Base metal grouping system

Introduction

When welding procedures or welding performances (welders) are qualified, test pieces are prepared using a specific combination of parent material and consumables. To reduce the number of welding procedures to be qualified for production applications, codes and standards give provisions for a particular parent material and filler materials to cover a range of other materials considered to have similar weldability (ie to be affected by welding in a similar manner) or to require similar skills for performance (welder qualification). Codes and standards may directly spell out a particular system for material grouping or reference other codes and standards.

The two most commonly used grouping systems are provided by ISO (reference standard ISO/TR 15608, which superseded CR 12187) and ASME/AWS (ASME Section IX, QW/QB-422, identical to AWS B2.1). The first classifies materials into ‘groups’ and ‘subgroups’, identified by a numeric value, whilst the second assigns ‘P-numbers’ (P-No, where ‘P’ is for parent material), as shown in Table 1 below.

The main difference between the two is that the ISO system allows any material within the scope of the reference standard to be assigned to a certain group, whereas the ASME system assigns a P-No only to materials listed in the code or that have the same UNS number as listed materials (see below for more details). The specific case of AWS d1.1 is described at the end of this job knowledge article.

용접 절차 또는 용접 성능 (용접사)이 자격을 갖춘 경우 시험 재료는 모재 및 소모품의 특정 조합을 사용하여 준비됩니다. 생산 응용 분야에 적합한 용접 절차의 수를 줄이기 위해 코드 및 표준은 유사한 용접성을 가진 것으로 간주되는 다른 재료의 범위를 포괄하는 특정 모재 및 필러 재료에 대한 조항을 제공합니다 (즉 유사한 방식으로 용접의 영향을 받음) ) 또는 성능 (용접사 자격)과 유사한 기술을 요구할 수 있습니다. 코드 및 표준은 재료 그룹화를 위한 특정 시스템을 직접 철자하거나 다른 코드 및 표준을 참조 할 수 있습니다. 가장 일반적으로 사용되는 두 가지 그룹화 시스템은 ISO (ISO 12157 참조 표준 ISO / TR 15608) 및 ASME / AWS (ASME 섹션 IX, AWS B2.1과 동일한 QW / QB-422)에 의해 제공됩니다. 첫 번째는 재료를 '그룹'과 '하위 그룹'으로 분류하여 숫자로 구분하고 두 번째는 'P 번호'(P 번호, 여기서 'P'는 모재에 사용)를 지정합니다 (표 1 참조). 두 가지의 주된 차이점은 ISO 시스템이 참조 표준의 범위에 있는 어떤 재료라도 특정 그룹에 할당 할 수 있는 반면 ASME 시스템은 코드에 나열된 재료 나 P- 나열된 자료로 UNS 번호 (자세한 내용은 아래 참조). AWS d1.1의 구체적인 사례는 이 직업 지식 기사의 끝 부분에 설명되어 있습니다.

Table 1: Comparison of material groups in accordance with ISO/TR 15608 and ASME IX.

Materials Group	ISO/TR 15608	ASME IX, QW-422 (welding)	ASME IX, QB-422 (brazing)
Steels	1.y – 11.y	P-No. 1 – P-No. 15F	P-No. 101 – P-No. 103
Aluminium and aluminium alloys	2x.y	P-No. 21 – P-No. 26	P-No. 104 and P-No. 105
Copper and copper alloys	3x.y	P-No. 31 – P-No. 35	P-No. 107 and P-No. 108
Nickel and nickel alloys	4x.y	P-No. 41 – P-No. 49	P-No. 110 – P-No. 112
Titanium and titanium alloys	5x.y	P-No. 51 – P-No. 53	P-No. 115
Zirconium and zirconium alloys	6x.y	P-No. 61 and P-No. 62	P-No. 117
Cast irons	7x.y	Not applicable	Not applicable

Welder and Welding Operator Qualification Testing (EN 287, ISO 9606 and ISO 14732)

For welder qualification, ISO 9606 (which superseded EN 287) provides qualification ranges on both the parent and filler materials. Newer versions of parts of ISO 9606, such as the current ISO 9606-1 (Fusion welding of steels) have moved away from this philosophy to adopt a system similar to ASME IX (described below), which considers the filler material composition as the only ‘important’ variable with a welder being qualified for a group of filler materials, as long as the parent material is within any group from 1 to 11 (see Table 1).

For welding operators, EN ISO 14732 relates to the operators of welding equipment. As the skills of the welder are not tested, the range of qualification ensue from the relevant welding procedure qualification (such as one in the next section).

용접기 자격을 얻으려면 ISO 9606 (EN 287을 대신 함)이 학부모 및 필러 재료에 대한 인증 범위를 제공하십시오. 현재 ISO 9606-1 (철강의 융합 용접)과 같은 최신 버전의 ISO 9606은이 철학에서 벗어나 ASME IX (아래에 설명 됨)와 유사한 시스템을 채택했으며, 이는 필러 재료 구성을 유일한 것으로 간주합니다 모재가 1에서 11까지의 그룹에 속하는 한 용접 재료 그룹에 적합한 용접기로 '중요'변수 (표 1 참조). 용접 작업자의 경우 EN ISO 14732는 용접 장비 운영자와 관련이 있습니다. 용접기의 기술이 테스트되지 않았기 때문에 관련 용접 절차 자격 (예 : 다음 절 참조)에서 자격 범위가 결정됩니다.

 

Welding Procedure Qualification (ISO 15610, 15611, 15612, 15613 and 15614)

ISO standards generally allow a range of parent materials to be qualified, based on the material used for the qualification test piece. This typically covers materials within the same group and any lower sub-group. A full listing of all of the qualification ranges is provided in the standards (usually as a table or matrix). If a material falls within two (sub-) groups, it is always considered to belong to the lower-numbered one. A wide range of dissimilar joints can qualify, but they need to be carefully examined to ensure the standard allows it.

Filler materials tested generally qualify other materials that have the same form, nominal composition, mechanical properties and hydrogen content. There are certain subtleties in some of the parts of the standard. In some cases, such as when toughness properties are required or for hyperbaric welding, only consumables of the same make are qualified. This is also the case in EN ISO 15610 where the properties of a consumable need to be guaranteed to rely on the qualification procedure.

ISO 표준은 일반적으로 자격 시험 조각에 사용 된 재료를 기준으로 다양한 모재의 자격을 인정합니다. 이것은 일반적으로 동일한 그룹 및 하위 그룹의 자료를 다룹니다. 모든 자격 범위의 전체 목록이 표준에 제공됩니다 (일반적으로 테이블 또는 매트릭스로 제공됨). 자료가 두 개의 (하위) 그룹에 속하는 경우 항상 낮은 번호의 자료에 속한 것으로 간주됩니다. 다양한 종류의 관절은 자격이 될 수 있지만 표준에서 허용 할 수 있도록 신중하게 검사해야 합니다. 시험 된 필러 재료는 일반적으로 동일한 형태, 명목 조성, 기계적 성질 및 수소 함량을 갖는 다른 재료에 적합합니다. 표준의 일부에는 약간의 미묘한 차이가 있습니다. 인성 특성이 요구되는 경우 또는 고압 용접의 경우와 같은 경우에는 동일한 제조사의 소모품 만이 적합합니다. 이는 소모품의 특성이 검증 절차에 의존 할 것을 보장해야 하는 EN ISO 15610의 경우이기도 합니다.

 

Materials grouping (ISO/TR 15608)

This standard breaks up the possible materials that can be welded into a set of groups, to allow multiple different grades to be qualified by a single test weld. The standard covers steels, aluminium alloys, copper alloys, nickel alloys, titanium alloys, zirconium alloys and cast irons. The majority of the groupings are relatively easy to understand, with composition ranges provided for the relevant alloys. The groupings are based on the intentional alloying components, not taking account of impurities.

The steel grouping considers additional factors: namely the yield strength of the alloy and its thermo-mechanical treatment. This can result in uncertainty in determining the exact grouping or sub-grouping of the alloy, and may require additional information to be considered beyond the composition or tensile properties. For example, S460 steels can come under several different standards. S460M, as specified in EN 10025-4, which relates to thermomechanical rolled steels, is in Group 2.1, whereas S460N, as specified in EN 10025-3, which relates to normalised steels, is in Group 1.3.

Due to the wide range of alloys available and the different standards covering them, assigning an alloy to a particular group within ISO/TR 15608 may prove difficult. However, three standards exist that may be useful for determining the grouping for a material of interest. PD CEN ISO/TR 20172, 20173 and 20174 list many different grades of material and the group in which they sit. These standards can be very useful in determining the relevant group and therefore the range of qualification.

이 표준은 단일 시험 용접으로 여러 개의 다른 성적을 인정할 수 있도록 그룹 세트로 용접 할 수 있는 가능한 재료를 분해합니다. 이 표준은 철강, 알루미늄 합금, 구리 합금, 니켈 합금, 티타늄 합금, 지르코늄 합금 및 주철을 다룹니다. 대부분의 그룹화는 상대적으로 이해하기 쉽고 관련 합금에 대한 조성 범위가 제공됩니다. 그룹화는 의도적 인 합금 구성 요소를 기반으로 하며 불순물을 고려하지 않습니다. 철강 그룹은 추가 요소, 즉 합금의 항복 강도 및 열 기계 처리를 고려합니다. 이것은 합금의 정확한 그룹화 또는 서브 그룹핑을 결정함에 있어 불확실성을 초래할 수 있으며, 조성이나 인장 특성 이상으로 고려해야 할 추가 정보가 필요할 수 있습니다. 예를 들어, S460 강재는 여러 가지 다른 표준을 따를 수 있습니다. 열 기계적 압연 강재와 관련된 EN 10025-4에 명시된 S460M은 그룹 2.1에있는 반면, EN 10025-3에 명시된 대로 표준화 강재와 관련하여 S460N은 그룹 1.3에 있습니다. 다양한 범위의 합금을 사용할 수 있고 ISO / TR 15608 내의 특정 그룹에 합금을 할당하는 것이 어려울 수 있습니다. 그러나 관심있는 자료에 대한 그룹화를 결정하는 데 유용한 세 가지 표준이 있습니다. PD CEN ISO / TR 20172, 20173 및 20174에는 여러 가지 등급의 재료와 그들이 앉는 그룹이 나열되어 있습니다. 이 표준은 관련 그룹을 결정하고 따라서 자격의 범위를 결정하는 데 매우 유용 할 수 있습니다.

 

ASME Boiler and Pressure Vessel Code (Section IX)

Specifications for materials to be used within the ASME BPVC are provided in Section II of the code. These are a result of collaboration between ASME and ASTM, which have worked together in the preparation of material specifications adequate for safety in the field of pressure equipment constructed from ferrous and non-ferrous materials. As a result, the ASME code has adopted ASTM material specifications with no changes, apart from an ‘SA’ identifier (eg ASTM A516 becomes SA-516).

The ASME grouping is made using the alphanumeric designation P-No for the base metal and F-numbers (F-No) for the filler material. This grouping is based on comparable characteristics of the material such as weldability, mechanical properties and composition.

The base metals are listed in the table QW/QB-422, which allows determination of what the P‑No of a certain material is, depending on its specification according to ASTM or its UNS number designation. Only materials accepted for use in the construction of pressurised components according to the ASME BPVC are listed in QW/QB-422, hence they can be assigned a P-No. If a metal does not appear in the table QW/QB-422 it is considerate ‘unassigned’ and cannot be grouped under a P-No. If an unlisted material has the same UNS number as a listed material, the unlisted material belongs to the same P-No as the listed one. This list specifies for welding/brazing specification the ‘minimum specified tensile’ as the acceptance value for the tensile test for welding/brazing procedure qualification.

For some materials the table QW/QB-422 refers to assignment of materials in accordance with the grouping criteria of ISO/TR 15608:2005. This list of crossed reference is provided for information only as ASME section IX does not refer to this grouping as a basis to establish the qualification range of base metals qualified.

The table QW 424.1 gives the rules of range qualification determination depending on which base metal(s) are used for procedure qualification coupon in accordance with ASME BPVS section IX QW-424.1. The code also specifies that groupings of both base metal and filler material do not imply that any base metal and consumable can be substituted without consideration between the base and filler metal.

ASME BPVC 내에서 사용될 재료에 대한 규격은 코드의 II 절에 나와 있습니다. 이는 철 및 비철 재료로 제작 된 압력 장비 분야의 안전에 적합한 재료 사양을 준비하는 데 함께 협력해온 ASME와 ASTM 간의 협력 결과입니다. 결과적으로 ASME 코드는 'SA' 식별자 (예 : ASTM A516이 SA-516이 됨)를 제외하고 변경 없이 ASTM 재료 사양을 채택했습니다. ASME 그룹은 기본 금속에 영숫자 P-No, 필러 재료에 F- 번호 (F-No)를 사용하여 그룹화됩니다. 이 그룹은 용접성, 기계적 성질 및 조성과 같은 재료의 유사한 특성을 기반으로 합니다. 모재는 ASTM 또는 UNS 번호 지정에 따라 사양에 따라 특정 재료의 P 번호가 무엇인지 결정할 수 있는 QW / QB-422 표에 나와 있습니다. ASME BPVC에 따른 가압 부품의 제작에 사용되는 재료는 QW / QB-422에 나열되어 있으므로 P-No를 지정할 수 있습니다. 테이블 QW / QB-422에 금속이 나타나지 않으면 '할당되지 않음'으로 간주되어 P-No로 그룹화 할 수 없습니다. 목록에 없는 자료가 나열된 자료와 동일한 UNS 번호를 갖는 경우 목록에 없는 자료는 나열된 자료와 동일한 P-No에 속합니다. 이 목록은 용접 / 브레이징 규격에 대한 인장 시험의 허용치로서 '최소 규격 인장'을 지정합니다. 일부 자료의 경우 QW / QB-422 표는 ISO / TR 15608 : 2005의 그룹화 기준에 따라 자료를 할당하는 것을 의미합니다. 이 교차 참조 목록은 ASME 섹션 IX가 자격을 갖춘 기본 금속의 검증 범위를 확립하기 위한 기준으로 이 그룹을 언급하지 않기 때문에 정보를 제공합니다. QW 424.1 표는 ASME BPVS section IX QW-424.1에 따라 절차 자격 검증 쿠폰에 사용되는 기본 금속 (들)에 따라 범위 자격 결정의 규칙을 제공합니다. 이 규정은 또한 베이스 금속과 필러 금속의 그룹화가베이스 금속과 필러 금속을 고려하지 않고 모든 베이스 금속과 소모품을 대체 할 수 있음을 의미하지 않는다.

Table 2 complements Table 1 and provides additional information on the type of materials included within each P-No.

표 2는 표 1을 보완하고 각 P-No에 포함 된 자재 유형에 대한 추가 정보를 제공합니다.

Table 2: P-No system used by ASME for steel

표 2 : 강철에 ASME가 사용하는 P-No 시스템

 

P-No	Material
1	Carbon steel,  Maximum C, 0.030;%, Si, 0.60%;  Mn, 1.70%; S, 0.045%; P, 0.045%  Other single elements, maximum 0.30%  Sum of all other elements, maximum 0.80%
2	Wrought iron
3	Nominal 1/2% Mo and/or Cr alloy steel
4	Nominal l-1/4 % Cr, l/2% Mo, alloy steel
5A	Nominal 2-1/4 and 3% Cr, 1 % Mo alloy steel
5B	Nominal 5 to 10% Cr, 1 Mo alloy steel
5C	All 5A and 5B metals heat treated
6	Martensitic stainless steel
7	Ferritic stainless steel
8	Austenitic stainless steel
9A	2 % Nickel alloy steel
9B	3.5% Nickel alloy steel
9C	4.5% Nickel alloy steel 8% and 9% Ni
10A	Various low-alloy steels*
10B
10C
11	Low alloy steel, quenched and tempered
15	Creep-strength-enhanced ferritic steels

*Includes carbon steels and low-alloy steels that have different weldability to common carbon steels or that have unique properties that do not fall within existing P-Nos

* 일반적인 탄소강과 용접성이 다르거 나 기존 P-Nos에 속하지 않는 고유 한 특성을 가진 탄소강 및 저 합금강을 포함합니다

AWS system

AWS materials approved for prequalified welding procedure specification are listed in Table 3.1 of AWS D1.1 according to their ASTM specification. Both parent materials and consumables are also classified in four groups, in AWS D1.1 Table 3.2, depending of their AWS classification and strength, to give guidance for matching strength with the base metal in the case of prequalified welding procedures. In accordance with Table 4.8 all materials unlisted shall be qualified in conformance with clause 4 of the welding procedure qualification of AWS D1.1.

In the case of prequalified welding procedures only material listed in the four groups of Table 3.1 of AWS D1.1 can be used. Table 4.8 specifies that requalification will be necessary if the material selected do not fall within the range qualified. The use of unlisted base metal is restricted to approval.

사전 규정 된 용접 절차 사양에 대해 승인 된 AWS 자료는 AWS D1.1의 표 3.1에 ASTM 사양에 따라 나열되어 있습니다. 모재 및 소모품도 모두 AWS D1.1 표 3.2에 따라 AWS 분류 및 강도에 따라 4 가지 그룹으로 분류되어 사전 규정 된 용접 절차의 경우 모재와 강도를 맞추기 위한 지침을 제공합니다. 표 4.8에 따라 미등록 된 모든 재료는 AWS D1.1의 용접 절차 자격의 4 절에 따라 적합해야 합니다. 사전 규정 된 용접 절차의 경우 AWS D1.1의 표 3.1의 4 개 그룹에 나열된 재료 만 사용할 수 있습니다. 표 4.8은 선정 된 재료가 검증 된 범위에 속하지 않을 경우 재 검증이 필요할 것임을 명시한다. 비공개 기본 금속의 사용은 승인으로 제한됩니다.

References

1.    ISO/TR 15608L : Welding - Guidelines for a metallic materials grouping system, 2013

2.    BS EN 287 : Qualification test of welders - Fusion welding Part 1: Steels * Remains Current, 2011

3.    BS EN ISO 9606 : Qualification testing of welders — Fusion welding Part 1: Steels - CORR: January 31, 2014; CORR: February 29, 2016

4.    BS EN 14732 : Welding personnel — Qualification testing of welding operators and weld setters for mechanized and automatic welding of metallic materials; 2013

5.    BS EN 288 : Specification and Approval of Welding Procedures for Metallic Materials Part 1: General Rules for Fusion Welding - AMD 9734: November 1997 

6.    BS EN ISO 15610 : Specification and qualification of welding procedures for metallic materials Qualification based on tested welding consumables; 2013

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8.    BS EN ISO 15612 : Specification and qualification of welding procedures for metallic materials - Qualification by adoption of a standard welding procedure; 2004

9.    BS EN ISO 15613 : Specification and qualification of welding procedures for metallic materials - Qualification based on pre-production welding test; 2004

10.  BS EN ISO 15614 : Specification and qualification of welding procedures for metallic materials - Welding procedure test - Part 1: Arc and gas welding of steels and arc welding of nickel and nickel alloys - AMD: April 30, 2008; AMD: April 30, 2012

11.  PD CEN ISO/TR 20172: Welding - Grouping systems for materials - European materials; 2009

12.  PD CEN ISO/TR 20173: Welding - Grouping systems for materials - American materials; 2009

13.  PD CEN ISO/TR 20174: Welding - Grouping systems for materials - Japanese materials - CORR: July 31, 2011

14.  ASME BPVC IX: Qualification standard for welding, brazing, and fusing procedures, welders, brazers, and welding, brazing, and fusing operators – welding, brazing and fusing qualifications, 2009

15.  AWS D1.1/D1.1M: Structural Welding Code - Steel - 23rd Edition; 2nd printing; 2016