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　　摘 要：研究了基于弱磁探傷的鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)原理與技術(shù)，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的鋼絲繩弱磁探傷儀進(jìn)行試驗(yàn)研究，展示了現(xiàn)有鋼絲繩弱磁探傷技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)所在，并對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，針對(duì)問(wèn)題提出了鋼絲繩弱磁探傷技術(shù)未來(lái)發(fā)展的方向。

　　關(guān)鍵詞：無(wú)損檢測(cè);弱磁探傷;鋼絲繩

　　中圖分類號(hào)：TG 115.284 文獻(xiàn)表示嗎：A 文章編號(hào)：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(yīng)用極為廣泛的l種撓性構(gòu)件。它具有強(qiáng)度高、自重輕、彈性好、工作平穩(wěn)可靠、承受動(dòng)載和過(guò)載能力強(qiáng)以及在高速工作條件下運(yùn)行和卷繞無(wú)噪聲等許多特點(diǎn)，在煤炭、冶金、交通、運(yùn)輸、建筑、旅游等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各主要行業(yè)和部門得到廣泛應(yīng)用。起重機(jī)、礦井提升機(jī)貨運(yùn)客運(yùn)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(yīng)用鋼絲繩的實(shí)例。正像其他的工程構(gòu)件一樣，鋼絲繩在使用過(guò)程中也會(huì)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(duì)鋼絲繩的斷絲及磨損進(jìn)行科學(xué)的定量檢測(cè)特別是在線監(jiān)控，是廣大鋼絲繩用戶的迫切愿望。

　　多年來(lái)，人們一直在探索鋼絲繩的損傷機(jī)理和檢測(cè)鋼絲繩缺陷的各種方法，而磁檢測(cè)法一直是檢測(cè)鋼鐵工件的首選方法[1]，也是目前被公認(rèn)為最可靠的鋼絲繩檢測(cè)方法[2]。這一方法長(zhǎng)期以來(lái)受到人們的重視，也是目前最為成熟的檢測(cè)方法.鋼絲繩絕大多數(shù)采用導(dǎo)磁性能良好的高碳鋼制成，很適合于利用電磁檢測(cè)法進(jìn)行檢測(cè);同時(shí)磁檢測(cè)法具有成本較低，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，因而，目前實(shí)用的鋼絲繩技術(shù)和儀器幾乎都采用磁檢測(cè)法[3]。

　　現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的鋼絲繩磁檢測(cè)法大致分成2種：強(qiáng)磁檢測(cè)法和弱磁檢測(cè)法。傳統(tǒng)強(qiáng)磁檢測(cè)的主要特點(diǎn)在于：傳感器靈敏度低，要求貼近鋼絲繩表面，檢測(cè)通過(guò)能力弱;強(qiáng)磁磁化強(qiáng)度強(qiáng)，對(duì)被測(cè)物體的磁場(chǎng)束縛力較大，因此，幾乎不可能用于在線監(jiān)測(cè)。而相比之下，弱磁檢測(cè)的主要優(yōu)勢(shì)在于：①弱磁檢測(cè)元件靈敏度極高[4]，檢測(cè)時(shí)傳感器與被測(cè)物體表面之間的間隙允許較大，最大可達(dá)30 mm。②由于是弱磁檢測(cè)，對(duì)被測(cè)物體的磁場(chǎng)束縛力小，可以實(shí)現(xiàn)時(shí)速為0～30 m·s-1下的檢測(cè)，已可以滿足一般起重機(jī)的提升速度，因此有希望實(shí)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(wú)損檢測(cè)技術(shù) 97

　　1弱磁檢測(cè)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(guò)多重捻制而組成的1種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鐵磁性柔性傳力、承載構(gòu)件，具有良好的導(dǎo)磁能力。圖l為典型的鋼絲繩磁化特性曲線和磁導(dǎo)率隨磁場(chǎng)強(qiáng)度變化曲線，圖中Hμm為磁導(dǎo)率μ取最大值時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度。

　　當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度大于Hμm時(shí)，屬于強(qiáng)磁檢測(cè)的范圍，此時(shí)材料的磁導(dǎo)率處于Pm點(diǎn)右側(cè)。在缺陷附近的局部區(qū)域中，通過(guò)該區(qū)域橫截面(垂直于磁化磁場(chǎng)方向)上的磁通量幾乎不變化，因斷口中的空氣隙的磁導(dǎo)遠(yuǎn)小于材料磁導(dǎo)，一部分磁場(chǎng)將會(huì)繞過(guò)斷口從其附近的材料中通過(guò)，致使它們中的磁場(chǎng)強(qiáng)度升高，磁導(dǎo)率下降，從而通過(guò)斷口空氣隙外泄的漏磁通相對(duì)增大。

　　當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度小于Hμm時(shí)，屬于弱磁檢測(cè)的范圍，此時(shí)材料的磁導(dǎo)率處于Pm點(diǎn)左側(cè)，隨缺陷附近的材料中磁場(chǎng)的增強(qiáng)，磁導(dǎo)率將增大，斷口處外泄的漏磁通相對(duì)減小。這時(shí)檢測(cè)傳感器的靈敏度和最小分辨力相應(yīng)提高[5]。

　　1.2 弱磁的檢測(cè)原理

　　鋼絲繩被磁化后，在鋼絲繩內(nèi)部產(chǎn)生主磁感應(yīng)強(qiáng)度Bz，在鋼絲繩表面產(chǎn)生主漏磁感應(yīng)強(qiáng)度Bz1，Bz2與缺陷磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反。傳感器對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行綜合處理時(shí)，用補(bǔ)償磁感應(yīng)矢量Bb來(lái)抵消主漏磁感應(yīng)強(qiáng)度Bz1.

　　檢測(cè)儀上某點(diǎn)傳感線圈捕捉到得磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量，是鋼絲繩外該點(diǎn)各種磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)度;Bz1為主漏磁感應(yīng)強(qiáng)度;Bb為補(bǔ)償磁感應(yīng)強(qiáng)度;Bh為環(huán)境磁感應(yīng)強(qiáng)度;By為偏移磁感應(yīng)強(qiáng)度;Bd為斷絲漏磁感應(yīng)強(qiáng)度;Bm為磨損漏磁感應(yīng)強(qiáng)度;Bx為銹蝕漏磁感應(yīng)強(qiáng)度;Bp為疲勞漏磁感應(yīng)強(qiáng)度;Bˊb為變形漏磁感應(yīng)強(qiáng)度;Bn為第n個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量;Bi為任何缺陷磁感應(yīng)強(qiáng)度。

　　試驗(yàn)表明：傳感線圈的輸出信號(hào)U是Bs的函數(shù)，缺陷當(dāng)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(hào);

　　所以可得 式中：△S為缺陷當(dāng)量或損耗面積的百分比數(shù)[6];A為比例系數(shù)(由實(shí)驗(yàn)所得);C為常數(shù)。這樣，鋼絲繩損傷點(diǎn)的面積損耗值△S就變成了場(chǎng)強(qiáng)Bi的函數(shù)。

　　2 弱磁檢測(cè)的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性研究

　　近幾年，國(guó)內(nèi)的弱磁檢測(cè)技術(shù)有了一定的發(fā)展，也相繼出現(xiàn)了一些弱磁檢測(cè)的儀器。由于這是l種全新概念的檢測(cè)技術(shù)，弱磁檢測(cè)的準(zhǔn)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(guó)內(nèi)較為先進(jìn)的弱磁探傷儀作為檢測(cè)儀器，對(duì)國(guó)內(nèi)的弱磁檢測(cè)的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性進(jìn)行分析。試驗(yàn)裝置如圖2。

　　98 中國(guó)工程機(jī)械學(xué)報(bào) 第7卷

　　2.1 目視觀察的數(shù)據(jù)

　　首先，選取了l段長(zhǎng)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(cè)繩段，并對(duì)其表層斷絲的位置和斷絲數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)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(yán)重是第5處，外層有12根斷絲，實(shí)際情況見(jiàn)圖4。

　　2.2 儀器檢測(cè)數(shù)據(jù)

　　為確保數(shù)據(jù)的重復(fù)性和準(zhǔn)確性，筆者用弱磁探傷儀對(duì)選取段鋼絲繩進(jìn)行了近百次的檢測(cè)。選出最具代表性的3組數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行對(duì)比分析，見(jiàn)圖5。

　　2.3 試驗(yàn)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(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比之后，可以得出以下幾個(gè)結(jié)論：

　　(1)對(duì)肉眼可見(jiàn)的6處斷絲，該弱磁探傷儀檢測(cè)到位置信號(hào)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性較好。

　　(2)對(duì)于斷絲較為集中、損傷較大的位置，弱磁探傷儀反應(yīng)較靈敏，重復(fù)性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性都較好，如420mm處的l2根斷絲，探傷儀的檢測(cè)波形比較穩(wěn)定。

　　(3)對(duì)于一些零散的斷絲、量值不大的損傷，弱磁探傷儀的檢測(cè)就不夠穩(wěn)定，如380mm及630mm附近幾組檢測(cè)數(shù)據(jù)的波形有出入，重復(fù)性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性都有待提高。

　　3 結(jié)論與展望

　　從上面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以看出國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的鋼絲繩弱磁檢測(cè)技術(shù)取得了較大的發(fā)展，能很好檢測(cè)出大量值的損傷，但同時(shí)也存在著一些問(wèn)題。為了很好地完善現(xiàn)有的弱磁檢測(cè)技術(shù)體系，更好地實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，還應(yīng)該著重解決以下幾個(gè)問(wèn)題：

　　(1)提高弱磁探傷儀的抗干擾能力，提高探傷儀對(duì)小量值損傷的識(shí)別能力。

　　第1期 陶德馨，等;基于弱磁探傷的鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)技術(shù) 99

　　(2)建立合理的檢測(cè)信號(hào)反演機(jī)制，更好地反映鋼絲繩損傷的真實(shí)情況，為實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)提供理論依據(jù)。

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