ISO 18592:2019
(Main)Resistance welding — Destructive testing of welds — Method for the fatigue testing of multi-spot-welded specimens
Resistance welding — Destructive testing of welds — Method for the fatigue testing of multi-spot-welded specimens
This document specifies test specimens and procedures for performing constant load amplitude fatigue tests on multi-spot-welded and multi-axial specimens in the thickness range from 0,5 mm to 5 mm at room temperature and a relative humidity of maximum 80 %. The applicability of this document to larger thicknesses can be limited by mechanical properties such as yield strength and formability of the specimen material. The thickness range for advanced high strength steels (AHSS) is generally below 3,0 mm. Greater thicknesses apply for aluminium alloys, for example. Depending on the specimen used, it is possible from the results to evaluate the fatigue behaviour of: — spot welds subjected to defined uniform load distribution; — spot welds subjected to defined non-uniform load distribution; — spot welds subjected to different defined combinations of shear-, peel- and normal-tension loads; and — the tested specimen. Multi-spot specimens with which the different load distributions can be realized are the following: a) defined uniform load distribution: H-specimens for shear- and peel-loading, (welds subjected to uniform shear or peel loading transverse to the joint line); single- and double-hat specimens subjected to four-point bending (spot welds subjected to uniform shear load in the direction of the row of welds); double-disc specimen under torsion (spot welds subjected to uniform shear load); double-disc specimen under tensile load (spot welds subjected to uniform peel load); double-disc specimen under combined torsion and tensile loading; flat multi-spot specimens using defined grips; b) defined non-uniform load distribution: H-specimens with modified grips; modified H-specimens with standard grips; modified H-specimens with modified grips; flat multi-spot specimens with modified grips; modified multi-spot flat specimens with standard grips; modified multi-spot flat specimens with modified grips; c) defined combinations of shear-, peel- and normal-tension loads: the KS-2 specimen; the double disc specimen; d) spot welds subjected to undefined non-uniform load distribution — single-hat, double-hat and similar closed hollow sections under torsion, 3-point bending and/or internal pressure. The specimens and tests referred to under c) above are not dealt with further in this document, because the results obtained with these specimens are specific to the components as tested and may not be generalized or used for deriving data pertaining to the load-carrying behaviour of the welds. Results obtained with such tests are suitable for comparing the mechanical properties of the tested components with those of similar components tested in the same manner. These tests are, however, not suitable for evaluating or comparing the load-carrying properties of the welds. The test results of the fatigue tests obtained with component like specimens are suitable for deriving criteria for the selection of materials and thickness combinations for structures and components subjected to cyclic loading. This statement is especially relevant for results obtained with specimens with boundary conditions, i.e. a local stiffness similar to that of the structure in question. The results of a fatigue test are suitable for direct application to design only when the loading conditions in service and the stiffness of the design in the joint area are identical. NOTE Specimens are modified to take into consideration constraints or specific demands posed by design, e.g. smaller than standard overlap, smaller or larger than standard nugget diameter, and specific load distribution, thus enhancing the value of the test results for the design engineer.
Soudage par résistance — Essais destructifs des soudures — Méthode d'essai de fatigue des échantillons soudés par points multiples
Le présent document spécifie les éprouvettes et les procédures d'essai applicables aux essais de fatigue à amplitude d'effort constante, ces essais étant effectués sur des éprouvettes soudées par points multiples et à axes multiples, dans la gamme d'épaisseurs comprise entre 0,5 mm et 5 mm à la température ambiante et à une humidité relative maximale de 80 %. L'applicabilité du présent document à des épaisseurs plus importantes peut être limitée par les propriétés mécaniques telles que la limite élastique et la formabilité du matériau constitutif des éprouvettes. La gamme d'épaisseurs pour les aciers à haute résistance mécanique (AHSS) est généralement inférieure à 3,0 mm. Des épaisseurs plus grandes, pour par exemple les alliages d'aluminium, sont admises. Selon l'éprouvette utilisée, les résultats permettent d'évaluer le comportement à la fatigue: — des soudures par points soumises à une répartition définie et uniforme des efforts; — des soudures par points soumises à une répartition définie et non uniforme des efforts; — des soudures par points soumises à différentes combinaisons définies d'efforts de cisaillement, d'arrachement et de traction normale; et — de l'éprouvette soumise à essai. Les éprouvettes soudées par points multiples avec lesquelles les différentes répartitions des efforts peuvent être effectuées sont les suivantes: a) répartition définie et uniforme des efforts: éprouvettes de type H pour les efforts de cisaillement et d'arrachement (soudures soumises à un effort uniforme de cisaillement ou d'arrachement transversalement à la ligne de joint); éprouvettes en oméga simple ou double soumises à un essai de flexion quatre points (soudures par points soumises à un effort de cisaillement uniforme dans le sens des lignes de soudure); éprouvettes en double disque soumises à une torsion (soudures par points soumises à un effort de cisaillement uniforme); éprouvettes en double disque soumises à un effort de traction (soudures par points soumises à un effort d'arrachement uniforme); éprouvettes en double disque soumises à une torsion et un effort de traction combinés; éprouvettes planes de soudage par points multiples utilisant des mors définis; b) répartition définie et non uniforme des efforts: éprouvettes de type H avec mors de fixation modifiés; éprouvettes de type H modifiées avec mors de fixation normaux; éprouvettes de type H modifiées avec mors de fixation modifiés; éprouvettes planes de soudures par points multiples avec mors de fixation modifiés; éprouvettes planes de soudures par points multiples modifiées avec mors de fixation normaux; éprouvettes planes de soudures par points multiples modifiées avec mors de fixation modifiés; c) combinaisons définies d'efforts de cisaillement, d'arrachement et de traction normale: éprouvettes KS-2; éprouvette en double disque; d) soudures par points soumises à une répartition non uniforme et non définie des efforts: éprouvettes en oméga simple ou double et profilés creux fermés similaires soumis à un essai de torsion, à un essai de flexion trois points et/ou à un essai de pression interne. Les éprouvettes et essais auxquels il est fait référence au point c) ci-dessus ne sont pas traitées davantage dans le présent document, car les résultats obtenus avec ces éprouvettes sont spécifiques aux composants soumis à essai et ne peuvent pas être généralisés ou utilisés pour calculer la capacité de transmission d'effort des assemblages soudés. Les résultats obtenus avec ces essais conviennent pour comparer les propriétés mécaniques des composants soumis à essai avec les propriétés mécaniques de composants similaires soumis aux mêmes essais. Ces essais, toutefois, ne conviennent pas pour évaluer ou comparer les capacités d'efforts des soudures. Les résultats des essais de fatigue obtenus avec les éprouvettes semblables aux composants conviennent pour déduire des critères de sélection des matériaux et des combinaisons d'épaisseur pour l
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 18592
Second edition
2019-07
Resistance welding — Destructive
testing of welds — Method for the
fatigue testing of multi-spot-welded
specimens
Soudage par résistance — Essais destructifs des soudures — Méthode
d'essai de fatigue des échantillons soudés par points multiples
Reference number
©
ISO 2019
© ISO 2019
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Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 2
3 Terms and definitions . 2
4 Symbols and abbreviated terms . 3
5 Specimens . 5
5.1 General . 5
5.2 Selection of suitable specimens . 6
5.3 Specimen fabrication . 7
5.3.1 Sheet material . 7
5.3.2 Bending and forming . 7
5.3.3 Tolerances . 8
5.3.4 Welding . 8
5.3.5 Storage . 9
5.3.6 Inspection . 9
5.4 Specimen geometry . 9
5.4.1 General. 9
5.4.2 Specimen geometry of tensile shear and peel specimens . 9
5.4.3 Geometry of the hat and closed section specimens .15
5.4.4 Double disc and KS-2 specimen .17
6 Requirements for testing machine .19
7 Specimen grips and alignment .20
7.1 General .20
7.1.1 Alignment verification .20
7.1.2 Clamping device calibration .20
7.2 Shear and peel loading .21
7.2.1 General.21
7.2.2 Shear loading .21
7.2.3 Peel loading .21
7.2.4 Shear loading parallel to the joint line .21
7.2.5 Torsion loading . .22
8 Test procedure .22
8.1 General .22
8.2 Mounting the H-specimens .22
8.3 Clamping procedure for the H-specimens .22
8.4 Fatigue test .22
8.4.1 General.22
8.4.2 Test frequency .22
8.5 Test termination .23
8.5.1 General.23
8.5.2 Stiffness calculation.23
8.5.3 Data acquisition .23
8.5.4 Failure criterion and number of cycles to failure .24
9 Test report .25
9.1 Basic information .25
9.1.1 General.25
9.1.2 Material prior to fatigue test specimen preparation .25
9.1.3 Mechanical properties .25
9.1.4 Specimen design and preparation .26
9.1.5 Test procedure .26
9.1.6 Fatigue testing machine .26
9.1.7 Ambient conditions during the fatigue test .26
9.1.8 Results of post-test examination .26
9.2 Presentation of fatigue test results .26
9.2.1 Tabular presentation .26
9.2.2 Graphical presentation .27
9.2.3 Numerical evaluation, statistics .27
Annex A (informative) Calibration specimen for verifying the load distribution in H-specimens .28
Annex B (informative) Hydraulic grips for the fatigue testing of H-specimens .29
Annex C (informative) Grip for the fatigue testing of H-specimens .30
Annex D (informative) Flow chart — Data acquisition .31
Bibliography .34
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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 Technical Committee ISO/TC 44, Welding and allied processes,
Subcommittee SC 6, Resistance welding and allied mechanical joining.
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. Official
interpretations of TC 44 documents, where they exist, are available from this page: https: //committee
.iso .org/sites/tc44/home/interpretation .html.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 18592:2009), which has been technically
revised. The main changes compared to the previous edition are as follows:
— Clause 3 has been updated;
— Figures and tables have been updated.
Introduction
This document has been prepared because welding engineers (and most design engineers) are not
familiar with fatigue testing and the influence of factors such as load type (e.g. shear load, peel load),
and failure criteria.
Tests are used to investigate the existence of specific properties and their qualitative and quantitative
evaluation. Fatigue tests, in general, are used to investigate the behaviour of structures and components
subjected to cyclic loads. For welded components, fatigue tests are used to determine the influence
of different parameters such as joining methods, pitch, material thickness and material combinations,
type of load (e.g. shear load, peel load), overlap, location of weld on flange, edge distance, loading
condition (e.g. quasi-static, cyclic, load ratio R), and the combination of environment and corrosion on
the fatigue behaviour (life) of spot welds and/or specimens subjected to various types of loads. Fatigue
tests will, if their results are to be used for design purposes, as far as possible, take into consideration
such boundary conditions as encountered in a real-life environment. This applies to load types, load
[7]
amplitudes, and load ratios as well as load distributions and failure criteria .
The test specimen selected for the fatigue test will simulate, as closely as possible, the loads and the
boundary conditions as they are encountered in service. Furthermore, the failure criterion used must
conform to the application in hand. Although the type of primary load is identical in some specimens,
e.g. shear load in flat multi-spot specimens, H-shear specimens, KS-2 specimens, and double disc
specimens, the results of fatigue tests differ significantly because of the secondary load types resulting
from varying degrees of local deformation due to the differences in the local stiffness in the area of the
joints. The local deformation, responsible for the magnitude of the peel component, for example, is a
function of the local stiffness, increasing with a decrease in stiffness.
This document offers a framework within which the different specimens, described herein, can be
modified such that design specifics and production constraints, e.g. flange width and overlap, weld
nugget size, pitch, bending radius, and sub-standard welds, can be given due consideration. This helps
towards enhancing the significance of the results very appreciably. Note that if welds could be subjected
to identical amplitudes of shear and peel loads, their lives would differ by a factor of approximately 10
(References [8] to [11]). This explains the necessity to use different specimens for the simulation of
different load types.
Conformance tests on real components serve the verification of design calculations and are necessary
for the qualification of structures. It is therefore necessary to maintain their number at an absolute
minimum.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 18592:2019(E)
Resistance welding — Destructive testing of welds —
Method for the fatigue testing of multi-spot-welded
specimens
1 Scope
This document specifies test specimens and procedures for performing constant load amplitude fatigue
tests on multi-spot-welded and multi-axial specimens in the thickness range from 0,5 mm to 5 mm
at room temperature and a relative humidity of maximum 80 %. The applicability of this document
to larger thicknesses can be limited by mechanical properties such as yield strength and formability
of the specimen material. The thickness range for advanced high strength steels (AHSS) is generally
below 3,0 mm. Greater thicknesses apply for aluminium alloys, for example.
Depending on the specimen used, it is possible from the results to evaluate the fatigue behaviour of:
— spot welds subjected to defined uniform load distribution;
— spot welds subjected to defined non-uniform load distribution;
— spot welds subjected to different defined combinations of shear-, peel- and normal-tension loads; and
— the tested specimen.
Multi-spot specimens with which the different load distributions can be realized are the following:
a) defined uniform load distribution:
1) H-specimens for shear- and peel-loading, (welds subjected to uniform shear or peel loading
transverse to the joint line);
2) single- and double-hat specimens subjected to four-point bending (spot welds subjected to
uniform shear load in the direction of the row of welds);
3) double-disc specimen under torsion (spot welds subjected to uniform shear load);
4) double-disc specimen under tensile load (spot welds subjected to uniform peel load);
5) double-disc specimen under combined torsion and tensile loading;
6) flat multi-spot specimens using defined grips;
b) defined non-uniform load distribution:
1) H-specimens with modified grips;
2) modified H-specimens with standard grips;
3) modified H-specimens with modified grips;
4) flat multi-spot specimens with modified grips;
5) modified multi-spot flat specimens with standard grips;
6) modified multi-spot flat specimens with modified grips;
c) defined combinations of shear-, peel- and normal-tension loads:
1) the KS-2 specimen;
2) the double disc specimen;
d) spot welds subjected to undefined non-uniform load distribution — single-hat, double-hat and
similar closed hollow sections under torsion, 3-point bending and/or internal pressure.
The specimens and tests referred to under c) above are not dealt with further in this document,
because the results obtained with these specimens are specific to the components as tested and may
not be generalized or used for deriving data pertaining to the load-carrying behaviour of the welds.
Results obtained with such tests are suitable for comparing the mechanical properties of the tested
components with those of similar components tested in the same manner. These tests are, however, not
suitable for evaluating or comparing the load-carrying properties of the welds.
The test results of the fatigue tests obtained with component like specimens are suitable for deriving
criteria for the selection of materials and thickness combinations for structures and components
subjected to cyclic loading. This statement is especially relevant for results obtained with specimens
with boundary conditions, i.e. a local stiffness similar to that of the structure in question. The results
of a fatigue test are suitable for direct application to design only when the loading conditions in service
and the stiffness of the design in the joint area are identical.
NOTE Specimens are modified to take into consideration constraints or specific demands posed by
design, e.g. smaller than standard overlap, smaller or larger than standard nugget diameter, and specific load
distribution, thus enhancing the value of the test results for the design engineer.
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 14324, Resistance spot welding — Destructive tests of welds — Method for the fatigue testing of spot
welded joints
ISO 15609-5:2011, Specification and qualification of welding procedures for metallic materials — Welding
procedure specification — Part 5: Resistance welding
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 14324 and the following 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/
3.1
fatigue life
number of cycles to failure
N
number of load cycles at which failure occurs, or before it fulfils a failure criterion defined for the test
3.2
fatigue endurance
N
G
number of cycles at which it has been agreed to stop the test even if failure does not occur
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3.3
F-N diagram
diagram obtained by plotting the load amplitude (or load range, or maximum load) as ordinate and
the fatigue life (or fatigue endurance if the test is terminated before failure) as abscissa, also called the
load-amplitude-number of load cycles diagram
Note 1 to entry: It is normal practice to use logarithmic axes.
3.4
displacement range
∆L
change in the length of a specimen due to the application of a load
3.5
stiffness
c
load F divided by the corresponding displacement L, i.e.
FF−
maxmin
c=
ΔL
3.6
initial stiffness
c
stiffness at start of the test, i.e.
FF−
maxmin
c =
ΔL
4 Symbols and abbreviated terms
a overlap
b test coupon width
b internal width of U-member
i
c stiffness
c initial stiffness
d diameter of central hole
c
d diameter of pitch circle
e
e pitch
F load, repeated load
F load amplitude
a
F mean load
m
F maximum load
max
F minimum load
min
h inner height
i
h height of side plate or side member
s
h height of L member
L
h height of U member
U
l distance between grip and overlap
a
l length of clamped area
c
l edge distance
e
l specimen length between grips
g
l total length of specimen
S
l length of test coupon
t
l distance from wall
w
L crosshead position at maximum load
max
L crosshead position at minimum load
min
N number of cycles to failure
N fatigue endurance
G
p probability
r bend radius for sheet thickness t
1 1
r bend radius for sheet thickness t
2 2
r minimum bend radius
min
r maximum bend radius
max
R load ratio
S stress
t; t ; t sheet thicknesses
1 2
ε maximum strain measured on the specimen
max
ε average strain measured on the specimen
m
σ peel stress transverse to the joint line
pt
σ shear stress parallel to or in the axis of the joint line
sp
σ shear stress transverse to the joint line
st
ΔF load range
ΔL displacement range (L − L )
max min
ΔL displacement range at the start of the test
ΔP non-uniform loading
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5 Specimens
5.1 General
The specimens are designed to simulate, for joints in thin-walled structures, three basic types of
loadings in their primary forms, i.e. shear load transverse to the joint line, shear load parallel to or in
the axis of the joint line, and peel load (see Figure 1).
NOTE 1 For true-to-life thin-walled structures, it can generally be assumed that joints are never subjected to
any of these types of stresses either singly or in a pure form. For lap joints, at least one type of shear stress and,
due to the local deformation of the sheets caused by it, peel stress are present. Even if the primary stress in a
lap joint is pure shear, a peel stress component is generated, whose absolute value depends on the magnitude of
the deformation caused by the shear stress in the joint. This deformation is a function of the bending moment,
which depends on the sheet thicknesses involved, the magnitudes of the forces acting and the local stiffness. The
stiffness itself is a function of the sheet thicknesses, the Young modulus of the material(s), the flange width, the
overlap, the location of the joint on the flange, the bending radii, etc. (References [8] to [11]).
a) Shear load transverse to the joint line and b) Peel or one-sided cross-tension load
shear load in the axis of the joint line
NOTE See Clause 4.
Figure 1 — The three basic load cases for joints
NOTE 2 The specimens have been designed to permit the use of different joining technologies and, thus, allow
a comparison of the load-carrying properties of joints made with different methods.
NOTE 3 For single- and double-hat specimens subjected to torsion and 3-point bending loads, the joints
themselves are subjected to complex loads, whereby the ratios of the load types and the load distribution are
non-uniform and undefined. Furthermore, the ratios of the three basic types of loads listed above are a function
of the load amplitude, the clamping conditions, and the sheet material- and thickness combinations.
The quality, value and usefulness of the results of fatigue tests depend to a large extent on the degree of
care taken in the fabrication of the specimens, their testing, the acquisition and evaluation of test data,
and the comprehensiveness of the documentation.
The documentation should contain the following information.
a) Material(s): Material specification, type and thickness of coating(s), sheet thickness, surface
condition and mechanical properties should be noted.
b) Coupons
— The coupons should, if possible, be taken from the same material lot.
— The rolling direction shall be identical for all coupons and documented.
— The required tolerances shall be adhered to.
— Unintentional deformation of the coupons and damage to the surfaces is to be avoided.
c) Welding
— Suitable jigs should be used to ensure accurate alignment of the coupons and location of the welds.
— The welding parameters and the equipment used shall be documented.
d) Documentation
— The relevant standards shall be referenced.
— Any deviation from the referenced standards shall be documented.
The specimens shall be modified for the different joining methods, such that the joints are able to perform
under optimum boundary conditions, e.g. the flange width for laser welds can be reduced considerably
as compared to the length required for resistance spot welds. Similarly, because of the smaller space
requirements, the location of rectangular clinch joints on the flange can be much closer to the radius
than is the case with resistance spot welds unless eccentric welding electrodes are being used.
5.2 Selection of suitable specimens
The selection of a suitable specimen for the fatigue tests depends on the planned usage of the test
results. A basic requirement of the specimen is that it allows the relevant load type and load ratio to be
simulated. If the results are to be used for design purposes, then it is important to employ specimens
with which a similar type of load distribution can be realized. Furthermore, the stiffness of the
specimen in the joint area should be similar to that of the component under consideration.
Besides considering the primary loading condition of the welds, bear in mind the local stiffness of the
joint area in the component in question. The fatigue life of welds is primarily influenced by the peel load
and not by the shear load. For example, if welds could be subjected to identical amplitudes of shear and
peel loads, their lives would differ by a factor of ~10 . However, as can be seen in Figure 2, spot welds
under shear load would never fail under a load at which identical welds have a life of about 1 000 cycles.
As stated above, the magnitude of the peel component depends on the shear load and the local stiffness
of the specimen. Especially in the case of the single spot specimen, Figure 4, the local stiffness is much
lower than is usual in real structures. Therefore, the peel/shear ratio is comparatively large, resulting
in a significantly shorter fatigue life as compared to identical welds tested on H-specimens, for example.
In addition, some materials are particularly sensitive to peel stress in the as-welded condition, so that
results obtained with specimens with a low stiffness can be misleading with regard to the behaviour of
such welds in structures.
The H-specimens allow the investigation of almost all parameters including different stress ratios
and stress distributions. They require special grips for testing and their manufacture is relatively
complicated. However, under uniform loading, it is possible with these specimens to obtain results with
a high significance with 5 to 7 specimens.
When selecting a specimen, some of the main considerations are:
— the simulation of the type of loading and load ratio in the component under consideration;
— simulation of design parameters such as stiffness, pitch, edge and flange distance;
— simulation of the stress distribution in the component;
6 © ISO 2019 – All rights reserved
— effort required for manufacturing and testing; and
— number of specimens required to obtain statistically significant results.
Note that results obtained with specimens with a low stiffness generally bias spot welded joints,
especially in the case of high strength steels.
The statistical significance of test results is influenced by their scatter. The larger the number of joints
tested under uniform loading in a single specimen, the smaller is the scatter. Therefore, in order to
obtain results with the same degree of significance, the number of specimens to be tested with two
spot welds, for example, is five times greater than H- or double disc specimens with 10 spot welds.
Furthermore, the stiffness of flat specimens is appreciably lower than that of components, so that the
results obtained with these specimens are generally misleading. In addition, some specimens cannot be
subjected to compressive loads or negative load ratios R, e.g. two flat specimens with one or two welds.
NOTE See Clause 4.
Figure 2 — F-N diagrams (Wöhler diagrams) of H-specimens subjected to shear and peel
loading, load ratio, R = 0,1 – schematic
5.3 Specimen fabrication
5.3.1 Sheet material
The sheet material for the coupons may be in the sheared condition, but all burrs should be removed.
Care needs to be taken to ensure that the coupons are not bent or distorted. Specimens made using
such coupons can have an adverse effect on the test results and increase scatter. The dimensions of the
coupons for the different specimens are given in the relevant tables.
If the design under consideration uses extrusions or cast material, then the specimens should also be made
using extruded profiles or cast material, e.g. aluminium and magnesium alloys as required by the design.
5.3.2 Bending and forming
The bending of the components of the specimens shall be performed in a press brake to the required
bending angle and radius, r = 2t. If the material employed does not allow this radius, it may be bent
min
to the r . Since the accuracy of the specimens depends on the dimensions of the coupons, to ensure
max
that the tolerances given in the tables are strictly adhered.
The components of the double disc specimen require the use of drawing- or deep-drawing tools for
their fabrication. Press forming tools, e.g. deep-drawing tools, should not be used for other than the
double disc specimens because the large number of process parameters, e.g. clamping force, blank
holder geometry, quantity and properties of lubricant, and surface roughness of tools, can influence
the degree of work-hardening, sheet thickness and surface conditions, and thus the properties of the
specimens, making a comparison of the results difficult.
The geometry of the specimens and the location, pitch and size of the spot welds may be modified such
that design and manufacturing requirements can be taken into consideration. For example, the pitch,
the nugget diameter, the flange width and the location of the weld on the flange can be modified if
required. Suitable jigs should be used for positioning the coupons during welding and ensuring a precise
location of the welds and uniform load distribution during testing.
The joining sequences for all specimens shall be from the centre of the specimen towards the edge (see
Figure 3). The welding sequence for the different multi-spot specimens shall be such that enveloping is
avoided. The diameter of all welds shall conform to the specifications. If necessary, increase the welding
current to compensate for the effect of shunting.
For AHS steels, much larger bending and drawing radii are necessary. In such cases, it is necessary to
modify the flange width and the location of the welds accordingly.
Figure 3 — Joining sequence for H-specimens
5.3.3 Tolerances
The accurate fabrication of the test specimens is of great importance, as improper methods of
preparation can greatly bias the test results. More specifically, the tolerances should not exceed the
values given in the tables for the respective specimens. Even for the flatter tensile shear and the peel
specimen it is important to avoid pre-stresses before clamping. To ensure that the specimen should
have an angular tolerance of less than ±1% after bending and after welding as well. In case of bigger
angular tolerances, it shall be checked if levelling before clamping is possible.
For H- and KS-2 specimens, the inside width, and for hat specimens, the outside width, each have a
+02,
tolerance of mm. The flange angle is (90 ± 0,5)°.
5.3.4 Welding
All the parameters used for the fabrication of the specimens shall be documented, in accordance with
ISO 15609-5:2011, Annex A, in the test report.
If spot welding is used in combination with an adhesive, the name and type of adhesive, information on
the surface pre-treatment, curing temperature, etc. shall be included in the test report.
NOTE When welding test specimen, it is necessary to avoid unintentional shunting.
8 © ISO 2019 – All rights reserved
5.3.5 Storage
Specimens which are subjected to corrosion in air at room temperature should be protected accordingly,
preferably in an inert medium. The specimen should be removed from the storage medium before
testing, care being taken not to affect the specimen chemically.
5.3.6 Inspection
All the specimens shall be inspected before testing. Special attention should be paid to the geometry
of the specimens, i.e. width and flange angles and to the joints. A gauge is recommended for the overall
check of the dimensions.
5.4 Specimen geometry
5.4.1 General
The geometry of the specimens, and the location, pitch and size of the spot welds, should be modified
such that design and manufacturing requirements can be taken into consideration. For example, the
pitch, the nugget diameter, flange width, and the location of the weld on the flange can be modified
if required. Suitable jigs should be used for positioning the coupons during welding and ensuring a
precise location of the welds.
Several specimens are currently used in fatigue tests. The aim of this document is to help the user to
select specimens suitable for the task in hand:
a) single spot welded as specified in ISO 14273, see Figure 4 and Table 1;
b) flat overlap specimen with two spot welds, see Figure 5 and Table 2;
c) flat multi-spot specimens for shear and peel loads, see Figure 6 and Figure 7 and Table 3 and
Table 4;
d) H-specimens for shear and peel loading, see Figures 8 and 9 and Table 5 and 6;
e) single- and double hat specimens (under 4-point bending), see Figures 10 and 11 and Table 7;
f) various closed sections (under 4-point bending), see Figure 12 (no Table);
g) double disc specimen, see Figure 13 and Table 8;
h) KS-2 specimen, see Figure 14 and Table 9.
The geometry and the dimensions of the different specimens are given in the corresponding figures
and tables.
5.4.2 Specimen geometry of tensile shear and peel specimens
The flat specimens listed in 5.4.1 a) and 5.4.1 b) have a stiffness which is much lower than that of normal
structures.
The flat specimens listed in 5.4.1 c) are stiffer and offer a number of advantages, allowing the influence
of parameters such as pitch, overlap and uniform and non-uniform stress distribution to be investigated.
These specimens require the use of the same grips as the H-specimens listed in 5.4.1 d).
Key
1 Shim plates are used to avoid misalignment when clamping the test specimen.
NOTE 1 See Clause 4.
NOTE 2 For specimens consisting of sheets with unequal thicknesses, t , t , the sheet thicknesses given in
1 2
Table 1 correspond to those specified for the thinner sheet.
Figure 4 — Single spot specimen in accordance with ISO 14324
Table 1 — Dimensions of single spot specimen in accordance with ISO 14324
Dimensions in millimetres
Smallest sheet Total length of Specimen length Length of single
Width Overlap
a a
thicknesses specimen between grips coupon
t or t b a l l l
1 2 S g t
0,5 ≤ t ≤ 1,5 45 ± 0,5 35 ≥250 160 ≥142,5
1,5 < t ≤ 3,0 60 ± 0,5 46 ≥320 200 ≥182,5
3,0 < t ≤ 6,0 90 ± 0,8 60 ≥420 240 ≥240
a
These dimensions are applicable for older test machines with mechanical clamps. Under this assumption, the length of
the clamped area l should be greater than the specimen width. For modern machines, in particular those with hydraulic
c
clamps, the length of the clamped area as well as l and l can be reduced correspondingly.
t S
10 © ISO 2019 – All rights reserved
Key
1 Shim plates are used to avoid misalignment when clamping the test specimen.
NOTE 1 See Clause 4.
NOTE 2 For specimens consisting of sheets with unequal thicknesses, t , t , the sheet thicknesses given in
1 2
Table 2 correspond to those specified for the thinner sheet.
Figure 5 — Flat overlap specimen with two spot welds
Table 2 — Dimension of flat overlap specimen with two spot welds
Dimensions in millimetres
Specimen
Smallest sheet Length of sin- Total length of
Width Overlap length be- Pitch
thickness gle coupon specimen
tween grips
a a
t or t b a l l l e
1 2 t S g
0,5 ≤ t ≤ 1,5 70 35 ≥167,5 ≥300 160 35
1,5 < t ≤ 3,0 100 45 ≥222,5 ≥400 200 50
3,0 < t ≤ 6,0 ≥100 60 ≥250 ≥440 240 50
a
These dimensions are applicable for older test machines with mechanical clamps. Under this assumption, the length of
the clamped area l should be greater than the specimen width. For modern machines, in particular those with hydraulic
c
clamps, the length of the clamped area, as well as l and l , can be reduced correspondingly.
t S
Dimensions in millimetres
Key
h a + 50 (in millimetres)
S
NOTE See Clause 4.
Figure 6 — Flat multi-spot shear specimen
Table 3 — Dimensions of flat multi-spot shear specimen
Dimensions in millimetres
Smallest sheet Specimen length
Overlap
thickness between grips
t or t a l
1 2 g
t ≤ 1 16 40
1 < t ≤ 1,5 18 42
1,5 < t ≤ 2 21 45
2 < t ≤ 3 27 51
3 < t ≤ 4 34 58
4 < t ≤ 5 39 63
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Dimensions in millimetres
Key
h 42 + (r or r )
L 1 2
l t + t + r + r + 6 (in millimetres)
g 1 2 1 2
NOTE See Clause 4.
Figure 7 — Multi-spot peel specimen
Table 4 — Dimensions of multi-spot peel specimen
Dimensions in millimetres
Smallest sheet
Overlap Edge distance Bend radius
thickness
a
t or t a l r or r
1 2 e 1 2
t ≤ 1 16 7 2 < r < 4
1 < t ≤ 1,5 18 7,5 3 < r < 6
1,5 < t ≤ 2 21 8,5 4 < r < 8
2 < t ≤ 3 27 11 6 < r < 12
3 < t ≤ 4 34 14 8 < r < 14
4 < t ≤ 5 39 15 10 < r < 20
a
The bending radius for Ultra High Strength Steels (UHSS) and other low ductility
materials can have to be increased. In this case, modifications of edge distance,
overlap and other dimensions can be necessary.
Dimensions in millimetres
Key
h a + l + 38 + t (in millimetres)
s a 1
h a + l + 38 + t (in millimetres)
U a 1
NOTE See Clause 4.
Figure 8 — H-shear specimen
Table 5 — Dimensions of multi-spot H-shear specimen
Dimensions in millimetres
Distance
Specimen length
Sheet thickness between grip Overlap Edge distance Bend radius
between grips
and overlap
a
t l a l l r
1 a e g
t ≤ 1 12 16 7 40 + t 2 < r < 4
1 < t ≤ 1,5 12 18 7,5 42 + t 3 < r < 6
1,5 < t ≤ 2 12 21 8,5 45 + t 4 < r < 8
2 < t ≤ 3 12 27 11 51 + t 6 < r < 12
3 < t ≤ 4 12 34 14 58 + t 8 < r < 16
4 < t ≤ 5 12 39 15 63 + t 10 < r < 20
a
The bend radius for UHSS can have to be increased. In this case modifications of edge distance, overlap and other
dimensions can be necessary.
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Dimensions in millimetres
Key
a overlap
h height of L member = t + r + 41
L 1 1
h height of U member = t + r + 41
U 2 2
l edge distance
e
l specimen length between clamps = t + t + r + r + 6
g 1 2 1 2
r , r bend radius for sh
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 18592
Deuxième édition
2019-07
Soudage par résistance — Essais
destructifs des soudures — Méthode
d'essai de fatigue des échantillons
soudés par points multiples
Resistance welding — Destructive testing of welds — Method for the
fatigue testing of multi-spot-welded specimens
Numéro de référence
©
ISO 2019
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E-mail: copyright@iso.org
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Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 2
3 Termes et définitions . 2
4 Symboles et abréviations . 3
5 Éprouvettes . 5
5.1 Généralités . 5
5.2 Choix des éprouvettes appropriées . 6
5.3 Fabrication des éprouvettes . 8
5.3.1 Matériau constitutif des tôles . 8
5.3.2 Pliage et formage . 8
5.3.3 Tolérances . 9
5.3.4 Soudage . 9
5.3.5 Stockage . 9
5.3.6 Inspection .10
5.4 Géométrie des éprouvettes .10
5.4.1 Généralités .10
5.4.2 Géométrie d'éprouvette des éprouvettes de traction-cisaillement et
d’essai d’arrachement .10
5.4.3 Géométrie des éprouvettes en oméga et profilés fermés.17
5.4.4 Éprouvette en double disque et KS-2 .18
6 Exigences relatives à la machine d'essai.21
7 Mors et alignement des éprouvettes .21
7.1 Généralités .21
7.1.1 Vérification de l'alignement .21
7.1.2 Étalonnage du dispositif de fixation .21
7.2 Efforts de cisaillement et d'arrachement .22
7.2.1 Généralités .22
7.2.2 Effort de cisaillement .22
7.2.3 Effort d'arrachement .23
7.2.4 Effort de cisaillement parallèle à la ligne de joint .23
7.2.5 Effort de torsion .23
8 Mode opératoire.23
8.1 Généralités .23
8.2 Montage des éprouvettes de type H.23
8.3 Mode opératoire de serrage des éprouvettes de type H .23
8.4 Essai de fatigue .24
8.4.1 Généralités .24
8.4.2 Fréquence d'essai .24
8.5 Fin de l'essai .24
8.5.1 Généralités .24
8.5.2 Calcul de la rigidité.24
8.5.3 Acquisition des données .25
8.5.4 Critère de rupture et nombre de cycles à la rupture .25
9 Rapport d'essai .26
9.1 Informations de base .26
9.1.1 Généralités .26
9.1.2 État du matériau avant la préparation des éprouvettes pour l'essai de fatigue .26
9.1.3 Propriétés mécaniques .27
9.1.4 Conception et préparation des éprouvettes .27
9.1.5 Mode opératoire .27
9.1.6 Machine d'essai de fatigue .27
9.1.7 Conditions ambiantes pendant l'essai de fatigue .27
9.1.8 Résultats de l'examen après essai .27
9.2 Présentation des résultats d'essai de fatigue .27
9.2.1 Présentation sous forme de tableau .27
9.2.2 Représentation graphique .28
9.2.3 Évaluation numérique, statistiques .28
Annexe A (informative) Éprouvette d'étalonnage destinée à vérifier la répartition des
efforts sur les éprouvettes de type H .30
Annexe B (informative) Mors hydrauliques destinés à l'essai de fatigue des éprouvettes de
type H .31
Annexe C (informative) Mors destinés à l'essai de fatigue des éprouvettes de type H .32
Annexe D (informative) Organigramme — Acquisition des données .33
Bibliographie .36
iv © ISO 2019 – Tous droits réservés
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 le lien suivant: www .iso .org/iso/fr/avant -propos .html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 44, Soudage et technique connexes,
sous-comité SC 6, Soudage par résistance et assemblage mécanique allié.
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/fr/members .html. Les interprétations officielles des documents
du TC 44, lorsqu'elles existent, sont disponibles depuis la page suivante: https: //committee .iso
.org/sites/tc44/home/interpretation .html.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 18592:2009), qui a fait l’objet d’une
révision technique. Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:
— l’Article 3 a été mis à jour;
— les figures et les tableaux ont été mis à jour.
Introduction
Le présent document a été préparé de cette façon car les ingénieurs soudeurs (et la plupart des
ingénieurs d'études) ne connaissent pas bien les essais de fatigue et l'influences des facteurs tels que
le type d'effort (par exemple effort de cisaillement ou effort d'arrachement) et le critère de défaillance.
Les essais permettent de déterminer l'existence de propriétés spécifiques et leur évaluation qualitative
et quantitative. Les essais de fatigue servent en général à étudier le comportement des structures et
des composants soumis à des efforts cycliques. Dans le cas de composants soudés, les essais de fatigue
servent à déterminer l'influence de différents paramètres tels que les modes d'assemblage, le pas, les
épaisseurs et les combinaisons de matériaux, le type d'effort (par exemple effort de cisaillement ou
effort d'arrachement), le recouvrement, la position de la soudure sur la tôle, la distance par rapport
au bord, la condition de chargement (par exemple quasi-statique, cyclique, rapport d'effort R), et
la combinaison de l'environnement/la corrosion sur le comportement en fatigue (durée de vie) des
soudures par points et/ou des éprouvettes soumises à différents types d'effort. Si leurs résultats sont
à utiliser à des fins de conception, les essais de fatigue prendront en considération, dans la mesure du
possible, ces conditions aux limites de la configuration dans un environnement réel. Cela s'applique aux
types d'effort, aux amplitudes d'effort et aux rapports d'effort, ainsi qu'aux répartitions des efforts et
[7]
aux critères de rupture .
L'éprouvette choisie pour l'essai de fatigue permettra de simuler le mieux possible les efforts et les
conditions aux limites de la configuration de la pièce réelle. Le critère de défaillance utilisé doit être
conforme à l'application concernée. Bien que le type d'effort primaire appliqué soit identique avec
certaines éprouvettes, par exemple effort de cisaillement exercé sur des éprouvettes planes à points
multiples, éprouvettes de type H soumises à un effort de cisaillement, éprouvettes KS-2, et éprouvettes
en double disque, les résultats des essais de fatigue seront très différents du fait des types d'efforts
secondaires qui résultent des différents degrés de déformation locale dus aux différences avérées de
la rigidité locale observée au niveau de la zone de la soudure. La déformation locale, responsable de
l'amplitude du composant d'arrachement par exemple, est fonction de la rigidité locale et augmente
proportionnellement à la réduction de la rigidité.
Le présent document offre un cadre dans lequel les différentes éprouvettes, décrites dans le texte,
peuvent être modifiées de manière à pouvoir prendre en considération les spécifications de conception
et les contraintes de production, par exemple largeur et recouvrement des tôles, taille du noyau de
soudure, pas, rayon de courbure, et soudures imparfaites. Cela permet de contribuer dans une large
mesure au renforcement de l'importance des résultats.
Il est à considérer que si les soudures peuvent être soumises à des amplitudes d'effort de cisaillement
et d'arrachement identiques, leur durée de vie varierait au moins d'un facteur approché de 10
(Références [8] à [11]). Cela explique la nécessité d'utiliser des éprouvettes différentes qui permettent
la simulation de différents types d'effort.
Les essais de conformité effectués sur des composants réels permettent de vérifier les calculs de
conception et sont nécessaires pour la qualification des structures. Il est donc nécessaire de limiter leur
nombre à un strict minimal.
vi © ISO 2019 – Tous droits réservés
NORME INTERNATIONALE ISO 18592:2019(F)
Soudage par résistance — Essais destructifs des soudures
— Méthode d'essai de fatigue des échantillons soudés par
points multiples
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie les éprouvettes et les procédures d'essai applicables aux essais de
fatigue à amplitude d'effort constante, ces essais étant effectués sur des éprouvettes soudées par
points multiples et à axes multiples, dans la gamme d'épaisseurs comprise entre 0,5 mm et 5 mm à la
température ambiante et à une humidité relative maximale de 80 %. L'applicabilité du présent document
à des épaisseurs plus importantes peut être limitée par les propriétés mécaniques telles que la limite
élastique et la formabilité du matériau constitutif des éprouvettes. La gamme d'épaisseurs pour les
aciers à haute résistance mécanique (AHSS) est généralement inférieure à 3,0 mm. Des épaisseurs plus
grandes, pour par exemple les alliages d'aluminium, sont admises.
Selon l'éprouvette utilisée, les résultats permettent d'évaluer le comportement à la fatigue:
— des soudures par points soumises à une répartition définie et uniforme des efforts;
— des soudures par points soumises à une répartition définie et non uniforme des efforts;
— des soudures par points soumises à différentes combinaisons définies d'efforts de cisaillement,
d'arrachement et de traction normale; et
— de l'éprouvette soumise à essai.
Les éprouvettes soudées par points multiples avec lesquelles les différentes répartitions des efforts
peuvent être effectuées sont les suivantes:
a) répartition définie et uniforme des efforts:
1) éprouvettes de type H pour les efforts de cisaillement et d'arrachement (soudures soumises à
un effort uniforme de cisaillement ou d'arrachement transversalement à la ligne de joint);
2) éprouvettes en oméga simple ou double soumises à un essai de flexion quatre points (soudures
par points soumises à un effort de cisaillement uniforme dans le sens des lignes de soudure);
3) éprouvettes en double disque soumises à une torsion (soudures par points soumises à un effort
de cisaillement uniforme);
4) éprouvettes en double disque soumises à un effort de traction (soudures par points soumises à
un effort d'arrachement uniforme);
5) éprouvettes en double disque soumises à une torsion et un effort de traction combinés;
6) éprouvettes planes de soudage par points multiples utilisant des mors définis;
b) répartition définie et non uniforme des efforts:
1) éprouvettes de type H avec mors de fixation modifiés;
2) éprouvettes de type H modifiées avec mors de fixation normaux;
3) éprouvettes de type H modifiées avec mors de fixation modifiés;
4) éprouvettes planes de soudures par points multiples avec mors de fixation modifiés;
5) éprouvettes planes de soudures par points multiples modifiées avec mors de fixation normaux;
6) éprouvettes planes de soudures par points multiples modifiées avec mors de fixation modifiés;
c) combinaisons définies d'efforts de cisaillement, d'arrachement et de traction normale:
1) éprouvettes KS-2;
2) éprouvette en double disque;
d) soudures par points soumises à une répartition non uniforme et non définie des efforts: éprouvettes
en oméga simple ou double et profilés creux fermés similaires soumis à un essai de torsion, à un
essai de flexion trois points et/ou à un essai de pression interne.
Les éprouvettes et essais auxquels il est fait référence au point c) ci-dessus ne sont pas traitées
davantage dans le présent document, car les résultats obtenus avec ces éprouvettes sont spécifiques
aux composants soumis à essai et ne peuvent pas être généralisés ou utilisés pour calculer la capacité de
transmission d'effort des assemblages soudés. Les résultats obtenus avec ces essais conviennent pour
comparer les propriétés mécaniques des composants soumis à essai avec les propriétés mécaniques de
composants similaires soumis aux mêmes essais. Ces essais, toutefois, ne conviennent pas pour évaluer
ou comparer les capacités d'efforts des soudures.
Les résultats des essais de fatigue obtenus avec les éprouvettes semblables aux composants
conviennent pour déduire des critères de sélection des matériaux et des combinaisons d'épaisseur pour
les structures et les composants soumis à des efforts cycliques. Cette indication est particulièrement
pertinente pour les résultats obtenus avec des éprouvettes dans des conditions aux limites, c'est-à-dire
dont la rigidité locale est similaire à celle de la structure concernée. Les résultats d'un essai de fatigue
conviennent à une application directe à la conception uniquement lorsque les conditions d'effort en
service et la rigidité de la conception dans la zone d'assemblage sont identiques.
NOTE Les éprouvettes sont modifiées afin de prendre en considération les contraintes ou les exigences
spécifiques imposées par la conception, telle que la dimension du recouvrement inférieure à la normale, la
dimension inférieure ou plus importante par rapport au diamètre normal du noyau, et la répartition spécifique
des efforts, contribuant ainsi à l'amélioration de la valeur des résultats d'essai pour l'ingénieur d'études.
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 14324, Soudage par résistance — Essais destructifs des soudures — Méthode pour les essais de fatigue
sur assemblages soudés par points
ISO 15609-5:2011, Descriptif et qualification d'un mode opératoire de soudage pour les matériaux
métalliques — Descriptif d'un mode opératoire de soudage — Partie 5: Soudage par résistance
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions de l'ISO 14324 ainsi que les suivants
s'appliquent.
L’ISO et l’IEC maintiennent des bases de données terminologiques pour utilisation dans le domaine de la
normalisation aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: disponible à http: //www .electropedia .org/
2 © ISO 2019 – Tous droits réservés
3.1
durée de vie en fatigue
nombre de cycles à la rupture
N
nombre de cycles d’effort auquel une rupture se produit, ou avant qu’un critère de rupture défini pour
l’essai soit rempli
3.2
endurance en fatigue
N
G
nombre de cycles auquel il a été convenu d'arrêter l'essai même en l'absence de rupture
3.3
diagramme F-N
diagramme obtenu en portant l'amplitude d'effort (ou l'étendue d'effort ou l'effort maximal) en ordonnée
et la durée de vie en fatigue (ou l'endurance en fatigue si l'essai est arrêté avant rupture) en abscisse;
également appelée diagramme d’amplitude d'effort - nombre de cycles d'effort
Note 1 à l'article: Dans la pratique, les échelles logarithmiques sont utilisées.
3.4
étendue de déplacement
∆L
modification de la longueur d'une éprouvette due à l'application d'un effort
3.5
rigidité
c
effort F divisé par le déplacement correspondant L, c'est-à-dire
FF−
maxmin
c=
ΔL
3.6
rigidité initiale
c
rigidité au début de l'essai, c'est-à-dire
FF−
maxmin
c =
ΔL
4 Symboles et abréviations
a recouvrement
b largeur du coupon d'essai
b largeur intérieure du coupon d'essai
i
c rigidité
c rigidité initiale
d diamètre de l'alésage central
c
d diamètre du cercle primitif
e
e pas
F effort, effort répété
F amplitude d’effort
a
F effort moyen
m
F effort maximal
max
F effort minimal
min
h hauteur du coupon
i
h hauteur de la plaque latérale ou de la partie latérale
s
h hauteur de la partie en L
L
h hauteur de la partie en U
U
l distance entre le mors et le recouvrement
a
l longueur de la surface bridée
c
l distance par rapport au bord
e
l longueur de l'éprouvette entre les mors
g
l longueur totale de l'éprouvette
S
l longueur du coupon d'essai
t
l distance par rapport à la paroi
w
L position de la traverse pour l’effort maximal
max
L position de la traverse pour l’effort minimal
min
N nombre de cycles d'effort
N endurance en fatigue
G
p probabilité
r rayon de pliage pour l'épaisseur de tôle t
1 1
r rayon de pliage pour l'épaisseur de tôle t
2 2
r rayon de pliage maximal
max
r rayon de pliage minimal
min
R rapport d'effort
S contrainte
t; t ; t épaisseur de tôle
1 2
ε déformation maximale mesurée sur l'éprouvette
max
ε déformation moyenne mesurée sur l'éprouvette
m
σ contrainte d'arrachement transversale à la ligne de joint
pt
4 © ISO 2019 – Tous droits réservés
σ contrainte de cisaillement parallèle à la ligne de joint ou dans l'axe de la ligne de joint
sp
σ contrainte de cisaillement transversale à la ligne de joint
st
ΔF étendue d’effort
ΔL étendue de déplacement (L − L )
max min
ΔL étendue de déplacement au début de l’essai
ΔP application non uniforme d'un effort
5 Éprouvettes
5.1 Généralités
Les éprouvettes sont conçues pour simuler, dans le cas des assemblages des structures à parois minces,
trois types d'efforts de base sous leurs formes primaires, c'est-à-dire effort de cisaillement transversal
à la ligne de joint, effort de cisaillement parallèle à la ligne de joint ou dans l'axe de la ligne de joint, et
effort d'arrachement (voir Figure 1).
NOTE 1 Dans le cas de structures réelles à parois minces, il peut généralement être supposé que les
assemblages ne sont jamais soumis à l'un de ces types de contraintes, soit sous forme simple, soit sous forme pure.
Dans le cas des assemblages à recouvrement, il existe au moins un type de contrainte de cisaillement et, en raison
de la déformation locale des tôles due à ladite contrainte, une contrainte d'arrachement. Même si la contrainte
primaire exercée sur un assemblage à recouvrement est une contrainte de cisaillement pur, une composante de
contrainte d'arrachement est générée, dont la valeur absolue dépend de l'importance de la déformation due à la
contrainte de cisaillement exercée sur l'assemblage. Cette déformation est fonction du moment de flexion, qui
dépend des épaisseurs de tôles impliquées, de l'importance des forces agissantes et de la rigidité locale. La rigidité
elle-même est fonction des épaisseurs de la tôle, des modules de Young du (des) matériau(x), de la largeur de la
tôle, du recouvrement, de la position de l'assemblage sur la tôle, des rayons de pliage, etc. (Références [8] à [11]).
a) Effort de cisaillement transversal à la ligne de b) Effort d'arrachement
joint et effort de cisaillement parallèle ou effort de traction unilatéral en croix
dans l'axe de la ligne de joint
NOTE Voir Article 4.
Figure 1 — Les trois cas d'efforts de base applicables aux assemblages
NOTE 2 Les éprouvettes ont été conçues pour pouvoir utiliser différentes technologies d'assemblage et
permettre ainsi une comparaison des capacités d'effort des assemblages à l'aide de différentes méthodes.
NOTE 3 Dans le cas des éprouvettes en oméga simple ou double soumises aux efforts de torsion et de pliage
3 points, les assemblages eux-mêmes sont soumis à des efforts complexes, avec lesquels les rapports des types
d'effort et la répartition de ces efforts sont non uniformes et non définis. Par ailleurs, les rapports des trois types
d'effort de base sont fonction de l'amplitude d'effort, des conditions de fixation, et des combinaisons de matériaux
et d'épaisseurs de tôles.
La qualité, la valeur et l'utilité des résultats des essais de fatigue dépendent, dans une large mesure,
du degré d'attention porté à la fabrication des éprouvettes, de leur vérification par des essais, de
l'acquisition et de l'évaluation des données d'essai, ainsi que de l'exhaustivité des documents.
Il convient que les documents contiennent les informations suivantes:
a) Matériau(x): il convient que les spécifications des matériaux, le type et l'épaisseur du (des)
revêtement(s), l'épaisseur des tôles, l'état de surface et les propriétés mécaniques soient consignés.
b) Coupons
— Il convient, si possible, de prélever les coupons sur le même lot de matériaux.
— Le sens de laminage doit être identique pour tous les coupons et faire l'objet d'une documentation.
— Les tolérances requises doivent être agréées.
— Toute déformation intempestive des coupons et tout endommagement des surfaces doivent
être évités.
c) Soudage
— Il convient d'employer des montages appropriés permettant de garantir un alignement précis
des coupons et une position précise des soudures.
— Les paramètres de soudage et les équipements utilisés doivent faire l'objet d'une documentation.
d) Documentation
— Les normes pertinentes doivent être référencées.
— Tout écart par rapport aux normes référencées doit faire l'objet d'une documentation.
Les éprouvettes doivent être modifiées pour les différentes méthodes d'assemblage, de sorte que les
assemblages puissent être utilisés dans des conditions aux limites optimales, par exemple la largeur
des tôles pour les soudures au laser peut être réduite de manière considérable par rapport à la longueur
requise pour les soudures par résistance par points. De la même manière, les exigences d'encombrement
moindres permettent un positionnement des assemblages clinchés rectangulaires sur la tôle bien plus
proche du rayon que dans le cas des soudures par résistance par points, à moins que des électrodes de
soudage excentrées soient utilisées.
5.2 Choix des éprouvettes appropriées
Le choix d'une éprouvette appropriée pour les essais de fatigue dépend de l'utilisation prévue des
résultats d'essai. Une exigence fondamentale relative à l'éprouvette est qu'elle permette la simulation
du type d'effort et du rapport d'effort pertinents. Si les résultats sont à utiliser à des fins de conception,
il est alors important d'employer des éprouvettes avec lesquelles un type similaire de répartition des
efforts peut être obtenu. De plus, il convient que la rigidité de l'éprouvette dans la zone d'assemblage
soit similaire à celle du composant considéré.
Outre le fait de tenir compte de la condition de chargement primaire des soudures, il est particulièrement
important de garder à l'esprit la rigidité locale de la zone d'assemblage du composant concerné. La
durée de vie en fatigue des soudures est en premier lieu influencée par l'effort d'arrachement, et non pas
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l'effort de cisaillement. Par exemple, si les soudures peuvent être soumises à des amplitudes identiques
d'effort de cisaillement et d'arrachement, leur durée de vie pourrait varier d'un facteur d'au moins ~10 .
Toutefois, comme indiqué à la Figure 2, les soudures par points soumises à un effort de cisaillement ne
devraient jamais rompre sous un effort pour lequel les mêmes soudures ont une durée de vie d'environ
1 000 cycles. Comme indiqué ci-dessus, l'importance de la composante d'arrachement dépend de l'effort
de cisaillement et de la rigidité locale de l'éprouvette. Particulièrement dans le cas de l'éprouvette à point
unique illustrée à la Figure 4, la rigidité locale est nettement inférieure à ce qu'elle est habituellement
avec les structures réelles. Par conséquent le rapport arrachement/cisaillement est comparativement
important et entraîne, de ce fait, une durée de vie en fatigue bien plus courte que celle observée avec les
soudures identiques vérifiées par des essais effectués par exemple sur des éprouvettes de type H. De
plus, certains matériaux sont particulièrement sensibles à la contrainte d'arrachement à l'état brut de
soudage, de sorte que les résultats obtenus avec des éprouvettes ayant une rigidité faible peuvent être
trompeurs eu égard au comportement de ce type de soudures dans les structures.
Les éprouvettes de type H permettent d'étudier la quasi-totalité des paramètres, y compris les différents
rapports et répartitions de contraintes. La vérification par essai de ces éprouvettes requiert l'emploi de
mors spéciaux et leur fabrication est relativement compliquée. Cependant, avec l'application uniforme
d'un effort, ces éprouvettes permettent d'obtenir des résultats très significatifs, avec 5 à 7 éprouvettes.
Lors de la sélection d'une éprouvette, les principaux éléments pris en considération sont:
— la simulation du type d'effort et le rapport d'effort observé avec le composant concerné;
— la simulation des paramètres de conception, tels que la rigidité, le pas, et la distance par rapport au
bord et à la tôle;
— la simulation de la répartition des contraintes sur le composant;
— l'effort requis pour la fabrication et les essais; et
— le nombre d'éprouvettes requis pour obtenir des résultats significatifs d'un point de vue statistique.
Il est à souligner que les résultats obtenus avec des éprouvettes ayant une rigidité faible faussent
généralement les caractéristiques des assemblages soudés par points, notamment dans le cas des aciers
à haute résistance.
L'importance statistique des résultats d'essai est influencée par leur dispersion. Plus le nombre de
points d'une seule éprouvette soumise à essai sous l'application uniforme d'un effort est important,
plus la dispersion des résultats est réduite. Par conséquent, pour obtenir des résultats vraiment
significatifs, le nombre d'éprouvettes à soumettre à essai, avec par exemple deux points de soudure, est
cinq fois plus élevé que dans le cas, par exemple, des éprouvettes de type H ou en double disque avec
10 points de soudure. Par ailleurs, la rigidité des éprouvettes planes est bien moins importante que
la rigidité des composants, de sorte que les résultats obtenus avec ces éprouvettes sont généralement
trompeurs. De plus, certaines éprouvettes ne peuvent pas être soumises à des efforts de compression
ou à des rapports d'effort R négatifs, par exemple deux éprouvettes planes avec une ou deux soudures.
NOTE Voir Article 4.
Figure 2 — Diagrammes F-N (diagrammes de Wöhler) d’éprouvettes de type H soumises à des
efforts de cisaillement et d'arrachement, rapport d'effort R = 0 - schématisé
5.3 Fabrication des éprouvettes
5.3.1 Matériau constitutif des tôles
Le matériau constitutif des tôles pour les coupons peut être cisaillé, mais il convient d'éliminer toutes
les bavures. Il faut à ce que les coupons ne sont pas pliés ou déformés. Les éprouvettes réalisées
avec ces coupons peuvent avoir un effet négatif sur les résultats d'essai et accroître leur dispersion.
Les dimensions des coupons utilisés pour les différentes éprouvettes sont données dans les tableaux
respectifs.
Si la conception considérée utilise des matériaux extrudés ou un matériau de fonderie, il convient
de fabriquer les éprouvettes avec des profilés extrudés ou un matériau de fonderie, par exemple des
alliages d'aluminium et de magnésium requis par la conception.
5.3.2 Pliage et formage
Le pliage des composants des éprouvettes doit être effectué dans une presse plieuse selon l'angle et le
rayon de pliage requis, r = 2t. Le matériau employé, s'il ne permet pas d'effectuer un pliage avec ce
min
rayon, peut être plié selon r . Dans la mesure où la précision des éprouvettes dépend des dimensions
max
des coupons, s'assurer que les tolérances données dans les tableaux sont scrupuleusement respectées.
La fabrication des composants des éprouvettes en double disque nécessite des outils d'étirage ou
d'emboutissage profond. Il convient de ne pas utiliser des outils de formage par presse, par exemple
des outils d'emboutissage profond, pour les éprouvettes autres que les éprouvettes en double disque,
car le grand nombre de paramètres de fonctionnement, par exemple effort de serrage, géométrie du
porte-éprouvettes de contrôle, quantité et propriétés du lubrifiant, et rugosité de surface des outils,
peut influencer le degré d'écrouissage, l'épaisseur des tôles et les états de surface, et donc les propriétés
des éprouvettes, rendant de ce fait difficile une comparaison des résultats.
La géométrie des éprouvettes et la position, le pas et la dimension des soudures par points peuvent
être modifiés de manière à pouvoir tenir compte des exigences de conception et de fabrication. Par
exemple le pas, le diamètre du noyau, la largeur de la tôle et la position de la soudure sur la tôle peuvent
être modifiés si nécessaire. Il convient d'utiliser des montages appropriés pour positionner les coupons
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pendant l'opération de soudage et pour garantir une position précise des soudures et une répartition
uniforme des efforts durant les essais.
Les séquences de soudage de toutes les éprouvettes s'effectuent depuis l'axe vers le bord de l'éprouvette,
(voir Figure 3). La séquence de soudage des différentes éprouvettes soudées par points multiples
doit permettre d'éviter l'enveloppement. Le diamètre de toutes les soudures doit être conforme aux
spécifications. Le courant de soudage doit, si nécessaire, être accru pour compenser l'effet de shunt.
Dans le cas des aciers à haute résistance mécanique (aciers AHS), un pliage et des rayons de cintrage
plus importants sont nécessaires, auquel cas il est nécessaire de modifier en conséquence la largeur de
la tôle et la position des soudures.
Figure 3 — Séquence d'assemblage des éprouvettes de type H
5.3.3 Tolérances
La fabrication précise des éprouvettes d'essai est très importante; en effet, des méthodes de préparation
inappropriées peuvent fausser dans une large mesure les résultats d'essai. Plus particulièrement, il
convient que les tolérances n'excèdent pas les valeurs données dans les tableaux relatifs aux éprouvettes
respectives. Même pour les éprouvettes d’essai de traction-cisaillement et d’essai d’arrachement planes,
il est important d’éviter les précontraintes avant serrage. A cette fin, il convient que les éprouvettes
aient une tolérance de perpendicularité de ± 1 % après pliage ainsi qu’après soudage. En cas de tolérance
plus grande, la possibilité d’effectuer un nivellement avant serrage doit être vérifiée.
Dans le cas des éprouvettes de types H et KS-2, la largeur intérieure des éprouvettes et, pour les
+02,
éprouvettes en oméga, la largeur extérieure ont chacune une plage de tolérance de mm. L'angle de
la tôle est égal à (90 ± 0,5)°.
5.3.4 Soudage
Tous les paramètres utilisés pour la fabrication des éprouvettes doivent être répertoriés, conformément
à l'ISO 15609-5:2011, Annexe A, dans le rapport d'essai.
Si le soudage par points est utilisé conjointement à un adhésif, la désignation et le type d'adhésif, les
informations relatives au traitement préalable des surfaces, la température de prise, etc. doivent être
inclus dans le rapport d'essai.
NOTE Lors du soudage de l'éprouvette, il est nécessaire d'éviter tout effet de shunt intempestif.
5.3.5 Stockage
Il convient de protéger en conséquence les éprouvettes qui sont soumises à la corrosion dans
l'atmosphère à la température ambiante, et ce, de préférence dans un milieu inerte. Il convient de retirer
les éprouvettes du milieu de stockage avant les essais, en veillant à ne pas affecter chimiquement ces
dernières.
5.3.6 Inspection
Toutes les éprouvettes doivent être examinées avant les essais. Il convient d'accorder une attention
particulière à la géométrie des éprouvettes, c'est-à-dire la largeur et l'angle de la tôle, ainsi qu'aux
assemblages. L'utilisation d'un calibre est recommandée pour le contrôle général des dimensions.
5.4 Géométrie des éprouvettes
5.4.1 Généralités
La géométrie des éprouvettes et la position, le pas et la dimension des soudures par points peuvent
être modifiés de manière à pouvoir tenir compte des exigences de conception et de fabrication. Par
exemple, le pas, le diamètre du noyau, la largeur de la tôle et la position de la soudure sur la tôle peuvent
être modifiés, si nécessaire. Il convient d'utiliser des montages appropriés pour positionner les coupons
pendant l'opération de soudage et pour garantir une position précise des soudures.
Les essais de fatigue utilisent actuellem
...
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