發(fā)表期刊:《工程機械學報》
摘 要：研究了基于弱磁探傷的鋼絲繩無損檢測原理與技術(shù)，通過對國內(nèi)現(xiàn)有的鋼絲繩弱磁探傷儀進行試驗研究，展示了現(xiàn)有鋼絲繩弱磁探傷技術(shù)的優(yōu)勢和劣勢所在，并對存在的問題進行分析，針對問題提出了鋼絲繩弱磁探傷技術(shù)未來發(fā)展的方向。
關(guān)鍵詞：無損檢測;弱磁探傷;鋼絲繩
中圖分類號：TG 115.284 文獻表示嗎：A 文章編號：1672-5581(2009)01-0096-04
Nondestructive testing technology for wire ropes based
on weak magnetic flaw detection
TAO De-xin, AI Li-si-jia
(School of Logistics and Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430063,China)
Abstract: In this study, the principles and technologies of nondestructive testing are investigated for wire ropes using weak magnetic flaw detection. Through the experimental research on domestic nondeatructive flaw derectors, the strengths and weaknesses of existing weak magnetic flaw detection technologies are speculated. By analyzing the impacts on relevant technologies, the future directions are postulated with regard to problem-solving.
Key words: nondestructive testing; weak magnetic flaw detection; wire rope
鋼絲繩是工程中應用極為廣泛的l種撓性構(gòu)件。它具有強度高、自重輕、彈性好、工作平穩(wěn)可靠、承受動載和過載能力強以及在高速工作條件下運行和卷繞無噪聲等許多特點，在煤炭、冶金、交通、運輸、建筑、旅游等國民經(jīng)濟各主要行業(yè)和部門得到廣泛應用。起重機、礦井提升機貨運客運索道、電梯、斜拉橋、懸索橋、懸吊屋頂、船舶的固定纜繩、吊車等.都是應用鋼絲繩的實例。正像其他的工程構(gòu)件一樣，鋼絲繩在使用過程中也會發(fā)生疲勞、銹蝕磨損甚至斷裂等現(xiàn)象.這些都影響到鋼絲繩的安全使用，因而，對鋼絲繩的斷絲及磨損進行科學的定量檢測特別是在線監(jiān)控，是廣大鋼絲繩用戶的迫切愿望。
多年來，人們一直在探索鋼絲繩的損傷機理和檢測鋼絲繩缺陷的各種方法，而磁檢測法一直是檢測鋼鐵工件的首選方法[1]，也是目前被公認為最可靠的鋼絲繩檢測方法[2]。這一方法長期以來受到人們的重視，也是目前最為成熟的檢測方法.鋼絲繩絕大多數(shù)采用導磁性能良好的高碳鋼制成，很適合于利用電磁檢測法進行檢測;同時磁檢測法具有成本較低，易于實現(xiàn)等優(yōu)點，因而，目前實用的鋼絲繩技術(shù)和儀器幾乎都采用磁檢測法[3]。
現(xiàn)在國內(nèi)的鋼絲繩磁檢測法大致分成2種：強磁檢測法和弱磁檢測法。傳統(tǒng)強磁檢測的主要特點在于：傳感器靈敏度低，要求貼近鋼絲繩表面，檢測通過能力弱;強磁磁化強度強，對被測物體的磁場束縛力較大，因此，幾乎不可能用于在線監(jiān)測。而相比之下，弱磁檢測的主要優(yōu)勢在于：①弱磁檢測元件靈敏度極高[4]，檢測時傳感器與被測物體表面之間的間隙允許較大，最大可達30 mm。②由于是弱磁檢測，對被測物體的磁場束縛力小，可以實現(xiàn)時速為0～30 m·s-1下的檢測，已可以滿足一般起重機的提升速度，因此有希望實現(xiàn)在線監(jiān)控。
第1期 陶德馨，等;基于弱磁探傷的鋼絲繩無損檢測技術(shù) 97
1弱磁檢測的概念
1.1弱磁的基本概念
鋼絲繩是由優(yōu)質(zhì)鋼材制成單絲，再經(jīng)過多重捻制而組成的1種復雜結(jié)構(gòu)的鐵磁性柔性傳力、承載構(gòu)件，具有良好的導磁能力。圖l為典型的鋼絲繩磁化特性曲線和磁導率隨磁場強度變化曲線，圖中Hμm為磁導率μ取最大值時的磁場強度，B為磁感應強度。
當磁場強度大于Hμm時，屬于強磁檢測的范圍，此時材料的磁導率處于Pm點右側(cè)。在缺陷附近的局部區(qū)域中，通過該區(qū)域橫截面(垂直于磁化磁場方向)上的磁通量幾乎不變化，因斷口中的空氣隙的磁導遠小于材料磁導，一部分磁場將會繞過斷口從其附近的材料中通過，致使它們中的磁場強度升高，磁導率下降，從而通過斷口空氣隙外泄的漏磁通相對增大。
當磁場強度小于Hμm時，屬于弱磁檢測的范圍，此時材料的磁導率處于Pm點左側(cè)，隨缺陷附近的材料中磁場的增強，磁導率將增大，斷口處外泄的漏磁通相對減小。這時檢測傳感器的靈敏度和最小分辨力相應提高[5]。
1.2 弱磁的檢測原理
鋼絲繩被磁化后，在鋼絲繩內(nèi)部產(chǎn)生主磁感應強度Bz，在鋼絲繩表面產(chǎn)生主漏磁感應強度Bz1，Bz2與缺陷磁感應強度方向相反。傳感器對磁感應強度進行綜合處理時，用補償磁感應矢量Bb來抵消主漏磁感應強度Bz1.
檢測儀上某點傳感線圈捕捉到得磁感應強度矢量，是鋼絲繩外該點各種磁感應強度矢量沿軸向分量的矢量和，即
式中：Bs為傳感線圈捕捉到的磁感應強度;Bz1為主漏磁感應強度;Bb為補償磁感應強度;Bh為環(huán)境磁感應強度;By為偏移磁感應強度;Bd為斷絲漏磁感應強度;Bm為磨損漏磁感應強度;Bx為銹蝕漏磁感應強度;Bp為疲勞漏磁感應強度;Bˊb為變形漏磁感應強度;Bn為第n個磁感應強度矢量;Bi為任何缺陷磁感應強度。
試驗表明：傳感線圈的輸出信號U是Bs的函數(shù)，缺陷當量△S又是U的函數(shù)，可寫成式中：U為傳感線圈輸出的電壓信號;
所以可得 式中：△S為缺陷當量或損耗面積的百分比數(shù)[6];A為比例系數(shù)(由實驗所得);C為常數(shù)。這樣，鋼絲繩損傷點的面積損耗值△S就變成了場強Bi的函數(shù)。
2 弱磁檢測的準確性與穩(wěn)定性研究
近幾年，國內(nèi)的弱磁檢測技術(shù)有了一定的發(fā)展，也相繼出現(xiàn)了一些弱磁檢測的儀器。由于這是l種全新概念的檢測技術(shù)，弱磁檢測的準確性與穩(wěn)定性受到業(yè)內(nèi)人士的高度關(guān)注。本文選用了1種國內(nèi)較為先進的弱磁探傷儀作為檢測儀器，對國內(nèi)的弱磁檢測的準確性與穩(wěn)定性進行分析。試驗裝置如圖2。
98 中國工程機械學報 第7卷
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2.1 目視觀察的數(shù)據(jù)
首先，選取了l段長度為800 mm，直徑為28mm，外層鋼絲有較多明顯斷絲的舊鋼絲繩作為檢測繩段，并對其表層斷絲的位置和斷絲數(shù)進行了詳細的測量和記錄，如圖3。
其中，6處的具體斷絲數(shù)如下：l處為1根斷絲;2處為l根斷絲;3處為3根斷絲;4處為2根斷絲;5處為12根斷絲;6處為l根斷絲損傷最嚴重是第5處，外層有12根斷絲，實際情況見圖4。
2.2 儀器檢測數(shù)據(jù)
為確保數(shù)據(jù)的重復性和準確性，筆者用弱磁探傷儀對選取段鋼絲繩進行了近百次的檢測。選出最具代表性的3組數(shù)據(jù)來進行對比分析，見圖5。
2.3 試驗研究結(jié)果的初步分析
將圖3的人工肉眼觀察結(jié)果和圖5的弱磁探傷儀檢測結(jié)果進行對比之后，可以得出以下幾個結(jié)論：
(1)對肉眼可見的6處斷絲，該弱磁探傷儀檢測到位置信號的準確性和穩(wěn)定性較好。
(2)對于斷絲較為集中、損傷較大的位置，弱磁探傷儀反應較靈敏，重復性、準確性和穩(wěn)定性都較好，如420mm處的l2根斷絲，探傷儀的檢測波形比較穩(wěn)定。
(3)對于一些零散的斷絲、量值不大的損傷，弱磁探傷儀的檢測就不夠穩(wěn)定，如380mm及630mm附近幾組檢測數(shù)據(jù)的波形有出入，重復性、準確性和穩(wěn)定性都有待提高。
3 結(jié)論與展望
從上面的實驗結(jié)果，可以看出國內(nèi)現(xiàn)有的鋼絲繩弱磁檢測技術(shù)取得了較大的發(fā)展，能很好檢測出大量值的損傷，但同時也存在著一些問題。為了很好地完善現(xiàn)有的弱磁檢測技術(shù)體系，更好地實現(xiàn)在線監(jiān)測，還應該著重解決以下幾個問題：
(1)提高弱磁探傷儀的抗干擾能力，提高探傷儀對小量值損傷的識別能力。
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(2)建立合理的檢測信號反演機制，更好地反映鋼絲繩損傷的真實情況，為實現(xiàn)在線監(jiān)測提供理論依據(jù)。
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