當無損檢測遇到了鋼絲繩，是「剪不斷理還亂」了嗎？

鋼絲繩廣泛用于海洋、冶金、礦產、交通、建築等多個行業，如提升機、起重機、索道、電梯等設備中均大量使用鋼絲繩。為避免因鋼絲繩斷裂造成的安全事故，需要定期對在役鋼絲繩進行檢測。以往常採用人工目視結合手摸的檢查方法來估算其使用壽命，存在很大的誤差，據不完全統計，更換下來的鋼絲繩中有70%以上的僅有很少甚至沒有強度損耗。所以，將無損檢測技術應用到在役鋼絲繩的檢測中意義重大。

1 鋼絲繩的缺陷分類

GB/T 21837-2008《鐵磁性鋼絲繩電磁檢測方法》根據缺陷的性質，將鋼絲繩的缺陷分為兩大類：

局部損傷LF型（local flaw）

金屬橫截面積損失LMA型（loss of metallic cross-sectional area）

局部損傷LF型主要是指鋼絲繩中的不連續，諸如斷絲、鋼絲的蝕坑、較深的鋼絲磨損或其它鋼絲繩局部物理狀態的退化等。LF型缺陷的特點是鋼絲繩的金屬斷面積突然減小，其常見形式是斷絲，包括使用過程中鋼絲產生疲勞、磨損、鏽蝕等情況以及鋼絲受力不均時發生的剪切、過載和扭結等。

金屬橫截面積損失LMA型是指造成鋼絲繩橫截面上金屬截面積總和減小的損傷，其通過儀器進行檢測，並通過比較檢測點與鋼絲繩上象徵最大金屬橫截面積的基準點來測定。LMA型缺陷的特點是鋼絲繩的金屬斷面積在較長範圍內普遍減小，主要包括磨損、長距離鏽蝕、繩徑縮細等。

2 鋼絲繩的無損檢測方法

鋼絲繩的無損檢測方法有很多種，包括超聲波檢測法、射線檢測法、聲發射檢測法、電渦流檢測法、電磁檢測法以及機械檢測法、聲學檢測法、電流檢測法、光學檢測法、振動檢測法等。直到近年，在鋼絲繩無損檢測中主要還是以電磁檢測法為主，其餘無損檢測技術依然局限於實驗室研究階段。

針對局部損傷LF型缺陷，採用漏磁檢測原理，即通過在鋼絲繩斷絲處泄漏的磁場來檢測鋼絲繩的缺陷。

針對金屬橫截面積損失LMA型缺陷，採用主磁檢測法，即通過對鋼絲繩內部穿過磁通量的測量來檢測出鋼絲繩金屬截面積的變化情況。

根據電磁檢測法工作原理不同，其磁化方式可以分為交流磁化、直流磁化、永磁磁化。由於永磁磁化檢測裝置體積小，重量輕，使用便捷，檢測成本低，特別是近年來新型永磁材料的開發與應用，使其優勢更為明顯，因此電磁檢測法中大量使用永磁磁化的方式。

常用的感測器類型有霍爾元件感測器和感應線圈兩種。在實際使用中，霍爾感測器的輸出信號不受感測器移動速度的影響，且霍爾元件體積小，對小間隙空間磁場的測量有很大的優越性，因此得到廣泛應用。

目前，市面上主要採用永磁磁化激勵及霍爾元件感測器的鋼絲繩無損檢測儀進行在役鋼絲繩缺陷的檢測，其工作示意圖如下。

霍爾元件檢測LF型和LMA型缺陷示意圖

3 鋼絲繩無損檢測存在的問題思考

（1）鋼絲繩結構對檢測的影響

鋼絲繩是由一定數量的鋼絲按照一定的方向繞股芯捻製成繩股，一定數量的繩股再按照一定的方向繞繩芯捻制而成的。隨著研製技術的發展，鋼絲繩的結構越來越複雜。如8X109SWSNS結構鋼絲繩橫截面共有872根鋼絲，而以往最常見的如6X19結構鋼絲繩橫截面鋼絲數量只有114根。

在實際檢測中，我們發現同樣斷絲數的鋼絲繩，結構複雜的相比結構簡單的，感測器採集的信號強度要低，鋼絲繩斷絲所產生的漏磁場是非常微弱的，通常只有幾高斯。當用霍爾感測器進行檢測時，感測器的輸出電壓信號只有幾毫伏，其信噪比較低，鋼絲繩的結構複雜一點就會出現LF型缺陷漏檢的情況；如果能夠採取一些方法來增加信號放大電路的強度，則可以提高缺陷的檢出率。

根據結構不同，鋼絲繩可分為面接觸、線接觸、點接觸等，如下圖所示。通過霍爾感測器對鋼絲繩進行掃查時，沿鋼絲繩軸向方向會在鋼絲繩股與股空隙處產生漏磁通，信號採集後的顯示與正弦波類似，一般稱為「股波」。在檢測中，這類信號是無用信號，會對採集到的LF型缺陷信號產生干擾，從而降低信噪比，影響儀器的分辨力和缺陷檢測能力。

鋼絲繩結構示意圖

「股波」的幅度跟鋼絲繩結構以及直徑有關。一般來說，面接觸鋼絲繩幅度最小，點接觸鋼絲繩幅度最大，不同結構的鋼絲受「股波」的影響不同，進行檢測時要具體分析其結構。現有的鋼絲繩探傷儀很難消除結構對檢測的影響。因此在檢測中，若在「股波」附近出現缺陷，則檢出難度較大，往往只能通過經驗進行判斷。

（2）LF型缺陷定量分析的問題

LF型缺陷主要是斷絲、鏽蝕、局部形狀異常等，感測器採集到的鏽蝕和局部形狀異常的信號強度非常低，目前LF型缺陷定量檢測主要是針對斷絲。在檢測時，若斷絲出現在鋼絲繩的外表面，漏磁場最大，信號最強，較易判別。外表面的斷絲通過目視即可判別，根據檢驗經驗來看，我們俗稱的6股和8股這幾類鋼絲繩在外表面的斷絲概率要高些。而很多鋼絲繩的缺陷，如阻旋轉鋼絲繩的缺陷，主要是因為腐蝕或疲勞導致內部出現斷絲，這些缺陷目視並不能發現。

對於鋼絲繩中斷絲的定量判定，往往受到下面這些因素的影響：

1、鋼絲繩中鋼絲的直徑很小，如YB/T 5343-2015《制繩用圓鋼絲》中規定的最小鋼絲直徑為0.08mm；

2、鋼絲繩同一橫斷面出現多根斷絲，甚至幾根斷絲就疊在一起；

3、多根斷絲不在同一橫斷面，但之間的距離非常近。

在這幾種情況下，我們通過儀器採集到輸出信號，即漏磁通幅值跟斷絲的數量不呈線性關係，或者不呈其它形式的確定化關係。這樣在實際檢測中，只能採取半定量的辦法，即在檢測區域內發現斷絲後，根據漏磁通幅值大小大概確定一個斷絲的範圍值，繼續掃查，若在下一處又發現斷絲，再確定一個範圍值，以此類推，在檢測區域內完成檢測後給出一個總的斷絲範圍。這種方法存在很大的誤差，很多時候只能對缺陷的判別起到參考作用。

找出合理的檢測方法和手段來獲取缺陷漏磁場信號，對缺陷尺寸進行定量評價，是目前鋼絲繩無損檢測中急需解決的問題。

（3）現行標準

目前我國關於在役鋼絲繩檢測的現行標準有：

GB/T 9075-2008《索道用鋼絲繩檢驗和報廢規範》

GB/T 5972-2016《起重機 鋼絲繩 保養、維護、檢驗和報廢》

MT/T 970-2005《鋼絲繩(纜)在線無損定量檢測方法和判定規則》

GB 6067.1-2010《起重機械安全規程 第1部分：總則》等

這些標準對於LMA型缺陷的要求基本是按照鋼絲繩的公稱直徑進行標定，按照各標準的要求進行LMA型缺陷測試時，只要標定好公稱直徑，按軸向掃查，測量檢測信號的變化量，以此對比是否在標準要求的範圍內。

對於LF型缺陷，各標準的要求差異較大。如MT/T 970-2005中對LF型缺陷沒有相應的技術要求。GB/T 9075-2008對於LF型缺陷的報廢要求只是針對目視能檢查的外層鋼絲，對於內層鋼絲沒有做具體的技術要求；而且還專門提到：不論採用哪種無損檢測法或目視法，在鋼絲繩相關長度內一個多處斷裂的鋼絲應算作一根斷絲。GB/T 5972-2016中規定了可見斷絲數達到或超過報廢的標準，對內層鋼絲沒有對應標準。

綜上所述，現行的標準對LMA型缺陷均做出了明確的要求。實際檢測中，發現採用無損檢測的手段進行鋼絲繩LMA型缺陷檢測的準確率比較高，對在役鋼絲繩是否需要報廢起到很好的指導作用。對於LF型缺陷，由於現有儀器不能完全滿足檢測要求，標準沒有明確的技術要求，我們在檢測中只能採用半定量的辦法提供一個斷絲的範圍值。

（4）LMA、LF型缺陷與鋼絲繩強度的關係

考核鋼絲繩是否合格需要進行直徑、不圓度、捻距、拆股鋼絲抗拉強度、彎曲、扭轉、整繩破斷拉力等試驗。其中最重要的項目就是整繩破斷拉力試驗。

檢測LMA、LF型缺陷的目的就是為了保證整繩強度達到使用的要求。目前標準規定的判廢依據都是經驗值，或是在實驗室理想狀態下的結論，與實際使用工況相比還存在一定的誤差。所以，對在役鋼絲繩進行無損檢測時，若發現LMA、LF型缺陷後再進行整繩破斷拉力試驗，測得其剩餘強度；通過收集大量數據後，找出LMA、LF型缺陷對鋼絲繩強度的影響，從而可以更好的判斷鋼絲繩的使用壽命。

節選自《無損檢測》2017年第39卷第6期

本文作者：吳澎，國家鋼絲繩產品質量監督檢驗中心高級工程師、碩士。

本文部分圖片來源自網路

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