding. More materials and their
combinations can be friction welded when compared with most other welding processes. The data shown in
Annex C is based upon actual experience from test welds but it is not necessarily complete. For many materials and
material combinations there is further data available which is only valid for particular geometries.
The following factors can affect welding quality:
– amount, distribution and shape of non-metallic inclusions in the parent material(s);
– formation of intermetallic phases in the weld;
– formation of low melting point phases in the weld;
– porosity in parent material(s);
– thermal softening of hardened materials in the weld;
– hardening of the weld metal heat affected zone;
– hydrogen in parent material(s).
It may be possible to negate some of the above by critical selection of parameters or heat treatment.
4.3 Friction welding machines
4.3.1 General
Friction welding is not positionally sensitive and may be performed in any plane.
Machine design and build are dependent upon the welding application and there are preconditions for exact and
repeatable production. A schematic diagram of a horizontal friction welding machine is shown in figure 6.
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7
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1 Machine frame 7 Flash removal unit
2 Headstock with drive spindle and brake 8 Safety guards
3 Chuck - for rotating component 9 Hydraulic power pack - not shown
4 Clamp - for fixed component 10 Electrical control cabinet - not shown
5 Machine slides (tie-bars) 11 Machine control panel
6 Force actuator
Figure 6 - Schematic diagram of a direct drive friction welding machine of horizontal configuration
The application determines the choice of axial force(s), rotation speed(s) and welding time. Other parameters which
affect machine design are carriage speed during friction, friction burn-off, brake point, forging point, torque and
moment of inertia of the rotating mass.
The repeatability and variation of machine parameters should be checked while the machine is running at operating
temperature.
The machine should be of a specification appropriate to the parts to be welded.
The machine should be equipped with an automatic control system which, after the components have been
clamped in their work-holding devices and on initiation of the cycle, will undertake a controlled welding cycle without
intervention from the operator and will incorporate at least the following operational cycle:
– initiation of a sequence which will bring the components into face contact at a chosen rotational speed;
– establishment and the maintenance of a friction force(s) and relative speed(s) for the duration of the heating
cycle;
– establishment and maintenance of the forge force for a desired forge time or forge distance or combination of
both, to complete the weldment.
Unclamping the work-holding devices may or may not be done automatically, thus completing the cycle of opera-
tions.
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4.3.2 Features
Friction welding machines can be equipped with the following options:
– loading equipment;
– unloading equipment;
– turning units for facing, flash removal, machining;
– shearing unit to strip the flash;
– extended memory for welding programmes;
– weld identification unit;
– angular orientation;
– monitoring;
– identification;
– in process proof testing.
5 Quality requirements
5.1 General
The regulations and recommendations which govern other welding processes apply only in part to friction welding.
Emphasis should be placed on the avoidance of imperfections rather than on developing methods to find them. An
important prerequisite for ensuring weld quality is the uniformity and consistency of the component to be welded.
For this reason, adequate quality assurance measures shall be taken during the pre-welding, welding and post-
welding process operations.
5.2 Pre-welding conditions
5.2.1 Condition of raw materials
To ensure repeatable properties of friction welds which remain constant within a friction welding series the following
conditions should be maintained :
– chemical analysis;
– structure;
– strength and hardness;
– dimensional and geometrical tolerances;
– supply conditions of the materials to be joined.
5.2.2 Preparation of the components to be welded
Unless otherwise required by the design specification the following should be adhered to:
The end of each component shall be prepared so that the faying surface lies in a plane at right angles to the axis of
rotation, the end being cut square. This end can be tapered if required so that the area of the faying surface is
reduced for the early stage of the welding cycle. The length of the taper shall be not greater than 50 % of the burn-
off length for each component and sufficient to ensure that the plane of the weld interface is on the parallel portion
of the component, or at such a position as is indicated on the drawing agreed between the contracting parties.
Dirt, grease, rust and other surface oxides or protective films shall be removed from the faying surfaces before the
components are placed in the machine, except where surface contamination is shown to have no detrimental effect
on joint properties.
Surface irregularities on the faying surface, e.g. centre turning holes, shall only be allowed where they do not cause
harmful effects.
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5.2.3 Component holding
The torque and axial forces resulting from the friction welding cycle are normally resisted by the tooling. The
clamping force shall be not so great as to deform or mark the components beyond acceptable levels.
Suitable backstops are used wherever possible to prevent axial slippage. Plugs may be used to provide additional
support when gripping hollow components.
The components to be welded shall be set in the machine so that their axes lie within the limits specified for
concentricity and alignment.
To achieve the required alignment it is sometimes necessary to machine or clean the surfaces of the components to
be clamped.
Particular care is necessary with regard to tooling and alignment when welding hollow sections having an outside
dimension that is large relative to the wall thickness of the component.
The overhang shall not be so short as to cause unacceptable chilling of the component or so long as to cause
unacceptable misalignment or vibration of the opposing faces during the friction and forge phase
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 15620
Première édition
2000-07-15
Soudage — Soudage par friction des
matériaux métalliques
Welding — Friction welding of metallic materials
Numéro de référence
ISO 15620:2000(F)
©
ISO 2000
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ISO 15620:2000(F)
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Imprimé en Suisse
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ISO 15620:2000(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/du présent 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 15620 a étéélaboréepar le Comité européen de normalisation (CEN) en
collaboration avec le comité technique ISO/TC 44, Soudage et techniques connexes, sous-comité SC 10,
Unification des prescriptions dans la technique du soudage des métaux, conformément à l’Accord de coopération
technique entre l’ISO et le CEN (Accord de Vienne).
Tout au long du texte de la présente norme, lire «…la présente norme européenne…» avec le sens de «…la
présente Norme internationale…».
Les annexes A àHdelaprésente Norme internationale sont données uniquement à titre d'information.
Pour les besoins de la présente Norme internationale, l'annexe CEN concernant le respect des directives du
Conseil européen a été supprimée.
© ISO 2000 – Tous droits réservés iii
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ISO 15620:2000(F)
Sommaire
Page
Avant-propos.v
Introduction .vi
1 Domaine d'application.1
2Références normatives .1
3Termesetdéfinitions.1
4 Connaissance du soudage .4
4.1 Procédés.4
4.2 Matériaux et combinaisons de matériaux .8
4.3 Machines de soudage par friction.8
5 Exigences relatives à la qualité.10
5.1 Généralités.10
5.2 Conditions préalables au soudage .10
5.3 Traitement après soudage .11
5.4 Assurance de la qualité en soudage.11
6 Descriptif de mode opératoire de soudage (DMOS) .12
6.1 Généralités.12
6.2 Information relative au constructeur ou au fabricant .12
6.3 Information relative au matériau .13
6.4 Paramètres de soudage .13
6.5 Assemblage.13
6.6 Dispositifs optionnels .13
7 Qualification d'un mode opératoire de soudage .13
7.1 Principes.13
7.2 Épreuve de qualification d'un mode opératoire de soudage .14
7.3 Procès-verbal de qualification de mode opératoire de soudage (PV-QMOS) .18
7.4 Expérience acquise .18
7.5 Circonstances justifiant la requalification .18
7.6 DMOS concernant une machine spécifique.18
7.7 Exigences du mode opératoire de requalification .18
8 Personnel en soudage.18
8.1 Opérateur sur machine de soudage par friction.18
8.2 Régleur sur machine de soudage par friction .18
8.3 Personnel de coordination en soudage (coordonnateur).19
Annexe A (informative) Relations entre les paramètres de soudage.20
Annexe B (informative) Autres procédés utilisant la friction.22
Annexe C (informative) Combinaisons de matériaux soudables en soudage par friction .24
Annexe D (informative) Guide pour l'assurance de la qualité .25
Annexe E (informative) Contrôles, examens et essais.26
Annexe F (informative) Descriptif de mode opératoire de soudage par friction (DMOS) du constructeur
ou du fabricant, N° .28
Annexe G (informative) Caractéristiques des éléments soudés par friction .30
Annexe H (informative) Procès-verbal de qualification de mode opératoire de soudage (PV-QMOS)
Qualification de mode opératoire de soudage – Certificat.35
Index alphabétique à l’article 3.39
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ISO 15620:2000(F)
Avant-propos
Le texte de l’EN ISO 15620:2000 a étéélaboré par le Comité Technique CEN/TC 121 "Soudage" dont le
secrétariat est tenu par le DS, en collaboration avec le Comité Technique ISO/TC 44 "Soudage et
techniques connexes".
Cette norme européenne devra recevoir le statut de norme nationale, soit par publication d'un texte
identique, soit par entérinement, au plus tard en janvier 2000, et toutes les normes nationales en
contradiction devront être retirées au plus tard en janvier 2000.
La présente norme européenne a étéélaborée dans le cadre d'un mandat donné au CEN par la
Commission Européenne et l'Association Européenne de Libre-Échange et vient à l'appui des exigences
essentielles de la (de) Directive(s) UE.
Pour la relation avec la (les) Directives UE, voir l'annexe ZA, informative, qui fait partie intégrante de la
présente norme.
SelonleRèglement Intérieur du CEN/CENELEC, les instituts de normalisation nationaux des pays
suivants sont tenus de mettre cette norme européenne en application: Allemagne, Autriche, Belgique,
Danemark, Espagne, Finlande, France, Grèce, Irlande, Islande, Italie, Luxembourg, Norvège, Pays-Bas,
Portugal, République Tchèque, Royaume-Uni, Suède et Suisse.
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ISO 15620:2000(F)
Introduction
Le soudage par friction est une méthode permettant de réaliser des soudures en phase solide, au cours de laquelle
un élément est mis en mouvement et en contact sous pression par rapport à l'autre élément qui lui fait face, afin de
produire de la chaleur aux surfaces de contact, la soudure étant réalisée en appliquant une force durant
l’établissement du mouvement relatif ou aprèsarrêt de celui-ci. Il existe plusieurs formes d'apport d'énergie et
différentes formes de mouvements relatifs.
En soudage par friction, la température créée à l'interface lors du chauffage est notablement plus faible que celle
atteinte par les autres procédés de soudage. C'est la raison principale pour laquelle le soudage par friction est
adapté aux matériaux et aux combinaisons de matériaux qui sont difficiles à souder avec d'autres procédés. La
zone de la soudure est généralement étroite et présente normalement une microstructure fine.
Bien que le procédé de soudage par friction soit principalement utilisé pour les pièces de section circulaire, il
n'exclut pas des pièces ayant d'autres formes.
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ISO 15620:2000(F)
1 Domaine d'application
La présente norme européenne définit des exigences relatives au soudage par friction d'éléments métalliques.
Elle définit des exigences spécifiques au soudage par friction par rotation, relatives aux connaissances en
soudage, aux exigences de qualité, au descriptif de mode opératoire de soudage et à la qualification du mode
opératoire de soudage et du personnel en soudage.
La présente norme européenne est applicable lorsqu'un contrat entre les parties concernées, une norme
d'application ou des exigences réglementaires prévoient d'apporter la preuve de la capacité d'un constructeur ou
d'un fabricant à réaliser une construction soudéed'un niveaudequalité spécifié. Elle a été préparéeavec une
approche globale, en vue d'être utiliséeen tantque référence dans les contrats. Les exigences indiquées peuvent
être toutes adoptées, ou certaines d'entre elles peuvent être ignorées, si elles ne sont pas applicables à
l'assemblage soudé considéré.
2Références normatives
Cette norme européenne comporte par référence datée ou non datée des dispositions d'autres publications. Ces
références normatives sont citées aux endroits appropriés dans le texte et les publications sont énumérées ci-
après. Pour les références datées, les amendements ou révisions ultérieurs de l'une quelconque de ces
publications ne s'appliquent à cette norme européenne que s'ils y ont été incorporés par amendement ou révision.
Pour les références non datées, la dernière édition de la publication à laquelle il est fait référence s'applique
(amendements inclus).
EN 1289, Contrôle non destructif des assemblages soudés-Contrôle par ressuage des soudures - Niveaux
d'acceptation
EN 1290, Contrôle non destructif des assemblages soudés- Contrôle par magnétoscopie des assemblages
soudés
EN 1711, Contrôle non destructif des assemblages soudés-Contrôle par courants de Foucault des assemblages
soudés par analyse dans le plan complexe
EN ISO 4063, Soudage et techniques connexes - Nomenclature et numérotation des procédés (ISO 4063:1998).
3 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente norme européenne, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
effort axial
effort axial entre les pièces à souder
3.2
pression axiale
pression (effort par unité de surface) exercée sur les surfaces de contact
3.3
consommation de matière en phase de friction
perte de longueur au cours de la phase de friction
3.4
vitesse de consommation de matière en phase de friction
vitesse de raccourcissement des pièces pendant l'application de l'effort de friction
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ISO 15620:2000(F)
3.5
pièce
élément à souder
3.6
freinage induit par la friction des pièces
réduction de la vitesse de rotation provoquée par la friction entre les plans de joint
3.7
effort d'accostage
effort axial exercé sur la surface de contact des pièces
3.8
couple d'accostage
couple de réaction au début de la friction
3.9
freinage externe
freinage externe réduisant la vitesse de rotation
3.10
surface de contact
surface d'une pièce destinée àêtre mise en contact avec la surface d'une autre pièce pour former un assemblage
soudé
3.11
effort de forgeage
effort appliqué perpendiculairement aux surfaces de contact lorsque le mouvement relatif entre les pièces cesse ou
acessé
3.12
consommation de matière en phase de forgeage
perte de longueur sur les deux pièces pendant l'application de l'effort de forgeage
3.13
phase de forgeage
dans le cycle de soudage, intervalle entre le début et l’arrêtdel’application de l’effort de forgeage
3.14
pression de forgeage
pression (effort par unité de surface) exercée sur les surfaces de contact, résultant de l'effort axial de forgeage
3.15
vitesse de consommation de matière en phase de forgeage
vitesse de raccourcissement des pièces pendant l'application de l'effort de forgeage
3.16
tempsdeforgeage
temps pendant lequel l'effort de forgeage est appliqué aux pièces
3.17
effort(s) de friction
effort(s) appliqué(s) perpendiculairement aux surfaces de contact pendant la duréeoù les pièces sont en
mouvement relatif
3.18
phase de friction
dans le cycle de soudage, l’intervalle durant lequel la chaleur nécessaire à la réalisation d'une soudure est générée
par le mouvement relatif et par l'effort de friction entre les pièces, correspondant à la période comprise entre
l'accostage des pièces et le début de la décélération
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3.19
pression de friction
pression (effort par unité de surface) exercée sur les surfaces de contact, résultant de l'effort axial de friction
3.20
tempsdefriction
temps durant lequel il y a un mouvement relatif entre les pièces à la vitesse de rotation et sous application de
l'effort de friction
3.21
plan de joint
surface de contact développée entre les surfaces à souder aprèsréalisation de l'opération de soudage
3.22
surlongueur pour soudage
excédent de matériau pour compenser la perte de longueur
3.23
porte à faux
distance mesurée sur une pièce depuis la mâchoire de serrage ou le mandrin jusqu'à son extrémité en direction de
la pièce qui lui fait face
3.24
vitesse périphérique
vitesse à la périphérie des surfaces de contact à souder
3.25
vitesse de la broche
nombre de tours par minute effectués par la pièce en rotation
3.26
phase d'arrêtde labroche
dans le cycle de soudage, l’intervalle durant lequel le mouvement relatif des pièces ralentit jusqu'à l'arrêt complet
3.27
temps d'arrêt delabroche
temps nécessaire à la pièce en mouvement pour passer de la vitesse de friction à une vitesse nulle
3.28
courbe du couple
caractéristique de couple entre les deux plans de joint, par rapport au temps (accostage, équilibre, couple final)
3.29
perte de longueur totale
perte de longueur provoquée par le soudage, correspondant à la somme de la consommation de matière en phase
de friction et de la consommation de matière en phase de forgeage
3.30
temps total de soudage
temps écoulé entre l'accostage des pièces et la fin de la phase de forgeage
3.31
métal refoulé (flash)
métal de base dépassant de la surface normale des pièces à souder, résultant du soudage par friction
3.32
section soudée
surface à souder.
3.33
cycledesoudage
succession des opérations effectuées par la machine pour réaliser un assemblage soudé jusqu'au retour à la
position initiale (à l'exception des opérations de manipulation des pièces).
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3.34
assemblage
deux ou plusieurs pièces assemblées par soudage.
3.35
section à souder
surface de contact des pièces à travers lesquelles l’effort est transmis.
4 Connaissance du soudage
4.1 Procédés
La classification des procédés de soudage par friction est indiquée dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Classification des procédés de soudage par friction
Soudage par friction
Classification suivant le mouvement relatif Classification suivant l'énergie
Soudage par friction avec Soudage par friction avec
entraînement continu accumulation d'énergie
cinétique
Variante du procédé dans Méthode dans laquelle
laquelle la puissance ou l'énergie nécessaire au
l'énergie est fournie par une soudage est fournie par
source capable d'une durée l'énergie cinétique
infinie et maintenue pour une emmagasinée dans un
duréeprédéterminée. système rotatifouunsystème
de stockage utilisant un fluide.
Système hybride
Système combinant certaines caractéristiques des deux
méthodes
Soudage par friction avec Soudage par friction avec Soudage par friction avec Soudage par friction avec
mouvement rotatif oscillation linéaire oscillation angulaire rotation excentrique
Méthode dans laquelle l'une Méthode dans laquelle l'une Méthode dans laquelle l'une Méthode dans laquelle l'une
des pièces est mise en des pièces est soumise à un des pièces est soumise à un des pièces est soumise à un
rotation et au contact d'une mouvement d'oscillation mouvement d'oscillation léger mouvement circulaire
(ou d'autres) pièce(s) qui lui linéaire et mise au contact de angulaire autour de l'axe par rapport à la surface de
fait (ou font) face. l'autre pièce qui lui fait face. commun aux pièces, et mise l'autre pièce à souder, et en
au contact de l'autre pièce qui contact avec celle-ci.
lui fait face.
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ISO 15620:2000(F)
4.1.1 Soudage par friction avec entraînement direct
L'apport d'énergie est fourni par entraînement direct à une vitesse ou à des vitesses de rotation prédéterminée(s),
Figures 1 et 2.
Légende
1 Moteur d'entraînement 4a Pièce à souder en rotation
2Frein 4b Pièce à souder fixe
3a Dispositif de serrage rotatif 5 Cylindre de forgeage
3b Dispositif de serrage fixe
Figure 1 — Schéma du soudage par friction avec entraînement direct
Légende
1 Effort axial 1) Consommation de matière en phase de friction
2Déplacement axial 2) Temps de friction
3 Vitesse de rotation 3) Temps d'arrêt delabroche
4 Phase de friction 4) Temps de forgeage
5 Effort de friction 5) Consommation de matière en phase de forgeage
6 Phase d'arrêt de la broche 6) Perte de longueur totale
7 Phase de forgeage
8 Effort de forgeage
Figure 2 — Schéma des relations types des caractéristiques du soudage par friction à vitesse de rotation
constante (soudage par friction, procédé 42 selon l'EN ISO 4063)
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ISO 15620:2000(F)
La broche est soit ralentie à une vitesse prédéterminée, soit arrêtée par un système de freinage extérieur ou un
effet de freinage induit par la friction des pièces. Les principaux paramètres de soudage sont indiqués ci-dessous
et les relations entre ces derniers sont indiquées en annexe A :
� vitesse(s) de rotation ;
� effort(s) de friction prédéterminé(s) ;
� temps defrictionouconsommationdematière en phase de friction ;
� effort(s) de forgeage prédéterminé(s) ;
� temps de forgeage ;
� temps d'arrêt de la broche et forgeage retardé.
4.1.2 Soudage par friction par accumulation d'énergie (par inertie)
L'énergie emmagasinée dans un volant d'inertie est utiliséepour leprocédé de soudage par friction avec freinage
induit par la friction des pièces, voir Figures 3 et 4.
Légende
1 Moteur d'entraînement
2 Volant d'inertie, variable
3a Dispositif de serrage rotatif
3b Dispositif de serrage fixe
4a Pièce à souder en rotation
4b Pièce à souder fixe
5 Cylindre de forgeage
Figure 3 — Schéma du soudage par friction par inertie
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ISO 15620:2000(F)
Légende
1 Effort axial 1) Perte de longueur totale
2Déplacement axial 2) Temps de friction
3 Vitesse de rotation 3) Temps de forgeage
4 Phase de friction
5 Effort de friction
6 Phase de forgeage
7 Effort de forgeage
Figure 4 — Schéma des relations types entre les caractéristiques du soudage par friction par inertie
(soudage par friction, procédé 42 selon l'EN ISO 4063)
Les principaux paramètres de soudage sont présentés ci-dessous et les relations entre ces derniers sont indiquées
à l'annexe A:
� vitesse de rotation ;
� volant d'inertie ;
� effort(s) de friction prédéterminé(s) ;
� effort(s) de forgeage prédéterminé(s).
4.1.3 Autres procédés
D'autres procédés sont indiqués à l'annexe B.
4.1.4 Dispositions utilisées pour le soudage par friction
Les méthodes de soudage par friction avec mouvement rotatif (voir Figure 5) peuvent être différenciées de la façon
suivante :
� soudage par friction avec rotation de l'une des pièces à souder ou à assembler et mouvement linéaire de
l'autre pièce [Figure 5 a)]; ceci correspond à une machine de soudage par friction avec broche fixe ;
� soudage avec rotation et mouvement linéaire de l'une des pièces à souder, l'autre pièce étant maintenue fixe
[Figure 5 b)]; ceci correspond à une machine de soudage par friction avec broche coulissante ;
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� rotation et mouvement linéaire de deux pièces contre une pièce statique positionnée entre elles (Figure 5 c)] ;
ceci correspond à une machine de soudage par friction à double tête ;
� rotation d'une pièce centrale avec mouvement linéaire de deux pièces placées à ses extrémités [Figure 5 d)].
a) b) c) d)
Figure 5 — Méthodes de soudage par friction avec mouvement rotatif
4.2 Matériaux et combinaisons de matériaux
L'expérience acquise en soudage par friction de nombreux matériaux métalliques et combinaisons de matériaux
métalliques est déjà assez étendue (voir annexe C). Les critères de soudabilité pour d’autres procédés de soudage
ne sont pas toujours applicables au soudage par friction. Le soudage par friction permet de souder un plus grand
nombre de matériaux et de combinaisons de ces matériaux que la plupart des autres procédés de soudage. Les
informations indiquées à l'annexe C reposent sur les résultats réels obtenus sur des combinaisons testées, mais
elles ne sont pas nécessairement complètes. Pour de nombreux matériaux et de nombreuses combinaisons de
matériaux, il existe des informations complémentaires qui ne sont applicables qu'à des configurations particulières.
Les facteurs suivants peuvent affecter la qualité du soudage :
� quantité,répartition et forme des inclusions non-métalliques dans le (ou les) matériau(x) de base ;
� formation de phases intermétalliques dans la soudure ;
� formation de phases à bas point de fusion dans la soudure ;
� porosité du (ou des) matériau(x) de base ;
� phénomène de revenu dans la soudure de matériaux durcis ;
� durcissement dans la zone affectée thermiquement du métal soudé ;
� hydrogène contenu dans le (ou les) matériau(x) de base.
Il peut être possible de pallier certains de ces inconvénients en ajustant les paramètres ou en procédant à un
traitement thermique adapté.
4.3 Machines de soudage par friction
4.3.1 Généralités
Le soudage par friction n'est pas influencé par la position de soudage et peut être mis en œuvre dans n'importe
quel plan.
La conception et la construction des machines dépendent de l'application envisagée ; certaines exigences
permettent d'obtenir une production précise et reproductible. Le schéma d'une machine horizontale de soudage par
friction est présentéà la Figure 6.
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ISO 15620:2000(F)
1Bâti de la machine 7 Dispositif d'élimination du bourrelet
2 Poupéefixe avec brocheet frein 8 Écrans de sécurité
3 Mandrin pour pièce tournante 9 Groupe d'entraînement hydraulique (non représenté)
4 Dispositif de serrage pour pièce fixe 10 Armoire de commande électrique (non représentée)
5 Glissières (traverses) 11 Tableau de commande de la machine
6Générateur de force
Figure 6 — Diagramme schématique d'une machine horizontale de soudage par friction à entraînement
direct
L'effort axial, la vitesse de la broche ainsi que le temps de soudage sont déterminés en fonction de l'application.
Les autres paramètres qui influent sur la conception de la machine, sont la vitesse d'avance de l'équipage mobile
pendant la friction, la consommation de matière en phase de friction, le point de freinage, le point de forgeage, le
couple et le moment d'inertie de la masse en rotation.
Il convient de vérifier la répétabilité et la variation des paramètres de la machine lorsque celle-ci se trouve à sa
température de fonctionnement.
Il convient que la spécification de la machine soit appropriée aux parties à souder.
Il convient d'équiper la machined'unsystème de commande automatique, qui, aprèsque lespièces aient été
serrées dans les dispositifs de maintien et dès l'initiation du cycle, effectue un cycle de soudage complet sans
intervention de l'opérateur. Ce dispositif de commande réalise au minimum les opérations suivantes :
� lancement d'une séquence mettant les surfaces des pièces en contact à une vitesse de rotation déterminée;
� application et maintien d'un effort de friction et d'une (ou de) vitesse(s) relative(s) pendant la duréedelaphase
de chauffage ;
� application et maintien d'un effort de forgeage pendant un temps de forgeage déterminé, pour une distance de
forgeage déterminée ou pour une combinaison des deux, afin de réaliser l'assemblage.
Le desserrage des dispositifs de fixation des pièces, qui constitue la fin du cycle des opérations, peut être effectué
automatiquement ou non.
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ISO 15620:2000(F)
4.3.2 Équipements complémentaires
Les machines de soudage par friction peuvent être équipées des options suivantes :
...
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