ISO 14555:1998
(Main)Welding - Arc stud welding of metallic materials
Welding - Arc stud welding of metallic materials
Soudage — Soudage à l'arc des goujons sur les matériaux métalliques
General Information
Relations
Frequently Asked Questions
ISO 14555:1998 is a standard published by the International Organization for Standardization (ISO). Its full title is "Welding - Arc stud welding of metallic materials". This standard covers: Welding - Arc stud welding of metallic materials
Welding - Arc stud welding of metallic materials
ISO 14555:1998 is classified under the following ICS (International Classification for Standards) categories: 25.160.10 - Welding processes. The ICS classification helps identify the subject area and facilitates finding related standards.
ISO 14555:1998 has the following relationships with other standards: It is inter standard links to ISO 14555:2006. Understanding these relationships helps ensure you are using the most current and applicable version of the standard.
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 14555
First edition
1998-10-15
Welding — Arc stud welding of metallic
materials
Soudage — Soudage à l’arc des goujons sur les matériaux métalliques
A
Reference number
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.
Draft International Standards adopted by the technical committees are
circulated to the member bodies for voting. Publication as an International
Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting
a vote.
International Standard ISO 14555 was prepared by the European
Committee for Standardization (CEN) in collaboration with ISO Technical
Committee TC 44, Welding and allied processes, Subcommittee SC 10,
Unification requirements in the field of metal welding, in accordance with
the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna
Agreement).
Throughout the text of this standard, read “.this European Standard.” to
mean “.this International Standard.”.
Annex A forms an integral part of this International Standard. Annexes B to
G and ZA are for information only.
For the purposes of this International Standard, the CEN annex regarding
fulfilment of European Council Directives has been removed.
© ISO 1998
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced
or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and
microfilm, without permission in writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case postale 56 • CH-1211 Genève 20 • Switzerland
Internet iso@iso.ch
Printed in Switzerland
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ISO ISO 14555:1998(E)
Contents
Page
................................................................................................................................................................... vii
Introduction
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Definitions, symbols and abbreviations . 3
3.1 Definitions . 3
3.2 Symbols . 4
3.3 Abbreviations . 4
4 Welding knowledge . 4
4.1 General . 4
4.2 Processes . 5
4.3 Parent metals . 8
4.4 Studs .11
4.5 Combinations of stud and parent metal . 12
4.6 Auxiliaries .12
4.7 Imperfections and corrective actions . 12
4.8 Welding equipment . 21
4.9 Welding parameters . 23
5 Quality requirements . 25
5.1 General . 25
5.2 Design review . 25
5.3 Equipment .26
5.4 Description of the equipment . 26
5.5 Maintenance .26
5.6 Production plan . 27
5.7 Calibration of the measuring and testing equipment . 27
........................................................................................................ 27
6 Welding procedure specification (WPS)
6.1 General . 27
6.2 Related to the manufacturer . 27
6.3 Related to the parent metal . 28
iii
©
Page
6.4 Welding process . 28
6.5 Joint . 28
6.6 Studs . 29
6.7 Auxiliaries . 29
6.8 Power source . 29
6.9 Movable fixtures . 29
6.10 Welding variables for drawn arc stud welding with ceramic ferrule or shielding gas and
short-cycle drawn arc stud welding . 30
6.11 Welding variables for capacitor discharge stud welding with tip ignition .30
6.12 Thermal conditions . 30
6.13 Post-weld heat-treatment . 30
6.14 Non-thermal treatment after welding . 30
7 Welding procedure approval . 31
7.1 Principles . 31
7.2 Welding procedure tests . 31
7.3 Pre-production tests . 41
7.4 Previous experience . 41
7.5 Welding procedure approval record (WPAR) . 41
8 Examination and testing . 41
8.1 General . 41
8.2 Visual examination . 42
8.3 Bend testing . 43
8.4 Bend testing by means of torque wrench . 43
8.5 Tensile testing . 43
8.6 Macro examination . 44
8.7 Radiographic examination . 44
8.8 Additional tests . 44
9 Welding personnel . 44
9.1 Stud welding operators . 44
9.2 Welding coordination . 45
iv
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ISO ISO 14555:1998(E)
Page
10 Process control . 45
10.1 General . 45
10.2 Normal production test . 45
10.3 Simplified production test . 46
10.4 Re-testing for normal or simplified production test . 46
10.5 Online production monitoring . 46
10.6 Production log . 47
10.7 Non-conformance and corrective actions . 47
10.8 Calibration of the measuring and testing equipment . 48
Annex A (normative) Quality requirements for stud welding . 49
(informative) Manufacturer's welding procedure specification (WPS) . 50
Annex B
Annex C (informative) Welding procedure approval record form (WPAR)
(for drawn arc stud welding with ceramic ferrule or shielding gas and
short-cycle drawn arc stud welding) . 51
Annex D (informative) Welding procedure approval record form (WPAR)
(for capacitor discharge stud welding with tip ignition and capacitor
discharge drawn arc stud welding) . 54
(informative) Test results - Normal production test
Annex E
(for drawn arc stud welding with ceramic ferrule or shielding gas and
short-cycle drawn arc stud welding) . 57
Annex F (informative) Test results - Normal production test
(for capacitor discharge stud welding with tip ignition and capacitor
discharge drawn arc stud welding) . 59
Annex G (informative) Example for production log . 61
Annex ZA (informative) Bibliography. 62
v
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Foreword
The text of EN ISO 14555:1998 has been prepared by Technical Committee CEN/TC 121 "Welding", the
secretariat of which is held by DS, in collaboration with Technical Committee ISO/TC 44 "Welding and allied
processes".
This European Standard shall be given the status of a national standard, either by publication of an identical
text or by endorsement, at the latest by April 1999, and conflicting national standards shall be withdrawn at the
latest by April 1999.
This European Standard has been prepared under a mandate given to CEN by the European Commission and
the European Free Trade Association, and supports essential requirements of EU Directive(s).
According to the CEN/CENELEC Internal Regulations, the national standards organizations of the following
countries are bound to implement this European Standard: Austria, Belgium, Czech Republic, Denmark,
Finland, France, Germany, Greece, Iceland, Ireland, Italy, Luxembourg, Netherlands, Norway, Portugal, Spain,
Sweden, Switzerland and the United Kingdom.
vi
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ISO ISO 14555:1998(E)
Introduction
The purpose of arc stud welding is to weld predominantly pin-shaped metal parts to metal workpieces. In this
standard it is only referred as stud welding. Stud welding is used among other things e.g. in bridge building
(especially in composite structures), steel structures, shipbuilding, facade-wall fabrication, vehicle
manufacture, equipment design, steam-boiler construction, and the manufacture of household appliance.
In stud welding, an arc ist briefly struck between the face of the stud and the workpiece; both parts start to melt
and are then joined. Depending on the nature of the welding method, a distinction is made between drawn-arc
stud welding and stud welding with tip ignition. Each method needs suitable power supplies, actuating
devices, studs and accessories (e.g. ceramic ferrules). A feature of stud welding is the very short arc burn time
(approximately 0,5 ms to 3,0 s) and the associated high rate of heating and cooling. Normally the diameter of
the stud ranges are up to 8 mm for tip ignition welding and up to 25 mm for drawn-arc welding.
The quality of a stud weld depends not only on strict compliance with the welding procedure specification but
also on the correct function of the actuating mechanism (e.g. welding guns), on the condition of the
components, of the accessories and of the power supply.
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ISO ISO 14555:1998(E)
1 Scope
This standard covers arc stud welding of metallic materials subject to static and dynamic loading. It specifies
requirements particular to stud welding related to welding knowledge, quality requirements welding,
procedure specification, welding procedure approval, approval testing of welders and testing of production
welds.
This standard is appropriate where a contract between the parties concerned, an application standard or
regulatory requirements (hereafter designated "contract", see EN 729-1) requires the demonstration of a
manufacturers capability to produce welded construction of a specified quality.
It has been prepared in a comprehensive manner to be used as a reference in contracts. The requirements
given can be adopted in full or some can be deleted, if not relevant to the construction concerned (see
Annex A).
2 Normative references
This European Standard incorporates by dated or undated reference, provisions from other publications. These
normative references are cited at the appropriate places in the text and the publications are listed hereafter. For
dated references, subsequent amendments to or revisions of any of these publications apply to this European
Standard only when incorporated in it by amendment or revision. For undated references the latest edition of
the publication referred to applies.
EN 287-1
Approval testing of welders – Fusion welding – Part 1: Steels
EN 287-2
Approval testing of welders – Fusion welding – Part 2: Aluminium and aluminium alloys
EN 288-1 : 1992
Specification and approval of welding procedures for metallic materials – Part 1: General rules for
fusion welding
EN 288-3
Specification and approval of welding procedures for metallic materials – Part 3: Welding procedure
tests for arc welding of steels
EN 288-4
Specification and approval of welding procedures for metallic materials – Part 4: Welding procedure
tests for arc welding of aluminium and its alloys
EN 288-6
Specification and approval of welding procedures for metallic materials – Part 6: Approval related to
previous experience
EN 288-8
Specification and approval of welding procedures for metallic materials – Part 8: Approval by a pre-
production welding test
EN 439
Welding consumables – Shielding gas for arc welding and cutting
EN 573-3
Aluminium and aluminium alloys – Chemical composition and form of wrought products – Part 3:
Chemical composition
EN 719
Welding coordination – Tasks and responsibilities
EN 729-1
Quality requirements for welding – Fusion welding of metallic materials – Part 1: Guidelines for
selection and use
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EN 729-2
Quality requirements for welding – Fusion welding of metallic materials – Part 2: Comprehensive
quality requirements
EN 729-3
Quality requirements for welding – Fusion welding of metallic materials – Part 3: Standard quality
requirements
EN 729-4
Quality requirements for welding – Fusion welding of metallic materials – Part 4: Elementary quality
requirements
EN 1418 : 1997
Welding personnel – Approval testing of welding personel for fully mechanized and automatic welding
of metallic materials
EN 1435
Non destructive examination of welds – Radiographic examination of welded joints
EN 10025+A1
Hot rolled products of non-alloy structural steels – Technical delivery conditions (includes amendment
A1:1993)
EN 10028-2
Flat products made of steels for pressure purposes – Part 2: Non-alloy and alloy steels with specified
elevated temperature properties
EN 10088-1
Stainless steels – Part 1: List of stainless steels
EN 10204
Metallic products – Types of inspection documents
EN 20898-1
Mechanical properties of fasteners – Part 1: Bolts, screws and studs (ISO 898-1:1988)
EN 24063
Welding, brazing, soldering and braze welding of metals – Nomenclature of processes and reference
numbers for symbolic representation on drawings (ISO 4063:1990)
EN 60974-1
Safety requirements for arc welding equipment – Part 1: Welding power sources (IEC 974-1:1989,
modified)
EN ISO 6947
Welds – Working positions – Definitions of angles of slope and rotation (ISO 6947:1993)
EN ISO 13918
Welding – Studs and ceramic ferrules for arc stud welding
ISO 426-1
Wrought copper-zinc alloys – Chemical composition and forms of wrought products – Part 1: Non-
leaded and special copper-zinc alloys
ISO/DIS 857
Welding and allied processes – Welding, brazing and soldering processes – Vocabulary
ISO 5828
Resistance welding equipment – Secondary connecting cables with terminals connected to water-
cooled lugs – Dimensions and characteristics
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ISO ISO 14555:1998(E)
3 Definitions, symbols and abbreviations
3.1 Definitions
For the purposes of this standard, the definitions given in ISO/DIS 857, in accordance with EN 719, EN 729-1,
EN 1418 and EN 288-1 and the following definitions are applicable for stud welding:
In the meaning of this standard studs, pins and other parts to be attached by stud
3.1.1 Welding consumables:
welding are defined as welding consumables.
3.1.2 Auxiliaries: Ceramic ferrules and shielding gases.
3.1.3 Stud welding operator: Operating personnel for stud-welding equipment, who are familiar with the
conditions for stud welding. They have the knowledge to operate the equipment, to adjust the equipment
properly, to carry out the welding correctly and while doing so to pay attention to good contact, symmetrical
connection of the workpiece cables and uniform distribution of ferromagnetic materials. In special cases (e.g.
mass production at the manufacturer's factory) the welding can be carried out by suitable auxiliary personnel,
appropriately trained and supervised.
In the drawn arc stud welding with ceramic ferrule or shielding gas, diameter means the
3.1.4 Stud diameter:
diameter at the weld base. In all other stud welding methods, diameter means the diameter above the flange.
3.1.5 Current intensity: Mean value of the welding current in the steady state during the burning time of the
arc (not applicable to capacitor discharge).
3.1.6 Welding time: Time difference between the ignition and the final extinction of the main arc.
3.1.7 Lift (L in figure 2): Distance between the stud tip and the workpiece surface with the stud-lifting
mechanism in position and activated. For tip ingnition, this definition applies to the ignition gap.
Axial movement of the stud towards the surface of the workpiece.
3.1.8 Plunge:
3.1.9 Protrusion (P in figure 2): With unregulated, i.e. spring-loaded, lifting mechanisms, the protrusion is the
distance between the tip of the stud and the face of the support device in their initial position where it faces the
workpiece.
3.1.10 Arc blow: Magnetic deflection of the arc from the axial direction of the stud.
3.1.11 Flux: Aluminium slug or spray on the weld end of the stud. When melted by the arc, it cleans and de-
oxidises the parent metal surface.
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3.2 Symbols
For the purposes of this standard, the following symbols apply:
– C (in millifarad) capacitance;
– d (in millimetres) stud diameter;
– I (in ampere) current intensity;
– t (in milliseconds or seconds) welding time;
w
– U (in volt) charging voltage;
– W (in wattseconds) loading power.
3.3 Abbreviations
For the purposes of this standard, the following abbreviations apply:
– CF ceramic ferrule;
– DS drawn-arc stud welding;
– HAZ heat-affected zone;
– L lift;
– NP no protection;
– P protrusion;
– PA flat position;
– PC horizontal position;
– PE overhead position;
– SG shielding gas;
– TS stud welding with tip ignition;
– WPS welding procedure specification;
– WPAR welding procedure approval record;
– pWPS preliminary welding procedure specification.
4 Welding knowledge
4.1 General
This chapter gives general guidance for the satisfactory production and control of stud welding.
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ISO ISO 14555:1998(E)
4.2 Processes
4.2.1 Drawn arc stud welding (DS)
4.2.1.1 General
This can be done mechanically or automatically, using welding guns or welding heads. The work phases of
drawn arc stud welding are illustrated in figure 1. The stud is inserted into the stud holder and - fitted with a
ceramic ferrule, if necessary - applied to the workpiece (see figure 1a)). At the beginning of the welding process
the stud is lifted by the mechanism and generally first a pilot arc, then the main arc, are struck between the tip
of the stud and the workpiece (see figure 1b)). This causes the face of the stud and the parent metal to melt.
When the welding time has elapsed, the stud is plunged with limited force (< 100 N) into the molten pool, and
the current source is switched off (see figure 1c)). The ceramic ferrule is then removed (see figure 1d)). Figure 2
shows the sequence of events using a ceramic ferrule.
Figure 1a): Application Figure 1b): Lift and Figure 1c): Plunge Figure 1d): Welded stud
of the stud arc ignition
Figure 1: Drawn arc stud welding, sequence of operations
Figure 2: Stud movement in drawn arc stud welding
Stud welding equipment is available for different ranges of work, with different welding times and different
forms of shielding of the arc and the weld pool.
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4.2.1.2 Methods
A distinction is made between three processes (see table 1):
– drawn arc stud welding with ceramic ferrule or shielding gas (see 4.2.1.2 a));
– short-cycle drawn arc stud welding (see 4.2.1.2 b));
– capacitor discharge drawn arc stud welding (see 4.2.1.2 c)).
Table 1: Working range of the various drawn arc stud welding processes
Processes Welding Stud Current Weld pool Minimum
time, tw diameter, d intensity, I protection sheet
ms mm A
drawn arc > 100 3 to 25 300 to 3000 CF 1/4 d, but not less
1)
stud welding than 1 mm
with ceramic
ferrule or
shielding gas
> 100 3 to 16 300 to 3000 SG 1/8 d, but not less
than 1 mm
short-cycle ≤ 100 3 to 12 up to 1500 NP, 1/8 d, but not less
drawn arc SG, (CF) than 0,6 mm
stud welding
capacitor < 10 3 to 10 up to 3000 NP, 1/10 d, but not less
discharge (peak) (SG) than 0,5 mm
drawn arc
stud welding
1) The minimum sheet thickness avoids burn through. Other application requirements can call for bigger
thickness.
When the short-cycle process – high-power process (narrow melt zone) – or the capacitor discharge process is
used, the stud tips shall be matched to the fusion penetration shape in the workpiece, and be made flatter (e.g.
166° cone angle).
a) Drawn arc stud welding with ceramic ferrule or shielding gas
This process is generally used in the 3 mm to 25 mm diameter range, with welding times of 100 ms to
3000 ms. It is usually carried out with a ceramic ferrule and in special cases only with shielding gas or
without pool protection. This method is used for the majority of applications. The minimum sheet thickness
is 1/4 for CF and for SG 1/8 of stud diameter, but not less than 1 mm.
b) Short-cycle drawn arc stud welding
With special equipment a short welding time of ≤ 100 ms, can be achieved. This variant is suitable for studs
up to 12 mm diameter, but for about 8 mm up to 12 mm diameter shielding gas should be used to prevent
increased pore formation. The fusion zone is narrow and the thermal input modest, so that studs up to
12 mm diameter can be welded to thin sheets. At 10 mm to 12 mm stud diameter a ceramic ferrule
enhances the formation of the weld collar. Up to 8 mm diameter the operation is frequently carried out
without protection of the weld pool and calls for studs with an upset flange as these afford a larger weld
area than the plain stud-shaft diameter and thus reach a higher tensile force than the stud shaft, despite
pores in the weld zone. The minimum sheet thickness is 1/8 d, but not less than 0,6 mm.
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ISO ISO 14555:1998(E)
c) Capacitor discharge drawn arc stud welding
Very short welding time (< 10 ms) can be achieved by using a capacitor discharge power source. The range
of diameter is 3 mm to 10 mm. The minimum sheet thickness is 1/10 d, but not less than 0,5 mm. The
process is similar to the short-cycle drawn arc stud welding process, but the peak current can be up to
3000 A.
Weld pool protection
4.2.1.3
A distinction is made between different techniques, on the basis of weld pool protection:
– ceramic ferrule (CF), (see 4.2.1.3 a));
– shielding gas (SG), (see 4.2.1.3 b));
– no protection (NP), (see 4.2.1.3 c)).
a) Ceramic ferrule (CF)
The ceramic ferrule forms a combustion chamber around the weld location, shielding the welder from both
arc and spatter. It concentrates the arc in a small region and reduces heat loss and cooling rate. The
atmosphere is only slightly held off by the ceramic ferrule. When the stud is plunged into the weld pool, it
forces molten metal out sideways to form an annular weld collar around the stud. Welding can thus be
carried out in any position. The ceramic ferrule is used for one weld only and is removed once the molten
metal has solidified.
b) Shielding gas (SG)
In stud welding with shielding gas the atmosphere is displaced from the arc region by a shielding gas
supplied from outside, this greatly reduces the formation of pores. Steels and most other metals a mixture
of 82 % argon and 18 % carbon dioxide (EN 439-M21) is used. For aluminium and its alloys pure argon
Ar 99,99 (EN 439-I1) is required.
The shielding gas influences the arc and affects the fusion of the stud and workpiece and also, via the
surface tension, influences the shaping of the weld collar and the penetration shape. It is fundamental
principle that the welding position PA according to EN ISO 6947 should be preferred. An additional ceramic
ferrrule can also be used to improve the shape of the collar and restrict the arc to the immediate area of the
workpiece.
c) No protection (NP)
Stud welding without protection is possible only for small stud diameters (less than 10 mm) and with short
welding times (less than 100 ms). Among the drawbacks of this method are severe oxidation of the weld
zone, increased pore formation and an irregular weld bead.
4.2.2 Capacitor discharge stud welding with tip ignition (TS)
There are two techniques for capacitor discharge stud welding with tip ignition:
– with contact;
– with gap.
In welding with contact, the stud is inserted into the stud holder of the machine (see figure 3a)) and positioned
with its ignition tip directly on the surface of the component (see figure 3b)). A spring in the welding gun
presses the stud against the metal. Once the capacitor power has been switched on, the ignition tip vaporized
and the arc struck (see figure 3c)) the stud is advanced still further towards the sheet metal and finally remains
in the solidified melt (see figure 3d)). The welding time is ≤ 3 ms.
The difference between welding with gap and the technique described above is that, before welding begins,
the stud is held at a defined, adjustable distance from the workpiece (see figure 3a)).
©
When the capacitor bank is switched on, the stud is speeded up towards the surface of the metal, and the
process continues as described above (see figures 3b), 3c), 3d)). A welding time of about 1 ms makes it
possible, among other things, to weld aluminium and its alloys without gas shielding.
The recommended sheet thickness should be ≥ 1/10 d but not less than 0,5 mm.
Figure 3a) Figure 3b) Figure 3c) Figure 3d)
Figure 3: Capacitor discharge stud welding with tip ignition - Main phases of the welding process
4.3 Parent metals
4.3.1 General
The brief arc effect initiates melting of both stud and parent metal and the molten pools intermix as the joint is
formed, the properties of the heat-affected zone are modified also. This phenomenon differs in the various
stud-welding processes. Generally speaking, more stud material melts than parent metal. Usually the weld
area on the parent metal is larger than the cross-section of the stud. The strength and deformation properties
at the transition from weld to stud shall therefore be investigated with special attention. In the case of steel,
particular attention shall be paid to embrittlement due to hardening.
The surface of the parent metal shall be clean. Layers of paint, rust, scale, grease and coatings of non-weldable
metals should be removed from the weld location. This can be done mechanically or chemically. Parent metals
with scale and rust layers shall be thoroughly ground off. The surface preparation shall be specified in the
WPS. Where welding times are short (less than 50 ms), the surface shall be cleaned with particular care.
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ISO ISO 14555:1998(E)
Table 2: Weldability of typical combinations of stud and parent metals for drawn arc
stud welding with ceramical ferrule or shielding gas and short-cycle drawn arc stud welding
Stud material Parent metal
EN 288-3/ EN 288-3/ EN 288-3/ EN 288-4/
3)
groups 1 and 2 groups 4 and 5 group 9 groups 21 and 22.1
2)
S235 ab b –
4.8 (weldable)
16Mo3
X10CrAl18 cc c –
X10CrAl24
X20CrNiSi25-4
1)
1.4301 b/a ba –
1.4303
1.4401
1.4541
1.4571
EN AW-AlMg3 –– – b
EN AW-AlMg5
1) Up to 10 mm in diameter and shielding gas in position PA.
2) Only for short-cycle drawn arc stud welding.
3) Maximum yield strength R ≤ 460 N/mm .
eH
Key to weldability numbers:
–: not weldable
a: Highly weldable for any application, e.g. for force transfer.
b: Weldable within limits for force transfer.
c: Weldable within limits only for heat transfer.
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Table 3: Weldability of typical combinations of stud and parent metals for capacitor discharge
stud welding with tip ignition and for capacitor discharge drawn arc stud welding
Stud material Parent metal
EN 288-3/ EN 288-3/ EN 288-3/ Copper and EN 288-4/
groups 1,2,3,4 groups group 9 lead free groups 21
and carbon 1,2,3,4 and copper alloys, and 22.1
steel up to galvanized e.g. CuZn37
0,30 % C- and metal
content coated steel
sheet, max.
thick-ness
μ
25 m of
coating
S235 ab ab –
1.4301 ab ab –
1.4303
CuZn37 b b b a –
EN AW-Al99,5 – – – – b
EN AW-AlMg3 – – – – a
Key to weldability numbers:
–: not weldable
a: Highly weldable for any application, e.g. for force transfer.
b: Weldable within limits for force transfer.
4.3.2 Parent metal for drawn arc stud welding with ceramic ferrule or shielding gas and short-cycle drawn
arc stud welding
Parent metal for this type of stud welding are those in table 2. For parent metals according to EN 288-3 group 2
steels with a maximum yield strength of 460 N/mm and according to EN 288-3 group 9 steels excluding those
which are sensitive to hot cracking, should be used.
Surfaces to be welded shall be maintained dry and free from condensation. When temperatures are below
5 °C, a suitable preheating can be necessary. For reasons of weldability the carbon content of the steels should
be ≤ 0,2 %.
Contracts and application standards can also permit the use other steel grades and other metals such as lead
free brass for drawn arc stud welding. In such cases additional or other tests as described in clause 7 can be
required.
4.3.3 Parent metal for capacitor discharge drawn arc stud welding and capacitor discharge stud welding
with tip ignition
Parent metals for this type of stud welding are those in table 3.
Contracts and application standards can also permit the use of other materials. In such cases additional or
other tests as described in clause 7 can be required.
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ISO ISO 14555:1998(E)
4.4 Studs
4.4.1 Stud material for drawn arc stud welding with ceramic ferrule or shielding gas and short-cycle drawn
arc stud welding
The stud materials are listed in table 4 shall be weldable.
Non-alloyed steel studs are weldable, if the hardness increase is low. In general this is the case when the
C-content is ≤ 0,18 %. Free-cutting steel studs are generally not suitable.
Table 4: Stud materials for drawn arc stud welding with ceramic ferrule or
shielding gas and short-cycle drawn arc stud welding
Standard Grade Method of deoxidation
1)
EN 10025 S235 FF
1)
EN 10025 S235 + C450 FF
EN 10028-2 16Mo3 –
EN 20898-1 4.8 (weldable) FN at least
X10CrAl18 –
X10CrAl24
X20CrNiSi25-4
EN 10088-1 1.4301 –
1.4303
1.4401
1.4541
1.4571
ISO 426-1 CuZn37 –
EN 573-3 EN AW-AlMg3 –
EN AW-AlMg5
1) The impact test shall not be carried out on cold formed material.
4.4.2 Stud materials for capacitor discharge drawn arc stud welding and capacitor discharge stud welding
with tip ignition
The stud materials are listed in table 5 shall be weldable.
Table 5: Stud materials for capacitor discharge drawn arc stud welding
and capacitor discharge stud welding with tip ignition
Standard Grade
EN 20898-1 4.8 (weldable)
EN 10088-1 1.4301
1.4303
ISO 426-1 CuZn37 (lead free)
EN 573-3 EN AW-AlMg3
EN AW-Al99,5
©
4.4.3 Stud shapes
The shape of the stud tip differs for the various processes and materials. Stud shapes, dimensions, materials
and ceramic ferrules shall be according to EN ISO 13918.
4.5 Combinations of stud and parent metal
The weldability of the various metals and the recommended combinations of stud and parent metal depends
on the method of stud welding. The combinations are shown in table 2 and table 3:
– combinations for drawn arc stud welding with ceramic ferrule or shielding gas and short-cycle drawn arc
stud welding (see table 2);
– combinations for capacitor discharge stud welding with tip ignition and for capacitor discharge drawn arc
stud welding (see table 3).
Other combinations can be weldable but the weldability shall be assured by extensive procedure testing.
4.6 Auxiliaries
Depending on the process, ceramic ferrules and/or shielding gases are used for protection or to concentrate
the arc. The ceramic ferrules shall be correctly chosen for the stud diameter and the type of the stud. Note the
following points:
– the ceramic ferrule shall be pressed against the parent metal;
– the ceramic ferrule shall fit centrally with respect to the stud. Tilting or uneven contact of the ceramic
ferrule at the stud leads to an uneven collar and can inhibit plunging;
– the ceramic ferrules shall be stored in a dry place;
– in the case of hydrogen influence cracking the ceramic ferrules shall be dried at elevated temperatures
(1 h above 900 °C).
In special cases (drawn-arc stud welding of aluminium and its alloys or CrNi steels) it can be necessary to use
shielding gases. The gas is fed to a device that shall ensure uniform gas shielding without turbulence. Note
also the following points:
– the gas feed should be sealed off on the stud side;
– the gas shall displace the atmosphere before welding starts, so a defined pre-flow time shall therefore be
observed;
– in the case of aluminium, exceptionally careful gas shielding is essential.
4.7 Imperfections and corrective actions
The imperfections and corrective actions are shown in tables 6 to 9.
©
ISO ISO 14555:1998(E)
Table 6: Imperfections and corrective actions for drawn arc stud welding with
ceramic ferrule or shielding gas
Visual examination
No. General appearance Probable cause Corrective actions
1 Collar regular, bright and – Correct parameters. – none
complete.
Lengths after weld within
tolerances.
2 Reduced diameter weld. – Insufficient plunge or lift. – Increase plunge, check
centring of ferrule, check lift.
Length too long.
– Welding power too high. – Reduce current and/or time.
3 Reduced, irregular and greyish – Weld power too low. – Increase current and/or
collar. time.
Length too long. – Ceramic ferrule is moist. – Dry out ferrules in oven.
4 Collar off centre. – Effect of arc blow. – See table 9.
Undercut – Ceramic ferrule incorrectly – Check centring.
centred.
(continued)
©
Table 6 (continued)
No. General appearance Probable cause Corrective actions
5 Collar height reduced, bright, – Weld power too high. – Reduce current and/or time.
with large lateral projections.
Length after weld too short. – Plunge rate too high. – Adjust plunge and/or gun
damper.
Fracture examination
No. Appearance of fracture Probable cause Corrective actions
6 Tearing of parent metal. – Correct parameters. – none
7 Fracture above collar after – Correct parameters. – none
sufficient deformation.
8 Tearing within the weld. – Weld power too low. – Increase current and/or time.
High porosity. – Check chemical composition.
– Metal not suitable for stud
welding.
(continued)
©
ISO ISO 14555:1998(E)
Table 6 (concluded)
No. Appearance of fracture Probable cause Corrective actions
9 Fracture in HAZ. – Carbon content of parent – Check parent metal.
metal too high.
Greyish fracture surface – Increase weld time.
without sufficient deformation.
– Parent metal not suitable. – Preheating can be necessary.
10 Fracture of weld. – Flux content is too high. – Check flux quantity.
Bright appearance. – Weld time too low. – Increase weld time.
11 Lamellar tearing of parent – Non metallic inclusions in
metal. parent metal.
– Parent metal not suitable.
©
Table 7: Imperfections and corrective actions for short-cycle drawn arc stud welding
Visual examination
No. General appearance Probable cause Corrective actions
1 Regular collar, no visual – Correct parameters. – none
defects.
2 Partial weld. – Weld power too low. – Increase current and/or time.
– Correct polarity.
– Polarity incorrect.
3 Large irregular collar. – Weld time too high. – Reduce time.
4 Pores in collar. – Weld time too long. – Reduce weld time.
– Current too low. – Increase current.
– Oxidation of weld pool. – Provide suitable shielding
gas.
5 Collar off centre. – Effect of arc blow. – See table 9.
(continued)
©
ISO ISO 14555:1998(E)
Table 7 (concluded)
Fracture examination
No. Appearance of fracture Probable cause Corrective actions
6 Tearing of parent metal. – Correct parameters. – none
7 Fracture above collar after – Correct parameters. – none
sufficient deformation.
8 Fracture in HAZ. – Carbon content of parent – Check parent metal.
metal too high.
– Parent metal not suitable.
9 Lack of penetration. – Heat input too low. – Increase heat input.
– Incorrect weld polarity. – Correct weld polarity.
©
Table 8: Imperfections and corrective actions for
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 14555
Première édition
1998-10-15
Soudage — Soudage à l’arc des goujons
sur les matériaux métalliques
Welding — Arc stud welding of metallic materials
A
Numéro de référence
ISO 14555 :1998(F)
ISO 14555 :1998(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d'organismes nationaux de normalisation (comités membres de
l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une
étude a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les
organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales,
en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore
étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en
ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques
sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication comme
Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale ISO 14555 a été élaborée par le Comité européen
de normalisation (CEN) en collaboration avec le comité technique
ISO/TC 44, Soudage et techniques connexes, sous-comité SC 10,
Unification des prescriptions dans la technique du soudage des métaux,
conformément à l'Accord de coopération technique entre l'ISO et le CEN
(Accord de Vienne).
Tout au long du texte de la présente norme, l'expression ".la présente
norme européenne." signifie ".la présente Norme internationale.".
Pour les besoins de la présente Norme internationale, l'annexe CEN
concernant la conformité aux Directives du Conseil européen a été
enlevée.
L’annexe A fait partie intégrante de la présente Norme internationale. Les
annexes B à G et ZA sont données uniquement à titre d’information.
© ISO 1998
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publi-
cation ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun pro-
cédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord
écrit de l'éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 • CH-1211 Genève 20 • Suisse
Internet iso@iso.ch
Imprimé en Suisse
ii
©
ISO ISO 14555 :1998(F)
Sommaire
Page
Introduction.vi
1 Domaine d'application.1
2 Références normatives .1
3 Définitions, symboles et abréviations.3
3.1 Définitions.3
3.2 Symboles.4
3.3 Abréviations .4
4 Connaissance du soudage.5
4.1 Généralités .5
4.2 Procédés.5
4.3 Métaux de base . 10
4.4 Goujons . 13
4.5 Combinaisons goujon/métal de base . 14
4.6 Produits consommables. 15
4.7 Défauts et mesures correctives. 15
4.8 Matériel de soudage des goujons . 24
4.9 Paramètres de soudage. 28
5 Prescriptions relatives à la qualité . 30
5.1 Généralités . 30
5.2 Vérification de la conception .30
5.3 Matériel. 31
5.4 Description du matériel . 31
5.5 Maintenance . 32
5.6 Gamme de fabrication.32
5.7 Etalonnage du matériel de mesure, de contrôle, d'examen et d'essai. 32
6 Descriptif de mode opératoire de soudage (DMOS). 32
6.1 Généralités . 32
6.2 Par rapport au constructeur ou au fabricant. 33
6.3 Par rapport au métal de base. 33
6.4 Procédé de soudage.34
6.5 Joint. 34
6.6 Goujons . 34
6.7 Produits consommables. 35
6.8 Source de courant. 35
6.9 Appareillages de soudage. 35
6.10 Variables pour le soudage à l'arc des goujons par fusion et forgeage avec bague en
céramique ou gaz de protection et le soudage à l'arc des goujons avec cycle court . 36
6.11 Variables pour le soudage à l'arc des goujons par décharge de condensateurs avec
amorçage par contact . 36
6.12 Conditions thermiques .36
6.13 Traitement thermique après soudage . 36
6.14 Traitement après soudage, autre que traitement thermique. 37
7 Qualification du mode opératoire de soudage . 37
7.1 Principes. 37
7.2 Epreuves de qualification du mode opératoire de soudage. 37
7.3 Epreuve sur assemblage particulier préalable à la production . 49
iii
©
ISO 14555 :1998(F) ISO
7.4 Expérience acquise . 49
7.5 Procès-Verbal de Qualification du Mode Opératoire de Soudage (PV-QMOS). 50
8 Contrôles, examens et essais . 50
8.1 Généralités . 50
8.2 Contrôle visuel. 51
8.3 Essai de pliage . 51
8.4 Essai de pliage à la clé dynamométrique. 52
8.5 Essai de traction. 52
8.6 Examen macrographique. 53
8.7 Contrôle par radiographie . 53
8.8 Contrôles et essais complémentaires . 53
9 Personnel de soudage . 54
9.1 Opérateurs pour le soudage de goujons. 54
9.2 Coordination en soudage. 54
10 Maîtrise du procédé.55
10.1 Généralités . 55
10.2 Essai de production normal . 55
10.3 Essai de production simplifié . 56
10.4 Contre-essais lors des essais de production normaux ou simplifiés . 56
10.5 Surveillance directe de la production . 57
10.6 Fiche de production . 58
10.7 Non-conformités et mesures correctives. 58
10.8 Etalonnage des appareils de mesure, de contrôle, d'examen et d'essai. 58
Annexe A (normative) Prescriptions relatives à la qualité en soudage de goujons . 59
Annexe B (informative) Descriptif de mode opératoire de soudage (DMOS) du
constructeur ou du fabricant . 60
Annexe C (informative) Procès-verbal de qualification d'un mode opératoire de soudage
(PV-QMOS) (pour le soudage à l'arc des goujons par fusion et forgeage avec
bague en céramique ou gaz de protection et soudage à l'arc des goujons avec
cycle court) . 61
Annexe D (informative) Procès-verbal de qualification d'un mode opératoire de soudage
(PV-QMOS) (pour le soudage à l'arc des goujons par décharge de
condensateurs avec amorçage par contact et le soudage à l'arc des goujons
par décharge de condensateurs par fusion et forgeage). 64
(informative) (pour le soudage
Annexe E Résultats d'essais - Essai de production normal
à l'arc des goujons par fusion et forgeage avec bague en céramique ou gaz de
protection et soudage à l'arc des goujons avec cycle court) . 67
Annexe F (informative) Résultats d'essais - Essai de production normal (pour le soudage
à l'arc des goujons par décharge de condensateurs avec amorçage par contact et
soudage à l'arc par décharge de condensateurs par fusion et forgeage). 69
Annexe G (informative) Exemple de fiche de production . 71
Annexe ZA (informative) Bibliographie . 72
iv
©
ISO ISO 14555 :1998(F)
Avant-propos
Le texte du EN ISO 14555 :1998 a été élaboré par le Comité Technique CEN/TC 121 "Soudage"
dont le secrétariat est tenu par le DS, en collaboration avec le Comité Technique ISO/TC 44
"Soudage et techniques connexes".
Cette norme européenne devra recevoir le statut de norme nationale, soit par publication d'un
texte identique, soit par entérinement, au plus tard en avril 1999, et toutes les normes nationales
en contradiction devront être retirées au plus tard en avril 1999.
La présente norme européenne a été élaborée dans le cadre d'un mandat donné au CEN par la
Commission Européenne et l'Association Européenne de Libre Echange et vient à l'appui des
exigences essentielles de la (de) Directive(s) UE.
Selon le Règlement Intérieur du CEN/CENELEC, les instituts de normalisation nationaux des pays
suivants sont tenus de mettre cette norme européenne en application : Allemagne, Autriche,
Belgique, Danemark, Espagne, Finlande, France, Grèce, Irlande, Islande, Italie, Luxembourg,
Norvège, Pays-Bas, Portugal, République Tchèque, Royaume-Uni, Suède et Suisse.
v
©
ISO 14555 :1998(F) ISO
Introduction
Le soudage à l'arc des goujons consiste à assembler des pièces métalliques généralement en
forme de tiges sur des supports métalliques. Il est simplement désigné "soudage des goujons"
dans la présente norme européenne. Le soudage des goujons est utilisé notamment dans la
construction des ponts (particulièrement dans les structures mixtes), les constructions en acier, la
construction navale, la fabrication de façades, la construction automobile, les équipements
industriels, la construction de chaudières à vapeur, et la fabrication d'équipements ménagers.
Lors du soudage des goujons, un arc est brièvement amorcé entre l'extrémité à souder du goujon
et la tôle-support ; les deux pièces commencent à fondre et de ce fait, s'assemblent. Selon la
nature de la méthode de soudage, il convient de distinguer le soudage à l'arc des goujons par
fusion et forgeage du soudage à l'arc des goujons avec amorçage par contact. Chaque méthode
nécessite une source de courant adaptée, des dispositifs de commande, des goujons et des
accessoires (par exemple des bagues en céramique). Une caractéristique du soudage des
goujons est la très courte durée du temps d'arc (environ 0,5 ms à 3,0 s) et la vitesse élevée de
chauffage et de refroidissement correspondante. Les diamètres des goujons vont normalement
jusqu'à 8 mm en soudage à l'arc avec amorçage par contact et jusqu'à 25 mm en soudage à l'arc
par fusion et forgeage.
La qualité d'une soudure de goujon dépend non seulement de la stricte observation du descriptif
du mode opératoire de soudage, mais également du fonctionnement correct du mécanisme de
commande (par exemple des pistolets de soudage), de l'état des pièces à assembler, des
accessoires et de la source de courant.
vi
©
ISO ISO 14555 :1998(F)
1 Domaine d'application
La présente norme européenne couvre le soudage de goujons sur des matériaux métalliques
soumis à des charges statiques et dynamiques. Elle spécifie les prescriptions particulières au
soudage des goujons à propos de la connaissance du soudage, des prescriptions relatives à la
qualité, du descriptif du mode opératoire de soudage, de la qualification du mode opératoire de
soudage, des épreuves de qualification des soudeurs ainsi que des contrôles, examens et essais
des soudures de production.
La présente norme européenne s'applique lorsqu'un contrat entre les parties concernées, une
norme d'application ou la réglementation (désignée ci-après par "contrat", voir l'EN 729-1) prescrit
que le constructeur ou le fabricant démontre sa capacité à produire une construction soudée ayant
la qualité spécifiée.
Elle a été élaborée de façon complète afin de servir de référence dans les contrats. Les
prescriptions peuvent être adoptées globalement ou certaines d'entre elles peuvent être
supprimées, si elles ne correspondent pas à la construction concernée (voir annexe A).
2 Références normatives
Cette norme européenne comporte par référence datée ou non datée des dispositions d'autres
publications. Ces références normatives sont citées aux endroits appropriés dans le texte et les
publications sont énumérées ci-après. Pour les références datées, les amendements ou révisions
ultérieurs de l'une quelconque de ces publications ne s'appliquent à cette norme européenne que
s'ils y ont été incorporés par amendement ou révision. Pour les références non datées, la dernière
édition de la publication à laquelle il est fait référence s'applique.
EN 287-1 Epreuve de qualification des soudeurs - Soudage par fusion -
Partie 1 : Aciers
EN 287-2 Epreuve de qualification des soudeurs - Soudage par fusion -
Partie 2 : Aluminium et alliages d'aluminium
EN 288-1 : 1992 Descriptif et qualification d'un mode opératoire de soudage pour les
matériaux métalliques - Partie 1 : Règles générales pour le soudage
par fusion
EN 288-3 Descriptif et qualification d'un mode opératoire de soudage pour les
matériaux métalliques - Partie 3 : Epreuve de qualification d'un
mode opératoire de soudage à l'arc sur acier
EN 288-4 Descriptif et qualification d'un mode opératoire de soudage pour les
matériaux métalliques - Partie 4 : Epreuve de qualification d'un
mode opératoire de soudage à l'arc sur l'aluminium et ses alliages
EN 288-6 Descriptif et qualification d'un mode opératoire de soudage pour les
matériaux métalliques - Partie 6 : Qualification par référence à
l'expérience acquise
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ISO 14555 :1998(F) ISO
EN 288-8 Descriptif et qualification d'un mode opératoire de soudage pour les
matériaux métalliques - Partie 8 : Epreuve de qualification par
exécution d'un assemblage soudé particulier préalable à la
production
EN 439 Produits consommables pour le soudage - Gaz de protection pour
le soudage et le coupage à l'arc
EN 573-3 Aluminium et alliages d'aluminium - Composition chimique et forme
des produits corroyés - Partie 3 : Composition chimique
EN 719 Coordination en soudage - Tâches et responsabilités
EN 729-1 Exigences de qualités en soudage - Soudage par fusion des
matériaux métalliques - Partie 1 : Lignes directrices pour la
sélection et l'utilisation
EN 729-2 Exigences de qualités en soudage - Soudage par fusion des
matériaux métalliques - Partie 2 : Exigences de qualité complète
EN 729-3 Exigences de qualités en soudage - Soudage par fusion des
matériaux métalliques - Partie 3 : Exigences de qualité normale
EN 729-4 Exigences de qualités en soudage - Soudage par fusion des
matériaux métalliques - Partie 4 : Exigences de qualité élémentaire
EN 1418 :1997 Personnel en soudage - Epreuve de qualification des opérateurs
soudeurs pour le soudage par fusion et des régleurs en soudage
par résistance pour le soudage totalement mécanisé et automatique
des matériaux métalliques
EN 1435 Contrôle non destructif des assemblages soudés - Contrôle par
radiographie des assemblages soudés par fusion
EN 10025 + A1 Produits laminés à chaud en aciers de construction non alliés -
Conditions techniques de livraison (inclut l'amendement A1 : 1993)
EN 10028-2 Produits plats en aciers pour appareils à pression - Partie 2 : Aciers
non alliés et alliés avec caractéristiques spécifiées à température
élevée
EN 10088-1 Aciers inoxydables - Partie 1 : Liste des aciers inoxydables
EN 10204 Produits métalliques - Types de documents de contrôle
EN 20898-1 Caractéristiques mécaniques des éléments de fixation - Partie 1 :
Boulons, vis et goujons (ISO 898-1 :1988)
EN 24063 Soudage, brasage fort, brasage tendre et soudobrasage des
métaux - Liste des procédés et des numérotations pour la
représentation symboliques sur les dessins (ISO 4063 :1990)
©
ISO ISO 14555 :1998(F)
EN 60974-1 Règles de sécurité pour la matériel de soudage électrique - Partie 1:
Sources de courant de soudage
(CEI 974-1 : 1989, modifiée)
EN ISO 6947 Soudures - Positions de travail - Définitions des angles d'inclinaison
et de rotation (ISO 6947 : 1993)
EN ISO 13918 Soudage - Goujons pour le soudage à l'arc des goujons
ISO 426-1 Alliages cuivre-zinc corroyés - Composition chimique et formes des
produits corroyés - Partie 1 : Alliages de cuivre-zinc sans plomb et
spéciaux
ISO/DIS 857 Soudage et techniques connexes - Soudage, brasage tendre et
brasage fort - Vocabulaire
ISO 5828 Equipements de soudage par résistance - Câbles de raccordement
secondaires avec extrémités raccordées à des plages refroidies par
eau - Dimensions et caractéristiques
3 Définitions, symboles et abréviations
3.1 Définitions
Pour les besoins de la présente norme, les définitions de l'ISO/DIS 857, les définitions de
l'EN 719, de l'EN 729-1, de l’EN 1418 et de l'EN 288-1 ainsi que les définitions suivantes
s'appliquent pour le soudage des goujons :
3.1.1 goujons : Dans le cadre de la présente norme européenne, les goujons, tiges et autres
pièces à assembler par soudage de goujons sont désignés par convention sous le terme de
"goujons".
3.1.2 produits consommables : Bagues en céramique et gaz de protection.
3.1.3 opérateur de soudage de goujons : Personnel utilisant un matériel de soudage de
goujons, connaissant bien ce domaine. Il possède la compétence pour faire fonctionner le matériel
et le régler convenablement, pour effectuer correctement le soudage tout en veillant au bon
contact, au branchement symétrique des câbles de masse et à la répartition uniforme des
matériaux ferromagnétiques. Dans certains cas (par exemple en production de masse dans l'usine
du constructeur ou du fabricant) le soudage peut être effectué par un personnel auxiliaire
compétent, correctement formé et encadré
Avec la méthode normale de soudage des goujons avec bague en
3.1.4 diamètre des goujons :
céramique ou gaz de protection, le diamètre désigne le diamètre de la section à souder . Dans
toutes les autres méthodes de soudage de goujons, le diamètre désigne le diamètre du fût au-
dessus de la collerette.
©
ISO 14555 :1998(F) ISO
3.1.5 intensité du courant : Valeur moyenne de l'intensité du courant de soudage en régime
établi durant le temps d'arc (non applicable au soudage des goujons par décharge de
condensateurs).
3.1.6 temps de soudage : Différence de temps entre l'amorçage et l'extinction finale de l'arc
principal.
3.1.7 levée (L dans la figure 2) : Distance entre l'extrémité du goujon et la surface de la tôle-
support, le dispositif de levée du goujon étant en position et activé. Dans le cas du soudage avec
pointe d'amorçage, cette définition s'applique à l'écart d'amorçage.
3.1.8 plongée : Mouvement axial du goujon vers la surface de la tôle-support.
3.1.9 dépassement (P dans la figure 2) : Avec les mécanismes de levée non régulés, c'est-à-
dire mus par un ressort, le dépassement est la distance entre l'extrémité du goujon et la face du
support de goujon dans leur position initiale, en vis-à-vis de la tôle-support.
Déviation magnétique de l'arc par rapport à l'axe du goujon.
3.1.10 soufflage magnétique :
3.1.11 flux : Bille ou revêtement d'aluminium placé sur l'extrémité à souder du goujon. Lorsqu'il
est fondu par l'arc, il nettoie et désoxyde la surface du métal de base.
3.2 Symboles
Pour les besoins de la présente norme, les symboles suivants s'appliquent :
- C (en millifarad) capacité ;
- d (en millimètre) diamètre du goujon ;
- I (en ampère) intensité du courant ;
- t (en milliseconde ou seconde) temps de soudage ;
w
- U (en volt) tension de charge
- W (en watt seconde) énergie de charge.
3.3 Abréviations
Pour les besoins de la présente norme, les abréviations suivantes s'appliquent :
- CF bague en céramique ;
- DS soudage de goujons par contact-retrait-forgeage ;
©
ISO ISO 14555 :1998(F)
- ZAT zone affectée thermiquement ;
- L levée ;
- NP sans protection ;
- P dépassement ;
- PA position à plat ;
- PC position en corniche ;
- PE position au plafond ;
- SG gaz de protection ;
- TS soudage de goujons avec pointe d'amorçage ;
- DMOS descriptif du mode opératoire de soudage ;
- PV-QMOS procès-verbal de qualification du mode opératoire de soudage ;
- DMOS-P descriptif du mode opératoire de soudage préliminaire.
4 Connaissance du soudage
4.1 Généralités
Cet article donne des indications d'ordre général pour un emploi et un contrôle satisfaisants du
soudage de goujons.
4.2 Procédés
4.2.1 Soudage à l'arc des goujons par fusion et forgeage (DS)
4.2.1.1 Généralités
Il peut être effectué mécaniquement ou automatiquement, en utilisant des pistolets ou des têtes
de soudage. Les différentes phases du soudage à l'arc des goujons par fusion et forgeage sont
illustrées à la figure 1. Le goujon est inséré dans son support et, après positionnement d'une
bague en céramique, il est mis, si nécessaire, en contact avec la tôle-support (voir figure 1a)). Au
début du processus de soudage, le goujon est levé par le mécanisme et, en général, un arc pilote
suivi de l'arc principal sont établis entre l'extrémité du goujon et la tôle-support (voir figure 1b)).
Ceci provoque la fusion de l'extrémité du goujon et du métal de base. Lorsque le temps de
soudage est écoulé, le goujon est plongé dans le bain de fusion avec une force déterminée
(< 100 N), et le courant est coupé (voir figure 1c)). Ensuite, la bague en céramique est éliminée
(voir figure 1d)). La figure 2 illustre la séquence des différentes phases dans le cas d'utilisation
d'une bague en céramique.
©
ISO 14555 :1998(F) ISO
Figure 1a) : Applica- Figure 1b) : Levée et Figure 1c) : Plongée Figure 1d) : Goujon
tion du goujon amorçage de l'arc soudé
Figure 1 : Séquence des différentes phases du soudage à l'arc des goujons par fusion et
forgeage
Figure 2 : Mouvement du goujon en soudage à l'arc par fusion et forgeage
Le matériel de soudage de goujons est disponible pour différentes dimensions de goujons, avec
différents temps de soudage et différents types de protection de l'arc et du bain de fusion.
4.2.1.2 Méthodes
Une distinction est faite entre les trois méthodes suivantes (voir tableau 1) :
- soudage à l'arc des goujons par fusion et forgeage avec bague en céramique ou gaz de
protection (voir 4.2.1.2 a)) ;
- soudage à l'arc des goujons avec cycle court (voir 4.2.1.2 b)) ;
- soudage à l'arc des goujons par décharge de condensateurs (voir 4.2.1.2 c)).
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ISO ISO 14555 :1998(F)
Tableau 1 : Conditions d'utilisation des différents procédés du soudage à l'arc des goujons
par fusion et forgeage
Procédé Temps de Diamètre Intensité Protection Epaisseur minimale
soudage, du goujon, du courant, du bain de de la tôle
t d I fusion
w
ms mm A
Soudage à l'arc
de goujons par > 100 3 à 25 300 à 3000 CF ¼ d mais au moins
1)
fusion et 1 mm
forgeage
avec bague en
céramique ou > 100 3 à 16 300 à 3000 SG 1/8 d mais au moins 1 mm
gaz de
protection
Soudage à l'arc
de goujons avec
cycle court ≤ 100 3 à 12 jusqu'à 1500 NP, 1/8 d mais au moins
SG, 0,6 mm
(CF)
Soudage à l'arc
des goujons par
décharge de < 10 3 à 10 jusqu'à 3000 NP, 1/10 d mais au moins
condensateurs (valeur (SG) 0,5 mm
par fusion et maximale)
forgeage
1) Cette épaisseur minimale de tôle évite l'effondrement du bain de fusion. Les prescriptions pour
d'autres applications peuvent exiger une épaisseur supérieure.
Lorsque le procédé de soudage avec cycle court - le procédé à haute énergie (zone fondue
étroite) - ou le procédé par décharge de condensateurs est utilisé, les extrémités des goujons
doivent être adaptées à la forme de la pénétration dans la tôle-support et doivent être plus plates
(avec par exemple un angle au sommet de 166°).
a) Soudage à l'arc des goujons par fusion et forgeage avec bague en céramique ou gaz de
protection
Ce procédé est généralement utilisé dans une gamme de diamètres allant de 3 mm à 25 mm,
avec des temps de soudage de 100 ms à 3000 ms. Il est généralement effectué avec des
bagues en céramique et, dans certains cas seulement, soit avec protection gazeuse, soit sans
protection du bain de fusion. Cette méthode est utilisée dans la plupart des applications.
L'épaisseur minimale de la tôle est de ¼ du diamètre du goujon en soudage avec CF et de 1/8
du diamètre du goujon en soudage avec SG, mais ne peut pas être inférieure à 1 mm.
b) Soudage à l'arc des goujons avec cycle court
Avec un matériel spécial, il est possible d'obtenir des temps de soudage courts < 100 ms. Cette
variante convient pour des goujons de diamètre allant jusqu'à 12 mm, mais pour un diamètre
d'environ 8 mm jusqu'à 12 mm, il est recommandé d'utiliser un gaz de protection pour
empêcher la formation excessive de soufflures. La zone de fusion est étroite et l'apport
thermique est limité, de sorte que les goujons d'un diamètre allant jusqu'à 12 mm peuvent être
soudés sur des tôles minces. Pour des diamètres de goujons de 10 mm à 12 mm, l'emploi
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d'une bague en céramique favorise la formation du bourrelet. Pour des diamètres allant jusqu'à
8 mm, l'opération est souvent réalisée sans protection du bain de fusion et nécessite des
goujons à collerette étant donné que ces derniers présentent une plus grande surface à souder
que des goujons à diamètre constant et permettent ainsi d'obtenir une plus grande résistance à
la traction, malgré les soufflures dans la zone fondue. L'épaisseur minimale est de 1/8 d mais
ne peut pas être inférieure à 0,6 mm.
c) Soudage à l'arc des goujons par décharge de condensateurs par fusion et forgeage
Des temps de soudage très courts (< 10 ms) peuvent être obtenus en utilisant une source
d'énergie à décharge de condensateurs. La gamme des diamètres s'étend de 3 mm à 10 mm.
L'épaisseur minimale de la tôle est de 1/10 d, mais ne peut être inférieure à 0,5 mm. Ce
procédé est comparable au procédé à cycle court, mais l'intensité maximale peut atteindre
3000 A.
4.2.1.3 Protection du bain de fusion
Une distinction est faite entre les différentes techniques, selon la protection du bain de fusion :
- avec bague en céramique (CF), (voir 4.2.1.3 a)) ;
- avec gaz de protection (SG), (voir 4.2.1.3 b)) ;
- sans protection (NP), (voir 4.2.1.3 c)).
a) Bague en céramique (CF)
La bague en céramique forme une chambre de combustion autour de la soudure, protégeant le
soudeur à la fois de l'arc et des projections. Elle concentre l'arc dans une zone réduite et limite
les pertes de chaleur et la vitesse de refroidissement. Elle ne protège que partiellement la
soudure contre l'air ambiant. Lorsque le goujon plonge dans le bain de fusion, il chasse le métal
fondu vers l'extérieur du joint pour former un bourrelet de soudure annulaire autour du goujon.
Le soudage peut donc être réalisé dans n'importe quelle position. La bague en céramique est
utilisée pour une seule soudure et est éliminée une fois que le métal fondu s'est solidifié.
b) Gaz de protection (SG)
En soudage de goujons avec gaz de protection, l'atmosphère de la zone de l'arc est remplacée
par un gaz de protection, qui réduit considérablement la formation de soufflures. Pour les aciers
et la plupart des autres métaux, un mélange de 82 % d'argon et de 18 % de dioxyde de
carbone (EN 439-M21) est utilisé. Pour l'aluminium et ses alliages, l'argon pur Ar 99,99
(EN 439 I1) est prescrit.
Le gaz de protection influe sur l'arc ainsi que sur la fusion du goujon et de la tôle-support et en
modifiant la tension superficielle du bain de fusion, il influe également sur la forme du bourrelet
et sur la pénétration. Il est recommandé, comme principe de base, d'adopter la position de
soudage PA conformément à l'EN ISO 6947. Une bague en céramique peut également être
utilisée pour améliorer la forme du bourrelet et maintenir l'arc dans une zone limitée de la tôle-
support.
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c) Absence de protection (NP)
Le soudage de goujons sans protection n'est possible que pour les goujons de petits diamètres
(inférieurs à 10 mm) et avec des temps de soudage courts (inférieurs à 100 ms). Parmi les
inconvénients de cette méthode, on compte la forte oxydation de la zone fondue, une porosité
accrue et des soudures irrégulières.
4.2.2 Soudage à l'arc des goujons par décharge de condensateurs avec amorçage par
contact (TS)
Il existe deux techniques de soudage de goujons par décharge de condensateurs avec amorçage
par contact :
- avec contact initial ;
- avec écart initial.
En soudage avec contact, le goujon est inséré dans son support de soudage, (voir figure 3a)), et il
est positionné avec sa pointe d'amorçage directement sur la surface de la tôle-support, (voir
figure 3b)). Le ressort du pistolet de soudage maintient le goujon en contact avec le métal. Dès
que les condensateurs sont déchargés, que la pointe d'amorçage s'est vaporisée et que l'arc est
amorcé (voir figure 3c)), le goujon est poussé contre la tôle et reste finalement dans le métal
solidifié, (voir figure 3d)). Le temps de soudage est < 3 ms.
La différence entre le soudage avec écart initial et la technique décrite ci-dessus réside dans le fait
qu'avant le début du soudage, le goujon est maintenu à une distance définie et réglable par
rapport à la tôle-support (voir figure 3a)).
A l'instant du déchargement de la batterie de condensateurs, le goujon est projeté vers la surface
du métal, et le processus se poursuit comme décrit plus haut (voir les figures 3b), 3c), 3d)). Un
temps de soudage d'environ 1 ms permet, entre autres, le soudage de l'aluminium et de ses
alliages sans gaz de protection.
Il est recommandé que l'épaisseur de la tôle soit > 1/10 d mais sans être inférieure à 0,5 mm.
Figure 3a) Figure 3b) Figure 3c) Figure 3d)
Figure 3 : Soudage des goujons par décharge de condensateurs avec amorçage
par pointe - Principales phases du procédé de soudage
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4.3 Métaux de base
4.3.1 Généralités
L'arc de courte durée amorce simultanément la fusion du goujon et du métal de base ; les deux
parties en fusion se lient pour constituer la soudure, les propriétés de la zone affectée
thermiquement sont modifiées. Ce phénomène varie suivant les procédés de soudage de goujons.
En général, le volume de goujon fondu est supérieur au volume de métal de base fondu.
Habituellement, l'aire de la soudure sur le métal de base est plus importante que la section du
goujon. Les propriétés de résistance et de déformation au droit de la zone de liaison de la soudure
et du goujon doivent par conséquent être examinées avec un soin particulier. Dans le cas de
l'acier, la fragilisation due à la trempe doit faire l'objet d'une attention particulière.
La surface du métal de base doit être propre. Il est recommandé d'éliminer de la zone de soudure
les couches de peinture, de rouille, de calamine, de graisse et les revêtements métalliques non
soudables. Ceci peut être fait en utilisant un procédé mécanique ou chimique. Les métaux de
base recouverts de calamine ou de rouille doivent être soigneusement meulés. La préparation de
la surface doit être spécifiée dans le DMOS. Lorsque les temps de soudage sont courts (moins de
50 ms), la surface doit être nettoyée avec une attention particulière.
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Tableau 2 : Soudabilité de combinaisons types de métaux de goujons et métaux de base
pour le soudage à l'arc des goujons par fusion et forgeage avec bague en céramique ou
gaz de protection et le soudage à l'arc des goujons avec cycle court
Métal de base
Matériau
constituant EN 288-3/ EN 288-3/ EN 288-3/ EN 288-4/
3)
le goujon groupes 1 et 2 groupes 4 et 5 groupe 9 groupes 21 et
22.1
S 235
2)
4.8 (soudable) ab b -
16Mo3
X10CrAl18
X10CrAl24 cc c -
X20CrNiSi25-4
1.4301
1.4303
1)
1.4401 b/a ba -
1.4541
1.4571
EN AW-AlMg3 -- - b
EN AW-AlMg5
1) Jusqu'à 10 mm de diamètre et avec protection gazeuse en position PA.
2) Seulement pour le soudage à l'arc des goujons avec cycle court.
3) Limite d'élasticité maximale R ≤ 460 N/mm².
eH
Légende des indices de soudabilité :
- : non soudable
a : très bonne soudabilité pour toutes applications, par exemple la transmission d'efforts.
b : soudables dans certaines limites, pour la transmission d'efforts.
c : soudables dans certaines limites, uniquement pour le transfert thermique.
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Tableau 3 : Soudabilité de combinaisons types de métaux de goujons et métaux de base
pour le soudage à l'arc des goujons par décharge de condensateurs avec amorçage par
contact et le soudage à l'arc par décharge de condensateurs par fusion et forgeage
Métal de base
EN 288-3/ EN 288-3/ EN 288-3/ Cuivre et EN 288-4/
groupes groupes
groupe 9 alliages de groupes 21
Matériau 1,2, 3, 4 1,2, 3, 4 et cuivre et 22.1
constituant et acier non tôles d'acier sans plomb,
le goujon allié à teneur galvanisées par exemple
en C jusqu'à et revêtues, Cu Zn 37
0,30 % épaisseur max.
du revêtement
25 μm
S 235 a b a b -
1.4301 ab a b -
1.4303
Cu Zn 37 b b b a -
EN AW-Al99,5 - - - - b
EN AW-AlMg3 - - - - a
Légende des indices de soudabilité :
- : non soudable
a : très bonne soudabilité pour toutes applications, par exemple pour la transmission d'efforts.
b : soudable, dans certaines limites, pour la transmission d'efforts.
4.3.2 Métaux de base pour le soudage à l'arc des goujons par fusion et forgeage avec
bague en céramique ou gaz de protection et le soudage à l'arc des goujons avec cycle
court
Les métaux de base pour cette méthode de soudage des goujons sont ceux du tableau 2. Pour les
métaux de base selon l'EN 288-3 groupe 2, il est recommandé d'utiliser des aciers ayant une
limite d'élasticité maximale de 460 N/mm² ; pour les métaux de base du groupe 9 de l'EN 288-3, il
est recommandé d'utiliser des aciers qui ne sont pas sensibles à la fissuration à chaud.
Les surfaces à souder doivent être maintenues sèches et exemptes de condensation. Lorsque les
températures sont inférieures à 5 °C, un préchauffage adapté peut être nécessaire. Pour des
raisons de soudabilité, il est recommandé que la teneur en carbone des aciers soit < 0,2 %.
Pour le soudage à l'arc des goujons par fusion et forgeage, des contrats et des normes
d'application peuvent également permettre l'utilisation d'autres nuances d'acier et d'autres métaux
tels que le laiton sans plomb. Dans de tels cas, des essais supplémentaires ou d'autres essais
décrits à l'article 7 peuvent être prescrits.
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4.3.3 Métaux de base pour le soudage à l'arc des goujons par décharge de condensateurs
par fusion et forgeage et pour le soudage à l'arc des goujons par décharge de
condensateurs avec amorçage par contact
Les métaux de base pour ce procédé de soudage sont ceux décrits au tableau 3.
Des contrats et des normes d'application peuvent également permettre l'utilisation d'autres
matériaux. Dans de tels cas, des essais supplémentaires ou d'autres essais décrits à l'article 7
peuvent être prescrits.
4.4 Goujons
4.4.1 Matériaux des goujons pour le soudage à l'arc des goujons par fusion et forgeage
avec bague en céramique ou gaz de protection et pour le soudage à l'arc des goujons avec
cycle court
Les matériaux des goujons mentionnés au tableau 4 doivent être soudables.
Les goujons en acier non allié sont soudables si l'accroissement de leur dureté est faible. Ceci est
généralement le cas lorsque la teneur en C est ≤ 0,18 %. En général, les aciers de décolletage ne
conviennent pas.
Tableau 4 : Matériaux des goujons pour le soudage à l'arc des goujons par fusion et
forgeage avec bague en céramique et le soudage à l'arc des goujons avec cycle court
Norme Nuance Méthode de
désoxydation
1)
EN 10025 S235 FF
1)
EN 10025 S235 + C450 FF
EN 10028-2 16 Mo 3 -
EN 20898-1 4.8 (soudable) Au moins FN
X10CrAl18
X10CrAl24 -
X20CrNiSi25-4
EN 10088-1 1.4301
1.4303
1.4401 -
1.4541
1.4571
ISO 426-1 Cu Zn 37 -
EN 573-3 EN AW-AlMg3 -
EN AW-AlMg5
1) L'essai de flexion par choc ne doit pas être effectué sur un matériau formé à froid.
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4.4.2 Matériaux des goujons pour le soudage à l'arc des goujons par décharge de
condensateurs par fusion et forgeage et le soudage à l'arc des goujons par décharge de
condensateurs avec amorçage par contact
Les matériaux de goujons mentionnés au tableau 5 doivent être soudables.
Tableau 5 : Matériaux de goujons pour le soudage à l'arc des goujons par décharge de
condensateurs par fusion et forgeage et le soudage à l'arc des goujons par décharge de
condensateurs avec amorçage par contact
Norme Nuance
EN 20898-1 4.8 (soudable)
EN 10088-1 1.4301
1.4303
ISO 426-1 Cu Zn 37 (sans plomb)
EN 573-3 EN AW-AlMg3
EN AW-Al99,5
4.4.3 Formes des goujons
La forme de l'extrémité du goujon varie selon les procédés et les matériaux. Les formes,
dimensions et matériaux des goujons et des bagues en céramique doivent être conformes à
l’ EN ISO 13918.
4.5 Combinaisons goujon/métal de base
La soudabilité des différents métaux et les combinaisons goujon/métal de base recommandées
dépendent de la méthode de soudage. Ces combinaisons sont présentées aux tableaux 2 et 3 :
- combinaisons pour le soudage à l'arc des goujons par fusion et forgeage avec bague en
céramique ou gaz de protection et le soudage à l'arc des goujons avec cycle court
(voir tableau 2) ;
- combinaisons pour le soudage à l'arc des goujons par décharge de condensateurs avec
amorçage par contact et le soudage à l'arc des goujons par décharge de condensateurs par
fusion et forgeage (voir tableau 3).
D'autres combinaisons peuvent être choisies mais leur soudabilité doit être validée par des essais
appropriés au mode opératoire.
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4.6 Produits consommables
Selon le procédé, des bagues en céramique et/ou des gaz de protection sont utilisés pour la
protection du bain ou pour concentrer l'arc. Les bagues en céramique doivent être judicieusement
choisies pour le diamètre et le type de goujon. Noter les points suivants :
- la bague en céramique doit être en contact avec le métal de base ;
- la bague en céramique doit être positionnée de façon concentrique par rapport au goujon.
Une inclinaison ou un contact irrégulier entre la bague en céramique et le goujon conduit à un
bourrelet irrégulier et peut bloquer la plongée ;
- les bagues en céramique doivent être stockées dans un endroit sec ;
- en cas de risques de fissuration par l'hydrogène, les bagues en céramique doivent être
séchées à des températures élevées (1 h à plus de 900 °C).
Dans certains cas (soudage à l'arc des goujons par fusion et forgeage de l'aluminium et ses
alliages ou d'aciers au CrNi), il peut être nécessaire d'utiliser des gaz de protection. Le gaz est
alimenté par un dispositif qui doit assurer une protection gazeuse uniforme, sans turbulence. Noter
également les points suivants :
- il est recommandé que l'arrivée de gaz soit annulaire ;
- le gaz doit chasser l'air ambiant avant que le soudage ne commence ; une période
déterminée de purge préalable doit donc être observée ;
- dans le cas de l'aluminium, une protection gazeuse particulièrement soigneuse est
indispensable.
4.7 Défauts et mesures correctives
Les défauts et les mesures correctives correspondantes sont indiqués dans les tableaux 6 à 9.
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Tableau 6 : Défauts et mesures correctives pour le soudage à l'a
...
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