Friction stir welding -- Aluminium

This document specifies the requirements for the specification and qualification of welding procedures for the friction stir welding (FSW) of aluminium. In this document, the term "aluminium" refers to aluminium and its alloys. This document does not apply to friction stir spot welding which is covered by the ISO 18785 series. NOTE Service requirements, materials or manufacturing conditions can require more comprehensive testing than is specified in this document.

Soudage par friction-malaxage -- Aluminium

Le présent document spécifie les exigences relatives au descriptif et ŕ la qualification des modes opératoires de soudage pour le soudage par friction-malaxage de l'aluminium. Dans le présent document, le terme «aluminium» se rapporte ŕ l'aluminium et ses alliages. Le présent document ne s'applique pas au soudage par points par friction-malaxage, qui est couvert par les normes de la série ISO 18785. NOTE Les exigences de service, les matériaux ou les conditions de fabrication peuvent nécessiter des essais plus complets que ceux spécifiés dans le présent document.

General Information

Status
Published
Publication Date
30-Jun-2020
Current Stage
5060 - Close of voting Proof returned by Secretariat
Start Date
12-Jun-2020
Completion Date
11-Jun-2020
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ISO 25239-4:2020 - Friction stir welding -- Aluminium
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ISO 25239-4:2020 - Soudage par friction-malaxage -- Aluminium
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ISO/FDIS 25239-4 - Friction stir welding -- Aluminium
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 25239-4
Second edition
2020-06
Friction stir welding — Aluminium —
Part 4:
Specification and qualification of
welding procedures
Soudage par friction-malaxage — Aluminium —
Partie 4: Descriptif et qualification des modes opératoires de soudage
Reference number
ISO 25239-4:2020(E)
ISO 2020
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 25239-4:2020(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2020

All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may

be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting

on the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address

below or ISO’s member body in the country of the requester.
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Published in Switzerland
ii © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO 25239-4:2020(E)
Contents Page

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

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

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

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

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

4 Development and qualification of welding procedures ............................................................................................... 2

4.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 2

4.2 Technical content of a pWPS ....................................................................................................................................................... 2

5 Qualification based on a welding procedure test ............................................................................................................... 4

5.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 4

5.2 Test pieces ................................................................................................................................................................................................... 4

5.2.1 Shape and dimensions of test pieces .............................................................................................................. 4

5.2.2 Welding of test pieces .................................................................................................................................................. 6

5.3 Examination and testing of test pieces ............................................................................................................................... 6

5.3.1 Extent of testing ................................................................................................................................................................ 6

5.3.2 Visual testing and acceptance levels ............................................................................................................... 7

5.3.3 Destructive tests ............................................................................................................................................................... 7

5.3.4 Re-testing ............................................................................................................................................................................12

5.4 Range of qualification ....................................................................................................................................................................12

5.4.1 General...................................................................................................................................................................................12

5.4.2 Related to the fabricator.........................................................................................................................................12

5.4.3 Other variables ...............................................................................................................................................................12

5.5 Welding procedure qualification record ........................................................................................................................12

6 Qualification based on pre-production welding test ...................................................................................................13

6.1 General ........................................................................................................................................................................................................13

6.2 Test pieces ................................................................................................................................................................................................13

6.3 Examination and testing of test pieces ............................................................................................................................13

6.4 Range of qualification ....................................................................................................................................................................13

6.5 Welding procedure qualification record ........................................................................................................................13

Annex A (informative) Example of a form for preliminary welding procedure specification

(pWPS) and welding procedure specification (WPS) ..................................................................................................14

Annex B (informative) Non-destructive testing .....................................................................................................................................15

Annex C (informative) Hammer S-bend test of lap welds ............................................................................................................16

Annex D (informative) Example welding procedure qualification record form (WPQR) ...........................18

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................22

© ISO 2020 – All rights reserved iii
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ISO 25239-4:2020(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/

iso/ foreword .html.

This document was prepared by IIW, International Institute of Welding, Commission III, Resistance

Welding, Solid State Welding and Allied Joining Process, in collaboration with the European Committee for

Standardization (CEN) Technical Committee CEN/TC 121, Welding and allied processes, in accordance

with the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).

This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 25239-4:2011), which has been

technically revised.
The main changes compared to the previous edition are as follows:

— alternative process control methods (e.g. temperature control) have been included;

— the wording of the paragraph on thermal management and heat treatments has been improved;

— the definition for the extraction of test specimens has been modified for all test pieces and the

figures have been revised accordingly;

— the requirement for testing transverse test specimens with as welded surfaces has been deleted;

— in Table 3, a new requirement on the minimum joint efficiency has been added for heat treatable

alloys below 5 mm;

— the pWPS is now to be qualified in accordance with the defined acceptance levels included in

ISO 25239-5;
— acceptance levels have been included in the WPQR form in Annex D.
A list of all parts in the ISO 25239 series can be found on the ISO website.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
iv © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO 25239-4:2020(E)
Introduction

Welding processes are widely used in the fabrication of engineered structures. During the second half

of the twentieth century, fusion welding processes, wherein fusion is obtained by the melting of parent

material and usually a filler metal, dominated the welding of large structures. In 1991, Wayne Thomas

at TWI invented friction stir welding (FSW), which is carried out entirely in the solid phase (no melting).

The increasing use of FSW has created the need for this document in order to ensure that welding is

carried out in the most effective way and that appropriate control is exercised over all aspects of the

operation. This document focuses on the FSW of aluminium because, at the time of publication, the

majority of commercial applications for FSW involved aluminium. Examples include railway carriages,

consumer products, food processing equipment, aerospace structures, and marine vessels.

© ISO 2020 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 25239-4:2020(E)
Friction stir welding — Aluminium —
Part 4:
Specification and qualification of welding procedures
1 Scope

This document specifies the requirements for the specification and qualification of welding procedures

for the friction stir welding (FSW) of aluminium.
In this document, the term “aluminium” refers to aluminium and its alloys.

This document does not apply to friction stir spot welding which is covered by the ISO 18785 series.

NOTE Service requirements, materials or manufacturing conditions can require more comprehensive

testing than is specified in this document.
2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements 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 4136, Destructive tests on welds in metallic materials — Transverse tensile test

ISO 5173, Destructive tests on welds in metallic materials — Bend tests
ISO 9017, Destructive tests on welds in metallic materials — Fracture test

ISO 15607:2019, Specification and qualification of welding procedures for metallic materials — General rules

ISO 17637, Non-destructive testing of welds — Visual testing of fusion-welded joints

ISO 17639, Destructive tests on welds in metallic materials — Macroscopic and microscopic examination

of welds
ISO 25239-1, Friction stir welding — Aluminium — Part 1: Vocabulary

ISO 25239-5:2020, Friction stir welding — Aluminium — Part 5: Quality and inspection requirements

ISO/TR 25901 (all parts), Welding and allied processes — Vocabulary
ISO 80000-1:2009, Quantities and units — Part 1: General
3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 25239-1 and

ISO/TR 25901 (all parts) apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
© ISO 2020 – All rights reserved 1
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ISO 25239-4:2020(E)
4 Development and qualification of welding procedures
4.1 General

Qualification of welding procedures shall be performed prior to production welding.

The abbreviations listed in ISO 15607:2019, Table 1, shall apply.

The fabricator shall prepare a preliminary welding procedure specification (pWPS) and shall ensure

that it is applicable for production using experience from previous production jobs and the general fund

of knowledge of welding technology. The pWPS shall be prepared with the aim of achieving the required

quality acceptance levels specified in ISO 25239-5:2020, Annex A.

A pWPS shall be used as the basis for the establishment of a welding procedure qualification record

(WPQR). The pWPS shall be tested in accordance with one of the methods listed in Clause 5 (welding

procedure test) or Clause 6 (pre-production welding test). Clause 5 shall be used when the production

part or joint geometry is accurately represented by a standardized test piece or pieces, as shown in 5.2.

Clause 6 shall be used when the production part or joint geometry is not accurately represented by the

standardized test pieces, as shown in 5.2. The information required in a pWPS is given in 4.2.

For some applications, it can be necessary to supplement or reduce the content of the pWPS given in 4.2.

A welding procedure specification (WPS) covers a certain range of parent material thicknesses as well

as a range of aluminium alloys.

Ranges and tolerances in accordance with the relevant International Standard (see Clause 2) and the

fabricator's experience shall be specified when appropriate.

An example of a pWPS form for force and position controlled friction stir welding is shown in Annex A.

Alternative process control methods can be used such as temperature control. Essential variables of

the alternative process control method need to be documented in the pWPS.
4.2 Technical content of a pWPS
The following information, as a minimum, shall be included in a pWPS:
a) fabricator information:
— identification of the fabricator;
— identification of the pWPS;
b) parent material type(s), temper(s), and reference standard(s);
c) parent material dimensions:
— thickness of the members comprising the welded joint;
— outside diameter of tube;
d) equipment identification:
— model;
— serial number;
— equipment fabricator;
e) tool identification:
— material;
2 © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO 25239-4:2020(E)
— drawing or drawing number;
f) clamping arrangement:

— method and type of jigging, fixtures, rollers, and backing (dimensions and material);

— tack welding process and conditions, when required;
— the pWPS shall indicate any required tack welding or prohibited tack welding;
— assembly requirements (i.e. welding gap, misalignment);
g) joint design:
— sketch of the welded joint design and dimensions;
— joint configuration;
— weld run sequence and direction;

— run-on and run-off plates, material type, reference standard, dimensions and method of

attachment (if required);
— placement of exit hole;
h) joint preparation and cleaning methods;
i) welding details:
— method (basic, stationary shoulder, bobbin tool, etc.);

— tool motion (e.g. rotation in either the clockwise or anticlockwise direction, rotation speed

including downward and upward motion);
— tool position (e.g. heel plunge depth) or axial force, as applicable;
— tool cooling (internal, external, cooling medium), if applicable;
— tilt angle;
— side tilt angle, lateral offset;
— dwell time at start of weld;
— dwell time at end of weld;
— weld overlap area (WOA) for a butt joint or lap joint in tube;

— lap joint: advancing or retreating side near the upper sheet edge, direction of welding, depth of

probe penetration in lower sheet;
j) welding speed:
— welding speed, including details of any changes during welding;
— ramp-up/ramp-down or upslope/downslope speeds when applied;
k) welding position: applicable welding positions;
l) thermal management:
— details of any pre-weld heat treatment, if applicable;
© ISO 2020 – All rights reserved 3
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ISO 25239-4:2020(E)

— details of the preheating temperature, preheat maintenance temperature and/or interpass

temperature for the base materials or the friction stir welding tool, if applicable (use of ISO 13916

is recommended);

— details of any postweld heat treatment (e.g. solution heat treatment, ageing, stress relieving), if

applicable;

— details of any methods for managing the cooling rates (e.g. gas flows, liquid environments)

applied prior, during or after welding, if applicable;

m) postweld (mechanical) processing: methods to correct distortion and straighten parts, removal of

toe flash or any other postweld processing of the weldment.
5 Qualification based on a welding procedure test
5.1 General

The preparation, welding and testing of test pieces shall be in accordance with 5.2 and 5.3.

Fulfilment of the requirements of this document can also serve to qualify the welding operator

(see ISO 25239-3).
5.2 Test pieces
5.2.1 Shape and dimensions of test pieces
5.2.1.1 General

The length or number of test pieces shall be sufficient to allow all required tests to be performed.

Test pieces longer than the minimum size may be used to allow for the provision of extra specimens, for

re-testing specimens or both (see 5.3.4).
The rolling direction or extrusion direction shall be marked on the test piece.

To produce a butt joint in flat material, the test piece shall be prepared in accordance with Figure 1. The

length of the test piece should allow a weld length of at least 500 mm.
4 © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO 25239-4:2020(E)
Key
b width of components
l length of components
t material thickness
Joint preparation and fit-up, as specified in the pWPS.
Figure 1 — Test piece for a butt joint in sheet
5.2.1.2 Butt joint in tube
The test piece shall be prepared in accordance with Figure 2.
Key
D outside diameter of tube
l length of components
t material thickness
Joint preparation and fit-up, as specified in the pWPS.
Figure 2 — Test piece for a butt joint in tube
5.2.1.3 Lap joint
The test piece shall be prepared in accordance with Figure 3.
The weld may be either partial or full penetration through all the sheets.
© ISO 2020 – All rights reserved 5
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ISO 25239-4:2020(E)
Key
1 weld
b edge to weld centreline distance of upper sheet, as specified in the pWPS
b edge to weld centreline distance of lower sheet, as specified in the pWPS
b distance between weld centre and edge of test piece
l length of components
t parent material thickness of upper sheet
t parent material thickness of lower sheet
Figure 3 — Test piece for a lap joint
5.2.2 Welding of test pieces

The test pieces shall be welded in accordance with the pWPS. If tack welds are to be consumed during

friction stir welding of the production joint, then they shall be included in the test specimens. The

location of tack welds shall be clearly marked on the test piece. Samples should be assessed from both

tacked and un-tacked weld areas.
Welding of the test pieces shall be witnessed by an examiner.
5.3 Examination and testing of t
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 25239-4
Deuxième édition
2020-06
Soudage par friction-malaxage —
Aluminium —
Partie 4:
Descriptif et qualification des modes
opératoires de soudage
Friction stir welding — Aluminium —
Part 4: Specification and qualification of welding procedures
Numéro de référence
ISO 25239-4:2020(F)
ISO 2020
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ISO 25239-4:2020(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2020

Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette

publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,

y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut

être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.

ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
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Publié en Suisse
ii © ISO 2020 – Tous droits réservés
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ISO 25239-4:2020(F)
Sommaire Page

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

Introduction ................................................................................................................................................................................................................................vi

1 Domaine d'application ................................................................................................................................................................................... 1

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

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

4 Mise au point et qualification des modes opératoires de soudage .................................................................. 2

4.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 2

4.2 Contenu technique d'un DMOS-P ............................................................................................................................................ 2

5 Qualification fondée sur une épreuve de qualification d'un mode opératoire de soudage ...4

5.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 4

5.2 Assemblages de qualification ..................................................................................................................................................... 4

5.2.1 Forme et dimensions des assemblages de qualification................................................................ 4

5.2.2 Soudage des assemblages de qualification ............................................................................................... 6

5.3 Examen et contrôle des assemblages de qualification ......................................................................................... 6

5.3.1 Étendue du contrôle ...................................................................................................................................................... 6

5.3.2 Contrôle visuel et niveaux d'acceptation .................................................................................................... 7

5.3.3 Essais destructifs ............................................................................................................................................................. 7

5.3.4 Contre-essais ....................................................................................................................................................................12

5.4 Domaine de validité .........................................................................................................................................................................12

5.4.1 Généralités .........................................................................................................................................................................12

5.4.2 Relatif au fabricant ......................................................................................................................................................12

5.4.3 Autres variables .............................................................................................................................................................12

5.5 Procès-verbal de qualification d'un mode opératoire de soudage ..........................................................13

6 Qualification fondée sur une épreuve de qualification de soudage de préproduction ............13

6.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................13

6.2 Assemblages de qualification ..................................................................................................................................................13

6.3 Examen, contrôles et essais des assemblages de qualification ..................................................................13

6.4 Domaine de validité .........................................................................................................................................................................13

6.5 Procès-verbal de qualification d'un mode opératoire de soudage ..........................................................14

Annexe A (informative) Formulaire de descriptif de mode opératoire de soudage

préliminaire (DMOS-P) et de descriptif de mode opératoire de soudage (DMOS) .......................15

Annexe B (informative) Essais non destructifs .......................................................................................................................................16

Annexe C (informative) Essai de pliage en «S» au marteau de soudures par recouvrement ..................17

Annexe D (informative) Procès-verbal de qualification de mode opératoire de soudage (PV-

QMOS) ...........................................................................................................................................................................................................................19

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................23

© ISO 2020 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 25239-4:2020(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.

L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents

critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www

.iso .org/ directives).

L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion

de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/ avant -propos.

Le présent document a été élaboré par l’IIW, l’Institut international de la soudure, Commission III,

Welding, Solid State Welding and Allied Joining Processes, en collaboration avec le comité technique CEN/

TC 121, Soudage, du Comité européen de normalisation (CEN), conformément à l'Accord de coopération

technique entre l'ISO et le CEN (Accord de Vienne).

Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 25239-4:2011), qui a fait l’objet

d’une révision technique.

Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:

— adjonction d’autres méthodes de contrôle des procédés (par exemple le contrôle de la température);

— amélioration de la rédaction du paragraphe sur la gestion thermique et les traitements thermiques;

— modification de la définition du prélèvement des éprouvettes pour tous les assemblages de

qualification et révision correspondante des figures;

— suppression de l’exigence pour les éprouvettes de traction transversale à l'état brut de soudage;

— adjonction dans le Tableau 3 d’une nouvelle exigence relative à l’efficacité minimale de l’assemblage

pour le traitement thermique des alliages en deçà de 5 mm

— le DMOS-P doit maintenant être qualifié conformément aux niveaux d'acceptation définis, inclus de

l’ISO 25239-5;

— adjonction des niveaux d'acceptation dans le formulaire de PV-QMOS de l’Annexe D.

Une liste de toutes les parties de la série ISO 25239 se trouve sur le site web de l’ISO.

iv © ISO 2020 – Tous droits réservés
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ISO 25239-4:2020(F)

Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent

document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l’adresse www .iso .org/ members .html.
© ISO 2020 – Tous droits réservés v
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 25239-4:2020(F)
Introduction

Les procédés de soudage sont largement utilisés dans la fabrication de structures ouvragées. Au

cours de la deuxième moitié du vingtième siècle, les procédés de soudage par fusion faisant intervenir

la fusion du métal de base et, généralement, d'un métal d'apport de soudage ont dominé le soudage

des structures de grandes dimensions. En 1991, Thomas Wayne au TWI a mis au point le soudage par

friction-malaxage, qui est entièrement réalisé en phase solide (sans fusion).

L'utilisation croissante du soudage par friction-malaxage a rendu nécessaire l'élaboration du présent

document afin de garantir que le soudage est réalisé de la manière la plus efficace et que tous les aspects

de l'opération font l'objet d'un contrôle approprié. Le présent document se focalise sur le soudage par

friction-malaxage de l'aluminium parce que, au moment de la publication, la majorité des applications

commerciales du soudage par friction-malaxage concernait l'aluminium, par exemple les véhicules

ferroviaires, les produits de grande consommation, les équipements de transformation des aliments,

l'aéronautique et les bateaux.
vi © ISO 2020 – Tous droits réservés
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NORME INTERNATIONALE ISO 25239-4:2020(F)
Soudage par friction-malaxage — Aluminium —
Partie 4:
Descriptif et qualification des modes opératoires de
soudage
1 Domaine d'application

Le présent document spécifie les exigences relatives au descriptif et à la qualification des modes

opératoires de soudage pour le soudage par friction-malaxage de l'aluminium.

Dans le présent document, le terme «aluminium» se rapporte à l'aluminium et ses alliages.

Le présent document ne s'applique pas au soudage par points par friction-malaxage, qui est couvert par

les normes de la série ISO 18785.

NOTE Les exigences de service, les matériaux ou les conditions de fabrication peuvent nécessiter des essais

plus complets que ceux spécifiés dans le présent document.
2 Références normatives

Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur

contenu, des exigences 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 4136, Essais destructifs des soudures sur matériaux métalliques — Essai de traction transversale

ISO 5173, Essais destructifs des soudures sur matériaux métalliques — Essais de pliage

ISO 9017, Essais destructifs des soudures sur matériaux métalliques — Essai de texture

ISO 15607:2019, Descriptif et qualification d'un mode opératoire de soudage pour les matériaux

métalliques — Règles générales

ISO 17637, Contrôle non destructif des assemblages soudés — Contrôle visuel des assemblages soudés

par fusion

ISO 17639, Essais destructifs des soudures sur matériaux métalliques — Examens macroscopique et

microscopique des assemblages soudés
ISO 25239-1, Soudage par friction-malaxage — Aluminium — Partie 1: Vocabulaire

ISO 25239-5:2020, Soudage par friction-malaxage — Aluminium — Partie 5: Exigences de qualité et de

contrôle
ISO/TR 25901 (toutes les parties), Soudage et techniques connexes — Vocabulaire
ISO 80000-1:2009, Grandeurs et unités — Partie 1: Généralités
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l’ISO 25239-1 et de l’ISO/TR 25901

(toutes les parties), s’appliquent.
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ISO 25239-4:2020(F)

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp

— IEC Electropedia: disponible à l'adresse http:// www .electropedia .org/
4 Mise au point et qualification des modes opératoires de soudage
4.1 Généralités

La qualification des modes opératoires de soudage doit être effectuée avant le soudage de production.

Les abréviations énumérées dans le de l'ISO 15607:2019, Tableau 1 doivent s'appliquer.

Le fabricant doit préparer un descriptif de mode opératoire de soudage préliminaire (DMOS-P) et doit

s'assurer qu'il est applicable à la production en se fondant sur l'expérience acquise lors de productions

antérieures et sur le socle général des connaissances relatives à la technologie du soudage. Un DMOS-P

est préparé dans le but d'atteindre les niveaux d'acceptation vis-à-vis de la qualité requis spécifiés dans

l’ISO 25239-5:2020, Annexe A.

Un DMOS-P doit servir de base à l'établissement du procès-verbal de qualification du mode opératoire de

soudage (PV-QMOS). Le DMOS-P doit être soumis à essai conformément à l'une des méthodes indiquées

à l'Article 5 (épreuve de qualification d'un mode opératoire de soudage) ou à l'Article 6 (épreuve de

qualification de soudage de préproduction). L'Article 5 doit être utilisé lorsque la pièce produite ou

la géométrie de l'assemblage est représentée avec précision par un ou plusieurs assemblages de

qualification normalisés, tels qu'indiqués en 5.2. L'Article 6 doit être utilisé lorsque la pièce produite ou

la géométrie de l'assemblage n'est pas représentée avec précision par les assemblages de qualification

normalisés, tels qu'indiqués en 5.2. Les informations requises dans un DMOS-P sont données en 4.2.

Pour certaines applications, il peut être nécessaire de compléter ou de réduire le contenu du descriptif

de mode opératoire de soudage préliminaire donné en 4.2.

Un descriptif de mode opératoire de soudage (DMOS) couvre une certaine plage d'épaisseur de matériau

de base ainsi qu'une gamme d'alliages d'aluminium.

Les plages et tolérances, conformément à la Norme internationale pertinente (voir Article 2) et

l'expérience du fabricant, doivent être spécifiées, le cas échéant.

Un exemple de présentation d'un DMOS-P pour le soudage par friction-malaxage à force et position

contrôlées est fourni à l'Annexe A.

D'autres méthodes de contrôle des procédés peuvent être utilisées, comme le contrôle de la température.

Les variables essentielles de la méthode alternative de contrôle de procédé doivent être documentées

dans le DMOS-P.
4.2 Contenu technique d'un DMOS-P
Les informations suivantes, au minimum, doivent être incluses dans un DMOS-P.
a) informations relatives au fabricant:
— identification du fabricant;
— identification du DMOS-P;
b) type(s) de métal de base, état(s) métallurgique(s) et norme(s) de référence;
c) dimensions du métal de base:
— épaisseurs des éléments constituant l'assemblage soudé;
2 © ISO 2020 – Tous droits réservés
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ISO 25239-4:2020(F)
— diamètre extérieur du tube;
d) identification du matériel:
— modèle;
— numéro de série;
— fabricant du matériel
e) identification des outils:
— matériau;
— plan ou numéro de plan;
f) dispositif de bridage:

— méthode et type de positionnement, d'éléments de bridage, d'enclume support envers

(dimensions et matériau):
— conditions et procédé de pointage, si nécessaire;
— le DMOS-P doit indiquer tout pointage requis ou interdit;
— exigences d'assemblage (c’est-à-dire l’espace de soudage, le désalignement);
g) conception de l'assemblage:
— dessin de conception et dimensions de l'assemblage soudé
— configuration de l’assemblage;
— séquence de soudage et sens du soudage;

— appendices de début et de fin de cordon, métal de base de ces appendices, norme de référence,

dimensions et méthode de fixation (si requis);
— position du trou de sortie;
h) méthodes de préparation du joint et de nettoyage;
i) détails concernant le soudage
— méthode (de base, outil à double épaulement, épaulement fixe, etc.);

— mouvement de l'outil (par exemple rotation dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le

sens inverse des aiguilles d'une montre, vitesse de rotation y compris les déplacements vers le

bas et vers le haut);

— position de l'outil (par exemple profondeur de plongée du talon) ou force axiale, le cas échéant;

— refroidissement de l'outil (interne, externe, fluide de refroidissement), si applicable;

— angle d'inclinaison;
— angle d'inclinaison latérale, décalage latéral;
— temps de préchauffage en début de soudure;
— temps d'attente en fin de soudure;

— zone de recouvrement de soudure (ZRS) pour un assemblage bout à bout ou à recouvrement

de tubes;
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ISO 25239-4:2020(F)

— assemblage à recouvrement: côté avance ou recul à proximité de l'arête de la tôle supérieure,

sens du soudage;
j) vitesse de soudage:

— vitesse de soudage, y compris les détails relatifs à toute variation pendant le soudage;

— vitesse d'accélération/de décélération, le cas échéant
k) position de soudage: positions de soudage applicables;
l) gestion thermique :
— détails de tout traitement thermique avant soudage, le cas échéant;

— détail de la température de préchauffage, de la température de maintien du préchauffage et/

ou de la température entre passes des matériaux de base ou de l'outil de soudage par friction-

malaxage, le cas échéant (l'utilisation de l’ISO 13916 est recommandée);

— détail de tout traitement thermique après soudage (par exemple: traitement thermique de mise

en solution, vieillissement, détensionnement…), le cas échéant;

— détail de toutes les méthodes de gestion des vitesses de refroidissement (par exemple: débits de

gaz, environnements liquides...) appliquées avant, pendant ou après le soudage, le cas échéant;

m) traitement après soudage: méthodes permettant de corriger toute déformation et de redresser

les pièces, suppression des bavures au niveau du bord de la soudure ou tout autre traitement de

l'assemblage soudé après le soudage
5 Qualification fondée sur une épreuve de qualification d'un mode opératoire
de soudage
5.1 Généralités

La préparation, le soudage et les essais des assemblages de qualification doivent être conformes à

5.2 et 5.3.

La satisfaction aux exigences du présent document peut également qualifier l'opérateur-soudeur (voir

l'ISO 25239-3).
5.2 Assemblages de qualification
5.2.1 Forme et dimensions des assemblages de qualification
5.2.1.1 Généralités

La longueur de l'assemblage de qualification ou le nombre d'assemblages de qualification doit être

suffisant(e) pour permettre la réalisation de tous les essais nécessaires.

Des assemblages de qualification dont la longueur est supérieure à la dimension minimale peuvent être

utilisés pour permettre le prélèvement d'éprouvettes supplémentaires, d'éprouvettes de contre-essais,

ou les deux (voir 5.3.4).

Le sens de laminage ou d'extrusion doit être marqué sur l'assemblage de qualification.

Pour réaliser un assemblage bout à bout en matériau plat, l'assemblage de qualification doit être

préparée conformément à la Figure 1. Il convient que la longueur de l'assemblage permette une longueur

de soudure d'au moins 500 mm.
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ISO 25239-4:2020(F)
Légende
b largeur des éléments
l longueur des éléments
t épaisseur du matériau
Préparation du joint et montage tels que spécifiés dans le DMOS-P.
Figure 1 — Assemblage de qualification pour un assemblage bout à bout de tôles
5.2.1.2 Assemblage bout à bout de tubes
L'assemblage de qualification doit être préparé conformément à la Figure 2.
Légende
D diamètre extérieur de tube
l longueur des éléments
t épaisseur du matériau
Préparation du joint et montage tels que spécifiés dans le DMOS-P..
Figure 2 — Assemblage de qualification pour un assemblage bout à bout de tubes
5.2.1.3 Assemblage à recouvrement
L'assemblage de qualification doit être préparé conformément à la Figure 3.
La soudure peut traverser partiellement ou totalement toutes les tôles.
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ISO 25239-4:2020(F)
Légende
1 soudure

b distance entre l'arête et la ligne médiane de la soudure de la tôle supérieure, telle que spécifiée dans le DMOS-P

b distance entre l'arête et la ligne médiane de la soudure de la tôle inférieure, telle que spécifiée dans DMOS-P

b distance entre le milieu de la soudure et le bord de l'assemblage de qualification

l longueur des éléments
t épaisseur du matériau de la tôle supérieure
t épaisseur du matériau de la tôle inférieure
Figure 3 — Assemblage de qualification pour un joint à recouvrement
5.2.2 Soudage des assemblages de qualification

Les assemblages de qualification doivent être soudés conformément au DMOS-P. Si des soudures de

pointage doivent être réalisées pour le soudage par friction-malaxage de l'assemblage de production,

elles doivent être incluses dans l’éprouvette d’essai. La position des soudures de pointage doit être

clairement marquée sur l'assemblage de qualification. Les échantillons doivent être évalués à la fois sur

les zones de soudure de pointage et les autres zones.

Le soudage des assemblages de qualification doit être exécuté en présence d'un examinateur.

5.3 Examen et contrôle des assemblages de qualification
5.3.1 Étendue du contrôle

Le contrôle comprend à la fois les essais non destructifs (END) et les essais destructifs. Le contrôle

doit être effectué conformément aux exigences du Tableau 1 ou du Tableau 2. L'Annexe B fournit des

informations supplémentaires sur les essais non destructifs.

L'examen des résultats des essais doit être effectué en présence d'un examinateur.

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ISO 25239-4:2020(F)
Tableau 1 — Examen et contrôle des assemblages de qualification
pour assemblages bout à bout (Figure 1, Figure 2)
Type d'examen et de contrôle Étendue de l'examen et du contrôle
Contrôle visuel 100 %
Essai de traction transversale Deux éprouvettes
Essai de pliage transversal pour matériaux corroyés (conformément à
Deux éprouvettes envers
5.3.3.4)
Essai de texture pour matériaux moulés ou combinaisons de matériaux
Deux éprouvettes endroit
corroyés/moulés (conformément à l'ISO 9017)
Examen macroscopique Une éprouvette
Essais supplémentaires (par exemple non destructifs) Si nécessaire

Les zones à chuter ne doivent pas être prises en compte lors des essais, comme indiqué à la Figure 4.

Pour un assemblage bout à bout de tubes, il convient qu'au moins une éprouvette de traction transversale soit, si possible,

prélevée dans la zone de recouvrement de la soudure (ZRS).

Lorsque l'épaisseur du matériau est supérieure à 12 mm, quatre éprouvettes de pliage transversal côté peuvent remplacer

les deux éprouvettes de pliage envers et les deux éprouvettes de pliage endroit. Une éprouvette de pliage longitudinal

endroit et une éprouvette de pliage longitudinal envers peuvent remplacer les quatre éprouvettes de pliage transversal

côté.

Les essais supplémentaires doivent être effectués conformément aux exigences appropriées des spécifications de

conception.
Tableau 2 — Examen et contrôle des assemblages de qualification
pour assemblages à recouvrement (Figure 3)
Type d'examen et de contrôle Étendue de l'examen et du
contrôle
Contrôle visuel 100 %
Examen macroscopique Deux éprouvettes
Essais supplémentaires (par exemple essai de pelage, essai de cisaille-
Si nécessaire
ment, essai de pliage en «S» au marteau, essai non destructif)

Les zones à chuter ne doivent pas être prises en compte lors des essais, comme indiqué à la Figure 6.

Les essais supplémentaires doivent être effectués conformément aux exigences pertinentes ou à la spécification de

conception. Des informations sur l'essai de pliage en «S» au marteau sont données à l'Annexe C.

L'examen et le contrôle des assemblages de qualification comprenant des soudures de pointage ou des

zones de début/fin d'un assemblage bout à bout de tubes, doivent être conformes à la spécification de

conception.

Des conditions de service, un matériau ou des conditions de fabrication spécifiques peuvent nécessiter

un contrôle plus étendu pour obtenir des données d'essai supplémentaires.
5.3.2 Contrôle visuel et niveaux d'acceptation

Les assemblages de qualification doivent être contrôlés visuellement conformément à l'ISO 17637

avant de prélever les éprouvettes. L'étendue des essais doit être telle que spécifiée au Tableau 1 ou au

Tableau 2.

Les niveaux d'acceptation de l'ISO 25239-5:2020, Annexe A, doivent être appliqués.

5.3.3 Essais destructifs
5.3.3.1 Généralités
L'étendue des essais doit être telle que spécifiée aux Tableau 1 et Tableau 2.
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ISO 25239-4:2020(F)
5.3.3.2 Position et prélèvement des éprouvettes

Après avoir soumis l'assemblage de qualification à un contrôle visuel, les éprouvettes doivent être

prélevées.

Les éprouvettes doivent être situées conformément à la Figure 4, à la Figure 5 ou à la Figure 6.

Il convient que la longueur à chuter de chaque extrémité de la soudure d'essai soit de 50 mm ou de trois

fois la pénétration de la soudure, la plus grande des deux valeurs étant retenue.

Légende

1 zone pour: une éprouvette de traction; éprouvettes de pliage ou éprouvettes de texture

2 zone pour éprouvettes supplémentaires, si nécessaire
3 zone pour une éprouvette pour examen macroscopique
4 soudure
l extrémité à chuter de chaque extrémité de la soudure
Sens du soudage.

NOTE La figure n'est pas à l'échelle. Le début et la fin de la soudure ne sont pas représentés sur la figure.

Figure 4 — Position des éprouvettes pour un assemblage bout à bout en matériau plat

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ISO 25239-4:2020(F)
a) Vue 3D
b) Vue en bout
Légende
1 début de soudure
2 fin de soudure

3 zone pour: une éprouvette de traction; éprouvettes de pliage ou éprouvettes de texture

4 zone pour éprouvettes supplémentaires, si nécessaire
5 zone pour une éprouvette pour examen macroscopique

ZRS (zone de recouvrement de soudure) pour le prélèvement d'une éprouvette de traction, si possible.

NOTE Pas à l'échelle. Soudage dans le sens horaire.
Figure 5 — Position des éprouvettes pour un assemblage bout à bout
...

FINAL
INTERNATIONAL ISO/FDIS
DRAFT
STANDARD 25239-4
IIW
Friction stir welding — Aluminium —
Voting begins on:
2020-04-16
Part 4:
Voting terminates on:
Specification and qualification of
2020-06-11
welding procedures
Soudage par friction-malaxage — Aluminium —
Partie 4: Descriptif et qualification des modes opératoires de soudage
Member bodies are requested to consult relevant national interests in ISO/TC
44/SC 10 before casting their ballot to the e-Balloting application.
ISO/CEN PARALLEL PROCESSING
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED TO
SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS, NOTIFICATION
OF ANY RELEVANT PATENT RIGHTS OF WHICH
THEY ARE AWARE AND TO PROVIDE SUPPOR TING
DOCUMENTATION.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS
Reference number
BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNO-
ISO/FDIS 25239-4:2020(E)
LOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES,
DRAFT INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON
OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE
LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STAN-
DARDS TO WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
NATIONAL REGULATIONS. ISO 2020
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ISO/FDIS 25239-4:2020(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2020

All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may

be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting

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Published in Switzerland
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ISO/FDIS 25239-4:2020(E)
Contents Page

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

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

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

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

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

4 Development and qualification of welding procedures ............................................................................................... 2

4.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 2

4.2 Technical content of a pWPS ....................................................................................................................................................... 2

4.2.1 General...................................................................................................................................................................................... 2

5 Qualification based on a welding procedure test ............................................................................................................... 4

5.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 4

5.2 Test pieces ................................................................................................................................................................................................... 4

5.2.1 Shape and dimensions of test pieces .............................................................................................................. 4

5.2.2 Welding of test pieces .................................................................................................................................................. 6

5.3 Examination and testing of test pieces ............................................................................................................................... 6

5.3.1 Extent of testing ................................................................................................................................................................ 6

5.3.2 Visual testing and acceptance levels ............................................................................................................... 7

5.3.3 Destructive tests ............................................................................................................................................................... 7

5.3.4 Re-testing ............................................................................................................................................................................12

5.4 Range of qualification ....................................................................................................................................................................12

5.4.1 General...................................................................................................................................................................................12

5.4.2 Related to the fabricator.........................................................................................................................................12

5.4.3 Other variables ...............................................................................................................................................................12

5.5 Welding procedure qualification record ........................................................................................................................12

6 Qualification based on pre-production welding test ...................................................................................................13

6.1 General ........................................................................................................................................................................................................13

6.2 Test pieces ................................................................................................................................................................................................13

6.3 Examination and testing of test pieces ............................................................................................................................13

6.4 Range of qualification ....................................................................................................................................................................13

6.5 Welding procedure qualification record ........................................................................................................................13

Annex A (informative) Example of a form for preliminary welding procedure specification

(pWPS) and welding procedure specification (WPS) ..................................................................................................14

Annex B (informative) Non-destructive testing .....................................................................................................................................16

Annex C (informative) Hammer S-bend test of lap welds ............................................................................................................17

Annex D (informative) Example welding procedure qualification record form (WPQR) ...........................19

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................23

© ISO 2020 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/FDIS 25239-4:2020(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/

iso/ foreword .html.

This document was prepared by IIW, International Institute of Welding, Commission III, Resistance

Welding, Solid State Welding and Allied Joining Process, in collaboration with the European Committee for

Standardization (CEN) Technical Committee CEN/TC 121, Welding, in accordance with the Agreement

on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).

This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 25239-4:2011), which has been

technically revised.
The main changes compared to the previous edition are as follows:

— alternative process control methods (e.g. temperature control) have been included;

— the wording of the paragraph on thermal management and heat treatments has been improved;

— the definition for the extraction of test specimens has been modified for all test pieces and the

figures have been revised accordingly;

— the requirement for testing transverse test specimens with as welded surfaces has been deleted;

— in Table 3, a new requirement on the minimum joint efficiency has been added for heat treatable

alloys below 5 mm;

— the pWPS is now to be qualified in accordance with the defined acceptance levels included in

ISO 25239-5;
— acceptance levels have been included in the WPQR form in Annex D.
A list of all parts in the ISO 25239 series can be found on the ISO website.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
iv © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO/FDIS 25239-4:2020(E)
Introduction

Welding processes are widely used in the fabrication of engineered structures. During the second half

of the twentieth century, fusion welding processes, wherein fusion is obtained by the melting of parent

material and usually a filler metal, dominated the welding of large structures. In 1991, Wayne Thomas

at TWI invented friction stir welding (FSW), which is carried out entirely in the solid phase (no melting).

The increasing use of FSW has created the need for this document in order to ensure that welding is

carried out in the most effective way and that appropriate control is exercised over all aspects of the

operation. This document focuses on the FSW of aluminium because, at the time of publication, the

majority of commercial applications for FSW involved aluminium. Examples include railway carriages,

consumer products, food processing equipment, aerospace structures, and marine vessels.

© ISO 2020 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
FINAL DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/FDIS 25239-4:2020(E)
Friction stir welding — Aluminium —
Part 4:
Specification and qualification of welding procedures
1 Scope

This document specifies the requirements for the specification and qualification of welding procedures

for the friction stir welding (FSW) of aluminium.
In this document, the term “aluminium” refers to aluminium and its alloys.

This document does not apply to friction stir spot welding which is covered by the ISO 18785 series.

NOTE Service requirements, materials or manufacturing conditions can require more comprehensive

testing than is specified in this document.
2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements 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 4136, Destructive tests on welds in metallic materials — Transverse tensile test

ISO 5173, Destructive tests on welds in metallic materials — Bend tests
ISO 9017, Destructive tests on welds in metallic materials — Fracture test

ISO 15607:2019, Specification and qualification of welding procedures for metallic materials — General rules

ISO 17637, Non-destructive testing of welds — Visual testing of fusion-welded joints

ISO 17639, Destructive tests on welds in metallic materials — Macroscopic and microscopic examination

of welds
ISO 25239-1, Friction stir welding — Aluminium — Part 1: Vocabulary

ISO 25239-5:2020, Friction stir welding — Aluminium — Part 5: Quality and inspection requirements

ISO/TR 25901 (all parts), Welding and allied processes — Vocabulary
ISO 80000-1:2009, Quantities and units — Part 1: General
3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 25239-1 and

ISO/TR 25901 (all parts) apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
© ISO 2020 – All rights reserved 1
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ISO/FDIS 25239-4:2020(E)
4 Development and qualification of welding procedures
4.1 General

Qualification of welding procedures shall be performed prior to production welding.

The abbreviations listed in ISO 15607:2019, Table 1, shall apply.

The fabricator shall prepare a preliminary welding procedure specification (pWPS) and shall ensure

that it is applicable for production using experience from previous production jobs and the general fund

of knowledge of welding technology. The pWPS shall be prepared with the aim of achieving the required

quality acceptance levels specified in ISO 25239-5:2020, Annex A.

A pWPS shall be used as the basis for the establishment of a welding procedure qualification record

(WPQR). The pWPS shall be tested in accordance with one of the methods listed in Clause 5 (welding

procedure test) or Clause 6 (pre-production welding test). Clause 5 shall be used when the production

part or joint geometry is accurately represented by a standardized test piece or pieces, as shown in 5.2.

Clause 6 shall be used when the production part or joint geometry is not accurately represented by the

standardized test pieces, as shown in 5.2. The information required in a pWPS is given in 4.2.

For some applications, it can be necessary to supplement or reduce the content of the pWPS given in 4.2.

A welding procedure specification (WPS) covers a certain range of parent material thicknesses as well

as a range of aluminium alloys.

Ranges and tolerances in accordance with the relevant International Standard (see Clause 2) and the

fabricator's experience shall be specified when appropriate.

An example of a pWPS form for force and position controlled friction stir welding is shown in Annex A.

Alternative process control methods can be used such as temperature control. Essential variables of

the alternative process control method need to be documented in the pWPS.
4.2 Technical content of a pWPS
4.2.1 General
The following information, as a minimum, shall be included in a pWPS:
a) fabricator information:
— identification of the fabricator;
— identification of the pWPS;
b) parent material type(s), temper(s), and reference standard(s);
c) parent material dimensions:
— thickness of the members comprising the welded joint;
— outside diameter of tube;
d) equipment identification:
— model;
— serial number;
— equipment manufacturer;
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ISO/FDIS 25239-4:2020(E)
e) tool identification:
— material;
— drawing or drawing number;
f) clamping arrangement:

— method and type of jigging, fixtures, rollers, and backing (dimensions and material);

— tack welding process and conditions, when required;
— the pWPS shall indicate any required tack welding or prohibited tack welding;
— assembly requirements (i.e. welding gap, misalignment);
g) joint design:
— sketch of the welded joint design and dimensions;
— joint configuration;
— weld run sequence and direction;

— run-on and run-off plates, material type, reference standard, dimensions and method of

attachment (if required);
— placement of exit hole;
h) joint preparation and cleaning methods;
i) welding details:
— method (basic, stationary shoulder, bobbin tool, etc.);

— tool motion (e.g. rotation in either the clockwise or anticlockwise direction, rotation speed

including downward and upward motion);
— tool position (e.g. heel plunge depth) or axial force, as applicable;
— tool cooling (internal, external, cooling medium), if applicable;
— tilt angle;
— side tilt angle, lateral offset;
— dwell time at start of weld;
— dwell time at end of weld;
— weld overlap area (WOA) for a butt joint or lap joint in tube;

— lap joint: advancing or retreating side near the upper sheet edge, direction of welding, depth of

probe penetration in lower sheet;
j) welding speed:
— welding speed, including details of any changes during welding;
— ramp-up/ramp-down or upslope/downslope speeds when applied;
k) welding position: applicable welding positions;
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ISO/FDIS 25239-4:2020(E)
l) thermal management:
— details of any pre-weld heat treatment, if applicable;

— details of the preheating temperature, preheat maintenance temperature and/or interpass

temperature for the base materials or the friction stir welding tool, if applicable (use of ISO 13916

is recommended);

— details of any postweld heat treatment (e.g. solution heat treatment, ageing, stress relieving), if

applicable;

— details of any methods for managing the cooling rates (e.g. gas flows, liquid environments)

applied prior, during or after welding, if applicable;

m) postweld (mechanical) processing: methods to correct distortion and straighten parts, removal of

toe flash or any other postweld processing of the weldment.
5 Qualification based on a welding procedure test
5.1 General

The preparation, welding and testing of test pieces shall be in accordance with 5.2 and 5.3.

Fulfilment of the requirements of this document can also serve to qualify the welding operator

(see ISO 25239-3).
5.2 Test pieces
5.2.1 Shape and dimensions of test pieces
5.2.1.1 General

The length or number of test pieces shall be sufficient to allow all required tests to be performed.

Test pieces longer than the minimum size may be used to allow for the provision of extra specimens, for

re-testing specimens or both (see 5.3.4).
The rolling direction or extrusion direction shall be marked on the test piece.

To produce a butt joint in flat material, the test piece shall be prepared in accordance with Figure 1. The

length of the test piece should allow a weld length of at least 500 mm.
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Key
b width of components
l length of components
t material thickness
Joint preparation and fit-up, as specified in the pWPS.
Figure 1 — Test piece for a butt joint in sheet
5.2.1.2 Butt joint in tube
The test piece shall be prepared in accordance with Figure 2.
Key
D outside diameter of tube
l length of components
t material thickness
Joint preparation and fit-up, as specified in the pWPS.
Figure 2 — Test piece for a butt joint in tube
5.2.1.3 Lap joint
The test piece shall be prepared in accordance with Figure 3.
The weld may be either partial or full penetration through all the sheets.
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ISO/FDIS 25239-4:2020(E)
Key
1 weld
b edge to weld centreline distance of upper sheet, as specified in the pWPS
b edge to weld centreline distance of lower sheet, as specified in the pWPS
b distance between weld centre and edge of test piece
l length of components
t parent material thickness of upper sheet
t parent material thickness of lower sheet
Figure 3 — Test piece for a lap joint
5.2.2 Welding of test pieces

The test pieces shall be welded in accordance with the pWPS. If tack welds are to be consumed during

friction stir welding of the production joint, then they shall be included in the test specimens. The

location of tack welds shall be clearly marked on the test piece. Samples should be assessed from both

tacked and un-tacked weld areas.
Welding of the test pieces shall be witnessed by an examiner.
5.3 Examination and testing of test pieces
5.3.1 Extent of testing

Testing includes both non-destructive testing (NDT) and destructive testing. Testing shall be

performed in accordance with the requirements of Table 1 or Table 2. Annex B provides additional

information on NDT.
Examination of the test results shall be verified by an examiner.
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Table 1 — Examination and testing of the test pieces for butt joints (Figure 1, Figure 2)

Type of examination and testing Extent of examination and testing
Visual testing 100 %
Transverse tensile test Two test specimens
Transverse bend test for wrought materials Two root test specimens
(in accordance with 5.3.3.4)

Fracture test for cast materials or wrought/cast combinations Two face test specimens

(in accordance with ISO 9017)
Macroscopic examination One test specimen
Additional tests (e.g. non-destructive) If required
Discarded areas shall not be considered during testing, as shown in Figure 4.

For a butt joint in tube, at least one transverse tensile test specimen should be taken from the WOA, if possible.

For material over 12 mm in thickness, four transverse side-bend test specimens can be substituted for the two root and

two face-bend test specimens. One longitudinal face-bend test specimen and one longitudinal root-bend test specimen can

be substituted for the four transverse-bend test specimens.

Additional tests shall be carried out in accordance with the relevant requirements of the design specification.

Table 2 — Examination and testing of the test pieces for lap joints (Figure 3)
Type of examination and testing Extent of examination and testing
Visual testing 100 %
Macroscopic examination Two test specimens
Additional tests (e.g. peel test, shear test, hammer S-bend test,
If required
non-destructive test)
Discarded areas shall not be considered during testing, as shown in Figure 6.

Additional tests shall be carried out in accordance with the relevant requirements of the design specification.

Information on the hammer S-bend test is given in Annex C.

Examination and testing of test pieces including tack welds or start/end areas of a butt joint in tube

shall be in accordance with the design specification.

Specific service, material or manufacturing conditions can require more comprehensive testing in

order to obtain additional test data.
5.3.2 Visual testing and acceptance levels

The test pieces shall be visually tested in accordance with ISO 17637 prior to extracting the test

specimens. The extent of testing shall be as specified in Table 1 or Table 2.
The acceptance levels of ISO 25239-5:2020, Annex A, shall apply.
5.3.3 Destructive tests
5.3.3.1 General
The extent of testing shall be as required in Table 1 and Table 2.
5.3.3.2 Location and extraction of test specimens

After the test piece has passed visual testing, test specimens shall be extracted.

The test specimens shall be located in accordance with Figure 4, Figure 5 or Figure 6.

The length discarded from each end of the test weld should be 50 mm or three times the weld

penetration whichever is greater.
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ISO/FDIS 25239-4:2020(E)
Key

1 area for: one tensile test specimen; bend test specimens or fracture test specimens

2 area for additional test specimens, if required
3 area for one test specimen for macroscopic examination
4 weld
l length discarded from each end of the weld
Direction of welding.
NOTE Not to scale. Start and stop of the weld are not shown in this figure.
Figure 4 — Location of test specimens for a butt joint in flat material
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a) 3D-view
b) End view
Key
1 start of weld
2 end of weld

3 area for: one tensile test specimen; bend test specimens or fracture test specimens

4 area for additional test specimens, if required
5 area for one test specimen for macroscopic examination
WOA yielding one tensile test specimen, if possible.
NOTE Not to scale. Welding direction is clockwise.
Figure 5 — Location of test specimens for a butt joint in tube
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Key
1 area for one test specimen for macroscopic examination

2 area for peel test, shear test, hammer S-bend test specimens (see Annex C), if required

3 weld
l length discarded from each end of the weld
NOTE Not to scale. Start and stop of the weld are not shown in this figure.
Figure 6 — Location of test specimens in a lap joint
5.3.3.3 Transverse tensile test and acceptance levels

For butt joints, transverse tensile testing of test specimens shall be performed in accordance with

ISO 4136.

For non-heat-treatable alloys and pure aluminium, the ultimate tensile strength of the test specimen

shall not be less than the corresponding specified minimum value of the parent material in the “O”

condition required in the relevant International Standard (see Table 3).

For heat-treatable alloys, the specified tensile strength, σ , of the welded test specimen in the

min,w
postweld condition shall satisfy the minimum requirement:
σ = σ × f (1)
min,w min,pm e
where

σ is the specified minimum tensile strength of the parent material required in the relevant

min,pm
International Standard;
f is the joint efficiency factor (see Table 3).

For combinations of different aluminium alloys, the lower σ value of the two alloys shall be

min,w
required.

In order to determine conformity to the f values in Table 3, f values calculated from Formula (1) shall

e e
be rounded in accordance with the rules specified in ISO 80000-1:2009, Annex B.
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ISO/FDIS 25239-4:2020(E)
Table 3 — Minimum efficiency for tensile strength of butt joints
Material type Temper condition of Postweld condition Joint efficiency factor
parent material before f
a,b
welding
Pure aluminium All temper conditions As welded 1,0
Non-heat-treatable alloys All temper conditions As welded 1,0
T4 Natural ageing 0,8
Heat-treatable alloys c e
T4 Artificial ageing 0,8
(equal and below 5 mm weld
T5 and T6 Natural ageing 0,7
penetration)
c e
T5 and T6 Artificial ageing 0,8
T4 Natural ageing 0,7
c e
T4 Artificial ageing 0,7
Heat-treatable alloys
(above 5 mm weld penetration)
T5 and T6 Natural ageing 0,6
c e
T5 and T6 Artificial ageing 0,7
Refer to ISO 2107.

For parent material in tempers not shown, σ shall be in accordance with the design specification.

min,w
Ageing conditions shall be in accordance with the design specification.

Irrespective of the actual parent material temper used for the test, σ is based on the specified minimum tensile

min,pm
strength of the “O” condition.
Higher properties can be achieved if a full postweld
...

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