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　　一、鋼絲繩無損檢測(cè)技術(shù)概述

　　鋼絲繩無損檢測(cè)技術(shù)目前應(yīng)用最廣,最普及的方法分為目視檢測(cè)和電磁兩大類,目視檢測(cè)是最簡(jiǎn)單,最可靠、最傳統(tǒng)的檢測(cè)方法,但此方法存在很大的局限性。

　　鋼絲繩無損檢測(cè)探傷設(shè)備也由早期的體積重量大、不易操作、記錄數(shù)據(jù)不易保存和處理分析,正逐步相體積小、重量輕、易操作、簡(jiǎn)易化、智能化方向有了很大的發(fā)展。并形成了相關(guān)的方法標(biāo)準(zhǔn)、儀器開式逐步走向規(guī)范和成熟。

　　目前應(yīng)用鋼絲繩電磁無損檢測(cè)技術(shù)可以對(duì)鋼絲繩的金屬截面積損失進(jìn)行定量檢測(cè),能夠檢測(cè)出內(nèi)部斷絲和磨損,銹蝕程度以及鋼絲繩變形等影響鋼絲繩使用壽命的這些損傷。

　　鋼絲繩探傷電磁檢測(cè)目前最成熟,應(yīng)用最多,最廣的檢測(cè)方法是LF(局部損傷)檢測(cè)方法和LMA (金屬截面積損失)檢測(cè)方法(詳見GB/T21837-2008.這兩種檢測(cè)方法采用的是電磁學(xué)中的漏磁檢測(cè)遠(yuǎn)離和主磁通檢測(cè)原理。這兩種原理都是要給鋼絲繩外加一-個(gè)很強(qiáng)的恒定磁場(chǎng),將鋼絲繩磁化飽和。通過在鋼絲繩損傷處泄漏的磁場(chǎng)來檢測(cè)出鋼絲繩局部損傷(LF)。通過對(duì)鋼絲繩內(nèi)部穿過的的磁通量的測(cè)量來檢測(cè)出鋼絲繩的金屬截面積變化情況。這兩種方法檢測(cè)的是鋼絲繩不同種類的損傷。局部損傷主要是檢測(cè)斷絲、變形、腐蝕坑等,金屬截面積損失(LMA)主要是檢測(cè)磨損和腐蝕以及寬斷口斷絲。

　　冷丘鋼絲繩電磁無損檢測(cè)技術(shù)具有檢測(cè)速度快、準(zhǔn)確、可以靠不受人為影響等優(yōu)點(diǎn)。但此方法比目視檢測(cè)外部局部損傷(斷絲檢測(cè))的準(zhǔn)確性和可靠性高。

　　二、鋼絲繩機(jī)械損傷

　　2.1磨損根據(jù)磨損機(jī)理又可分為以下幾種:鋼絲繩在使用過程中其外周與繩道,物體表面接觸而引起的磨損為外部磨損,鋼絲繩截面將減少,外周表面鋼絲將磨平,鋼絲繩破斷載荷隨之降低。由于振動(dòng)、碰撞造成的鋼絲繩表面撞損,為變形磨損,這是一種局部磨損現(xiàn)象。如卷筒表面的鋼絲繩受到其它物體的撞擊,鋼絲繩相互打纏、打結(jié),或者由于咬繩,都會(huì)使鋼絲繩產(chǎn)生變形磨損。這種變形磨損因局部擠壓而變形,其鋼絲橫斷面在擠壓處向兩旁伸展成翅形。從外表看,鋼絲寬度擴(kuò)展,雖然鋼絲繩截面積減小不多,但局部擠壓處的鋼絲表面材質(zhì)硬化了,極易斷絲。時(shí)間一久,變形突出部位往往磨損嚴(yán)重,外層鋼絲也極易斷絲。再者,內(nèi)部磨損的因素也不可忽視:鋼絲繩經(jīng)過卷筒或滑輪時(shí)所承受的全部負(fù)荷壓在鋼絲繩的一側(cè),各根細(xì)鋼絲的曲率半徑不可能完全相同。同時(shí),由于鋼絲繩的彎曲,鋼絲繩內(nèi)部各根細(xì)鋼絲就會(huì)相互產(chǎn)生作用力并且產(chǎn)生滑移,這時(shí)股與股之間接觸應(yīng)力增大,使相鄰股間的鋼絲產(chǎn)生局部壓痕深凹。當(dāng)反復(fù)循環(huán)拉伸彎曲時(shí),在深凹處則產(chǎn)生應(yīng)力集中而被折斷。

　　2.2疲勞鋼絲繩在使用過程中主要承受彎曲、拉抻、扭曲、振動(dòng)疲勞,以及過載引起的彈性形變等損傷。鋼絲繩重復(fù)通過滑輪或卷筒中繞上繞下,無數(shù)次的彎曲,容易使鋼絲產(chǎn)生疲勞,韌性下降,最終導(dǎo)致斷絲。而疲勞斷絲出現(xiàn)在股的彎曲程度最厲害的一側(cè)外層鋼絲上。通常情況下,疲勞斷絲的出現(xiàn)意味著鋼絲繩已經(jīng)接近使用后期。試驗(yàn)表明,鋼絲繩的彎曲疲勞壽命與D/d比值(即卷簡(jiǎn)直徑D與鋼絲繩直徑d的比值)、 安全系數(shù)和鋼絲繩結(jié)構(gòu)均有密切的關(guān)系。鋼絲繩在起動(dòng)和制動(dòng)的始末,變化的拉伸應(yīng)力以及經(jīng)常受到扭曲和振動(dòng)也是產(chǎn)生疲勞的原因。

　　過載:鋼絲繩在工作時(shí)除了要承受負(fù)載、自重等靜載荷外,還要受到因加速度和沖擊引起的動(dòng)載荷,當(dāng)鋼絲繩隨著載荷的增加會(huì)有微量的伸長(zhǎng),當(dāng)載荷超過強(qiáng)度極限時(shí),鋼絲繩就可能斷裂。過載的鋼絲繩即使不發(fā)生斷裂事故,安全系數(shù)也會(huì)大幅度下降,隨之而來大大地縮短使用壽命。

　　三、鋼絲繩的磁化

　　在勵(lì)磁效果相同的情況下,針對(duì)中小直徑的鋼絲繩,選擇永久磁鐵勵(lì)磁比選用直流有源勵(lì)磁在很多方面都更加有優(yōu)勢(shì),比如體積、使用方便、檢測(cè)成本和重量等。特別是近年來新型永磁材料取得了長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展,永久磁鐵勵(lì)磁正在日益取代直流有源勵(lì)磁方法。因而在冷丘鋼絲繩斷絲探傷檢測(cè)選用勵(lì)磁裝置時(shí),我們選則永久磁鐵做勵(lì)磁源。

　　磁化鋼絲繩的勵(lì)磁回路包括永久磁鐵、磁軛、鋼絲繩、氣隙共四部分。勵(lì)磁回路不僅要滿足鋼絲繩中的磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求,還要做到成本最低、體積最小、重量最輕、性能最優(yōu)。為了有效的達(dá)到這個(gè)要求,在選擇材料時(shí)一般都會(huì)選擇高剩磁、高矯頑力和高磁能積的永磁材料。然而永磁材料的種類有很多,其性能也是不一樣的,結(jié)合冷丘鋼絲繩探傷檢測(cè)的實(shí)際情況,稀土永磁材料是其中比較理想的選擇。該材料矯頑力Hc較大,并且剩磁Br也較大,符合鋼絲繩磁化飽和的要求,且最大磁能積和磁穩(wěn)定性都非常優(yōu)良,溫度系數(shù)低。在大溫度范圍時(shí),能夠穩(wěn)定工作。

　　磁軛是勵(lì)磁回路中形成磁力線通路所必需的組成部分,它在勵(lì)磁回路中的主要功能是用以改變磁力線方向、減小回路系統(tǒng)的磁阻、增大關(guān)鍵部位的磁感應(yīng)強(qiáng)度和聚集磁場(chǎng)等。磁軛一般選用磁導(dǎo)率和飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度都較大的材料,如工業(yè)磁鐵等。

　　四、漏磁通檢測(cè)

　　一旦一定的電流通過垂直于磁場(chǎng)的元件時(shí),在垂直電流和磁場(chǎng)的方向上會(huì)出現(xiàn)電場(chǎng),同時(shí)輸出電動(dòng)勢(shì),這種現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)。該元件即霍爾元件,輸出的霍爾電壓為V=kiBcosα。影響靈敏度系數(shù)k的因素有很多,比如霍爾元件的材質(zhì)、工作溫度和尺寸等。如果工作溫度不變,那么k是常數(shù);確定好霍爾元件安裝位置后,磁感應(yīng)強(qiáng)度B與霍爾元件平面法線的夾角α不變;霍爾元件還有定向響應(yīng)特性,就是如果霍爾元件供電時(shí)使用的是恒流源,那么電流i為定值,并且磁感應(yīng)強(qiáng)度B和霍爾電壓之間是正比的關(guān)系。所以要想知道鋼絲繩的斷絲損傷信號(hào),只需要檢測(cè)出霍爾元件的輸出電壓V即可。所以霍爾元件的輸出電壓V反映了鋼絲繩的表面漏磁情況。

　　由于鋼絲繩出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象并沒有什么規(guī)律,任何地方都有可能出現(xiàn)斷絲,但是使用一個(gè)霍爾元件得到的檢測(cè)信息是有限的。實(shí)驗(yàn)表明,霍爾元件在沿鋼絲繩周向±45°范圍內(nèi)輸出最大,因而沿周向布置四個(gè)霍爾元件,就能夠滿足完全檢測(cè)鋼絲繩表面的漏磁場(chǎng)變化情況。斷絲產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)有一定擴(kuò)散范圍和分辨力。對(duì)于斷絲定量檢測(cè)來說,軸向分辨力和定量檢測(cè)的精度之間成正比關(guān)系。影響霍爾元件的軸向分辨力因素有很多種,比如鋼絲繩的結(jié)構(gòu)、單根鋼絲的直徑、霍爾元件的周向尺寸、規(guī)格尺寸等。

　　因?yàn)殇摻z繩外表面的軸向母線是波浪線,鋼絲繩的繩股之間在局部勵(lì)磁鋼絲繩后會(huì)沿軸線方向產(chǎn)生較大的漏磁通,而且會(huì)逐漸的增加。在沿軸線方向檢測(cè)霍爾元件時(shí),繩股之間的漏磁通信號(hào)與正弦波類似,稱為“股波”。在實(shí)際的檢測(cè)過程中,“股波”信號(hào)是無用信號(hào),有用信號(hào)是斷絲信號(hào),股波信號(hào)的混入降低了斷絲檢測(cè)信號(hào)的信噪比。但繩股之間沿周向產(chǎn)生的漏磁通有相互消除的現(xiàn)象,而霍爾元件沿周向檢測(cè)時(shí),“股波”信號(hào)相對(duì)降低了對(duì)斷絲信號(hào)的干擾,提高了檢測(cè)信號(hào)的信噪比。

　　結(jié)語:

　　人們對(duì)鋼絲繩的安全運(yùn)行日益重視,對(duì)鋼絲繩的無損探傷檢測(cè)技術(shù)研究迅速發(fā)展。鋼絲繩缺陷有兩大類:一是以斷絲為主的局部缺陷型;二是鋼絲的截面積損失型。后者主要是指鋼絲由于疲勞磨損、擠壓、腐蝕、劃傷等原因造成的鋼絲截面積縮小,引起鋼絲繩承載能力降低,甚至出現(xiàn)鋼絲繩斷裂,發(fā)生事故。在起重機(jī)械和提升設(shè)備中使用的鋼絲繩,根據(jù)與滑輪配套使用情況和鋼絲繩的疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果,主要缺陷是斷絲。因此我們研究的重點(diǎn)是以斷絲為主的無損檢測(cè)。

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