俞敏波 李國勇 朱志華 汪立鋒

（國家電力器材產(chǎn)品安全性能質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，浙江 杭州310015）

0 引言

鋼絲繩是各行各業(yè)施工機(jī)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(shè)備安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，某省在某年的工業(yè)生產(chǎn)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(shí)拉線斷裂造成數(shù)座鐵塔折彎、覆倒，經(jīng)查看事故現(xiàn)場，發(fā)現(xiàn)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(zhì)量和安全，合理有效地開展有針對(duì)性的鋼絲繩預(yù)防性試驗(yàn)，是值得管理人員進(jìn)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(yù)防性無損檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作過程等，對(duì)開展長距離鋼絲繩預(yù)防性無損檢測具有一定的指導(dǎo)作用。

1 鋼絲繩的使用和檢測現(xiàn)狀

鋼絲繩在不同的使用場合，其選用的規(guī)格和類型也不盡相同。在發(fā)電廠，鋼絲繩主要用于起吊重物，長度一般在20m之內(nèi)，且直徑較粗；在電力線路施工中，牽張?jiān)O(shè)備所使用的鋼絲繩長度一般長達(dá)100～1000m。在進(jìn)行線路施工時(shí)，由于野外露天作業(yè)，氣候環(huán)境惡劣，承載高負(fù)荷張力牽引的鋼絲繩極易出現(xiàn)表層磨損、斷絲、內(nèi)層銹蝕等缺陷。若對(duì)鋼絲繩受損情況不明確而繼續(xù)使用，則存在極大的安全隱患，因此，施工中對(duì)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(jù)DL5009.2—2004《電力建設(shè)安全工作規(guī)程 第2部分：架空電力線路》［1］和 GB／T5972—2006《起重機(jī)用鋼絲繩檢驗(yàn)和報(bào)廢實(shí)用規(guī)范》［2］，對(duì)工程用鋼絲繩規(guī)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(fā)現(xiàn)外部缺陷。

（2）內(nèi)部檢驗(yàn)每月一次。對(duì)一段張力為0的連續(xù)鋼絲繩作內(nèi)部檢驗(yàn)的方法；對(duì)一段張力為0的靠近繩端裝置的鋼絲繩尾部作內(nèi)部檢驗(yàn)的方法。

（3）預(yù)防性試驗(yàn)每年一次。預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目為靜負(fù)荷試驗(yàn)，以2倍允許工作荷載進(jìn)行10min的靜力試驗(yàn)，若鋼絲繩無破損、新增斷絲、局部變細(xì)等現(xiàn)象為合格。

目前對(duì)鋼絲繩預(yù)防性檢測常用的方法是外觀檢查和靜負(fù)荷試驗(yàn)［3］。對(duì)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(fèi)力費(fèi)時(shí)，且無任何數(shù)據(jù)可依，只能發(fā)現(xiàn)鋼絲繩的外部缺陷，對(duì)于內(nèi)部的銹蝕斷絲無能為力。靜負(fù)荷試驗(yàn)方法則比較簡單、方便和直觀，但由于受試驗(yàn)機(jī)長度的限制，一般只適用于長度較短的鋼絲繩，對(duì)于各種類型的長距離鋼絲繩則難以實(shí)施［4］。

因此，大部分企業(yè)采用定期更換鋼絲繩的方法，依據(jù)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(shí)際狀況如何均實(shí)行更換，因此存在很大的浪費(fèi)。所以，為了科學(xué)、準(zhǔn)確地檢測出鋼絲繩的受損情況，有必要研發(fā)鋼絲繩預(yù)防性無損檢測系統(tǒng)。

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(xù)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(tài)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(qū)域中材料（質(zhì)量）缺損的相對(duì)度量，用儀器進(jìn)行檢測，并通過比較檢測點(diǎn)與鋼絲繩上象征最大金屬橫截面積的基準(zhǔn)點(diǎn)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(duì)鋼絲繩進(jìn)行磁化，鋼絲繩截面積和非連續(xù)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(dǎo)率與鋼絲繩完好部位的磁導(dǎo)率不同。由于磁感應(yīng)線的連續(xù)性，在截面積減小處磁感應(yīng)線發(fā)生扭曲向外泄漏，產(chǎn)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(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，用位移傳感器采集位置信號(hào)。通過對(duì)這些信號(hào)的標(biāo)定、分析，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，利用模型進(jìn)行反演，即可計(jì)算出截面積變化的大小和部位，從而獲得鋼絲繩內(nèi)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(zhǔn)的不同可分為比較測定法和即時(shí)測定法。1）比較測定法。鋼絲繩在投入使用前，測取無損傷時(shí)的數(shù)據(jù)并予以記錄保留，在使用過程中通過定期檢測鋼絲繩的數(shù)據(jù)，并與無損時(shí)測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來確定鋼絲繩變化狀態(tài)和損傷發(fā)展速度。2）即時(shí)測定法。即時(shí)測定法是將在使用中的鋼絲繩實(shí)際測量的數(shù)據(jù)與鋼絲繩設(shè)計(jì)參數(shù)中的理論數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)的數(shù)據(jù)，只能用即時(shí)測定法。

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

3 鋼絲繩預(yù)防性無損檢測系統(tǒng)

基于上述鋼絲繩無損檢測的原理和方法，研制了可應(yīng)用于工程實(shí)際的鋼絲繩預(yù)防性無損檢測系統(tǒng)。

3.1 鋼絲繩預(yù)防性無損檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

鋼絲繩預(yù)防性無損檢測系統(tǒng)是一臺(tái)多功能試驗(yàn)機(jī)，在實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絲繩無損檢測的同時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絲繩進(jìn)行去污和卷繞回收等功能。系統(tǒng)主要包括放線機(jī)構(gòu)、清洗機(jī)、無損檢測平臺(tái)、導(dǎo)向機(jī)、牽引回收機(jī)等，如圖2所示。

圖2 鋼絲繩預(yù)防性無損檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

鋼絲繩預(yù)防性無損檢測系統(tǒng)各部分的功能如下：

（1）放線機(jī)構(gòu)：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(zhuǎn)。

（2）清洗機(jī)：鋼絲繩經(jīng)過清洗機(jī)的鋼絲刷，鋼絲刷在電機(jī)的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，起到了對(duì)鋼絲繩去污的效果。

（3）無損檢測平臺(tái)：本系統(tǒng)有2組無損檢測平臺(tái)，一組用于對(duì)鋼絲繩進(jìn)行磁化，一組用于對(duì)已磁化的鋼絲繩進(jìn)行檢測，根據(jù)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(tái)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(dǎo)向輪，可以有效地消除鋼絲繩的晃動(dòng)，能阻擋大缺陷的鋼絲繩從儀器中經(jīng)過。

（4）導(dǎo)向機(jī)：防止鋼絲繩隨意擺動(dòng)，便于鋼絲繩探傷檢測，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)輪可以調(diào)整被檢鋼絲繩的預(yù)緊力。

（5）牽引回收機(jī)：牽引鋼絲繩卷繞的動(dòng)力輸出裝置，并使鋼絲繩有序地卷盤。

3.2 鋼絲繩預(yù)防性無損檢測系統(tǒng)工作過程

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

（1）將鋼絲繩一端穿過清洗機(jī)的導(dǎo)向槽及鋼絲刷，穿過2檢測平臺(tái)的導(dǎo)向輪，再穿過導(dǎo)向機(jī)的導(dǎo)向槽，固定在卷盤機(jī)構(gòu)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(nèi)孔穿過。啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，邊加磁邊進(jìn)行檢測。

（2）將鋼絲繩一端穿過清洗機(jī)的導(dǎo)向槽及鋼絲刷，穿過加磁檢測平臺(tái)的導(dǎo)向輪，再穿過導(dǎo)向機(jī)的導(dǎo)向槽，固定在卷盤機(jī)構(gòu)的絞盤上，最后固定鋼絲繩加磁儀，使鋼絲繩從加磁儀的內(nèi)孔穿過。啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，讓鋼絲繩從放線機(jī)構(gòu)的絞盤卷繞至回收絞盤上，釋放完畢即上磁完畢。將放線機(jī)構(gòu)的絞盤與回收絞盤對(duì)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(dòng)試驗(yàn)機(jī)，對(duì)鋼絲繩進(jìn)行探傷。

4 結(jié)語

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

（1）鋼絲繩預(yù)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(xué)性質(zhì)（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(duì)于儀器校準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)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(xì)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(xué)性質(zhì)引起的退化不易辨別，當(dāng)鋼絲繩是否報(bào)廢是基于斷絲增加的百分率時(shí)，在檢測發(fā)現(xiàn)有斷絲后，應(yīng)增加檢測的次數(shù)。

［1］DL5009.2—2004 電力建設(shè)安全工作規(guī)程 第2部分：架空電力線路［S］

［2］GB／T5972—2006 起重機(jī)用鋼絲繩檢驗(yàn)和報(bào)廢實(shí)用規(guī)范［S］

［3］虹云，俞成彪，李瑞.電力安全工器具及小型施工機(jī)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(jī)具預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)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(xiàn)狀［J］.無損檢測 ，2005（2）