ISO 15653:2018

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15653
Second edition
2018-01
Metallic materials — Method of test
for the determination of quasistatic
fracture toughness of welds
Matériaux métalliques — Méthode d'essai pour la détermination de la
ténacité quasi statique à la rupture des soudures
Reference number
©
ISO 2018
© ISO 2018
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Published in Switzerland
ii © ISO 2018 – All rights reserved

Contents Page
Foreword .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols and units . 3
5 Principle . 3
6 Choice of specimen design, specimen orientation and notch location .4
6.1 Classification of target area for notching . 4
6.2 Specimen design . 4
6.3 Specimen and crack plane orientation . 4
7 Pre-machining metallography. 8
7.1 Microstructural assessment of macrosections . 8
7.2 Additional requirements for heat-affected zone tests . 9
8 Machining. 9
8.1 Tolerances on specimen dimensions . 9
8.2 Notch placement for through-thickness notched specimens .10
8.3 Notch placement for surface-notched specimens.10
8.4 Notch machining .11
9 Specimen preparation .16
9.1 Fatigue precracking .16
9.2 Side grooving .16
10 Test apparatus, requirements and test procedure .16
11 Post-test metallography .16
11.1 General .16
11.2 Through-thickness notched specimens .17
11.2.1 Sectioning .17
11.2.2 Assessment .17
11.3 Surface-notched specimens .17
11.3.1 Sectioning .17
11.3.2 Assessment .17
11.4 Assessment of pop-in .17
12 Post-test analysis .20
12.1 Choice of tensile properties .20
12.2 Determination of fracture toughness .21
12.2.1 K .
Ic 21
12.2.2 δ . 21
12.2.3 J . 22
12.2.4 Shallow-notched bend specimen .22
12.3 Qualification requirements .23
12.3.1 General.23
12.3.2 Weld-width-to-crack-ligament ratio .23
12.3.3 Crack front straightness .23
12.3.4 Symbols used to identify fracture toughness values .25
12.3.5 Through-thickness notched specimens .25
12.3.6 Surface-notched specimens .25
13 Test report .26
Annex A (informative) Examples of notch locations .27
Annex B (informative) Examples of pre-test and post-test metallography .29
Annex C (informative) Residual-stress modification and precracking technique .31
Annex D (normative) Assessment of pop-in .35
Annex E (informative) Shallow-notched bend specimen testing.42
Bibliography .45
iv © ISO 2018 – All rights reserved

Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the 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 the following
URL: www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 164, Mechanical testing of metals,
Subcommittee SC 4, Toughness testing — Fracture (F), Pendulum (P), Tear (T).
This second edition of ISO 15653 cancels and replaces the first edition (ISO 15653:2010), which has
been technically revised.
The main changes compared to the previous edition are as follows:
— new formulae for the calculation of single-point determination of CTOD (12.2.2) have been added;
— introduction for reverse bending in C.3 has been added;
— assessment of pop-in in D.1 has been clarified;
— new formula for the calculation for single-point determination of CTOD in shallow notched specimens
in E.4 has been added.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 15653:2018(E)
Metallic materials — Method of test for the determination
of quasistatic fracture toughness of welds
1 Scope
This document specifies methods for determining fracture toughness in terms of stress intensity factor
(K), crack tip opening displacement or CTOD (δ) and experimental equivalent of the J-integral for welds
in metallic materials (J).
This document complements ISO 12135, which covers all aspects of fracture toughness testing of parent
metal and which needs to be used in conjunction with this document. This document describes methods
for determining point values of fracture toughness. It should not be considered a way of obtaining a valid
R-curve (resistance-to-crack-extension curve). However, the specimen preparation methods described
in this document could be usefully employed when determining R-curves for welds. The methods use
fatigue precracked specimens which have been notched, after welding, in a specific target area in the
weld. Methods are described to evaluate the suitability of a weld for notch placement within the target
area, which is either within the weld metal or within the weld heat-affected zone (HAZ), and then, where
appropriate, to evaluate the effectiveness of the fat
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 15653
Deuxième édition
2018-01
Matériaux métalliques — Méthode
d'essai pour la détermination de la
ténacité quasi statique à la rupture
des soudures
Metallic materials — Method of test for the determination of
quasistatic fracture toughness of welds
Numéro de référence
©
ISO 2018
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
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Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en oeuvre, 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.
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Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles et unités (et abréviations) . 3
5 Principe . 4
6 Choix du type d'éprouvette, de l’orientation et de l’emplacement d’entaille .4
6.1 Classification de la surface cible pour l’entaillage . 4
6.2 Type d’éprouvette. 4
6.3 Orientation de l'éprouvette et du plan de la fissure . 5
7 Métallographie avant usinage . 9
7.1 Évaluation microstructurale des sections macrographiques . 9
7.2 Exigences supplémentaires concernant les essais en zone affectée thermiquement .10
8 Usinage .10
8.1 Tolérances relatives aux dimensions de l’éprouvette .10
8.2 Emplacement de l'entaille des éprouvettes entaillées dans l’épaisseur .11
8.3 Emplacement de l'entaille des éprouvettes entaillées en surface .11
8.4 Usinage de l'entaille .11
9 Préparation de l’éprouvette .16
9.1 Préfissuration par fatigue .16
9.2 Rainurage latéral .17
10 Appareillage d'essai, exigences et mode opératoire d’essai .17
11 Examen métallographique après essai .17
11.1 Généralités .17
11.2 Éprouvettes entaillées dans l’épaisseur .17
11.2.1 Coupe .17
11.2.2 Caractérisation .17
11.3 Éprouvettes entaillées en surface .18
11.3.1 Coupe .18
11.3.2 Caractérisation .18
11.4 Caractérisation des pop-ins .18
12 Analyse après essai .21
12.1 Choix des propriétés de traction .21
12.2 Détermination de la ténacité à la rupture.22
12.2.1 K .
Ic 22
12.2.2 δ . 22
12.2.3 J . 23
12.2.4 Éprouvettes de flexion entaillées peu profondément .23
12.3 Exigences de qualification .24
12.3.1 Généralités .24
12.3.2 Rapport de la largeur de soudure au ligament de la fissure .24
12.3.3 Rectitude du front de fissure .24
12.3.4 Symboles utilisés pour identifier les valeurs de ténacité à la rupture .26
12.3.5 Éprouvettes entaillées dans l’épaisseur.26
12.3.6 Éprouvettes entaillées en surface .26
13 Rapport d'essai .27
Annexe A (informative) Exemple d'emplacements de l'entaille .28
Annexe B (informative) Exemples d’examens métallographiques avant essai et après essai .30
Annexe C (informative) Modification des contraintes résiduelles et technique de préfissuration .32
Annexe D (normative) Caractérisation des pop-ins.36
Annexe E (informative) Essais sur éprouvette à entaille peu profonde .42
Bibliographie .45
iv © ISO 2018 – 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/avant-propos.
Ce document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 164, Essais mécaniques des métaux,
sous comité SC 4, Essais de ténacité — Essais de ténacité — Fracture (F), Pendulum (P), Déchirage (T).
Cette deuxième édition annule et remplace la première (ISO 15653:2010), qui a fait l'objet d'une révision
technique.
Les principales modifications par rapport à la précédente édition sont les suivantes:
— Nouvelle formule pour le calcul de la détermination en seul point du CTOD (12.2.2) a été ajoutée
— L’introduction pour la flexion inversée en C.3 a été ajoutée
— L’évaluation du pop-in en D.1 a été clarifiée
— Nouvelle formule pour le calcul de la détermination en seul point du CTOD dans les éprouvettes à
entaille peu profonde en E.4 a été ajoutée
NORME INTERNATIONALE ISO 15653:2018(F)
Matériaux métalliques — Méthode d'essai pour la
détermination de la ténacité quasi statique à la rupture
des soudures
1 Domaine d'application
Ce document spécifie des méthodes permettant de déterminer la ténacité à la rupture en termes
de facteur d'intensité de contrainte (K), d’écartement à fond de fissure, CTOD (δ) et d’équivalent
expérimental de l'intégrale pour les soudures dans les matériaux métalliques (J).
Ce document complète l'ISO 12135, qui couvre tous les aspects des essais de ténacité à la rupture du
métal de base et qui doit être utilisée conjointement avec le présent document. Ce document décrit
des méthodes de détermination des valeurs ponctuelles de la ténacité à la rupture. Elle ne doit pas
être considérée comme étant une méthode permettant d'obtenir une courbe R valide (résistance à
la propagation de fissure). Cependant, les méthodes de préparation des éprouvettes décrites dans la
présente Norme internationale peuvent être employées utilement lors de la détermination des courbes
R pour les soudures. La présente méthode utilise des éprouvettes préfissurées par fatigue qui ont été
entaillées, après soudage, dans une surface cible spécifique de la soudure. Les méthodes sont décrites
pour évaluer l'adaptabilité d'une soudure à l’e
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 15653
Deuxième édition
2018-01
Matériaux métalliques — Méthode
d'essai pour la détermination de la
ténacité quasi statique à la rupture
des soudures
Metallic materials — Method of test for the determination of
quasistatic fracture toughness of welds
Numéro de référence
©
ISO 2018
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2018
Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en oeuvre, 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
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Fax +41 22 749 09 47
copyright@iso.org
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ii © ISO 2018 – Tous droits réservés

Sommaire Page
Avant-propos .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles et unités (et abréviations) . 3
5 Principe . 4
6 Choix du type d'éprouvette, de l’orientation et de l’emplacement d’entaille .4
6.1 Classification de la surface cible pour l’entaillage . 4
6.2 Type d’éprouvette. 4
6.3 Orientation de l'éprouvette et du plan de la fissure . 5
7 Métallographie avant usinage . 9
7.1 Évaluation microstructurale des sections macrographiques . 9
7.2 Exigences supplémentaires concernant les essais en zone affectée thermiquement .10
8 Usinage .10
8.1 Tolérances relatives aux dimensions de l’éprouvette .10
8.2 Emplacement de l'entaille des éprouvettes entaillées dans l’épaisseur .11
8.3 Emplacement de l'entaille des éprouvettes entaillées en surface .11
8.4 Usinage de l'entaille .11
9 Préparation de l’éprouvette .16
9.1 Préfissuration par fatigue .16
9.2 Rainurage latéral .17
10 Appareillage d'essai, exigences et mode opératoire d’essai .17
11 Examen métallographique après essai .17
11.1 Généralités .17
11.2 Éprouvettes entaillées dans l’épaisseur .17
11.2.1 Coupe .17
11.2.2 Caractérisation .17
11.3 Éprouvettes entaillées en surface .18
11.3.1 Coupe .18
11.3.2 Caractérisation .18
11.4 Caractérisation des pop-ins .18
12 Analyse après essai .21
12.1 Choix des propriétés de traction .21
12.2 Détermination de la ténacité à la rupture.22
12.2.1 K .
Ic 22
12.2.2 δ . 22
12.2.3 J . 23
12.2.4 Éprouvettes de flexion entaillées peu profondément .23
12.3 Exigences de qualification .24
12.3.1 Généralités .24
12.3.2 Rapport de la largeur de soudure au ligament de la fissure .24
12.3.3 Rectitude du front de fissure .24
12.3.4 Symboles utilisés pour identifier les valeurs de ténacité à la rupture .26
12.3.5 Éprouvettes entaillées dans l’épaisseur.26
12.3.6 Éprouvettes entaillées en surface .26
13 Rapport d'essai .27
Annexe A (informative) Exemple d'emplacements de l'entaille .28
Annexe B (informative) Exemples d’examens métallographiques avant essai et après essai .30
Annexe C (informative) Modification des contraintes résiduelles et technique de préfissuration .32
Annexe D (normative) Caractérisation des pop-ins.36
Annexe E (informative) Essais sur éprouvette à entaille peu profonde .42
Bibliographie .45
iv © ISO 2018 – 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/avant-propos.
Ce document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 164, Essais mécaniques des métaux,
sous comité SC 4, Essais de ténacité — Essais de ténacité — Fracture (F), Pendulum (P), Déchirage (T).
Cette deuxième édition annule et remplace la première (ISO 15653:2010), qui a fait l'objet d'une révision
technique.
Les principales modifications par rapport à la précédente édition sont les suivantes:
— Nouvelle formule pour le calcul de la détermination en seul point du CTOD (12.2.2) a été ajoutée
— L’introduction pour la flexion inversée en C.3 a été ajoutée
— L’évaluation du pop-in en D.1 a été clarifiée
— Nouvelle formule pour le calcul de la détermination en seul point du CTOD dans les éprouvettes à
entaille peu profonde en E.4 a été ajoutée
NORME INTERNATIONALE ISO 15653:2018(F)
Matériaux métalliques — Méthode d'essai pour la
détermination de la ténacité quasi statique à la rupture
des soudures
1 Domaine d'application
Ce document spécifie des méthodes permettant de déterminer la ténacité à la rupture en termes
de facteur d'intensité de contrainte (K), d’écartement à fond de fissure, CTOD (δ) et d’équivalent
expérimental de l'intégrale pour les soudures dans les matériaux métalliques (J).
Ce document complète l'ISO 12135, qui couvre tous les aspects des essais de ténacité à la rupture du
métal de base et qui doit être utilisée conjointement avec le présent document. Ce document décrit
des méthodes de détermination des valeurs ponctuelles de la ténacité à la rupture. Elle ne doit pas
être considérée comme étant une méthode permettant d'obtenir une courbe R valide (résistance à
la propagation de fissure). Cependant, les méthodes de préparation des éprouvettes décrites dans la
présente Norme internationale peuvent être employées utilement lors de la détermination des courbes
R pour les soudures. La présente méthode utilise des éprouvettes préfissurées par fatigue qui ont été
entaillées, après soudage, dans une surface cible spécifique de la soudure. Les méthodes sont décrites
pour évaluer l'adaptabilité d'une soudure à l’e
...