🔩 Ultradźwiękowe wyznaczanie grubości — cztery tryby pomiaru czasu przejścia impulsu

Materiały i NDT PN-EN ISO 16809

Przegląd

**Status i zakres wydań.** Aktualnym wydaniem jest PN-EN ISO 16809:2025-12 „Badania nieniszczące — Ultradźwiękowe wyznaczanie grubości”, które według karty PKN podaje zasady wyznaczania grubości materiałów metalowych i niemetalowych z wykorzystaniem techniki kontaktowej **lub techniki zanurzeniowej**, opartych wyłącznie na pomiarze czasu przejścia fal ultradźwiękowych. Zastąpiło ono wydanie PN-EN ISO 16809:2019-08 (wprowadzające ISO 16809:2017), obecnie wycofane. Opis poniżej odpowiada treści wydania ISO 16809:2017, którego podgląd był dostępny, i obejmuje wyłącznie technikę kontaktową; techniki zanurzeniowej nie opisuje — laboratorium stosujące aktualne wydanie powinno sprawdzić jej wymagania w samej normie.

Norma określa zasady ultradźwiękowego pomiaru grubości materiałów metalowych i niemetalowych przez kontakt bezpośredni, oparte wyłącznie na pomiarze czasu przejścia impulsów ultradźwiękowych. Grubość elementu lub konstrukcji wyznacza się przez dokładny pomiar czasu, jakiego krótki impuls wytworzony przez przetwornik potrzebuje na przejście przez grubość materiału raz, dwa razy lub wielokrotnie; grubość oblicza się, mnożąc znaną prędkość dźwięku w materiale przez czas przejścia i dzieląc przez liczbę przejść impulsu przez ściankę.

Zadanie pomiaru grubości dzieli się na dwa obszary zastosowań o odmiennych warunkach i technikach: pomiary w trakcie wytwarzania oraz pomiary grubości resztkowej ścianki w trakcie eksploatacji. Bardzo często pomiary wykonuje się na powierzchniach skorodowanych, na przykład zbiorników magazynowych i rurociągów.

Dokładność pomiaru zależy od dokładności pomiaru czasu przejścia, od sposobu wyznaczania czasu (przejście przez zero, zbocze do zbocza, szczyt do szczytu), od wybranego trybu — w trybie wielokrotnych ech dokładność jest wyższa niż w trybach pojedynczego echa — oraz od zastosowanej częstotliwości, ponieważ wyższe częstotliwości dają dokładniejszy pomiar czasu. Zależnie od grubości i materiału stosuje się częstotliwości od 100 kHz przy technice przepuszczania dla materiałów silnie tłumiących do 50 MHz dla cienkich blach metalowych. Pomiar polega na wyznaczeniu czasu przejścia i obliczeniu grubości przy założeniu stałej prędkości dźwięku — jeżeli prędkość na drodze impulsu nie jest stała, dokładność jest poważnie zaburzona.

Zasada metody

Krótki impuls ultradźwiękowy wytworzony przez przetwornik przechodzi przez grubość materiału i odbija się od przeciwległej ścianki. Grubość oblicza się jako iloczyn znanej prędkości dźwięku w materiale i czasu przejścia, podzielony przez liczbę przejść impulsu przez ściankę. Norma opisuje cztery tryby: tryb 1 mierzy czas od impulsu wzbudzającego do pierwszego echa powrotnego, pomniejszony o poprawkę zerową uwzględniającą grubość płytki ochronnej głowicy i warstwy środka sprzęgającego (tryb pojedynczego echa); tryb 2 mierzy czas od końca linii opóźniającej do pierwszego echa dna (tryb pojedynczego echa z linią opóźniającą); tryb 3 mierzy czas między kolejnymi echami dna (tryb wielokrotnych ech); tryb 4 mierzy czas przejścia impulsu od nadajnika do odbiornika przyłożonego do przeciwległej ścianki (technika przepuszczania).

Zastosowania

• Pomiar grubości ścianki w trakcie wytwarzania wyrobów metalowych i niemetalowych
• Pomiar grubości resztkowej ścianki zbiorników magazynowych i rurociągów w eksploatacji
• Ocena ubytków korozyjnych i erozyjnych na powierzchniach skorodowanych
• Pomiary siatkowe na powierzchni elementu dla oceny rozkładu ubytków
• Pomiar grubości elementów dostępnych tylko z jednej strony

Kluczowe parametry

Norma

Numer normy

PN-EN ISO 16809:2025-12

Tytuł (PL)

Badania nieniszczące — Ultradźwiękowe wyznaczanie grubości

Title (EN)

Non-destructive testing — Ultrasonic thickness determination

Procedura krok po kroku

1. Kwalifikacja operatora

   Operator musi mieć podstawową wiedzę o fizyce ultradźwięków oraz szczegółową znajomość i przeszkolenie w zakresie ultradźwiękowych pomiarów grubości, a także znać wyrób i materiał. Zaleca się kwalifikację wg ISO 9712 lub równoważną; dla kategorii III i IV według dyrektywy ciśnieniowej personel musi być zatwierdzony przez uznaną jednostkę trzeciej strony.

2. Sprawdzenie obiektu

   Obiekt musi umożliwiać propagację fali ultradźwiękowej, a do każdego mierzonego miejsca musi być swobodny dostęp. Powierzchnia mierzonego obszaru ma być wolna od brudu, smaru, kłaczków, zgorzeliny, topnika i rozprysku spawalniczego, oleju i innych substancji zakłócających badanie.

3. Przygotowanie powierzchni

   Zapewnić czysty i równy obszar styku o powierzchni co najmniej dwukrotnie większej niż średnica głowicy — zły styk powoduje stratę energii oraz zniekształcenie sygnałów i drogi fali. Luźne części i nieprzylegające powłoki usunąć szczotkowaniem lub szlifowaniem. Na powierzchniach skorodowanych obszar styku oszlifować na powierzchni co najmniej dwa razy większej niż średnica głowicy i oczyścić z produktów korozji, uważając, aby nie zmniejszyć grubości poniżej wartości dopuszczalnej.

4. Dobór trybu i aparatury

   Na podstawie znajomości materiału, geometrii, spodziewanej grubości i wymaganej dokładności dobrać przyrząd, głowicę i tryb pomiaru (wskazówki w załączniku D normy). Dla materiałów silnie tłumiących przewidzieć technikę przepuszczania od 100 kHz, dla cienkich blach częstotliwości do 50 MHz. Przy głowicach podwójnych zastosować kompensację błędu drogi V, a na obiektach zakrzywionych dobrać głowicę o powierzchni styku znacznie mniejszej niż średnica obiektu.

5. Wzorcowanie układu

   Wywzorcować układ pomiarowy na jednej lub kilku próbkach albo wzorcach reprezentatywnych dla mierzonego obiektu, to znaczy o porównywalnych wymiarach, materiale i strukturze. Grubość wzorców lub ich stopni powinna pokrywać zakres mierzonych grubości; znana musi być grubość albo prędkość dźwięku wzorca.

6. Pomiar przez powłokę

   Jeżeli powierzchnia jest pokryta powłoką, powłoka musi dobrze przylegać do materiału, w przeciwnym razie należy ją usunąć. Przy pomiarze przez powłokę trzeba znać jej grubość i prędkość dźwięku, chyba że stosuje się tryb 3 (wielokrotne echa).

7. Wykonanie pomiarów

   Nanieść środek sprzęgający i wykonać pomiary. Gdy pomiar ma objąć pewien obszar elementu, zaplanować odstępy między punktami pomiarowymi: odstępy powinny być równomierne, zaleca się siatkę, a jej gęstość dobrać tak, aby wyważyć zaufanie do wyniku i nakład pracy.

8. Ocena i zapis wyników

   Uwzględnić, że wynik zależy od przyjętej prędkości dźwięku — przy zmiennej prędkości na drodze impulsu dokładność jest poważnie zaburzona. Zapisać zmierzone wartości wraz z lokalizacją punktów, trybem pomiaru, użytą głowicą i przyjętą prędkością dźwięku.

Wymagany sprzęt i aparatura

Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne

Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)

• Środek sprzęgający nie może stwarzać zagrożenia dla zdrowia operatora ani szkodzić obiektowi i aparaturze — dobór zgodnie z kartą charakterystyki
• Szlifowanie powierzchni skorodowanych — okulary ochronne, ochrona dróg oddechowych, uwaga na iskry przy instalacjach z produktami palnymi
• Ryzyko zmniejszenia grubości ścianki poniżej wartości dopuszczalnej przy zbyt agresywnym szlifowaniu — ostrożne przygotowanie powierzchni
• Pomiary na zbiornikach i rurociągach w ruchu — zezwolenie na pracę, asekuracja, praca na wysokości i w przestrzeniach zamkniętych
• Zasilanie przyrządów w warunkach terenowych — kontrola izolacji, zabezpieczenie różnicowoprądowe

Najczęstsze pytania