無損檢測技術在行車鋼絲繩狀態監測中的應用

周順輝

（上海通用汽車有限公司，上海 201206）

鋼絲繩作為起重設備的重要組成部分，由于結構與工況的特殊性，本身應屬于易耗品，因此定期更換作法十分普遍。但這種作法可能會造成浪費，也可能留下安全隱患。目視檢查難以斷定鋼絲繩內部斷絲情況，影響檢查的效果。電磁無損檢測方法的出現為鋼絲繩狀態檢測提供了一個新的有效的解決方案。

一、鋼絲繩無損檢測原理及步驟

目前按鋼絲繩檢測原理的不同可分為交流電磁類儀器、直流與永磁類儀器、漏磁類儀器等。其中交流電磁類儀器、直流與永磁類儀器用于測定金屬截面積變化情況。漏磁類儀器可通過數據分析，既可以檢測斷絲（LF）情況又可以檢測金屬截面積（LMA）的變化情況。

漏磁類儀器的工作原理（圖1）是使鋼絲繩通過永久磁體進行磁化，從而在鋼絲繩上產生暫時的磁場，而在斷絲的位置由于斷絲的影響使得磁場的磁力線出現泄漏情況，并且這一漏磁場會隨著斷絲數的增加而增大，利用霍爾元件測試鋼絲繩磁場強度，且對斷絲位置的漏磁場強度通過數學建模，并與實驗室標定數據比對計算出斷絲的具體數量。

鋼絲繩無損檢測步驟：一是儀器標定。對不同類型的鋼絲繩需要分別標定門限值與截面基準值。二是現場數據采集。合理安排測試位置，減少測試盲區。三是分析與報告。通過信號分析判斷斷絲數，對鋼絲繩狀態進行評估。

二、傳感器的標定

鋼絲繩應用廣泛，且直徑規格變化繁多。同為一根斷絲，由于其結構、繩徑及絲徑各不相同，而且斷絲的形式也不盡相同，造成斷絲處的漏磁輸出量也不盡相同，因此對于每種不同鋼絲繩在利用無損檢測技術測試之前都需要進行參數標定，以便有關LF和LMA/LF儀器的局部損傷基準數據，可在最初檢測（新）鋼絲繩的時候建立。只要可行，檢測同一根鋼絲繩時，應通過調節與被檢鋼絲繩相匹配的鋼條或鋼絲上的已知損傷，使產生的幅度彼此相同，如此反復而設定。

鋼絲繩的標定需要一定的長度，一般要在6m左右，這是由于傳感器在啟動與停止時不能將該位置的鋼絲繩完全磁化，會產生大的漏磁信號，這就是所謂的端頭效應。如果標定長度不夠，斷絲信號就會融合在這一信號中，嚴重干擾信號的判斷。同時為準確標定鋼絲繩，標定從夾頭作起始標記點，各斷絲點相距1m左右，分別做出1、3、5、8、10根斷絲，反復測試、調整模型參數，使得標定數據與實際的斷絲數據一致。

三、鋼絲繩狀態判斷標準

有許多特征可判斷鋼絲繩的報廢，如斷絲、繩徑減小、繩芯損壞、內外部磨損與腐蝕、變形等情況。電磁無損檢測控制的標準有兩個，就是上述的斷絲與相對磨損量。其中對于斷絲的報廢判斷標準在鋼絲繩的檢驗與報廢規范（ISO4309:1990）中做了規定，根據鋼絲繩外層繩股的承載鋼絲數不同，分別控制1個捻距（6倍直徑）和5個捻距（30倍直徑）內斷絲的數量。另外1個控制方法是結合斷絲與磨損量的綜合判斷標準，當DF＜1時鋼絲繩則繼續使用，當DF≥1時則鋼絲繩報廢。

式中：Rw——鋼絲繩斷絲量的百分比值；

Rpw——斷絲的允許百分比值；

Rp——鋼絲繩金屬截面積減少的百分比值；

Rpd——金屬截面積減少的允許百分比值。

四、案例

2009年7月在對某鋼絲繩進行檢測中發現，該測試區域內鋼絲繩6d（d為鋼絲繩直徑）內存在6根斷絲，30d內存在9根斷絲。設備最大起重量15t，鋼絲繩型號DIEPAP825。根據鋼絲繩的檢驗與報廢規范（ISO4309:1990），鋼絲繩6d內達到6根斷絲，或30d內達到12根斷絲，應對鋼絲繩進行報廢處理。對更換下的鋼絲繩斷絲情況進行分析，驗證在最大斷絲處6d內有6根斷絲，已經達到了需要更換的程度。

五、結論

利用電磁式無損檢測方法不受潤油脂的影響，可以檢測到鋼絲繩內部的斷絲情況，同時只要傳感器測試安裝位置合理可以將測試的盲區減少到最小，基本不受設備運行情況的影響。并且在斷絲與繩徑定性分析上的準確率可以達到100%，在定量分析中也可取得滿意效果。