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鋼絲繩損傷與檢測探析

引言
鋼絲繩是各類工礦企業及人們生產生活中常用的設備組件，它的安全可靠使用是安全生產的前提條件，是操作人員的生命安全及國家財產安全的重要保障。同世界上很多國家和地區一樣，我國高度重視鋼絲繩的管理與使用。我們一貫堅持“安全第一，預防為主”的安全生產管理基本方針。近年來，鋼絲繩的安全使用越來越受到重視，正確認識鋼絲繩的損傷形式與原因，運用科學的方法與手段加以檢測，是防患于未然的重要環節。

1.鋼絲繩的損傷形式與原因
由于特殊的工作環境和結構特點，鋼絲繩在工作過程中，除了要承受正常的工作載荷之外，還會受到各種不確定載荷、惡劣的外部工作環境及人為操作不當等問題的影響，出現摩擦磨損、腐蝕、斷絲等現象，造成損傷及承載能力的下降，影響使用壽命。
1.1摩擦磨損
引起摩擦磨損的原因主要有:
(1)正常工作時，鋼絲繩內部股與股之間存在相互的微小錯動。長期微動摩擦，會引起鋼絲的磨損，這是鋼絲繩正常工作時的一種不可避免的損耗，平時做好潤滑保養可減緩磨損的進度
(2)當鋼絲繩工作一段時間后，由干使用時，鋼絲繩本身會受到各種載荷及沖擊力的作用，發生一定程度的塑性變形。如果兩根相臨、互相接觸的鋼絲繩由于工作時承受的載荷不同，導致變形程度不同，工作時彼此之間就會出現相互滑動，從而導致其表面出現一定的磨損。
(3)鋼絲繩正常工作過程中外部表面會產生接觸性磨損，這主要是對外層鋼絲的磨損;
(4)鋼絲繩工作時，在卷筒上卷繞，相鄰兩圈如果沒有按照順序卷繞到卷筒上，而是相交卷繞，造成咬繩，工作時產生摩擦損傷; 鋼絲繩工作環境中的一些粉塵和固體顆粒，附著于鋼絲繩表面，也會加劇鋼絲繩工作時的磨損。
在摩擦磨損的初始階段，鋼絲繩的特征變化最直觀的表現為鋼絲繩的直徑變化，摩擦磨損也會造成應力集中，極大地破壞了鋼絲繩的抗拉強度。摩擦磨損的發展，會造成斷絲。
1.2腐蝕
由于鋼絲繩工作環境一般較惡劣，在接觸各種化學物質或在陰暗潮濕的環境中，極易被腐蝕。
銹蝕作為腐蝕的其中一種現象，在陽暗潮濕的環境中更為嚴重。銹蝕不僅影響鋼絲繩的力學性能，而且難以進行定量的評估。另外，鋼絲繩在工作中難免會接觸到腐蝕性的化學物質，也會被腐蝕。生腐蝕后，外層的鋼絲會發生一定程度的松動，在很大程度上影響鋼絲繩本身的使用性能。

1.3斷絲
引起斷絲的原因有很多種，除了上面所講的摩擦和磨損、腐蝕發展到后期，會引起鋼絲繩的斷絲，疲勞、過載和扭結也會造成斷絲現象。
(1)疲勞:當鋼絲繩承受一定拉力，繞著滾筒或滑輪反復彎折。在這種交變應力的作用下，因鋼絲的金屬疲勞而斷開。這種斷絲一般首先發生于表面，如未能及時發現，將會向鋼絲繩內部進行，造成安全隱患。疲勞新裂會造成鋼絲繩突然間在短期內集中在一小段范圍內新絲、新股甚至斷繩損壞，危害較大。繞
過卷筒或滑輪的次數越多、半徑越小，鋼絲的彎曲變形越大，彎曲應力也越大，鋼絲的疲勞損傷就會越快。
(2)過載:每條鋼絲繩都有其自身的承載范圍，除了正常工作時需要承受貨物、自重等的靜載荷外。鋼絲繩還會隨時受到加速度和沖擊引起的動載荷作用。當鋼絲繩承受的拉伸力或沖擊載荷時超出承載范圍時，會造成鋼絲斷裂。
(3)扭結:在使用鋼絲繩時，用法不正確，會導致鋼絲繩出現扭結等變形問題，如不及時處理，導致鋼絲繩在運行中突然發生新裂，造成嚴重的事故。

2.無損檢測技術在鋼絲繩損傷檢測中的應用
2.1目測檢測方法
目測檢測法是一種傳統和直觀的檢測鋼絲繩狀態的方法。該方法主要是通過肉眼觀察以及借助一些簡單的檢測工具對鋼絲繩進行檢測。直接目測鋼絲繩可直觀看到磨損、腐蝕現象，但無法定量得出磨損、腐蝕的程度，以及是否達到報廢的標準。我們可以借助放大鏡、游標卡尺等工具對鋼絲繩直徑進行測量，得到繩徑的數值，計算鋼絲繩的磨損量，并得出相應結論。目測法的優點是比較直觀，操作簡單。但由于目測檢測法只能檢測出鋼絲繩表面的磨損、銹蝕及斷絲等現象，難以檢測到鋼絲繩內部存在的斷股缺陷，因此需要結合更加先進的檢測技術綜合判定鋼絲繩的狀態。
2.2漏磁檢測法
漏磁檢測法是在傳統的缺陷檢測法的基礎上產生的，其原理為:磁化器將磁能量導入鋼絲繩，當鋼絲繩存在斷絲時，在空氣中和鋼絲繩中的磁導率不同，損傷處產生漏磁場，安裝在磁化器中間的霍爾元件或感應線圈等傳感器會感應到磁場的變化，并將磁場的變化轉換為可測量并傳遞的電信號，經過處理，最終形成損傷的評判依據。漏磁檢測法是一種局部缺陷檢測法，它對于局部鋼絲損傷尤其是斷絲問題的檢測士分有效。漏磁檢測法的優點是減少了人力勞動強度，提高了檢測效率，不僅可以檢測表面，也可以檢測內部的鋼絲損傷。但由于其易受電磁干擾等環境影響，對鋼絲繩新絲損傷無法進行定量檢測。而目由干鋼絲繩需穿過檢測儀器，當有斷絲翹起時，會將傳感器探頭刮傷。
2.3超聲波檢測法
超聲波檢測法利用超聲能透入材料的內部，沿著材料介質傳播，當由一個截面進入另一個截面時，會在界面邊緣發生反射的原理來探傷的一種方法。因此，當超聲波束由鋼絲繩表面發射至內部，遇到斷絲與底面時就會發生反射，由反射的波形進行分析，獲得該鋼絲繩內部的具體狀態。應用超聲波檢測法檢測鋼絲繩的損傷，可以提高鋼絲繩檢測的準確度及效率。超聲波檢測系統由超聲波的控制處理系統、發射系統、信號處理系統等組成，通過調節頻率等技術參數，獲得需要的信息。超聲波檢測法對鋼絲繩內部及表面的缺陷均可檢測，但當檢測距離較遠的缺陷時，由于超聲波能量損失過大，檢測精度及準確度不夠。
2 4基干機器視覺的圖像檢測方法
機器視覺檢測技術是近年來發展迅猛的非接觸式無損檢測技術，該技術的原理是通過機器視覺產品(如CCD工業相機)將被檢測目標轉換成圖像信號，傳送給圖像處理系統，得到被拍攝目標的信息，如像素分布和亮度、顏色等，再將信息進行數字化處理，根據需要將這些信息進行抽取目標特征的運算，進而根據結果來進行相應的判斷。
受限于軟硬件技術，機器視覺檢測技術在鋼絲繩檢測方面的應用僅局限于尺寸方面的測量，如鋼絲繩繩徑的測量。近年來，隨著機器視覺技術的快速發展，軟硬件條件的快速提升，基于機器視覺技術的鋼絲繩檢測技術得到越來越多的應用。該方法的特點是非接觸，不會出現斷絲將傳感器探頭刮傷的情況，但對光照條件要求苛刻，對光源形式及亮度有較高要求，只能對表面損傷進行檢測，無法對檢測內部損傷。而目對鋼絲繩表面清潔度要求較高，如有油污、灰垢等，容易造成誤判。

3.總結
綜上所述，鋼絲繩是起重機、電梯等許多設備最重要的零部件之一，與企業生產和人們生活息息相關。鋼絲繩安全正常使用，是安全生產的重要保障。正確認識鋼絲繩的損傷原因，并有針對性的做好日常維護，可以提高鋼絲繩的使用壽命。根據實際情況選擇合適的檢測方法進行安全檢測，對于安全生產、避免生產事故也是必不可少的。由于不同的檢測方法有其優點，也有一定的局限性，在實際使用時可以選擇一種或多種檢測方式組合，提高損傷檢出率，減少誤判、漏判。

上一個：電梯鋼絲繩要求更高，確保實際作用更重要下一個：如何選擇起重機鋼絲繩？起重機鋼絲繩有什么作用？

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