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钢丝绳损伤与检测探析

引言
钢丝绳是各类工矿企业及人们生产生活中常用的设备组件，它的安全可靠使用是安全生产的前提条件，是操作人员的生命安全及国家财产安全的重要保障。同世界上很多国家和地区一样，我国高度重视钢丝绳的管理与使用。我们一贯坚持“安全第一，预防为主”的安全生产管理基本方针。近年来，钢丝绳的安全使用越来越受到重视，正确认识钢丝绳的损伤形式与原因，运用科学的方法与手段加以检测，是防患于未然的重要环节。

1.钢丝绳的损伤形式与原因
由于特殊的工作环境和结构特点，钢丝绳在工作过程中，除了要承受正常的工作载荷之外，还会受到各种不确定载荷、恶劣的外部工作环境及人为操作不当等问题的影响，出现摩擦磨损、腐蚀、断丝等现象，造成损伤及承载能力的下降，影响使用寿命。
1.1摩擦磨损
引起摩擦磨损的原因主要有:
(1)正常工作时，钢丝绳内部股与股之间存在相互的微小错动。长期微动摩擦，会引起钢丝的磨损，这是钢丝绳正常工作时的一种不可避免的损耗，平时做好润滑保养可减缓磨损的进度
(2)当钢丝绳工作一段时间后，由干使用时，钢丝绳本身会受到各种载荷及冲击力的作用，发生一定程度的塑性变形。如果两根相临、互相接触的钢丝绳由于工作时承受的载荷不同，导致变形程度不同，工作时彼此之间就会出现相互滑动，从而导致其表面出现一定的磨损。
(3)钢丝绳正常工作过程中外部表面会产生接触性磨损，这主要是对外层钢丝的磨损;
(4)钢丝绳工作时，在卷筒上卷绕，相邻两圈如果没有按照顺序卷绕到卷筒上，而是相交卷绕，造成咬绳，工作时产生摩擦损伤; 钢丝绳工作环境中的一些粉尘和固体颗粒，附着于钢丝绳表面，也会加剧钢丝绳工作时的磨损。
在摩擦磨损的初始阶段，钢丝绳的特征变化最直观的表现为钢丝绳的直径变化，摩擦磨损也会造成应力集中，极大地破坏了钢丝绳的抗拉强度。摩擦磨损的发展，会造成断丝。
1.2腐蚀
由于钢丝绳工作环境一般较恶劣，在接触各种化学物质或在阴暗潮湿的环境中，极易被腐蚀。
锈蚀作为腐蚀的其中一种现象，在阳暗潮湿的环境中更为严重。锈蚀不仅影响钢丝绳的力学性能，而且难以进行定量的评估。另外，钢丝绳在工作中难免会接触到腐蚀性的化学物质，也会被腐蚀。生腐蚀后，外层的钢丝会发生一定程度的松动，在很大程度上影响钢丝绳本身的使用性能。

1.3断丝
引起断丝的原因有很多种，除了上面所讲的摩擦和磨损、腐蚀发展到后期，会引起钢丝绳的断丝，疲劳、过载和扭结也会造成断丝现象。
(1)疲劳:当钢丝绳承受一定拉力，绕着滚筒或滑轮反复弯折。在这种交变应力的作用下，因钢丝的金属疲劳而断开。这种断丝一般首先发生于表面，如未能及时发现，将会向钢丝绳内部进行，造成安全隐患。疲劳新裂会造成钢丝绳突然间在短期内集中在一小段范围内新丝、新股甚至断绳损坏，危害较大。绕
过卷筒或滑轮的次数越多、半径越小，钢丝的弯曲变形越大，弯曲应力也越大，钢丝的疲劳损伤就会越快。
(2)过载:每条钢丝绳都有其自身的承载范围，除了正常工作时需要承受货物、自重等的静载荷外。钢丝绳还会随时受到加速度和冲击引起的动载荷作用。当钢丝绳承受的拉伸力或冲击载荷时超出承载范围时，会造成钢丝断裂。
(3)扭结:在使用钢丝绳时，用法不正确，会导致钢丝绳出现扭结等变形问题，如不及时处理，导致钢丝绳在运行中突然发生新裂，造成严重的事故。

2.无损检测技术在钢丝绳损伤检测中的应用
2.1目测检测方法
目测检测法是一种传统和直观的检测钢丝绳状态的方法。该方法主要是通过肉眼观察以及借助一些简单的检测工具对钢丝绳进行检测。直接目测钢丝绳可直观看到磨损、腐蚀现象，但无法定量得出磨损、腐蚀的程度，以及是否达到报废的标准。我们可以借助放大镜、游标卡尺等工具对钢丝绳直径进行测量，得到绳径的数值，计算钢丝绳的磨损量，并得出相应结论。目测法的优点是比较直观，操作简单。但由于目测检测法只能检测出钢丝绳表面的磨损、锈蚀及断丝等现象，难以检测到钢丝绳内部存在的断股缺陷，因此需要结合更加先进的检测技术综合判定钢丝绳的状态。
2.2漏磁检测法
漏磁检测法是在传统的缺陷检测法的基础上产生的，其原理为:磁化器将磁能量导入钢丝绳，当钢丝绳存在断丝时，在空气中和钢丝绳中的磁导率不同，损伤处产生漏磁场，安装在磁化器中间的霍尔元件或感应线圈等传感器会感应到磁场的变化，并将磁场的变化转换为可测量并传递的电信号，经过处理，最终形成损伤的评判依据。漏磁检测法是一种局部缺陷检测法，它对于局部钢丝损伤尤其是断丝问题的检测士分有效。漏磁检测法的优点是减少了人力劳动强度，提高了检测效率，不仅可以检测表面，也可以检测内部的钢丝损伤。但由于其易受电磁干扰等环境影响，对钢丝绳新丝损伤无法进行定量检测。而目由干钢丝绳需穿过检测仪器，当有断丝翘起时，会将传感器探头刮伤。
2.3超声波检测法
超声波检测法利用超声能透入材料的内部，沿着材料介质传播，当由一个截面进入另一个截面时，会在界面边缘发生反射的原理来探伤的一种方法。因此，当超声波束由钢丝绳表面发射至内部，遇到断丝与底面时就会发生反射，由反射的波形进行分析，获得该钢丝绳内部的具体状态。应用超声波检测法检测钢丝绳的损伤，可以提高钢丝绳检测的准确度及效率。超声波检测系统由超声波的控制处理系统、发射系统、信号处理系统等组成，通过调节频率等技术参数，获得需要的信息。超声波检测法对钢丝绳内部及表面的缺陷均可检测，但当检测距离较远的缺陷时，由于超声波能量损失过大，检测精度及准确度不够。
2 4基干机器视觉的图像检测方法
机器视觉检测技术是近年来发展迅猛的非接触式无损检测技术，该技术的原理是通过机器视觉产品(如CCD工业相机)将被检测目标转换成图像信号，传送给图像处理系统，得到被拍摄目标的信息，如像素分布和亮度、颜色等，再将信息进行数字化处理，根据需要将这些信息进行抽取目标特征的运算，进而根据结果来进行相应的判断。
受限于软硬件技术，机器视觉检测技术在钢丝绳检测方面的应用仅局限于尺寸方面的测量，如钢丝绳绳径的测量。近年来，随着机器视觉技术的快速发展，软硬件条件的快速提升，基于机器视觉技术的钢丝绳检测技术得到越来越多的应用。该方法的特点是非接触，不会出现断丝将传感器探头刮伤的情况，但对光照条件要求苛刻，对光源形式及亮度有较高要求，只能对表面损伤进行检测，无法对检测内部损伤。而目对钢丝绳表面清洁度要求较高，如有油污、灰垢等，容易造成误判。

3.总结
综上所述，钢丝绳是起重机、电梯等许多设备最重要的零部件之一，与企业生产和人们生活息息相关。钢丝绳安全正常使用，是安全生产的重要保障。正确认识钢丝绳的损伤原因，并有针对性的做好日常维护，可以提高钢丝绳的使用寿命。根据实际情况选择合适的检测方法进行安全检测，对于安全生产、避免生产事故也是必不可少的。由于不同的检测方法有其优点，也有一定的局限性，在实际使用时可以选择一种或多种检测方式组合，提高损伤检出率，减少误判、漏判。

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