湯元會(huì) 陜西省計(jì)量科學(xué)研究院，陜西 西安 710052

鋼絲繩無損校準(zhǔn)方法

湯元會(huì) 陜西省計(jì)量科學(xué)研究院，陜西 西安 710052

針對(duì)鋼絲繩測試儀尚無有效校準(zhǔn)方法的現(xiàn)狀，本文在對(duì)其工作原理和設(shè)備類型分析的基礎(chǔ)上，初步提出基于標(biāo)準(zhǔn)鋼絲繩的校準(zhǔn)方法和流程。

鋼絲繩測試儀；校準(zhǔn)；LMA；LF

1 鋼絲繩測試儀的校準(zhǔn)現(xiàn)狀

鋼絲繩（鋼纜）測試儀是用于檢驗(yàn)和測試鋼絲繩（鋼纜）缺陷的儀器，被廣泛應(yīng)用于安檢部門、企業(yè)自檢部門和鋼絲繩生產(chǎn)企業(yè)。目前社會(huì)上鋼絲繩的檢測工作由質(zhì)監(jiān)局下屬的特種設(shè)備質(zhì)量安全監(jiān)督檢測中心負(fù)責(zé)完成，每年均須定期進(jìn)行檢驗(yàn)。但這些部門所使用的鋼絲繩測試儀沒有有效的校準(zhǔn)方法，也就是說，鋼絲繩測試儀測試結(jié)果是否準(zhǔn)確或誤差大小無法標(biāo)定。雖然目前一般特檢部門也把鋼絲繩測試儀送到有關(guān)技術(shù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行測量，但對(duì)其主要指標(biāo)，如鋼絲繩磨損程度、斷頭數(shù)量等無法進(jìn)行校準(zhǔn)。

2 鋼絲繩測試儀的檢測原理

目前鋼絲繩的結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜，性能越來越好，制造工藝也越來越先進(jìn)，其缺陷狀態(tài)也表現(xiàn)為多樣性和復(fù)雜性，增加了損傷檢測的技術(shù)難度。根據(jù)查詢結(jié)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(shí)際檢測使用要求。但是相對(duì)而言，國內(nèi)外現(xiàn)階段公認(rèn)的最可靠、最實(shí)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(dāng)鋼絲繩通過這一磁化磁場時(shí)，一旦鋼絲繩中存在缺陷，則會(huì)在鋼絲繩表面產(chǎn)生漏磁場，或者引起磁化鋼絲繩磁路內(nèi)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(guān)鋼絲繩缺陷的信息，將其經(jīng)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(jié)果。

鋼絲繩電磁檢測方法已經(jīng)發(fā)展了近100年，有兩種檢測方法已經(jīng)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(duì)比較測量方法，用儀器測出一個(gè)參考點(diǎn)，即可以代表金屬最大橫截面的點(diǎn)，用被測點(diǎn)與之比較即可。它能定量檢測鋼絲繩內(nèi)、外部LMA類缺陷惡化所產(chǎn)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(xù)的缺陷點(diǎn)，比如繩上的斷裂點(diǎn)、銹蝕點(diǎn)、磨損槽以及在其它的物理?xiàng)l件下造成的能降低鋼絲繩整體性能的局部變化，可對(duì)內(nèi)、外部局部缺陷進(jìn)行定位檢測。

3 鋼絲繩測試儀的操作原則

根據(jù)鋼絲繩檢測儀結(jié)構(gòu)和原理的差異，主要可以分為三種。

3.1 交流電磁設(shè)備：基于變壓器主、副線圈電壓比與其鐵芯磁導(dǎo)率有關(guān)的原理工作。這種儀器將主、副線圈繞在鋼絲繩上構(gòu)成變壓器，鋼絲繩相當(dāng)于變壓器的鐵芯，主（勵(lì)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(duì)工頻的抗干擾能力，為防止集膚效應(yīng)，出現(xiàn)對(duì)鋼絲繩內(nèi)部不易測量的問題，故交流電的頻率不宜過高。副（感應(yīng)）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(huì)表現(xiàn)為副線圈上電壓的變化（幅值或相位）該電磁設(shè)備工作在一個(gè)相對(duì)來說較低的磁場強(qiáng)度下，因此，有必要在檢測鋼絲繩之前將其完全退磁，此種設(shè)備主要用于檢測金屬橫截面變化。

3.2 直流和永磁（磁通）設(shè)備：采用直流或永久磁鐵提供一個(gè)恒定的磁場，當(dāng)一段鋼絲繩通過探頭（磁路）時(shí)被磁化，繩上沿軸向的全部磁通量可以由以下設(shè)備測出：霍爾效應(yīng)傳感器、環(huán)形（感應(yīng)）線圈以及其他可以在恒定磁場中測量絕對(duì)磁場及其變化的合適設(shè)備，傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過電子處理，其輸出電壓同磁路影響范圍內(nèi)含鐵量或者金屬橫截面變化成比例關(guān)系，此種設(shè)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(duì)于儀器校準(zhǔn)參考點(diǎn)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(shè)備（如圖1），用于當(dāng)鋼絲繩通過探頭（磁路）時(shí)磁化一段鋼絲繩，繩上的突變，如斷絲將會(huì)引起磁通泄漏，可以通過霍爾傳感器、感應(yīng)線圈或者其它合適的設(shè)備檢測到，傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)電路處理后記錄下來，此種設(shè)備用于檢測局部損傷信號(hào)（LFs），當(dāng)傳感器檢測到的信息在數(shù)量上并不是偶然缺損值，那么就可以得出可靠的結(jié)論：鋼絲繩中存在斷絲、內(nèi)部銹蝕或者鋼絲存在磨損現(xiàn)象。

圖1 斷絲產(chǎn)生的磁通泄漏示意圖

4 鋼絲繩測試儀校準(zhǔn)方法探討

本部分就如何對(duì)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(jìn)行校準(zhǔn)提出初步的構(gòu)想，包括采用的標(biāo)準(zhǔn)裝置和校準(zhǔn)過程。

4.1 標(biāo)準(zhǔn)鋼絲繩

對(duì)鋼絲繩測試儀的校準(zhǔn)采用標(biāo)準(zhǔn)鋼絲繩法。依據(jù)鋼絲繩參考標(biāo)準(zhǔn)，制定不同型號(hào)、尺寸以及人造缺陷位置數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)鋼絲繩。標(biāo)準(zhǔn)鋼絲繩要適用于檢測，應(yīng)保證鋼絲繩足夠長以達(dá)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(yīng)。

標(biāo)準(zhǔn)繩上的人造缺陷應(yīng)包括移動(dòng)，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(yīng)有30英寸（762mm）的間隔。在斷口和繩端間至少應(yīng)有1.2m的間隔。所有鋼絲的端部應(yīng)平直且與鋼絲垂直。

4.2 校準(zhǔn)過程

4.2.1 記錄客戶名稱、校準(zhǔn)日期、儀器序號(hào)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(biāo)準(zhǔn)鋼絲繩；

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

4.2.5 使標(biāo)準(zhǔn)鋼絲繩大致穿過探頭中央，根據(jù)事先定義好的鋼絲繩上的參考點(diǎn)確定探頭的位置；

4.2.6 應(yīng)按步驟調(diào)整儀器，在開始檢測之前通過插入已知橫截?cái)嗝娴蔫F磁性鋼絲或鋼絲繩來調(diào)整靈敏度，產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)應(yīng)永久記錄以備以后的參考；

4.2.7 使標(biāo)準(zhǔn)鋼絲繩絲以實(shí)際檢測速度通過探傷儀，記錄其相關(guān)信號(hào)以備分析使用；

4.2.8 將標(biāo)準(zhǔn)鋼絲繩的信息與測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，得出校準(zhǔn)結(jié)論；

5 結(jié)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(zhǔn)確性高。鋼絲繩測試儀的檢測精度對(duì)于鋼絲繩的安全狀況評(píng)估極其重要,需要對(duì)其進(jìn)行規(guī)范化評(píng)估。其意義不僅在于有益于檢測儀器市場的規(guī)范化,而且對(duì)鋼絲繩無損檢測技術(shù)的發(fā)展具有指導(dǎo)性作用,可以為儀器的研究和制作提供可靠的依據(jù)。

[1]ASTM E1571 —2001 Standard Practice for Electro-magnetic Examination of Ferromagnetic Steel Wire Rope[S].ASTM, 2001

[2]賈社民.關(guān)于鋼絲繩電磁檢測和強(qiáng)度評(píng)估的一些看法[J].無損檢測,2002,22 (12):522～525

[3]陳厚桂,何利勇,康宜華,等.鋼絲繩斷絲檢測儀器評(píng)估中標(biāo)樣制作方法研究[J].計(jì)量學(xué)報(bào),2007,28 (2) :150～153

[4]楊叔子,康宜華,等.鋼絲繩斷絲定量檢測原理與技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出版社,1995

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.22.058