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鋼絲繩無損檢測技術在寶鋼的應用

文檔作者：安紅艷,羅云東文檔來源：上海寶鋼設備檢測公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月08日
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試驗研究
鋼絲繩無損檢測技術在寶鋼的應用
安紅艷,羅云東
(上海寶鋼設備檢測公司,上?！?01900)
摘　要:簡述LMA 型鋼絲繩無損檢測系統(tǒng)的結構和特點。在寶山鋼鐵集團公司利用該系統(tǒng)對
在線鋼絲繩進行無損檢測,并結合傾向管理,可以保證在役鋼絲繩運行的安全可靠,避免鋼絲繩更
換的盲目性,做到按照鋼絲繩的運行狀態(tài)來進行預知維修。
關鍵詞:磁性檢驗;鋼絲繩;磨損;斷裂
　　中圖分類號:TG115. 28 + 4 　　　文獻標識碼:A 　　　文章編號:100026656 (2001) 0720302203
APPLICATION OF WIRE ROPE NONDESTRUCTIVE TESTING
TECHNOLOGY IN BAOSTEEL
AN Hong2yan , LUO Yun2dong
(Shanghai Baosteel Equipment Detection Corporation , Shanghai 201900 , China)
Abstract : The structure and characteristics of the NDT systemfor wire ropes were described. The system was applied to on2
line inspection of wire ropes. Combining with tendency management , it can not only insure the safety of wire ropes , but also avoid
unnecessary replacement of ropes. The condition2based maintenance of wire ropes was realized with the aid of the technology.
Keywords :Magnetic testing ; Wire rope ; Wear ; Fracture
　　寶鋼眾多的生產設備和起重設備上擁有各種規(guī)
格、不同產地、數(shù)量驚人的鋼絲繩。冶金設備由于作
業(yè)連續(xù)化、環(huán)境惡劣、設備復雜等原因,其中的鋼絲
繩會發(fā)生疲勞、銹蝕、磨損及斷絲等現(xiàn)象,從而影響
到設備和系統(tǒng)的安全運行,而且寶鋼的許多設備采
用的是價格極高的進口鋼絲繩,如何經濟、安全地使
用鋼絲繩,是設備維護人員面臨的現(xiàn)實問題。
就寶鋼鋼絲繩的使用狀況來看,主要存在三個
方面的問題,第一是使用的安全性差,傳統(tǒng)的檢測方
法是由點檢或操作工人用手摸、目視的方法進行檢
查,只能發(fā)現(xiàn)鋼絲繩中露在外部的缺陷,如斷絲等,
對于內部缺陷則無能為力,檢查的準確性、可靠性
差,增加了事故發(fā)生的幾率,影響安全生產。例如
1997 年某軋鋼廠鍍鋅機組鋼絲繩斷裂,造成機組故
障停機12h ,直接經濟損失達數(shù)十萬元,所幸無人員
傷亡。第二是使用的經濟性差。由于人工目視、手
摸檢查的上述不足,很多單位采用定期更換鋼絲繩
收稿日期:1999212222
的方法,按照每根鋼絲繩額定的使用周期,到期不論
其狀況如何均予以報廢,一方面使得有潛在危險的
鋼絲繩仍在使用,另一方面又將未使用到壽命期的
鋼絲繩提早報廢。1984 年,美國研究人員曾經對
8 000多個從鋼絲繩實驗室和應用現(xiàn)場獲取的記錄
進行統(tǒng)計分析,結果表明,正在使用的鋼絲繩中,大
約有10 %強度損耗超過15 % ,其中20 %以上強度損
耗超過額定強度的30 % ,換句話說,工作中的鋼絲
繩中大約10 %工作在具有潛在危險的狀態(tài),這其中
還有2 %以上工作在相當危險的狀態(tài);另一方面,已
被更換下來的鋼絲繩中,70 %以上僅有很少甚至沒
有強度損耗。日本的統(tǒng)計結果也表明,更換下來的
鋼絲繩中,50 %以上強度達新品的90 %以上。這種
現(xiàn)象在寶鋼也普遍存在,許多鋼絲繩需從國外進口,
價格昂貴,一旦進行不必要的更換,則造成很大浪
費;另一方面,有潛在危險的鋼絲繩還在服役,沒有
被及時更換,一旦引發(fā)事故,其造成的經濟損失將不
堪設想。第三是檢查效率低,人工目視、手摸檢查一
般只能以< 0. 3mm/ s 的速度進行,而對于那些油泥
·302 ·
第23卷第7期
2 0 0 1 年7 月
無損檢測
NDT
Vol . 23 　No . 7
July 　2 0 0 1
© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
較重的鋼絲繩段要清洗干凈后才能檢查,這無疑浪
費了時間,降低了勞動生產率。如果采用先進科學
儀器對鋼絲繩進行無損檢測,那么上述問題將會得
到解決。為此,本公司及時引進LMA 型鋼絲繩無損
檢測系統(tǒng),以取代原始的檢測方法,為寶鋼在線鋼絲
繩的安全使用運行提供了可靠保障[1 ] 。
1 　檢測原理及系統(tǒng)結構
1. 1 　檢測原理
鋼絲繩是由優(yōu)質鋼材制成單絲,再經過多重捻
制而組成的一種復雜結構的鐵磁性構件,具有良好
的導磁性能,因此,磁檢測法是目前被公認為最可靠
的鋼絲繩檢測方法。其基本原理[2 ]是,用一磁場沿
鋼絲繩軸向磁化鋼絲繩段,一旦鋼絲繩存在缺陷,當
其通過這一磁化磁場時,則會在鋼絲繩表面產生漏
磁場,或者引起鋼絲繩磁路中的磁通量變化,應用組
合整磁聚磁元,將漏磁場和磁通變化信號均化、聚
集、匯收及導向,磁敏元件就可獲取理想的鋼絲繩缺
陷信號。通過測量鋼絲繩表面局部區(qū)域中的漏磁
場,判別鋼絲繩斷絲、銹蝕等引起的局部突變缺陷,
稱作局部缺陷檢測法,簡稱LF 法。通過鋼絲繩磁
化回路中主磁通變化,判別磨損、銹蝕等引起鋼絲繩
橫截面中金屬截面總和變化的缺陷,稱作截面積損
耗型檢測法,簡稱LMA 法。磁檢測裝置主要由兩大
部分組成,其一為磁化鋼絲繩的勵磁裝置;其二為檢
測磁場的磁檢測裝置。勵磁裝置對鋼絲繩磁化的程
度直接關系到缺陷能否被檢出以及探傷儀的體積和
重量,一般均采用將鋼絲繩磁化至接近飽和的程度。
磁檢測裝置是探傷傳感器的關鍵部分,關系著缺陷
檢測的空間位置分辨力、程度分辨力、信噪比及靈敏
度等。在LF 法中,采用了基于感應線圈、霍爾元件
等多元件組合的檢測、基于整磁板技術的檢測以及
基于聚磁技術的檢測等漏磁檢測方法來克服因鋼絲
繩結構給檢測信號帶來的干擾,提高缺陷漏磁檢測
靈敏度,防止漏檢;LMA 法中,通過選擇檢測元件的
布置位置來提高檢測信號的靈敏度和定性、定量分
辨力。本公司現(xiàn)有的鋼絲繩檢測系統(tǒng)可定量檢測鋼
絲繩中表面或內部斷絲和因磨損、銹蝕等引起的鋼
絲繩金屬截面積總和的變化,采用了LF 法和LMA
法的探傷傳感器,實現(xiàn)雙重檢測。
1. 2 　系統(tǒng)結構
整個儀器分三個部分,如圖1 所示。
圖1 　鋼絲繩檢測結構原理圖
　　(1) 檢測系統(tǒng)　即探傷傳感器及磁化裝置,這
是檢測磁場畸變的主要部分,它將檢測獲得的信息
送到儀器主機進行加工。另外還有光電式鋼絲繩位
置檢測器,它能以極小的間隔對鋼絲繩進行分段定
位,并將信息送到主機。
(2) 主機系統(tǒng)　包括放大器和濾波器,放大從傳
感器送來的脈沖信號,并濾去對缺陷無關的噪聲及
干擾信號,再經A/ D 轉換變成數(shù)字量,從串聯(lián)接口
送出,至筆記本計算機進行處理。另一路從光電編
碼器送來的鋼絲繩位置信號,送到位置測量電路計
數(shù)及定位,也從串聯(lián)接口送到計算機,這樣每處理一
個信號,同時就可知道其位置。
(3) 計算機系統(tǒng)　由筆記本計算機處理過的信
息,再由并行接口送回主機,由打印機打印出來,打
印結果既顯示出缺陷信號的嚴重程度,又同時顯示
出其地址,以便驗證。
探傷傳感器主要由勵磁裝置和漏磁檢測傳感頭
兩大部分組成,鋼絲繩在傳感器內套中相對移動,勵
磁器對其磁化,傳感頭檢測斷絲等缺陷產生的漏磁
場。為保證內側導向套緊貼于鋼絲繩表面作相對運
動,同時要使導向套在遇到翹起斷絲時能夠自動彈
起,讓鋼絲繩順利通過,故設計了整體隨動定心式結
構(圖2) 。
1. 3 　計算機工作框圖
圖2 　整體隨動定心傳感器示意圖
1. 磁鐵　2. 下極靴　3. 襯套　4. 上極靴
5 ,8. 柔性環(huán)節(jié)　6. 霍爾元件　7. 鋼絲繩
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安紅艷等: 鋼絲繩無損檢測技術在寶鋼的應用
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　　如圖3 所示,參數(shù)設置包括鋼絲繩直徑、金屬截
面積、捻距、采樣間隔及門限值的設置;在線檢測主
要完成受檢鋼絲繩的數(shù)據采集,采集數(shù)據以文件方
式存入計算機硬盤;數(shù)據分析是對已采集的信號波
形進行斷絲、磨損等分析,判別受檢鋼絲繩的劣化程
度;結論包括受檢鋼絲繩長度、斷絲量、金屬截面積
磨損量及相關波形。
圖3 　計算機工作框圖
該系統(tǒng)的主要特點是①電磁無損檢測,不受油
污等影響。②計算機輔助檢測,漢化交互式操作方
式。③準確測量鋼絲繩運行位置。④精確定量評
價內外斷絲根數(shù)。⑤ 穩(wěn)定測量鋼絲繩金屬截面積
變化。⑥ 大容量數(shù)據存儲,一次最大檢測繩長度
> 1 000m。⑦直觀的數(shù)據顯示和打印。
該系統(tǒng)的主要技術指標有, ①被檢鋼絲繩運行
速度為0～6m/ s ,最佳為0. 3～1. 5m/ s。② 位置精
度為30mm/ 100m。③斷絲定量判別準確率為70 %
(單處集中斷絲無誤判) , > 95 %(單處集中斷絲允許
有±1 根誤判時) , > 90 %(一個捻距內斷絲允許有
±1 根誤判時) 。④ 磨損判別精度為±0105 %。⑤
被檢鋼絲繩的范圍為<20～46mm。
2 　寶鋼應用實例
借助于LMA 型鋼絲繩無損檢測系統(tǒng)對在線鋼
絲繩進行無損檢測,并對其進行傾向管理,可保證在
線鋼絲繩運行的安全可靠,并且能在盡可能不影響
生產的前提下達到更換鋼絲繩的目的。為了確保使
用過程中鋼絲繩的安全運行,針對不同的使用環(huán)境,
國家制訂了相應的鋼絲繩報廢標準,如GB 5872 —
1986《起重機械用鋼絲繩檢驗和報廢實用規(guī)范》、GB
9075 —1988《架空索道用鋼絲繩檢驗和報廢規(guī)范》以
及GB 6067 —1985《起重機械安全規(guī)程》等,從這些標
準中可以看出,鋼絲繩上斷絲數(shù)量,特別是一定長度
內的斷絲總數(shù)作為檢驗鋼絲繩是否報廢的首要標
準,其次是對磨損的定量指標。因此,對在役鋼絲繩
斷絲及金屬截面積磨損量的檢測是我們判斷鋼絲繩
能否安全運行的主要指標。
2. 1 　實用實例一
某軋鋼廠連退機組活套小車上型號為6 ×Fi
(29)2<25mm 的鋼絲繩點檢目視檢查,發(fā)現(xiàn)外部有斷
絲,用本系統(tǒng)對其進行在線檢測(圖4) ,發(fā)現(xiàn)雖然有
一處明顯斷絲,但是還遠未到報廢標準,且鋼絲繩基
本沒有磨損,建議繼續(xù)使用。該鋼絲繩繼續(xù)運行約
半年后,再次用本系統(tǒng)對其進行檢測,發(fā)現(xiàn)一個捻距
內的斷絲有所發(fā)展,由數(shù)據分析得出斷絲量在一個
捻距內為12 絲(圖5) ,已接近一個捻距13 絲斷絲的
報廢條件,建議在設備的定期維修期間對該鋼絲繩
進行更換,因此,直接為該機組節(jié)約了數(shù)萬元的費
用。
圖4 　活套小車鋼絲繩在線檢測波形圖
左列數(shù)值表示已檢鋼絲繩的長度;右列數(shù)值
表示圖中所示從左到右檢測鋼絲繩長度內
最大相對磨損量( D實際- D標定) / D標定( %) ;
向下尖峰表示斷絲,斷絲數(shù)由數(shù)據分析得出;下同
圖5 　半年后活套小車鋼絲繩檢測波形圖
2. 2 　應用實例二
某軋鋼廠板坯庫的四臺60/ 25T行車,由于現(xiàn)行
實際工作負荷稍大于設計的工作負荷,因此,需要對
這四臺行車中型號為6 ×Fi (29)2<20mm 主卷鋼絲繩
進行斷絲及磨損的跟蹤檢測。這些工作以前只能依
賴于點檢人員的目視、手摸及用卡尺測量鋼絲繩外
徑等方法來進行,因其可靠性較差,檢查過程所需時
間長,檢查效率低,直接影響了生產的正常運行;采
用本系統(tǒng)進行跟蹤后,不僅檢查時間大大縮短,并且
可靠性也大為增加, 原來點檢人員以為沒有
斷絲的兩根鋼絲繩,經檢查發(fā)現(xiàn)其內部已經有大量
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安紅艷等: 鋼絲繩無損檢測技術在寶鋼的應用
© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
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磁記憶檢測技術是無損檢測領域的一門新興學
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中、失效、損傷等進行快速、準確的早期診斷,以防設
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空、航天、鐵道、石油和化工等部門都有極廣闊的應
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斷絲出現(xiàn)(圖6) ,其中一處經數(shù)據分析已達6 絲,鑒
于此檢測結果,對照鋼絲繩報廢的有關國家標準(如
GB 6067 —1985) ,并考慮到這四臺行車吊運的是熾
熱金屬,故鋼絲繩報廢絲數(shù)確定為一般報廢絲數(shù)的
一半(13 絲×0. 5 = 6. 5 絲) 。檢測報告建議點檢更
換鋼絲繩, 由于及時采取了措施, 避免了事故的
發(fā)生。
圖6 　板坯庫331 號行車被檢鋼絲繩波形圖
以上兩個應用實例表明,LMA 型鋼絲繩無損檢
測儀能夠避免鋼絲繩更換的盲目性,為鋼絲繩進行
預知維修提供了科學的理論依據。
3 　結束語
鋼絲繩無損檢測技術作為一項新的檢測技術,
對在線鋼絲繩進行無損檢測,以儀器取代人工檢查,
并提高了檢測準確性,增強了智能處理的能力,從檢
測結果的綜合分析評估來看,科學的檢測方法可以
保證在線鋼絲繩運行的安全可靠,提高了鋼絲繩使
用的安全性和經濟性[3 ] 。該技術在寶鋼的推廣應用
已取得了良好的經濟效益和社會效益。
參考文獻:
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討[A] . 全國無損檢測學會第二屆青年學術交流會論文
集[C] . 上海:1997.
[2 ] 　楊叔子,康宜華. 鋼絲繩斷絲檢測原理與技術[M] . 北
京:國防工業(yè)出版社,1996.
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及趨勢[J ] . 無損檢測,1999 ,21(5) :220 - 222.
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第23卷第7期
2 0 0 1 年7 月
無損檢測
NDT
Vol . 23 　No . 7
July 　2 0 0 1
© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.

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