钢丝绳电磁无损检测和强度评估

钢丝绳电磁无损检测和强度评估(Viewpoints of electromagnetic nondestructive wire rope tests and strength estimates)
摘要：
电磁（简称EM）无损钢丝绳检测(2,3)对于使用钢丝绳的用户来说是一种可靠，而且是十分有价值的钢丝绳损伤检测方法。

最新技术水平的EM检测设备更容易操作，检测的结果直观明了，分析简单。

其可靠性已被矿山和索道等许多其它领域所普遍接受和认可应用。

另一方面由于原有的一些不切实际的法规又严重影响了EM检测的应用。

基于一些简单和错误的假设，这些非强制标准是以钢丝绳破断强度损失（简称LBS）(1)作为绳公式化报废的依据。

庆幸的是一种更好理解而且更易于检测的方法（LMA）(2，4)已经出现。

Electromagnetic(EM)nondestructive wire rope tests are valuable and reliable inspection for a wide variety of users. State-of-the-art EM rope inspection equipment is easy to operate. The instrumentation generates test results that are clear and easy to interpret. Its reliability has made EM inspection a universally accepted method for the inspection of wire ropes in mining ,for ropeway ,and for many other applications.On the other hand , unrealistic regulations have seriously hampered the use of EM inspections.Based on some simplistic—and wrong—assumptions , these unenforce-able standards use loss of wire rope breaking strength(LBS) to formulate retirement criteria. Fortunately, a better und-erstanding and method (LMA) of EM wire rope inspection have appeared.
主题词：电磁检测（Electromagnetic tests），强度评估（Strength estimates）, 钢丝绳破断强度损失（Loss of wire rope breaking strength简称LBS）。

前言：
当施加在一根钢丝绳上的拉力超过了绳的破断强度时，这根钢丝绳就会被拉断。

钢丝绳根据它的使用环境和操作条件在它的使用寿命期内伴随其结构的各种退化而恶化。

这意味着它的破断强度将最终减到无法承受的使用负荷而断绳。

这也正是钢丝绳报废标准所定义的钢丝绳最大允许破断强度损失。

钢丝绳报废标准仅仅是基于在钢丝绳的整个使用寿命期内其破断强度是单调减少直到低于使用负载而断绳。

然而实际情况是钢丝绳在其使用寿命期内LBS变化很小或没有变化。

而仅在其寿命末期才损失破断强度。

当其破段强度以很快的速率减少，并引起了LBS显著减少，那么这根绳就不再适合使用。

正如前述所讨论的LBS在钢丝绳安全测量中几乎是无用的，甚至是危险的。

再加上破断强度评估的无损检测方法不存在，因此LBS不适合用在钢丝绳报废标准中。

应用破断强度评估的法规
早在几十年前就在北美强制执行，结果在钢丝绳界产生了混乱。

事实是最近的研究表明现有的仪器没有一家能有有效的精度测量破断强度损失。

由于要求用LBS评估，但又没有提供合理的方法。

因此一些检验服务部门或企业就迷惑用户自称仪器能确定LBS。

下面就是一个很典型的例子(1)。

一条使用了55个月共计67000多次往复循环的矿井提升钢丝绳被报废。

一家钢丝绳检验服务商用电磁探伤检测该绳最大横截面损失LMA是7.2%，绳报废后对应测径器测量钢丝截面损失是8.4%~10.1%。

这和LMA测量有些一致，随后做了张力破断试验其破断强度显示的结果和该绳在新绳条件下基本一样稍微有一些增加。

另一方面这家检验服务商用专有的公式计算给出的LBS是9.5%。

由上面的例子可以看出绳报废后拉断试验既不适合确定钢丝绳的状态、状况，也不适合建立钢丝绳EM检测的精度。

那么什么是钢丝绳合理的报废呢？
一、关于钢丝绳的退化和钢丝绳EM检测：
以下是几种对钢丝绳安全使用有影响的钢丝绳恶化形式：
* 金属横截面损失（LMA），恶化形式包括腐蚀（生锈）和磨损；
* 局部缺陷（LF）(2, 3, 4)，缺陷类型包括断丝、腐蚀坑和窝丝；
* 结构缺陷（SF）(1)，正常绳结构的畸变。

所谓正常绳结构就是钢丝绳中的钢丝彼此有效接触。

典型绳结构缺陷包括松丝、腐蚀、变形、机械损伤等。

钢丝绳外部和内部的腐蚀和磨损减低了钢丝的强度，最终将导致断丝受钢丝绳张力的拉伸影响，断丝将被拉松。

这种结构缺陷是危险的。

另外外部松丝将不承受载荷，而其它的内部丝要承受不均衡的负载，这可能导致还没有发现外部损伤的迹象就断了。

此外松丝使潮气更容易侵入内部腐蚀钢丝进而松弛和腐蚀外部丝，有时用手就可拨动这表明绳很危险。

因此连续使用松丝的钢丝绳是危险的。

润滑程度的恶化，内部丝刻痕和腐蚀影响了丝与丝以及绳股之间的磨擦力，这产生了附加应力。

因此这些类型的恶化阻碍了丝的自由运动，这将逐步产生疲劳断丝。

由此也将润滑恶化、内部丝刻痕和腐蚀坑归为结构缺陷SF范畴。

绳的恶化可能同时具有几种缺陷类型。

例如：腐蚀和磨损可能属于LMA类型和SF类型，同时也可能属于LF类型。

钢丝绳EM检测方法已经发展了近100年(3)。

两种不同和独特的检测方法已经被推荐作为钢丝绳缺陷的检测和分类。

金属横截面损失检测法（LMA检测法），它能定量检测钢丝绳内、外部LMA类缺陷恶化所产生的金属横截面积损失。

局部缺陷检测法（LF检测法），是对LF类内、外部缺陷进行定位检测。

无损检测方法对结构类缺陷的检测不可靠。

腐蚀、断丝、变形、内部丝刻痕和磨损用LMA和LF
法可以检测。

然而松丝用传统的EM检测法和视觉方法是很难检查的。

表面松丝可以用小锤敲击的方法来确定。

二、一些概念的定义及其关系式：(1)
* 破断强度（Sb）：一根绳或钢丝所能承受的最大的破断载荷。

* 总强度（Sa）：一根钢丝绳所有丝的破断强度总和。

* 钢丝绳效率（η）：钢丝绳的破断强度除总强度所得的系数。

即：η= Sb/Sa (1)
钢丝绳效率通常依赖绳的结构和其他因素，通常在70%-90%。

* 破断强度损失（LBS）
LBS= Sbnew(1- Sb/Sbnew) (2)
其中Sbnew表示新绳条件下的Sb
* 破断强度损失百分比（%LBS）
%LBS= Sbnew(1- Sb/Sbnew)×100 (3)
* 总强度损失（LAS）
LAS= Sanew(1- Sa/Sanew) (4)
其中Sanew表示新绳条件下的Sa
* 总强度损失百分比（%LAS）
%LAS= Sanew(1- Sa/Sanew)×100 (5)
一根绳在它的使用寿命中，绳的效率和破断强度将经历显著的变化，因此特别在绳服役期间绳的效率和破断强度可能还会略微增加。

如图1所示是一个润滑非常良好的理想的钢丝绳。

由于润滑良好的绳中丝与丝之间没有张力传递，所以绳中每一根丝将均承受着均布的张力fL。

而在绳中钢丝上任一点沿绳轴向的分力fa的大小与钢丝与绳的轴向倾角（θ或负载角）有关。

轴向fa 轴向fa
钢丝方向钢丝方向fL
1
径向fr
图1 图2
(注：图中Ir表示径向载荷，Ia表示轴向载荷；fr表示径向张力，fa表示轴向张力。

)。