🔩 Ultraschall-Wanddickenmessung — vier Arten der Messung der Impulslaufzeit

Werkstoffe und ZfP PN-EN ISO 16809

Übersicht

**Status und Umfang der Ausgaben.** Aktuelle Ausgabe ist PN-EN ISO 16809:2025-12 „Zerstörungsfreie Prüfung — Ultraschall-Wanddickenbestimmung“, die laut PKN-Karte die Grundsätze für die Dickenbestimmung metallischer und nichtmetallischer Werkstoffe mit der Kontakttechnik **oder der Tauchtechnik** angibt, ausschließlich auf Grundlage der Laufzeitmessung von Ultraschallwellen. Sie hat die Ausgabe PN-EN ISO 16809:2019-08 (zur Einführung von ISO 16809:2017) ersetzt, die inzwischen zurückgezogen ist. Die folgende Beschreibung entspricht dem Inhalt der Ausgabe ISO 16809:2017, deren Leseprobe verfügbar war, und umfasst nur die Kontakttechnik; die Tauchtechnik wird nicht beschrieben — ein Laboratorium, das die aktuelle Ausgabe anwendet, sollte deren Anforderungen in der Norm selbst prüfen.

Die Norm legt die Grundsätze der Ultraschall-Dickenmessung metallischer und nichtmetallischer Werkstoffe durch direkten Kontakt fest, ausschließlich auf Grundlage der Laufzeitmessung von Ultraschallimpulsen. Die Dicke eines Bauteils oder einer Konstruktion wird durch genaue Messung der Zeit bestimmt, die ein vom Schwinger erzeugter kurzer Impuls benötigt, um die Werkstoffdicke einmal, zweimal oder mehrfach zu durchlaufen; die Dicke wird berechnet, indem die bekannte Schallgeschwindigkeit im Werkstoff mit der Laufzeit multipliziert und durch die Anzahl der Durchgänge des Impulses durch die Wand geteilt wird.

Die Aufgabe der Dickenmessung gliedert sich in zwei Anwendungsbereiche mit unterschiedlichen Bedingungen und Techniken: Messungen während der Fertigung und Messungen der Restwanddicke im Betrieb. Sehr häufig wird an korrodierten Oberflächen gemessen, z. B. an Lagertanks und Rohrleitungen.

Die Messgenauigkeit hängt ab von der Genauigkeit der Laufzeitmessung, von der Art der Zeitbestimmung (Nulldurchgang, Flanke zu Flanke, Spitze zu Spitze), von der gewählten Messart — im Mehrfachecho-Modus ist die Genauigkeit höher als in den Einzelecho-Modi — sowie von der verwendeten Frequenz, da höhere Frequenzen eine genauere Zeitmessung ergeben. Je nach Dicke und Werkstoff werden Frequenzen von 100 kHz bei der Durchschallungstechnik für stark schallschwächende Werkstoffe bis 50 MHz für dünne Metallbleche verwendet. Die Messung besteht in der Bestimmung der Laufzeit und der Berechnung der Dicke unter Annahme einer konstanten Schallgeschwindigkeit — ist die Geschwindigkeit auf dem Impulsweg nicht konstant, ist die Genauigkeit erheblich beeinträchtigt.

Prinzip der Methode

Ein vom Schwinger erzeugter kurzer Ultraschallimpuls durchläuft die Werkstoffdicke und wird an der gegenüberliegenden Wand reflektiert. Die Dicke wird als Produkt aus bekannter Schallgeschwindigkeit im Werkstoff und Laufzeit berechnet, geteilt durch die Anzahl der Durchgänge des Impulses durch die Wand. Die Norm beschreibt vier Messarten: Modus 1 misst die Zeit vom Sendeimpuls bis zum ersten Rückwandecho, vermindert um eine Nullpunktkorrektur, die die Dicke der Schutzschicht des Prüfkopfs und der Koppelmittelschicht berücksichtigt (Einzelecho-Modus); Modus 2 misst die Zeit vom Ende der Vorlaufstrecke bis zum ersten Rückwandecho (Einzelecho-Modus mit Vorlaufstrecke); Modus 3 misst die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Rückwandechos (Mehrfachecho-Modus); Modus 4 misst die Laufzeit des Impulses vom Sender zu einem an der gegenüberliegenden Wand angesetzten Empfänger (Durchschallungstechnik).

Anwendungen

• Wanddickenmessung während der Fertigung metallischer und nichtmetallischer Erzeugnisse
• Messung der Restwanddicke von Lagertanks und Rohrleitungen im Betrieb
• Beurteilung von Korrosions- und Erosionsabtrag an korrodierten Oberflächen
• Rastermessungen auf der Bauteiloberfläche zur Beurteilung der Abtragsverteilung
• Dickenmessung an nur einseitig zugänglichen Bauteilen

Schlüsselparameter

Norm

Normnummer

PN-EN ISO 16809:2025-12

Titel (PL)

Badania nieniszczące — Ultradźwiękowe wyznaczanie grubości

Title (EN)

Non-destructive testing — Ultrasonic thickness determination

Schritt-für-Schritt-Verfahren

1. Qualifikation des Prüfers

   Der Prüfer muss Grundkenntnisse der Ultraschallphysik sowie detaillierte Kenntnisse und eine Schulung in der Ultraschall-Dickenmessung besitzen und Erzeugnis und Werkstoff kennen. Empfohlen wird eine Qualifizierung nach ISO 9712 oder gleichwertig; für die Kategorien III und IV nach der Druckgeräterichtlinie muss das Personal von einer anerkannten unabhängigen Stelle zugelassen sein.

2. Prüfung des Objekts

   Das Objekt muss die Ausbreitung der Ultraschallwelle ermöglichen, und jede Messstelle muss frei zugänglich sein. Die Oberfläche des Messbereichs muss frei von Schmutz, Fett, Flusen, Zunder, Schweißflussmittel und -spritzern, Öl und anderen die Prüfung störenden Stoffen sein.

3. Oberflächenvorbereitung

   Einen sauberen und ebenen Kontaktbereich mit einer Fläche von mindestens dem Doppelten des Prüfkopfdurchmessers sicherstellen — schlechter Kontakt verursacht Energieverlust sowie Verzerrung der Signale und des Schallwegs. Lose Teile und nicht haftende Beschichtungen durch Bürsten oder Schleifen entfernen. Auf korrodierten Oberflächen den Kontaktbereich auf einer Fläche von mindestens dem Doppelten des Prüfkopfdurchmessers schleifen und von Korrosionsprodukten reinigen, wobei die Dicke nicht unter den zulässigen Wert verringert werden darf.

4. Wahl von Messart und Geräten

   Anhand der Kenntnis von Werkstoff, Geometrie, erwarteter Dicke und geforderter Genauigkeit Gerät, Prüfkopf und Messart wählen (Hinweise in Anhang D der Norm). Für stark schallschwächende Werkstoffe die Durchschallungstechnik ab 100 kHz vorsehen, für dünne Bleche Frequenzen bis 50 MHz. Bei SE-Prüfköpfen eine Kompensation des V-Weg-Fehlers anwenden und an gekrümmten Objekten einen Prüfkopf mit einer Kontaktfläche deutlich kleiner als der Objektdurchmesser wählen.

5. Justierung des Systems

   Das Messsystem an einer oder mehreren Proben oder Vergleichskörpern justieren, die für das Messobjekt repräsentativ sind, d. h. mit vergleichbaren Abmessungen, vergleichbarem Werkstoff und Gefüge. Die Dicke der Vergleichskörper oder ihrer Stufen sollte den Bereich der gemessenen Dicken abdecken; Dicke oder Schallgeschwindigkeit des Vergleichskörpers müssen bekannt sein.

6. Messung durch eine Beschichtung

   Ist die Oberfläche beschichtet, muss die Beschichtung gut am Werkstoff haften, andernfalls ist sie zu entfernen. Bei Messung durch eine Beschichtung müssen deren Dicke und Schallgeschwindigkeit bekannt sein, sofern nicht Modus 3 (Mehrfachechos) angewendet wird.

7. Durchführung der Messungen

   Koppelmittel auftragen und messen. Soll die Messung einen Bereich des Bauteils abdecken, die Abstände zwischen den Messpunkten planen: Die Abstände sollten gleichmäßig sein, empfohlen wird ein Raster, dessen Dichte so gewählt wird, dass Vertrauen in das Ergebnis und Aufwand ausgewogen sind.

8. Bewertung und Aufzeichnung der Ergebnisse

   Berücksichtigen, dass das Ergebnis von der angenommenen Schallgeschwindigkeit abhängt — bei veränderlicher Geschwindigkeit auf dem Impulsweg ist die Genauigkeit erheblich beeinträchtigt. Die Messwerte zusammen mit der Lage der Punkte, der Messart, dem verwendeten Prüfkopf und der angenommenen Schallgeschwindigkeit aufzeichnen.

Erforderliche Geräte und Apparatur

Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien

Arbeitsschutz und Sicherheit

• Das Koppelmittel darf weder die Gesundheit des Prüfers gefährden noch dem Objekt und den Geräten schaden — Auswahl gemäß Sicherheitsdatenblatt
• Schleifen korrodierter Oberflächen — Schutzbrille, Atemschutz, Vorsicht vor Funken an Anlagen mit brennbaren Produkten
• Gefahr, die Wanddicke durch zu aggressives Schleifen unter den zulässigen Wert zu verringern — sorgfältige Oberflächenvorbereitung
• Messungen an Tanks und Rohrleitungen im Betrieb — Arbeitserlaubnis, Sicherung, Arbeiten in der Höhe und in engen Räumen
• Stromversorgung der Geräte unter Feldbedingungen — Isolationskontrolle, Fehlerstromschutz

Häufige Fragen