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Was ist API 1104?

API 1104 regelt das Schweißen von Fernleitungen und zugehörigen Anlagen. Sie umfasst Kohlenstoff- und Niedriglegierter Stahlrohre, die beim Komprimieren, Pumpen und Transportieren von Rohöl, Erdölprodukten, Brenngasen und Kohlendioxid verwendet werden. Die 22. Ausgabe (2021) ist die aktuelle Version.

API Standard 1104, “Welding of Pipelines and Related Facilities,” covers the welding of piping used in compression, pumping, and transmission of crude petroleum, petroleum products, fuel gases, carbon dioxide, and nitrogen. The standard applies to both new construction and in-service Reparatur welding on pressurized systems. It addresses Lichtbogenschweißen and oxyfuel gas welding of butt, branch, and fillet welds in carbon and Niedriglegierter Stahl pipe.

Der Standard ist in zwölf Abschnitte gegliedert. Die Abschnitte 1 bis 4 behandeln Anwendungsbereich, Referenzen, Definitionen und Spezifikationen. Abschnitt 5 legt die Anforderungen an die Verfahrensprüfung fest. Abschnitt 6 behandelt die Schweißerqualifizierung. Abschnitt 7 befasst sich mit der Konstruktion und Vorbereitung von Nähten für das Produktionsschweißen. Abschnitt 8 behandelt die Inspektion und Prüfung von Produktionsschweißnähten. Abschnitt 9 enthält Zulässigkeitskriterien für die zerstörungsfreie Prüfung. Abschnitt 10 behandelt die Reparatur und Entfernung von Fehlern. Abschnitt 11 definiert Verfahren für die zerstörungsfreie Prüfung (ZfP). Abschnitt 12 behandelt das mechanisierte Schweißen mit Zusatzwerkstoffzugabe.

Die aktuelle Ausgabe ist API 1104, 22. Ausgabe, 2021. API 1104 wird unabhängig von ASME Section IX und AWS D1.1 entwickelt, obwohl viele Hersteller und Pipeline-Bauunternehmen Qualifikationen nach mehreren Standards aufrechterhalten, abhängig von den rechtlichen Anforderungen ihrer Projekte.

Verfahrensprüfung nach API 1104

API 1104 Abschnitt 5 verlangt, dass jede WPS durch Prüfung qualifiziert wird. Es gibt keinen vorqualifizierten WPS-Pfad. Der Hersteller fertigt Testschweißungen an Rohrprüfstücken an, die dem beabsichtigten Produktionsdurchmesser und Wanddickenbereich entsprechen. Die zerstörende Prüfung umfasst Zug-, Kerbbruch- und Biegeprüfungen. Die Durchstrahlungsprüfung kann einige zerstörende Prüfungen ersetzen.

API 1104 Abschnitt 5 verlangt, dass Schweißverfahren durch zerstörende Prüfung qualifiziert werden, bevor das Produktionsschweißen beginnt. Der Qualifizierungsprozess erfordert die Herstellung von Testschweißungen an Rohrprüfstücken unter Verwendung des beabsichtigten Verfahrens und anschließend das Schneiden und Prüfen der Proben, um ausreichende mechanische Eigenschaften nachzuweisen.

Die erforderlichen zerstörenden Prüfungen für Stumpfnähte umfassen zwei Zugproben, zwei Kerbbruchproben und entweder Wurzelbiege- plus Decklagenbiegeprüfungen (für dünnere Wände) oder vier Seitenbiegeproben (für Wanddicken über 12,7 mm). Die Testschweißung muss vor der Entnahme der zerstörenden Proben auch eine Durchstrahlungsprüfung oder Ultraschallprüfung bestehen.

API 1104 definiert wesentliche Variablen, die regeln, wann eine erneute Qualifizierung erforderlich ist. Die für API 1104 spezifischen wesentlichen Variablen umfassen:

Schweißverfahren

Eine Änderung des Schweißverfahrens oder einer Kombination von Verfahren erfordert eine neue Qualifizierung. SMAW, GMAW, FCAW, GTAW und SAW sind die üblicherweise qualifizierten Verfahren für Pipeline-Anwendungen. Kombinationen wie GTAW-Wurzel mit SMAW-Füllung werden als ein einziges Verfahren qualifiziert.

Grundwerkstoffgruppe

API 1104 gruppiert Grundwerkstoffe nach der angegebenen Mindeststreckgrenze (SMYS). Ein Verfahren, das an einem Material einer SMYS-Gruppe qualifiziert wurde, kann nur eine begrenzte Anwendbarkeit auf Materialien in anderen Gruppen haben. Dies unterscheidet sich von den ASME IX P-Nummern, die nach Zusammensetzung und Schweißeignung statt nur nach Festigkeit gruppieren.

Nahtausführung

Änderungen in der Nahtausführung über den qualifizierten Bereich hinaus — einschließlich Öffnungswinkel, Wurzelspalt und Steg — erfordern eine erneute Qualifizierung. Pipeline-Nähte sind typischerweise V-Naht- oder Verbundfasenkonfigurationen, die auf die Rohrwanddicke abgestimmt sind.

Dickenbereich

Der qualifizierte Dickenbereich wird durch die Dicke des Prüfstücks bestimmt. Eine Qualifizierung an dünnerem Material qualifiziert nicht automatisch dickeres Material. Der qualifizierte Bereich ist in Abschnitt 5.4 basierend auf den Abmessungen der Testschweißung festgelegt.

Durchmesserbereich

Die Qualifizierung ist durch den Durchmesser des Prüfstücks begrenzt. Die Durchmesserbereiche sind in Abschnitt 5.4 festgelegt. Eine Qualifizierung an größeren Durchmessern kann kleinere Durchmesser innerhalb des angegebenen Bereichs abdecken, aber nicht umgekehrt ohne separate Prüfung.

Position

Schweißpositionen für Pipelines werden als gerollt (1G), fest horizontal (5G), fest geneigt (6G) oder mehrere Positionen bezeichnet. Eine Qualifizierung in der 6G-Position qualifiziert alle Schweißungen in fester Position. Eine Qualifizierung in gerollter Position qualifiziert keine festen Positionen.

Schweißerqualifizierung nach API 1104

API 1104 Abschnitt 6 verlangt, dass jeder Schweißer sich auf einem Prüfstück qualifiziert, indem er die spezifische WPS verwendet, die er in der Produktion einsetzen wird. Qualifizierungsvariablen umfassen Rohrdurchmesser, Wanddicke, Schweißposition und Nahtausführung. Qualifizierungsprüfungen umfassen zerstörende Prüfungen (Kerbbruch- und Biegeprüfungen) oder die Durchstrahlungsprüfung der fertigen Testschweißung.

Abschnitt 6 verlangt, dass jeder Schweißer die Fähigkeit nachweist, fehlerfreie Schweißnähte unter Verwendung des qualifizierten Verfahrens herzustellen. Die Schweißerqualifizierungsprüfung erstellt ein Prüfstück, das durch Durchstrahlungsprüfung oder zerstörende Prüfung untersucht wird. Einzelqualifizierungsprüfungen qualifizieren den Schweißer für das spezifische Verfahren, die Position und die getestete Rohrdurchmesser-Gruppe.

Schweißerqualifizierungen sind arbeitgeberbezogen. Ein Schweißer, der den Arbeitgeber wechselt, muss sich beim neuen Unternehmen erneut qualifizieren, auch wenn das Schweißverfahren identisch ist. Dies ist strenger als ASME Section IX, wo Leistungsqualifikationen unter bestimmten Bedingungen zwischen Arbeitgebern übertragen werden können. API 1104 Schweißerqualifizierungen verfallen nicht aufgrund von Inaktivität, aber das Unternehmen muss Aufzeichnungen vorweisen, die belegen, dass der Schweißer das Verfahren innerhalb des erforderlichen Zeitraums angewendet hat.

Schweißen im Betrieb (Anhang B)

API 1104 Anhang B behandelt das Schweißen an Pipelines, die in Betrieb sind — d.h. während des Schweißens Produkt unter Druck führen. Das Schweißen im Betrieb erfordert zusätzliche Vorsichtsmaßnahmen: Durchbrandvermeidung (Überprüfung der Mindestwanddicke), Wasserstoffrissvermeidung (Niedrigwasserstoff-Verfahren) und Berücksichtigung der Durchflussrate zur Steuerung der Wärmeabfuhr.

API 1104 Appendix B addresses welding on pipelines that are in operation and may contain pressurized product. In-service welding includes hot taps (adding branch connections while the pipeline is pressurized), encirclement sleeves, and direct deposit repairs. The primary safety concern is Durchbrand — the welding arc melting through the remaining pipe wall into the pressurized product.

Die Verfahrensprüfung für das Schweißen im Betrieb erfordert Prüfungen unter simulierten Durchflussbedingungen, um zu demonstrieren, dass das Verfahren sicher bei der im Feld anzutreffenden Mindestwanddicke durchgeführt werden kann. Die Kontrolle der Streckenenergie ist entscheidend — eine niedrige Streckenenergie reduziert das Risiko eines Durchbrands, erhöht aber das Risiko von Wasserstoffriss in der Wärmeeinflusszone. Die Vorwärmanforderungen für das Schweißen im Betrieb können von denen für den Neubau abweichen, da das fließende Produkt als Wärmesenke wirkt, was die Abkühlgeschwindigkeiten und die Anfälligkeit für Wasserstoffriss erhöht.

Wie API 1104 im Vergleich zu anderen Schweißregelwerken abschneidet

API 1104 regelt Pipelines; D1.1 regelt Stahlkonstruktionen; ASME IX regelt Druckgeräte. API 1104 hat keinen vorqualifizierten WPS-Pfad. Es gruppiert Zusatzwerkstoffe (Tabelle 2, referenziert durch §5.4.2.6 Regeln für wesentliche Variablen zur Verfahrensprüfung; Tabelle 4 ist eine separate Zusatzwerkstoffgruppierung für die Schweißerqualifizierung) und gruppiert Grundwerkstoffe nach nominaler SMYS unter §5.4.2.2 und qualifiziert Verfahren nach Rohrdurchmesser- und Wanddickenbereichen. Zulässigkeitskriterien umfassen sowohl verarbeitungsbasierte Grenzwerte (Abschnitt 9) als auch Eignungsbewertungsmethoden (Anhang A).

API 1104 vs. AWS D1.1

D1.1 applies to Baustahl, while API 1104 applies to pipelines. D1.1 qualifies procedures by plate Dicke, while API 1104 qualifies by pipe diameter and wall thickness. D1.1 allows Vorqualifiziert WPSs under Abschnitt 5, while API 1104 requires Qualifizierungsprüfung for every procedure. D1.1 uses Table 5.6 Grundwerkstoff groups, while API 1104 groups by SMYS. The Zulässigkeitskriterien in API 1104 Section 9 are specific to girth welds in pipe, while D1.1 Table 8.1 criteria are for structural connections.

API 1104 vs. ASME Section IX

Beide Standards erfordern eine Verfahrensprüfung, aber die Regeln für wesentliche Variablen und die Prüfanforderungen unterscheiden sich. ASME IX verwendet P-Nummern für die Grundwerkstoffgruppierung, während API 1104 SMYS-basierte Gruppen verwendet. ASME IX geführte Biege- und Zugprüfungen unterscheiden sich von API 1104 Kerbbruch- und Wurzel-/Decklagenbiegeprüfungen. Wenn eine Pipeline auch unter ASME B31.8 (Gastransport) oder B31.4 (Flüssigkeitstransport) fällt, muss die Beziehung zwischen API 1104 und ASME Section IX sorgfältig gehandhabt werden — B31.8 verweist direkt auf API 1104 für die Schweißqualifizierung, nicht auf ASME IX.

Zulässigkeitskriterien für ZfP

API 1104 Abschnitt 9 definiert Zulässigkeitskriterien für die Durchstrahlungs-, Magnetpulver-, Eindring- und Ultraschallprüfung von Produktionsschweißnähten. Abschnitt 9 enthält spezifische Kriterien für unzureichende Durchschweißung, Bindefehler, innere Konkavität, Durchbrand, Schlackeneinschlüsse und Porosität. Die Zulässigkeitskriterien basieren auf der Länge und Verteilung der Anzeigen im Verhältnis zur Schweißnahtlänge und Rohrwanddicke.

API 1104 enthält auch Bestimmungen für alternative Zulässigkeitskriterien in Anhang A, der ingenieurtechnische Bruchmechanik-Bewertungsmethoden (ECA) zulässt. Gemäß Anhang A basiert die Fehlerakzeptanz auf einer Eignungsbewertung und nicht auf verarbeitungsbasierten Grenzwerten, was potenziell größere Fehler zulässt, wenn die Spannungsanalyse zeigt, dass der Fehler während der Auslegungslebensdauer der Pipeline nicht auf eine kritische Größe anwachsen wird.

„Das Pipelineschweißen ist einzigartig, weil man das Rohr bei den meisten Feldverbindungen nicht drehen kann — der Schweißer muss sich in der festen Position qualifizieren und bergauf oder bergab um den gesamten Umfang schweißen. Deshalb ist die API 1104-Qualifizierung positionsspezifisch, was bei D1.1 nicht der Fall ist.“

— Field observation, pipeline construction practice

Leitfäden zu verwandten Normen

• ASME Section IX — Welding Qualification
• CSA W59 — Welded Steel Construction
• CSA W47.1 — Company Certification
• ASME IX P-Numbers Guide
• ASME IX F-Numbers Guide
• Pipeline Welding Requirements
• WPS — Schweißverfahren Specification
• PQR — Verfahrensprüfung Record
• NDE Anforderungen — D1.1 Clause 8 Prüfung methods
• D1.1 Preheat Calculator
• AWS D1.4 — Reinforcing Steel
• AWS D1.6 — Stainless Steel
• AWS D1.8 — Seismic Supplement
• AWS D1.2 — Aluminum
• AWS D1.9 — Titanium
• AWS D1.3 — Sheet Steel
• D1.5 Bridge Preheat Calculator
• AWS D1.5 — Bridge Welding Code
• AS/NZS 1554 — Stahlbauverschweißung (Australian Standard)

Die wesentlichen Variablen von API 1104 sind für Pipeline-Anwendungen strenger als die von D1.1. Insbesondere die wesentliche Variable Position ist unnachgiebig — eine Qualifizierung in 5G (fest horizontal) qualifiziert für 1G und 2G, aber eine Qualifizierung in 1G allein deckt 5G NICHT ab. Pipeline-Bauunternehmen qualifizieren sich typischerweise in der restriktivsten Position, in der sie tatsächlich in der Produktion schweißen werden.

— Pipeline Prüfer observation, cross-country project, 2026