淺談鋼絲繩預防性無損檢測

俞敏波 李國勇 朱志華 汪立鋒

（國家電力器材產品安全性能質量監督檢驗中心，浙江 杭州310015）

0 引言

鋼絲繩是各行各業施工機具中重要的起重、牽引工具之一，在使用過程中鋼絲繩的好壞直接影響到人身及設備安全。據統計，某省在某年的工業生產中共傷亡600余人，其中鋼絲繩斷裂直接引起的人員傷亡事故占30%。如某輸電線路施工中因臨時拉線斷裂造成數座鐵塔折彎、覆倒，經查看事故現場，發現施工用鋼絲繩有明顯斷芯松股、斷股、彎折壓扁等缺陷。

為保證鋼絲繩的質量和安全，合理有效地開展有針對性的鋼絲繩預防性試驗，是值得管理人員進行研究的課題。本文講述了鋼絲繩無損檢測常見的方法及原理，介紹了鋼絲繩預防性無損檢測系統的結構和工作過程等，對開展長距離鋼絲繩預防性無損檢測具有一定的指導作用。

1 鋼絲繩的使用和檢測現狀

鋼絲繩在不同的使用場合，其選用的規格和類型也不盡相同。在發電廠，鋼絲繩主要用于起吊重物，長度一般在20m之內，且直徑較粗；在電力線路施工中，牽張設備所使用的鋼絲繩長度一般長達100～1000m。在進行線路施工時，由于野外露天作業，氣候環境惡劣，承載高負荷張力牽引的鋼絲繩極易出現表層磨損、斷絲、內層銹蝕等缺陷。若對鋼絲繩受損情況不明確而繼續使用，則存在極大的安全隱患，因此，施工中對鋼絲繩的安全可靠性要求極高。

為判斷鋼絲繩是否合格，依據DL5009.2—2004《電力建設安全工作規程 第2部分：架空電力線路》［1］和 GB／T5972—2006《起重機用鋼絲繩檢驗和報廢實用規范》［2］，對工程用鋼絲繩規定了以下要求：

（1）外觀檢查每日一次。采用目視檢查法，依靠肉眼或手摸的方法發現外部缺陷。

（2）內部檢驗每月一次。對一段張力為0的連續鋼絲繩作內部檢驗的方法；對一段張力為0的靠近繩端裝置的鋼絲繩尾部作內部檢驗的方法。

（3）預防性試驗每年一次。預防性試驗項目為靜負荷試驗，以2倍允許工作荷載進行10min的靜力試驗，若鋼絲繩無破損、新增斷絲、局部變細等現象為合格。

目前對鋼絲繩預防性檢測常用的方法是外觀檢查和靜負荷試驗［3］。對于長100～1000m的鋼絲繩，一般采用外觀檢查方法，僅憑檢測人員用手摸或肉眼尋找缺陷，此方法不僅費力費時，且無任何數據可依，只能發現鋼絲繩的外部缺陷，對于內部的銹蝕斷絲無能為力。靜負荷試驗方法則比較簡單、方便和直觀，但由于受試驗機長度的限制，一般只適用于長度較短的鋼絲繩，對于各種類型的長距離鋼絲繩則難以實施［4］。

因此，大部分企業采用定期更換鋼絲繩的方法，依據鋼絲繩的額定使用壽命確定其更換周期，到期后不論鋼絲繩的實際狀況如何均實行更換，因此存在很大的浪費。所以，為了科學、準確地檢測出鋼絲繩的受損情況，有必要研發鋼絲繩預防性無損檢測系統。

2 鋼絲繩無損檢測的原理和方法

鋼絲繩無損檢測主要是檢測鋼絲繩的局部損傷和金屬橫截面積損失2種類型的缺陷。

（1）局部損傷：又稱LF（Local Flaw），是指鋼絲繩中的不連續損傷，諸如斷絲、鋼絲的蝕坑、較深的鋼絲磨損或其他鋼絲繩局部物理狀態的退化等。

（2）金屬橫截面積損失：又稱LMA（Loss of Metallic crosssec tional Area），是鋼絲繩上特定區域中材料（質量）缺損的相對度量，用儀器進行檢測，并通過比較檢測點與鋼絲繩上象征最大金屬橫截面積的基準點來測定［5］。

2.1 鋼絲繩無損檢測的原理

鋼絲繩無損檢測方法按檢測原理的不同可分為電磁檢測法、渦流檢測法、射線檢測法、滲透檢測法等，其中電磁檢測法是目前主流的鋼絲繩無損檢測方法。電磁檢測法有漏磁通法、主磁通法和回路磁通法等。漏磁通檢測原理如圖1所示。首先用磁化器對鋼絲繩進行磁化，鋼絲繩截面積和非連續性缺陷（如局部磨損、斷絲、銹坑、扭折等）中的任何變化，都將造成鋼絲繩缺陷部位的磁導率與鋼絲繩完好部位的磁導率不同。由于磁感應線的連續性，在截面積減小處磁感應線發生扭曲向外泄漏，產生局部漏磁場，可以用聚磁傳感器沿鋼絲繩軸向收集這一漏磁場，然后采用霍爾元件將這一漏磁場信號轉化為電信號，用位移傳感器采集位置信號。通過對這些信號的標定、分析，建立相應的數學模型，利用模型進行反演，即可計算出截面積變化的大小和部位，從而獲得鋼絲繩內外部斷絲、磨損、銹蝕、變形、松股、跳絲等缺陷的信息。

圖1 漏磁通檢測原理圖

2.2 鋼絲繩無損檢測的方法

（1）鋼絲繩無損檢測方法按參考基準的不同可分為比較測定法和即時測定法。1）比較測定法。鋼絲繩在投入使用前，測取無損傷時的數據并予以記錄保留，在使用過程中通過定期檢測鋼絲繩的數據，并與無損時測得的數據進行比較來確定鋼絲繩變化狀態和損傷發展速度。2）即時測定法。即時測定法是將在使用中的鋼絲繩實際測量的數據與鋼絲繩設計參數中的理論數據進行比較分析的方法。如果鋼絲繩在投入使用前未測定無損傷時的數據，只能用即時測定法。

（2）鋼絲繩無損檢測方法按測量設備固定方式的不同可分為移動檢測法和固定檢測法。1）移動檢測法。移動檢測法是固定鋼絲繩、移動檢測儀，即將鋼絲繩兩端與兩固定樁相連，用緊線裝置對鋼絲繩施加一定的預張力，然后用鋼絲繩無損檢測儀進行檢測。此方法一般用于長度較短的鋼絲繩。2）固定檢測法。固定檢測法是固定檢測儀、移動鋼絲繩，即把鋼絲繩無損檢測儀固定在工作臺上，將鋼絲繩裝入無損檢測系統，使鋼絲繩按要求速率進行恒定移動。此方法一般用于長度較長的鋼絲繩［6］。

3 鋼絲繩預防性無損檢測系統

基于上述鋼絲繩無損檢測的原理和方法，研制了可應用于工程實際的鋼絲繩預防性無損檢測系統。

3.1 鋼絲繩預防性無損檢測系統結構

鋼絲繩預防性無損檢測系統是一臺多功能試驗機，在實現對鋼絲繩無損檢測的同時，還可實現對鋼絲繩進行去污和卷繞回收等功能。系統主要包括放線機構、清洗機、無損檢測平臺、導向機、牽引回收機等，如圖2所示。

圖2 鋼絲繩預防性無損檢測系統結構圖

鋼絲繩預防性無損檢測系統各部分的功能如下：

（1）放線機構：用于支撐鋼絲繩卷盤，在外力的作用下可以讓鋼絲繩卷盤靈活地旋轉。

（2）清洗機：鋼絲繩經過清洗機的鋼絲刷，鋼絲刷在電機的帶動下高速旋轉，起到了對鋼絲繩去污的效果。

（3）無損檢測平臺：本系統有2組無損檢測平臺，一組用于對鋼絲繩進行磁化，一組用于對已磁化的鋼絲繩進行檢測，根據鋼絲繩周圍磁場的變化，判斷鋼絲繩的損傷情況。本檢測平臺可以快速靈活地固定加磁儀和探傷儀，并在儀器的兩端安裝了導向輪，可以有效地消除鋼絲繩的晃動，能阻擋大缺陷的鋼絲繩從儀器中經過。

（4）導向機：防止鋼絲繩隨意擺動，便于鋼絲繩探傷檢測，轉動調節輪可以調整被檢鋼絲繩的預緊力。

（5）牽引回收機：牽引鋼絲繩卷繞的動力輸出裝置，并使鋼絲繩有序地卷盤。

3.2 鋼絲繩預防性無損檢測系統工作過程

首先把被檢鋼絲繩盤裝入放線絞盤內，然后根據鋼絲繩的類型、大小和長度選擇相應的導向槽和導向輪，確定相應的張緊力。鋼絲繩預防性無損檢測系統的工作過程有以下2種：

（1）將鋼絲繩一端穿過清洗機的導向槽及鋼絲刷，穿過2檢測平臺的導向輪，再穿過導向機的導向槽，固定在卷盤機構的絞盤上，最后固定鋼絲繩加磁儀和探傷儀，使鋼絲繩從加磁儀和探傷儀的內孔穿過。啟動試驗機，邊加磁邊進行檢測。

（2）將鋼絲繩一端穿過清洗機的導向槽及鋼絲刷，穿過加磁檢測平臺的導向輪，再穿過導向機的導向槽，固定在卷盤機構的絞盤上，最后固定鋼絲繩加磁儀，使鋼絲繩從加磁儀的內孔穿過。啟動試驗機，讓鋼絲繩從放線機構的絞盤卷繞至回收絞盤上，釋放完畢即上磁完畢。將放線機構的絞盤與回收絞盤對換，取下加磁儀裝上鋼絲繩探傷儀，按以上步聚固定鋼絲繩，啟動試驗機，對鋼絲繩進行探傷。

4 結語

采用鋼絲繩預防性無損檢測系統，較好地解決了長距離鋼絲繩預防性檢測的難題，但在具體應用中應了解鋼絲繩預防性無損檢測的使用范圍和注意事項：

（1）鋼絲繩預防性無損檢測僅限于檢測鐵磁性鋼絲繩，較難檢測出鋼絲繩端部或接近端部和鐵磁性鋼連接處的損傷，不易辨別純金屬學性質（脆性、疲勞等）引起的退化。

（2）以主磁通法和回路磁通法為原理的儀器所測得的金屬橫截面積變化，只能表示相對于儀器校準基準點處的變化。這些方法的靈敏度，隨損傷離鋼絲繩表面的深度增大和斷絲處斷口的減小而降低。

（3）以漏磁通法為原理的儀器，難辨別出較細的斷絲、小斷口斷絲、帶有蝕坑的斷絲或接近于多斷絲處的單根斷絲。由于純金屬學性質引起的退化不易辨別，當鋼絲繩是否報廢是基于斷絲增加的百分率時，在檢測發現有斷絲后，應增加檢測的次數。

［1］DL5009.2—2004 電力建設安全工作規程 第2部分：架空電力線路［S］

［2］GB／T5972—2006 起重機用鋼絲繩檢驗和報廢實用規范［S］

［3］虹云，俞成彪，李瑞.電力安全工器具及小型施工機具使用與檢測［M］.北京：中國電力出版社，2007

［4］Q／ZDJ42—2005 電力安全工器具及小型施工機具預防性試驗規程［S］

［5］GB／T21837—2008 鐵磁性鋼絲繩電磁檢測方法［S］

［6］曹印妮，張東來，徐殿國.鋼絲繩定量無損檢測現狀［J］.無損檢測 ，2005（2）