鋼絲繩無損校準方法

湯元會 陜西省計量科學研究院，陜西 西安 710052

鋼絲繩無損校準方法

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針對鋼絲繩測試儀尚無有效校準方法的現狀，本文在對其工作原理和設備類型分析的基礎上，初步提出基于標準鋼絲繩的校準方法和流程。

鋼絲繩測試儀；校準；LMA；LF

1 鋼絲繩測試儀的校準現狀

鋼絲繩（鋼纜）測試儀是用于檢驗和測試鋼絲繩（鋼纜）缺陷的儀器，被廣泛應用于安檢部門、企業自檢部門和鋼絲繩生產企業。目前社會上鋼絲繩的檢測工作由質監局下屬的特種設備質量安全監督檢測中心負責完成，每年均須定期進行檢驗。但這些部門所使用的鋼絲繩測試儀沒有有效的校準方法，也就是說，鋼絲繩測試儀測試結果是否準確或誤差大小無法標定。雖然目前一般特檢部門也把鋼絲繩測試儀送到有關技術機構進行測量，但對其主要指標，如鋼絲繩磨損程度、斷頭數量等無法進行校準。

2 鋼絲繩測試儀的檢測原理

目前鋼絲繩的結構變得越來越復雜，性能越來越好，制造工藝也越來越先進，其缺陷狀態也表現為多樣性和復雜性，增加了損傷檢測的技術難度。根據查詢結果，到目前為止，沒有哪一種檢測方法或儀器裝置完全滿足實際檢測使用要求。但是相對而言，國內外現階段公認的最可靠、最實用的方法是磁檢測方法。

磁檢測方法檢測鋼絲繩缺陷(斷絲、磨損、銹蝕等)的基本原理是：用一磁場沿鋼絲繩軸向磁化鋼絲繩，當鋼絲繩通過這一磁化磁場時，一旦鋼絲繩中存在缺陷，則會在鋼絲繩表面產生漏磁場，或者引起磁化鋼絲繩磁路內的磁通變化，采用磁敏感元件檢測這些磁場的變化即可獲得有關鋼絲繩缺陷的信息，將其經過放大濾波處理后，送給處理器，最后在顯示器上顯示測試結果。

鋼絲繩電磁檢測方法已經發展了近100年，有兩種檢測方法已經被推薦用作鋼絲繩缺陷的檢測和分類。①金屬橫截面損失檢測法(LMA檢測法)，這是一種衡量金屬損失的相對比較測量方法，用儀器測出一個參考點，即可以代表金屬最大橫截面的點，用被測點與之比較即可。它能定量檢測鋼絲繩內、外部LMA類缺陷惡化所產生的金屬橫截面積損失。②局部缺陷檢測法(LF檢測法)，鋼絲繩上不連續的缺陷點，比如繩上的斷裂點、銹蝕點、磨損槽以及在其它的物理條件下造成的能降低鋼絲繩整體性能的局部變化，可對內、外部局部缺陷進行定位檢測。

3 鋼絲繩測試儀的操作原則

根據鋼絲繩檢測儀結構和原理的差異，主要可以分為三種。

3.1 交流電磁設備：基于變壓器主、副線圈電壓比與其鐵芯磁導率有關的原理工作。這種儀器將主、副線圈繞在鋼絲繩上構成變壓器，鋼絲繩相當于變壓器的鐵芯，主（勵磁）線圈中通過的為低頻交流電，頻率通常為10Hz～30Hz，不直接使用工頻是為了提高對工頻的抗干擾能力，為防止集膚效應，出現對鋼絲繩內部不易測量的問題，故交流電的頻率不宜過高。副（感應）線圈測量繩的磁性，任何鐵芯（鋼絲繩）上磁性的重大變化都會表現為副線圈上電壓的變化（幅值或相位）該電磁設備工作在一個相對來說較低的磁場強度下，因此，有必要在檢測鋼絲繩之前將其完全退磁，此種設備主要用于檢測金屬橫截面變化。

3.2 直流和永磁（磁通）設備：采用直流或永久磁鐵提供一個恒定的磁場，當一段鋼絲繩通過探頭（磁路）時被磁化，繩上沿軸向的全部磁通量可以由以下設備測出：霍爾效應傳感器、環形（感應）線圈以及其他可以在恒定磁場中測量絕對磁場及其變化的合適設備，傳感器的輸出信號經過電子處理，其輸出電壓同磁路影響范圍內含鐵量或者金屬橫截面變化成比例關系，此種設備用于測量金屬橫截面的變化。

用于測量金屬橫截面變化的儀器可以顯示被測處相對于儀器校準參考點的變化。 這種方法的靈敏度將隨著缺陷在鋼絲繩中的深度增大而減小，隨著斷絲端部間隙的減小，靈敏度減小。

3.3 磁通泄漏儀-種用于提供恒定磁通的直流或永磁設備（如圖1），用于當鋼絲繩通過探頭（磁路）時磁化一段鋼絲繩，繩上的突變，如斷絲將會引起磁通泄漏，可以通過霍爾傳感器、感應線圈或者其它合適的設備檢測到，傳感器輸出的信號經電路處理后記錄下來，此種設備用于檢測局部損傷信號（LFs），當傳感器檢測到的信息在數量上并不是偶然缺損值，那么就可以得出可靠的結論：鋼絲繩中存在斷絲、內部銹蝕或者鋼絲存在磨損現象。

圖1 斷絲產生的磁通泄漏示意圖

4 鋼絲繩測試儀校準方法探討

本部分就如何對使用電磁法、磁通法、磁通泄漏法以及這些方法的任意組合的鋼絲繩檢測儀進行校準提出初步的構想，包括采用的標準裝置和校準過程。

4.1 標準鋼絲繩

對鋼絲繩測試儀的校準采用標準鋼絲繩法。依據鋼絲繩參考標準，制定不同型號、尺寸以及人造缺陷位置數目的標準鋼絲繩。標準鋼絲繩要適用于檢測，應保證鋼絲繩足夠長以達到人造缺陷允許的距離，并且還可以提供足夠的長度來避開繩端效應。

標準繩上的人造缺陷應包括移動，增加外層絲的長度造成的斷口，這些斷口的典型長度為1/16，1/8，1/4，1/2，1，2，4，8，16和32英寸（1.6，3.2，6.4，12. 7，25.4，50.8，101.6，203.2，406.4和812.8mm）。斷口之間應有30英寸（762mm）的間隔。在斷口和繩端間至少應有1.2m的間隔。所有鋼絲的端部應平直且與鋼絲垂直。

4.2 校準過程

4.2.1 記錄客戶名稱、校準日期、儀器序號等信息；

4.2.2 判斷鋼絲繩測試儀的測試原理，判斷其是測金屬橫截面缺損（LMA），還是測局部損傷（LF），或是兩者都測；

4.2.3 選擇與儀器和探頭相匹配的標準鋼絲繩；

4.2.4.在電磁設備檢測前鋼絲繩應完全退磁，如果使用磁通量或磁通泄漏儀器，必須重復測試幾次以保證鋼絲繩被均勻磁化；

4.2.5 使標準鋼絲繩大致穿過探頭中央，根據事先定義好的鋼絲繩上的參考點確定探頭的位置；

4.2.6 應按步驟調整儀器，在開始檢測之前通過插入已知橫截斷面的鐵磁性鋼絲或鋼絲繩來調整靈敏度，產生的標準信號應永久記錄以備以后的參考；

4.2.7 使標準鋼絲繩絲以實際檢測速度通過探傷儀，記錄其相關信號以備分析使用；

4.2.8 將標準鋼絲繩的信息與測得的數據進行分析比較，得出校準結論；

5 結束語

鋼絲繩檢測儀與人工目測檢查相比要可靠的多，而且效率高、準確性高。鋼絲繩測試儀的檢測精度對于鋼絲繩的安全狀況評估極其重要,需要對其進行規范化評估。其意義不僅在于有益于檢測儀器市場的規范化,而且對鋼絲繩無損檢測技術的發展具有指導性作用,可以為儀器的研究和制作提供可靠的依據。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.22.058