钢丝绳无损探伤仪研究

关键词： 淋水 矿用 钢丝绳 矿井

钢丝绳无损探伤仪研究（精选四篇）

钢丝绳无损探伤仪研究 篇1

矿用钢丝绳与其他行业使用的普通钢丝绳相比, 具有如下特点:

(1) 因为淋水造成的锈蚀, 涂油维护困难;

(2) 高频率作用下高速运行, 负载很重;

(3) 处于一种特殊形式的运行状态, 受静力和动力作用;

(4) 涉及人员的升降, 安全系数要求高;

(5) 须考虑天轮或滚筒直径和钢丝绳钢丝的直径的配比关系。

综上所述, 矿用钢丝绳在使用过程中的安全性是不容忽视, 钢丝绳在应用中需要经常检查, 才能使其安全性能得到保障。所以, 开展对于钢丝绳的探伤研究才能保证矿井提升机的安全。

1 钢丝绳探伤技术研究的意义

钢丝绳在工业行业中多应用于重大装备和关键设施。它的安全性能直接影响整个工程甚至人身安全, 钢丝绳在使用过程中的安全监测至关重要。

钢丝绳缺陷的无损检测是以不影响正常工作状况下, 采用相应的检查手段和处理方法, 对内部结构进行判断, 并评估其使用状况。因此, 钢丝绳缺陷的无损检测是以钢丝绳报废标准为基准, 根据探伤数据, 计算其剩余使用寿命或报废时间。

目前, 钢丝绳缺陷无损检测已经在工程中实际应用, 并且结合实际应用中出现的问题进行进一步的探索, 以保证钢丝绳的使用安全和避免过早报废所造成的浪费。

2 钢丝绳无损检测技术的发展与方法

2.1 钢丝绳无损检测技术研究现状

自二十世纪初世界上出现第一台钢丝绳缺陷探伤检测仪器到如今, 钢丝绳缺陷检测的主要方法达到十余种, 如:振动检测法、超声波检测法、机械检测法、电流检测法等。

就目前而言, 钢丝绳无损检测从检测其断丝、锈蚀、磨损等向检测钢丝绳剩余寿命及其横截面损失的方向发展。目前美国和法国制定了钢丝绳电磁无损检测的标准, 而国内对钢丝绳无损检测还没有形成统一的规范和标准。

随着科技的发展和进步, 钢丝绳无损检测设备向小型化、智能化、网络化、简单化、多功能化方向转变。钢丝绳的有损检测虽可检测其强度损失和疲劳等情况, 但只能反映送检样品情况, 且无法实时检测。而简单的人工检查虽然简单却很难发现钢丝绳内部的缺陷, 效率低、受客观环境影响比较大。对人工检测结果进行分析和处理以评估钢丝绳整体损失状况, 但凭借检测数据不能得到被检钢丝绳具体的缺陷程度。

无损检测不仅能够检测出内部缺陷, 并定量检测出金属横截面积损失, 还能实现在线实时检测, 能保证检测效率, 不受环境影响。

2.2 主要检测方法概述

钢丝绳无损检测主要有两种类型:一是检测局部损伤;二是测量钢丝绳截面损失。目前钢丝绳检测方法有人工目测检查法, 破损检测法和无损检测法。人工目测的方法是通过人工观察和用手握着正低速运行的钢丝绳表面, 对钢丝绳进行损伤分析, 此方法劳动强度大, 效率较低、漏检率高、受人为影响大。破损检查法, 是截取部分钢丝绳样本, 通过低速应力牵引和高速重力负载试验来检测钢丝绳损失情况。该方法有很大的局限性, 它仅能反映样本的损伤情况, 不能准确反映钢丝绳整个状态。钢丝绳无损检测技术是在不破坏钢丝绳结构的前提下, 应用一定的物理检查方法对钢丝绳的机械性质、内部结构等进行检测, 并做出评估。它克服了前两种方法的缺陷和不足, 是目前钢丝绳检测的发展方向。

无损钢丝绳检测的方法分类:

(1) 超声波检测法

此方法应用于钢丝绳端头与支撑结构的衔接点。钢丝绳端头处因过载损伤可能发生损坏现象, 该方法通过超声波输出图像的分析来确定其断丝损伤数量。目前, 超声波检测法主要应用于检测断头部分钢丝绳状态分析, 譬如拉索及矿井导向系统, 但该方法不易于操作, 性价比较低。

(2) 声发射检测法

此方法通过测量钢丝绳结构变化时的弹性波, 来确定钢丝绳的损伤程度, 用于测量断丝和钢丝绳的变形。以往技术用于钢丝绳的主要目的是评估其结构的完整性, 测试过程从简单的拉伸到疲劳失效等。基于声发射的钢丝绳探伤仪结构复杂, 费用高, 性价比低;而且, 声发射技术主要应用于连续介质, 而对于像钢丝绳这样的非连续介质, 应用有限。

(3) 电涡流检测法

利用电涡流效应可检测钢丝绳断丝和锈蚀, 但检测断丝和锈蚀分辨率低。电涡流传感器体积小、结构紧凑、耐腐蚀、耐湿热, 但普通的电涡流传感器有效量程小, 而且传感器的探头与放大器之间的电缆长度不能随意变化, 这些缺点限制了电涡流检测法的推广应用。

(4) 电流检测法

电流检测法首先测定固定钢丝绳的电阻, 然后对测量结果进行图线、数据分析, 以此来确定钢丝绳的损伤程度。该方法可测定钢丝绳断面状况, 但是对移动钢丝绳的检测困难大, 因为电流检测法的检测局限性太大, 所以该方法未能得到推广。

(5) 光学检测法

光学检测法利用摄像技术来检测钢丝绳表面磨损情况, 通过分析检测得到的图像确定钢丝绳的缺陷。光学检测法精度较高, 但设备费用高, 且检测结果受钢丝绳表面油泥的影响严重。

(6) x-射线检测法

原理为用强X射线垂直于绳轴照射, 拍摄照片, 并据此判断钢丝绳损伤。此法主要用来测量断丝, 但是不能连续测量, 而且射线防护费用高。该方法在工程行业己应用多年, 在应用于钢丝绳的检验时却无成效。因为它虽可用来检测钢丝绳内部, 但由于钢丝绳结构复杂, 它只适用于给出钢丝绳近表面的清楚图像, 而且它只适用于一次检验小段钢丝绳, 此法还未作为常规工具, 只限于科研之中。

(7) 磁检测法

钢丝绳的磁检测方法安全、经济, 是目前公认的应用最广、最成熟的钢丝绳无损检测方法。钢丝绳所用的材料为优质碳合金钢, 易被磁化。当钢丝绳被磁化至饱和后, 由于缺陷处的物质磁导率的磁导率不同, 在缺陷处出现了漏磁场。通过测量钢绳表面局部区域中的漏磁场可判别钢绳断丝、锈蚀等引起的局部突变缺陷, 称作局部缺陷检测LF法;通过钢绳磁化回路磁通变化, 判别磨损、锈蚀等引起钢丝绳金属截面总和变化缺陷, 称作截面积损耗型检测LMA法。

近年来, 很多针对小波分析的方法被提出, 显示其广阔的应用前景, 但是在小波应用中, 由于参数是根据经验设定, 所以具有一定的不确定性。

3 结语

由于钢丝绳应用的普遍性和必要性, 准确地预估钢丝绳强度以及剩余寿命, 可以有效地控制矿井的经济成本, 保障矿井提升运输的安全。

参考文献

[1]邵永波, 等.基于声发射技术的钢丝绳断丝模式识别[J].应用声学, 1999, 18 (l) :1-5.

[2]王中华.钢丝绳断丝损伤的智能化监测技术研究[D].北京理工大学, 2010.

[3]J.Rodriguez, J.S.Lai, F.Z.Peng.Multilevel inverters:A Survery of topologies controls and applications[J].IEEE Transactions on Industry Electronics, 2002, 49 (4) :724-738.

[4]刁柏青.小波变换及其在无损检测中的应用[J].无损检测, 1997, 19 (3) :61-63.

[5]高红兵.二钢丝绳断丝若干定量检测问题与遥测技术的研究[D].武汉理工大学, 2011.

超声波无损探伤检测焊接质量研究 篇2

目前,钢结构在现代各类工程建设中以及大型设备安装中应用广泛,因此,对于钢结构的质量,特别是焊接质量要求十分严格。在众多的检测方法中,无损检测是确保钢结构的焊接质量最有效的方法。因为超声波无损探伤检测具有检测距离大、检测装置小、便于携带等特点,特别是检测速度快,因为在检测中只磨损探头和消耗磨合剂,所以检测成本低,因此超声波无损检测得到了广泛的应用。

2超声波无损探伤检测的应用

超声波探伤主要用于全熔透焊缝,检测焊缝长度不小于200mm,探伤比例是按照焊缝百分数比例计算的。在局部探伤中,存在缺陷焊缝两端所延伸的焊缝长度需要10%,并且不应该小于200mm,对于仍然存在缺陷的焊缝,就需要对焊缝100%探伤检测。检测的时间也应该控制好,碳素结构钢检测时间是在焊缝冷却至环境温度就可以检测,低合金结构钢需要焊接24小时后才可以检测。

3检测方法

在每次探伤操作前都必须利用标准试块(CSK-IA、CSK-ⅢA)校准仪器的综合性能,校准面板曲线,以保证探伤结果的准确性。

3.1探测面的修整:应清除焊接工作表面飞溅物、氧化皮、凹坑及锈蚀等,光洁度一般低于荦4。焊缝两侧探伤面的修整宽度一般为大于等于2KT+50mm,(K:探头K值,T:工件厚度)。一般的根据焊件母材选择K值为2.5探头。

3.2耦合剂的选择应考虑到粘度、流动性、附着力、对工件表面无腐蚀、易清洗,而且经济,综合以上因素选择浆糊作为耦合剂。

3.3由于母材厚度较薄因此探测方向采用单面双侧进行。

3.4由于板厚小于20mm所以采用水平定位法来调节仪器的扫描速度。

3.5在探伤操作过程中采用粗探伤和准确探伤。为了大概了解缺陷的有无和分布状态、定量、定位就是准确探伤。使用锯齿形扫查、左右扫查、前后扫查、转角扫查、环绕扫查等几种扫查方式以便于发现各种不同的缺陷并且判断缺陷性质。

3.6对探测结果进行记录,如发现内部缺陷对其进行评定分析。焊接对头内部缺陷分级应符合现行国家标准GB11345-89《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》的规定,来评判该焊否合格。如果发现有超标缺陷,向车间下达整改通知书,令其整改后进行复验直至合格。

4焊缝中常见的缺陷原因及防止措施

一般的焊缝中常见的缺陷有:气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等。

4.1气孔:单个气孔回波高度低,波形为单缝,较稳定。从各个方向探测,反射波大体相同,但稍一动探头就消失,密集气孔会出现一簇反射波,波高随气孔大小而不同,当探头作定点转动时,会出现此起彼落的现象。

4.1.1气孔产生的原因:主要是焊材未按规定温度烘干,焊条药皮变质脱落、焊芯锈蚀,焊丝清理不干净,手工焊时电流过大,电弧过长;埋弧焊时电压过高或网络电压波动太大;气体保护焊时保护气体纯度低等。如果焊缝中存在着气孔,既破坏了焊缝金属的致密性,又使得焊缝有效截面积减少,降低了机械性能,特别是存链状气孔时,对弯曲和冲击韧性会有比较明显降低。

4.1.2防止措施:不使用药皮开裂、剥落、变质及焊芯锈蚀的焊条,生锈的焊丝必须除锈后才能使用。所用焊接材料应按规定温度烘干,坡口及其两侧清理干净,并要选用合适的焊接电流、电弧电压和焊接速度等。

4.2夹渣:点状夹渣回波信号与点状气孔相似,条状夹渣回波信号多呈锯齿状波幅不高,波形多呈树枝状,主峰边上有小峰,探头平移波幅有变动,从各个方向探测时反射波幅不相同。

4.2.1夹渣产生的原因:焊接电流过小,速度过快,熔渣来不及浮起,被焊边缘和各层焊缝清理不干净,其本金属和焊接材料化学成分不当,含硫、磷较多等。

4.2.2防止措施:正确选用焊接电流,焊接件的坡口角度不要太小,焊前必须把坡口清理干净,多层焊时必须层层清除焊渣;并合理选择运条角度焊接速度等。

4.3未焊透:反射率高,波幅也较高,探头平移时,波形较稳定,在焊缝两侧探伤时均能得到大致相同的反射波幅。这类缺陷不仅降低了焊接接头的机械性能,而且在未焊透处的缺口和端部形成应力集中点,承载后往往会引起裂纹,是一种危险性缺陷。

4.3.1未焊透产生原因:坡口纯边间隙太小,焊接电流太小或运条速度过快,坡口角度小,运条角度不对以及电弧偏吹等。

4.3.2防止措施:合理选用坡口型式、装配间隙和采用正确的焊接工艺等。

4.4未熔合:探头平移时,波形较稳定,两侧探测时,反射波幅不同,有时只能从一侧探到。

4.4.1未熔合产生的原因:坡口不干净,焊速太快,电流过小或过大,焊条角度不对,电弧偏吹等。

4.4.2防止措施:正确选用坡口和电流,坡口清理干净,正确操作防止焊偏等。

4.5裂纹:检测时超声波回波高度大,有时会出现多峰现象,并且波幅宽,当检测探头平移时会连续出现超声波幅变动,当超声波探头旋转时,会出现波峰上下波动。在钢结构中,裂纹是很大的缺陷,裂纹可以降低焊接的强度,当钢结构承载后,应力集中,容易造成钢结构断裂现象。裂纹一般分为热裂纹、冷裂纹以及再热裂纹三类。

4.5.1热裂纹。(1)热裂纹产生原因:由于在焊接的时候,熔池冷却速度过快,容易造成偏析现象,导致焊缝受热不均,所产生的拉应力造成热裂纹。(2)防止措施:降低钢材中杂质含量,控制偏析程度,采用合理的焊接方式和顺序,改善焊缝在收缩时候自由度,达到焊缝合格的目的。

4.5.2冷裂纹。(1)冷裂纹产生的原因:由于焊接材料的淬透性大,在焊接后冷却过程中拉力作用下很容易造成裂开现象。焊接冷却速度过快,氢来不及逸出就容易残留在焊缝中,形成气态后存在于焊接金属的孔隙中,形成大的压力,致使裂缝形成冷裂纹。(2)防止措施:焊接前一定要进行预热处理,焊接后逐步冷却,在焊接中要减少由于焊接产生的应力。焊接后要低温退火,进行去氢处理,及时消除应力。在焊接中要规范焊接,合理制定焊接顺序和工艺,使焊件的应力状态达到要求。

结束语

综上所述,对于钢结构的质量,特别是焊接质量要严格控制。超声波无损探伤检测具有检测距离大、检测装置小、便于携带、检测成本低等特点,因此超声波无损检测得到了广泛的应用。

参考文献

[1]中国机械工程学会无损检测学会.超声波检测[M].北京:机械工业出版社,2005.

钢丝绳无损探伤仪研究 篇3

输电线路主要采用钢芯铝绞线作为输送电量的载体, 所以钢绞线能否处于健康的运行状态对线路的安全运行起着至关重要的作用。但自然因素、自身运行时的受力不均匀、外部破坏等, 会造成钢绞线在耐张线夹中腐蚀、损伤甚至断裂, 给线路的可靠运行造成危害。为此, 对耐张线夹中可能存在缺陷的钢绞线进行X射线无损探伤, 对导线预应力结构进行监控, 会在最大程度上避免因钢绞线缺陷扩展而导致的结构破坏, 甚至更为严重的掉线事故。

1 X射线的基本特性

X射线作为五大无损探伤检测技术之一, 应用广泛, 可用于金属检测和非金属检测[1]。X射线本质是一种电磁波, 具有反射、折射、衍射、偏振等特性, 主要表现在以下几点:第一, 它是不带电的粒子流, 不受电磁场影响;第二, 它具有极强的穿透性, 能穿过物体表面得到内部物体的信息。将受到不同程度吸收的射线投射在胶片上, 经显形及定影处理, 可在胶片上形成物体厚度变化和内部缺陷情况的图像, 此方法称为X射线照相法。同理, 耐张线夹中钢绞线如有裂缝、变形、夹渣等缺陷, 一般也会在底片上显示出暗影区域。这种方法不仅可检测出缺陷的大小和形状, 还可检测出材料的厚度。

2 X射线应用于输电线路探伤的实验研究

X射线照相法也称为胶片射线照相技术, 是其它射线检测技术的基础, 也是生活中广泛应用的射线检测技术。工业CT (industrial computerized tomography) , 即应用于工业中的核成像技术[2], 具有直观、可靠、灵敏度和分辨率高、动态响应范围大、图像数字化, 还不会对输电线路造成损伤的优点。无损探伤检测装置整体主要包括发射仪、接收仪及软件成像系统、装夹器具等。其原理是利用辐射源发出的X射线穿过被检测物, 根据射线衰减规律和分布情况, 通过计算机信息处理和图像重建技术以图像形式呈现出来, 如图1所示。按照图像重建算法, 可获取被检测物截面一薄层无影像重叠的断层扫描图像 (如图1所示) , 重复扫描又可获取一个新的断层图像, 当测得足够多的二维断层图像就可重建出三维图像[3]。根据比尔定律I=I0e- (∑μ) t (式中, I0为射线的原始强度, μ为线吸收系数, t为材料厚度, I为衰减后的射线强度) 可知, 一幅图像由m×n个像素组成, 需有m×n个独立的方程才能解出衰减系数矩阵内每一点的μ值。当射线从不同方向透射过被检测物时, 通过接收仪可得到m×n个射线计数和值, 按照图像重建算法, 即可重建出m×n个μ值组成的二维CT灰度图像。

3 实际应用

2015年6月至12月, 苏州供电公司对220kV望林2K27/2K28线、北葑4X65/4X66线等18条220kV线路杆塔上的数百个耐张线夹进行了空中无损探伤检测。检测前须做好以下准备工作: (1) 从接收仪箱中取出接收仪, 将捆绑带一端系在接收仪的把手上; (2) 从装夹器具箱中取出装夹器具和防护罩; (3) 从发射仪箱中取出发射仪, 将捆绑带一端系在发射仪的把手上, 然后分别安装发射仪电池、捆绑带; (4) 防护罩安装时保证其安装标识与发射仪上安装标识一致, 拧紧防护罩上的固定螺栓, 使其固定在发射仪上。准备完毕后, 需将装夹器具放置在耐张线夹或接续管的被测位置处, 将夹盖扣向装夹器具, 并旋紧调节器和夹座把手, 使装夹器具无法在耐张线夹或接续管上转动, 如图2所示。接着将接收仪放置在装夹器具的托架内, 捆绑带的另一端系在导线上, 如图3所示。然后将发射仪上捆绑带的另一端系在导线上, 将发射仪上的滑块插入导轨 (如图4所示) , 使发射仪可沿导轨滑动;确定金具的待测位置, 推动发射仪使其对准待测位置, 拧紧固定螺栓, 起到固定发射仪的作用。最后在发射仪和装夹器具侧面安装铅胶皮防护罩 (如图5所示) , 以吸收一定剂量的X射线。

在检测耐张线夹压接后内部状态时, 应选取3个位置作为测点进行X光探伤, 测点位置如图6所示。如, 220kV车宝2992线#47大号侧四分裂导线B相上侧导线的耐张线夹 (如图7所示) , 可清晰辨别出钢锚端部、铝管、铝绞线的相对位置。

4 存在的问题及改进措施

4.1 存在的问题

(1) 登高作业人员不清楚设备操作方法及测点位置。工作前, 厂家技术人员应向塔上作业人员进行详细技术交底, 并进行仪器预组装及试操作。

(2) 工作组成员分工不明确。施工单位应做好作业人员配置工作, 细化岗位职责, 明确工作步骤, 确保提高工作质量。

(3) 塔上作业人员与地面技术人员交流不便, 配合不默契。施工单位及厂家应使用专业术语进行沟通交流, 并配备对讲机以加强通信联系。

(4) 设备上下传递及转移时未采取后备保险措施。探伤设备零部件较多, 且装拆步骤繁琐, 仪器传递及转移时需利用绝缘吊绳及绑扎带做好防坠落双保险。

(5) 无线信号易受干扰, 且杆塔周边环境复杂, 有线测量条件受限。设备厂家需加强无线信号抗干扰能力, 提高信号采集可靠性。

4.2 改进措施

(1) 进一步完善工作流程, 输电运检班应会同施工单位、设备厂家进行讨论, 制定各种工况 (单侧带电、低电压穿越、杆塔位于塘中等) 下的作业方案, 编写标准化作业指导书。

(2) 针对登塔作业人员对X射线探伤测点位置不易掌握情况, 设备厂家应对不同型号线夹建立探伤测点距离表, 以便高空作业提高效率。

(3) 设备制造厂应加快配套软件的开发, 以便直观反映影像图片中相对位置距离, 同时进行相关条件下的拉断力试验。

(4) 在接下来的停电工作中, 可考核设备在跨高铁、城际时的抗干扰设计能力, 进一步检验设备抗干扰性能, 以作为改进的依据。

5 结束语

长期以来, 各地区供电公司基本是采取人工检测的方式对输电线进行损伤检测, 对于输电线路中“隐藏”的损伤, 还难以做到更加精确的检测。本文在理论及应用基础上, 分析并解决了耐张线夹及接续管内部钢芯铝绞线的无损探伤难题, 对提高线路运行和检修效率、增强供电的安全和可靠性有着十分重要的意义。

摘要：针对施工过程中因导线在压接管中未贯穿到位或钢芯压接不符合要求而引发的断线、掉线事故, 通过X射线技术对耐张线夹及接续管内压接情况进行探测, 再利用工业CT技术形成图像, 判断输电线耐张管情况。

关键词：输电线路,X射线,无损探伤,耐张线夹

参考文献

[1]邵泽波.无损检测技术[M].北京:化学工业出版社, 2003

[2]中国大百科全书总编辑委员会.中国大百科全书[M].北京:中国大百科全书出版社, 1987

钢丝绳无损探伤仪研究 篇4

钢丝绳在油气田勘探开发中应用非常广泛, 如在钻、修井机、油井抽油、捞砂、顿钻和清屑等方面都大量使用。钢丝绳在工作过程中, 会发生疲劳、锈蚀、磨损、断丝等现象, 从而影响到设备和系统的安全运行和人员的生命安全。近年来, 随着我国深井和超深井钻探开采工作的不断发展, 钻井钢丝绳的使用条件更加恶劣, 发生了许多钢丝绳断裂事故, 损失惨重, 因此进行钢丝绳剩余强度定量评定方法及检测方法的研究具有重要意义。

传统的钢丝绳检测方法是人工目视检查。这一方法由专职检测人员定期对使用中的钢丝绳进行观察。采用卡尺测量绳径, 手摸或肉眼寻找缺陷。显然, 人工目视检查只能发现钢丝绳中露在外部的缺陷 (如断丝) , 而对内部的断丝、锈蚀等缺陷则无能为力。且人工检查速度较慢, 受人为因素影响较大, 检查结果可靠性差。

目前, 钢丝绳判废切除主要是依据API RP 9B规则《油田用钢丝绳的使用、维护推荐做法》, 该规则根据钢丝绳的使用工作量评定钢丝绳的寿命, 即以钢丝绳承受的载荷与工作行程作为钢丝绳报废切除的依据, 这是一种经验的定性的方法, 对具体工况下钢丝绳的损伤和寿命无法较准确地评定:要么对钢丝绳寿命消耗估计过少, 导致钢丝绳断裂;要么对钢丝绳寿命消耗估计过多, 造成过早切除浪费。因此, 对钢丝绳进行安全性定量评定是十分必要的。

2 MTC钢丝绳检测原理

2.1 组成

电脑探伤仪系统的组成如图1。主要由检测传感器、脉冲编码器、信号处理系统、计算机系统、钢丝绳定量分析软件及声光报警辅助功能装置构成[1,2]。传感器将钢丝绳缺陷所形成的漏磁场信号转化为微弱的电信号;信号处理系统将获得的电信号经放大、滤波、调理后进行A/D转换并送到计算机的并行口;脉冲编码器发出脉冲控制计算机对并行口数据采样;钢丝绳定量分析软件对采样得到的数据进行分析、显示, 并在检测到缺陷时触发声光报警辅助功能装置工作[3]。

2.2 检测原理

钢丝绳表面及内部断丝和因磨损、疲劳、变形等引起的钢丝绳横截面中金属截面积变化从而导致磁场发生变化, 钢丝绳检测装置是一种利用磁性检测原理定量检测漏磁场进行缺陷判断的无损检测仪器。

磁性检测原理是, 在磁场的作用下, 钢丝绳上的物理缺陷 (如断丝、锈蚀、磨损等) 影响钢丝绳的磁场分布, 利用磁敏检测元件 (如霍尔元件、感应线圈、磁敏二极管、三极管等) 检测磁场的变化特征, 并将其转换为电信号, 通过电信号的变化表征钢丝绳的物理缺陷[3]。

图2为钢丝绳磁性检测原理示意图, 磁铁、衔铁、磁铁与钢丝绳间空气隙和钢丝绳构成励磁回路。磁铁将钢丝绳磁化至饱和状态, 当磁化区域内的钢丝绳上存在物理缺陷时, 钢丝绳上的磁场分布就会变化, 磁场分布的变化因缺陷的性质不同而不同。若缺陷为断丝, 在断丝处由于空气隙的磁阻远大于钢丝绳磁阻, 部分磁力线会泄漏到钢丝绳外从而形成漏磁场;若缺陷为锈蚀或磨损, 钢丝绳的金属截面积发生变化, 而使磁路的主磁通发生变化。通过布置在钢丝绳磁化段中部均匀磁场区域的磁敏检测元件检测钢丝绳磁场分布的变化, 可以获得包含钢丝绳物理缺陷特征的信号, 对信号进行处理、分析可以实现钢丝绳的定量检测。因此根据钢丝绳的结构和缺陷特征, 研究出钢丝绳检测的两种方法:

2.2.1 金属横截面积损失检测 (LMA)

其原理是主磁通测定法, 即利用强磁场作为励磁源, 将处于两磁极间的一段钢丝绳磁化到饱和。根据磁学的有关理论, 铁磁材料在磁饱和情况下, 材料内的磁通量与金属横截面积的大小成正比, 故由传感器所测出的磁通量的变化, 即为钢丝绳金属横截面积的变化。

2.2.2 局部损伤检测 (LF)

局部损伤主要是指断丝、锈蚀坑、变形等所引起的钢丝绳局部物理状态的退化。智能钢丝绳探伤仪采用漏磁检测的原理检测钢丝绳中此类损伤。

将上述两路检测信号 (LMA) 和 (LF) 以及距离信号分别送入计算机进行处理, 检测信号经放大、滤波等处理后有计算机进行采集和判别, 得出检测结果, 检测结果可显示、储存和打印。

钢丝绳运行的位置有光电编码器编码后进入计算机, 计算机对位置编码器发出脉冲信号计数, 通过逻辑运算后得到精确的位置。

2.3 设备技术性能[1]

采用不同的探头规格, 可以检测的钢丝绳范围为Ф5～85mm。

检测绳长:≥10 000m, 距离分辨率:0.02m。检测绳速:0.3～3.5m/s。

LMA测量误差:±0.1% (LMA量程为20%) , 分辨率:0.01%。

LMA检测灵敏度:缺陷宽度≥10mm。

LMA定量分析:缺陷宽度≥50mm, 锈蚀、磨损金属横截面积>1%。

LF检测灵敏度:锈蚀、断丝、变形、松股。

工作温度:-20℃～40℃。

电源:内置电池供电

3 钢丝绳检测处理系统

3.1 钢丝绳检测典型波形

3.1.1 单端缺口LF、LMA信号波形 (图3)

3.1.2 小断口LF、LMA信号波形 (图4)

3.2 数据处理系统

被测钢丝绳全程测录完毕后, 由计算机处理系统进行处理, 系统能够准确反映出被测钢丝绳全程的损伤点数目及位置坐标, 同时在位置坐标点上定量反应损伤当量。控制处理系统按被测钢丝绳检测依据 (或标准) 中损伤量的大小, 与其损伤当量相对应进行分析处理, 作出该钢丝绳在某位置磨损、锈蚀、截面变形、断丝等的损伤判断结论。其次, 控制处理系统对被测钢丝绳损伤点的损伤程度进行全面评价, 见损伤度类别评价表1。

4 钢丝绳现场应用

使用钢丝绳检测设备, 我们检测了大量的浅 (滩) 海油气勘探用钢丝绳, 以海洋钻井公司KD26平台一小型吊机用钢丝绳为例, 钢丝绳型号为8X (19) (1+9+9) 线接触 (纤维芯, 通过检测得到图5波形:

检测结果分析如下:

(1) 检测钢丝绳长度:128.88 m。

(2) 钢丝绳外层绳股承载钢丝总数:114根。

(3) 钢丝绳金属断面积减少最大差值:2.37%, 位置:119.30m, 未超过允许的最大值 (10%) 。6d (63mm) 内最大断丝数:4根, 位置:121.40 m, 已超过允许的最大值:2根。30d (315mm) 内最大断丝数:4根, 位置:121.40 m, 已超过允许的最大值:4根。

(4) 局部缺陷详见表2。

钢丝绳6d内断丝数, 30d内断丝数均已超出GB/T 5972-2006中的要求。

(5) 该钢丝绳应报废。

5 结束语

MTC钢丝绳电脑探伤仪可以对钢丝绳表面的磨损、锈蚀、截面变形、断丝等缺陷和损伤给出定性及定量的检测结果, 尤其是精确的定量检测数据。检测方法简介、分辨率强、灵敏度高、抗干扰强、易于操作, 适合现场检测。由于检测结果直观明了, 可以定量给出钢丝绳的损伤结果, 准确判断钢丝绳的寿命及强度, 比以往的检测方法精确度更高, 可靠性更强, 手段更先进, 对于浅 (滩) 海的钢丝绳的出厂检验、定期检验、验收检验等均有应用价值。

参考文献

[1]谢三洋, 武新军, 康宜华.钻井钢丝绳检测方法与装置的研究[J].石油矿场机械, 2006, 35 (4) :73-75.

[2]王云霞.MTC-B型钢丝绳验绳探伤装置的研制[J].煤矿机械, 2003 (7) :71-72.