搜索热:228 汽车
扫一扫 加微信
首页 > 科研探索 > 应用实例 > 消息正文
首页 > 科研探索 > 应用实例 > 消息正文
当无损检测遇到了钢丝绳,是“剪不断理还乱”了吗?
发布:kittyll   时间:2017/7/12 9:47:24   阅读:673 
分享到新浪微博 分享到腾讯微博 分享到人人网 分享到 Google Reader 分享到百度搜藏分享到Twitter

钢丝绳广泛用于海洋、冶金、矿产、交通、建筑等多个行业,如提升机、起重机、索道、电梯等设备中均大量使用钢丝绳。为避免因钢丝绳断裂造成的安全事故,需要定期对在役钢丝绳进行检测。以往常采用人工目视结合手摸的检查方法来估算其使用寿命,存在很大的误差,据不完全统计,更换下来的钢丝绳中有70%以上的仅有很少甚至没有强度损耗。所以,将无损检测技术应用到在役钢丝绳的检测中意义重大。
 

1  钢丝绳的缺陷分类

GB/T 21837-2008《铁磁性钢丝绳电磁检测方法》根据缺陷的性质,将钢丝绳的缺陷分为两大类:
  • 局部损伤LF型(local flaw)
  • 金属横截面积损失LMA型(loss of metallic cross-sectional area)
局部损伤LF型主要是指钢丝绳中的不连续,诸如断丝、钢丝的蚀坑、较深的钢丝磨损或其它钢丝绳局部物理状态的退化等。LF型缺陷的特点是钢丝绳的金属断面积突然减小,其常见形式是断丝,包括使用过程中钢丝产生疲劳、磨损、锈蚀等情况以及钢丝受力不均时发生的剪切、过载和扭结等。
 
金属横截面积损失LMA型是指造成钢丝绳横截面上金属截面积总和减小的损伤,其通过仪器进行检测,并通过比较检测点与钢丝绳上象征最大金属横截面积的基准点来测定。LMA型缺陷的特点是钢丝绳的金属断面积在较长范围内普遍减小,主要包括磨损、长距离锈蚀、绳径缩细等。

2  钢丝绳的无损检测方法
 
钢丝绳的无损检测方法有很多种,包括超声波检测法、射线检测法、声发射检测法、电涡流检测法、电磁检测法以及机械检测法、声学检测法、电流检测法、光学检测法、振动检测法等。直到近年,在钢丝绳无损检测中主要还是以电磁检测法为主,其余无损检测技术依然局限于实验室研究阶段。
 
针对局部损伤LF型缺陷,采用漏磁检测原理,即通过在钢丝绳断丝处泄漏的磁场来检测钢丝绳的缺陷。
 
针对金属横截面积损失LMA型缺陷,采用主磁检测法,即通过对钢丝绳内部穿过磁通量的测量来检测出钢丝绳金属截面积的变化情况。
 
根据电磁检测法工作原理不同,其磁化方式可以分为交流磁化、直流磁化、永磁磁化。由于永磁磁化检测装置体积小,重量轻,使用便捷,检测成本低,特别是近年来新型永磁材料的开发与应用,使其优势更为明显,因此电磁检测法中大量使用永磁磁化的方式。
 
常用的传感器类型有霍尔元件传感器和感应线圈两种。在实际使用中,霍尔传感器的输出信号不受传感器移动速度的影响,且霍尔元件体积小,对小间隙空间磁场的测量有很大的优越性,因此得到广泛应用。
 
目前,市面上主要采用永磁磁化激励及霍尔元件传感器的钢丝绳无损检测仪进行在役钢丝绳缺陷的检测,其工作示意图如下。
 

霍尔元件检测LF型缺陷和LMA型缺陷示意图
 
3  钢丝绳无损检测存在的问题思考
 
(1)钢丝绳结构对检测的影响
 

钢丝绳是由一定数量的钢丝按照一定的方向绕股芯捻制成绳股,一定数量的绳股再按照一定的方向绕绳芯捻制而成的。随着研制技术的发展,钢丝绳的结构越来越复杂。如8X109SWSNS结构钢丝绳横截面共有872根钢丝,而以往最常见的如6X19结构钢丝绳横截面钢丝数量只有114根。
 
在实际检测中,我们发现同样断丝数的钢丝绳,结构复杂的相比结构简单的,传感器采集的信号强度要低,钢丝绳断丝所产生的漏磁场是非常微弱的,通常只有几高斯。当用霍尔传感器进行检测时,传感器的输出电压信号只有几毫伏,其信噪比较低,钢丝绳的结构复杂一点就会出现LF型缺陷漏检的情况;如果能够采取一些方法来增加信号放大电路的强度,则可以提高缺陷的检出率。
 
根据结构不同,钢丝绳可分为面接触、线接触、点接触等,如下图所示。通过霍尔传感器对钢丝绳进行扫查时,沿钢丝绳轴向方向会在钢丝绳股与股空隙处产生漏磁通,信号采集后的显示与正弦波类似,一般称为“股波”。在检测中,这类信号是无用信号,会对采集到的LF型缺陷信号产生干扰,从而降低信噪比,影响仪器的分辨力和缺陷检测能力。
 

钢丝绳结构示意图
 
“股波”的幅度跟钢丝绳结构以及直径有关。一般来说,面接触钢丝绳幅度最小,点接触钢丝绳幅度最大,不同结构的钢丝受“股波”的影响不同,进行检测时要具体分析其结构。现有的钢丝绳探伤仪很难消除结构对检测的影响。因此在检测中,若在“股波”附近出现缺陷,则检出难度较大,往往只能通过经验进行判断。

(2)LF型缺陷定量分析的问题
 
LF型缺陷主要是断丝、锈蚀、局部形状异常等,传感器采集到的锈蚀和局部形状异常的信号强度非常低,目前LF型缺陷定量检测主要是针对断丝。在检测时,若断丝出现在钢丝绳的外表面,漏磁场最大,信号最强,较易判别。外表面的断丝通过目视即可判别,根据检验经验来看,我们俗称的6股和8股这几类钢丝绳在外表面的断丝概率要高些。而很多钢丝绳的缺陷,如阻旋转钢丝绳的缺陷,主要是因为腐蚀或疲劳导致内部出现断丝,这些缺陷目视并不能发现。
 
对于钢丝绳中断丝的定量判定,往往受到下面这些因素的影响:
 
1、钢丝绳中钢丝的直径很小,如YB/T 5343-2015《制绳用圆钢丝》中规定的最小钢丝直径为0.08mm;
 
2、钢丝绳同一横断面出现多根断丝,甚至几根断丝就叠在一起;
 
3、多根断丝不在同一横断面,但之间的距离非常近。
 
在这几种情况下,我们通过仪器采集到输出信号,即漏磁通幅值跟断丝的数量不呈线性关系,或者不呈其它形式的确定化关系。这样在实际检测中,只能采取半定量的办法,即在检测区域内发现断丝后,根据漏磁通幅值大小大概确定一个断丝的范围值,继续扫查,若在下一处又发现断丝,再确定一个范围值,以此类推,在检测区域内完成检测后给出一个总的断丝范围。这种方法存在很大的误差,很多时候只能对缺陷的判别起到参考作用。
 
找出合理的检测方法和手段来获取缺陷漏磁场信号,对缺陷尺寸进行定量评价,是目前钢丝绳无损检测中急需解决的问题。
 
(3)现行标准
 
目前我国关于在役钢丝绳检测的现行标准有:
  • GB/T 9075-2008《索道用钢丝绳检验和报废规范》
  • GB/T 5972-2016《起重机 钢丝绳 保养、维护、检验和报废》
  • MT/T 970-2005《钢丝绳(缆)在线无损定量检测方法和判定规则》
  • GB 6067.1-2010《起重机械安全规程 第1部分:总则》等
这些标准对于LMA型缺陷的要求基本是按照钢丝绳的公称直径进行标定,按照各标准的要求进行LMA型缺陷测试时,只要标定好公称直径,按轴向扫查,测量检测信号的变化量,以此对比是否在标准要求的范围内。
 
对于LF型缺陷,各标准的要求差异较大。如MT/T 970-2005中对LF型缺陷没有相应的技术要求。GB/T 9075-2008对于LF型缺陷的报废要求只是针对目视能检查的外层钢丝,对于内层钢丝没有做具体的技术要求;而且还专门提到:不论采用哪种无损检测法或目视法,在钢丝绳相关长度内一个多处断裂的钢丝应算作一根断丝。GB/T 5972-2016中规定了可见断丝数达到或超过报废的标准,对内层钢丝没有对应标准。
 
综上所述,现行的标准对LMA型缺陷均做出了明确的要求。实际检测中,发现采用无损检测的手段进行钢丝绳LMA型缺陷检测的准确率比较高,对在役钢丝绳是否需要报废起到很好的指导作用。对于LF型缺陷,由于现有仪器不能完全满足检测要求,标准没有明确的技术要求,我们在检测中只能采用半定量的办法提供一个断丝的范围值。
  
(4)LMA、LF型缺陷与钢丝绳强度的关系
 
考核钢丝绳是否合格需要进行直径、不圆度、捻距、拆股钢丝抗拉强度、弯曲、扭转、整绳破断拉力等试验。其中最重要的项目就是整绳破断拉力试验。
 
检测LMA、LF型缺陷的目的就是为了保证整绳强度达到使用的要求。目前标准规定的判废依据都是经验值,或是在实验室理想状态下的结论,与实际使用工况相比还存在一定的误差。所以,对在役钢丝绳进行无损检测时,若发现LMA、LF型缺陷后再进行整绳破断拉力试验,测得其剩余强度;通过收集大量数据后,找出LMA、LF型缺陷对钢丝绳强度的影响,从而可以更好的判断钢丝绳的使用寿命。
 

节选自《无损检测》2017年第39卷第6期
本文作者:吴澎,国家钢丝绳产品质量监督检验中心高级工程师、硕士。
本文部分图片来源自网络
 
相关信息
   标题 相关频次
 “狗鼻子”探测器:让警犬面临下岗
 3
 1+1=2?超声波设备+探头的组合性能如何测?
 3
 2026年,全球涡流检测设备市场规模将达到5.38亿美元
 3
 Micro-CT:3D打印定制医疗植入物的质量保证解决方案
 3
 比X射线更安全的三维微波摄像机来啦!
 3
 必读好文:深度解析磁粉检测中的常见问题
 3
 拆弹部队的福音:利用中子无损检测爆炸装置
 3
 超声波和其他无损检测到底对人体有害吗?
 3
 超声波化身“追风少年”:降低风能成本出新招
 3
 超声共振无损检测技术:破坏性测试材料力学性能的终结者
 3
 超声检测好帮手AVG曲线的绘制
 3
 超声检测技术逐步降低了腐蚀带来的惊人成本
 3
 超声检测十大常见缺陷定性宝典
 3
 超声检测新模式:异形结构损伤检测“一贴灵”
 3
 超声无损测量镍合金压力容器中的焊接残余应力
 3
 超声相控阵技术检测奥氏体不锈钢焊缝,完美!
 3
 穿墙超人来了:轻松穿透混凝土发现其中钢结构早期腐蚀的无损检测新方法
 3
 传统X射线照相技术“老”了吗?
 3
 磁粉检测面面观
 3
 磁粉检测之如何最大限度的检出缺陷
 3
 磁粉检测中最容易被忽略的细节
 3
 对于球墨铸铁,超声波表示这样检测很轻松!
 3
 高能X射线为铸铁行业提供一种低成本优化方法
 3
 隔墙有眼:看穿墙中的未知材料
 3
 更加高大上的工业CT技术
 3
 工业4.0对无损检测行业带来的巨变
 3
 工业CT技术与绿色能源在“童话王国”的邂逅
 3
 工业X射线计算机断层扫描技术:从实验室到生产车间的华丽转身
 3
 工业视频内窥镜的发展新趋势
 3
 关于工业CT扫描的那些事
 3
 管道腐蚀无损检测:保温层神马的都是浮云
 3
 红外成像技术促进增材制造技术的进步
 3
 红外热成像:不只是一张美丽的图片
 3
 计算机断层扫描技术:由内至外、无损高效
 3
 金属棒材和管材的质量安全卫士——超声无损检测技术
 3
 看美国橡树岭实验室如何将焊接检测技术商业化
 3
 科技的进步、3D打印的兴起是否会使无损检测变得更加复杂、更加困难?
 3
 快速计算机断层扫描技术帮助实现高压压铸中的三维进程控制
 3
 快速检测二维材料的光电合一无损新方法
 3
 来自精密医疗成像技术的灵感:汽车工业检测新手段诞生
 3
 老生常谈:百年历史的磁粉检测技术的持久吸引力在哪里?
 3
 马来西亚仍然面临无损检测专家短缺的问题
 3
 美国空军基地维修中队平时是这样进行无损检测的
 3
 美国无损检测行业薪酬趋势报告
 3
 美军首创用于结构健康监测的光纤激光传感器
 3
 你知道“第三超声波”吗?来看这种新型超声检测技术的厉害之处
 3
 你知道世界上最快的汽车是如何进行无损检测及状态监控的?
 3
 缺陷等着瞧:我没有透视眼,但我有工业视频内窥镜!
 3
 缺陷检测的现在与未来
 3
 如何选择最可靠的磁粉探伤操作方法
 3