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客运索道钢丝绳安全检测技术的应用分析

摘要:本文通过对各种无损检测方法的特点及局限性分析.探讨客运索道钢丝绳安全检测技术
和适宜的在线检测方法。经过对各种检测方法进行分析比较。认为磁性检测是客运索道钢丝绳安
全无损检测的一种实用检测方法之一。
关键词:客运索道;钢丝绳;安全检测;技术
 
客运索道是建立在高山电视转播台、微波站及旅游景点上的一种运输交通工具。随着我国旅游业的迅速发展.全国各地旅游景点相继建成客运索道.到目前为止已经达到300余条.并且每年都在不断地增长.总长度接近500km。大部分都是引进国外的成套客运索道安装设备。按照设计要求,客运索道急需进行安全运营检测,提高客运索道的使用寿命.减少客运索道运营期间的事故发生率,保证客运索道运营的安全.提高旅游客运的经济效益和社会效益。但是,目前没有系统的索道安全检测、故障诊断技术.钢丝绳是索道设备的关键部件.采用仪器对钢丝绳的状况进行检测.特别是进行定量的无损检测是十分重要的。一方面,它可以确保钢丝绳运行的安全性.减少事故;另一方面.它可以适时地确定钢丝绳更换时间。减少因钢丝绳提前报废而造成的浪费。对客运索道用钢丝绳进行无损检测.能实现客运索道安全持续的运营,提高客运索道的经济效益和社会效益.促进我国客运索道事业的发展;同时对我国矿山索道、货运索道及林业索道的发展也将起到巨大的推动作用。

1国内外无损检测技术现状分析
客运索道钢丝绳在其运行过程中,由于其作业环境和作业特点,不可避免地会产生疲劳、断丝、锈蚀、磨损、断裂等现象,使其强度降低,引起突发的事故。发生设备损坏和人员伤亡的严重后果。所以。对客运索道用钢丝绳进行安全无损检测是非常必要的。对客运索道钢丝绳无损检测的研究,国外起步较早。取得了一定的研究成果。目前,国内外对钢丝绳进行无损检测方法主要有9种。其检测原理、特点和实用性见表1。
表1各种检测方法的原理、特点和实用性
 
美国对钢丝绳截面积检测实现了定量化,并已达到了较高的水平,最具有代表性的客运索道钢丝绳无损检测系统,是由美国NDT技术公司生产的无损检测仪。该检测仪的检测原理是通过磁路的主磁通和漏磁通的变化,可以判定钢丝绳的磨损和断丝(内部断丝)的程度。但是由于该仪器的制造工艺复杂,价格昂贵,所以,现阶段在国内的用户非常有限。
俄罗斯科学家提出金属应力集中区——金属微观变化——磁记忆效应相关学说,并形成一套全新的金属诊断技术——金属磁记忆(MMM)技术,该理论立即得到国际社会的承认。这一被誉为21世纪NDT新技术的检测方法,是集常规无损检测、断裂力学和金相学诸多潜在功能于一身的崭新诊断技术,我国现开始引进这项新技术。
我国在客运索道钢丝绳无损检测技术方面起步较晚,但是,在检测仪器的计算机化、智能化方面取得了较好的成果,应用磁桥回路原理开发了自己的产品,并且在不增加传感器体积和重量的情况下,实现了客运索道钢丝绳断丝和磨损检测的一体化,减轻了检测人员的劳动强度。对钢丝绳铁磁性金属截面积测量的灵敏度大于10mV/mm2,精度可达0.1n瑚。目前,我国的中子照相检测技术的研究和应用还不深入和普遍,技术水平与先进工业国差距很大。随着我国科学技术的发展,中子照相检测技术和应用也将较快地发展起来,而且会在现有的基础上向高层次和高水平的方面进行研究和发展,逐步推广使用。
2检测效果评价
在表1中所列的无损检测方法中,都有其自己的优点、缺点和局限性。
超声检测是利用超声波来对材料和工件进行检验和测量。由于超声波的性质和特点,主要用来检测锻件的裂纹、分层、夹杂,焊缝中的裂纹、气孔、夹渣、未熔合、未焊透,型材的裂纹、分层、夹杂、折叠,铸件中的缩孔、气泡、热裂、冷裂、疏松、夹渣等缺陷及厚度测定。超声波具有对平面型缺陷十分敏感、一经探伤便知结果、易于携带、穿透力强等优点。由于是耦合传感器,要求被检表面光滑,难于探测出细小裂纹。不适用于形状复杂或表面粗糙的部件检测。客运索道的主要部件就是各种钢丝绳,如承载索、牵引索、起重索、回空索等各种索具,由于钢丝绳由钢丝、绳股和绳芯组成,绳芯有纤维芯和金属芯等,所以用超声检测时就会遇到一些问题。检测时,把探头放在试件表面,探头或测试部位应涂水、油或甘油等,以使两者紧密接触,通过探头向试件发射纵波和横波,完成检测。然而,索道用的钢丝绳太长,在钢绳上涂水、油或甘油不太现实,而且钢丝绳表面不是很光滑,探头与钢丝绳接触时,有一定难度,影响检测结果。所以,用超声波检测客运索道钢丝绳不太实用。
声发射AE(AcousticEmission)技术是一种评价材料或构件损伤的动态无损检测诊断技术。它是通过对声发射信号的处理和分析来评价缺陷的发生和发展规律,并确定缺陷位置。多数金属材料的塑性变形或断裂时都有AE信号。当物体受到外力或内力作用时,由于材料内部结构的不均匀及各种缺陷的存在造成应力集中,从而使局部应力分布不稳定。当这种不稳定应力的分布状态所积蓄的应变能达到一定程度时,就会发生应力的重新分布,再达到新的稳定状态。在这一过程中往往伴随有范性流变、微观龟裂、位错的发生与堆积以致裂纹的产生与发展。实际上就是应变能的释放过程。金属材料的应力波发射大部分是处于超声范围。检测频率大都处在100-300kHz。
使用声发射检测具备两个条件:第一,材料要受外载作用;第二,材料内部结构或缺陷要发生变化。基于声发射的这些特点,声发射主要用于检测构件的动态裂纹、裂纹萌生及裂纹生长率等。由于声发射信号的产生不仅与外部因素有关,而且与材料的内部结构有关,影响因紊复杂,致使声发射信号具有随机性,即对同一类试件在同一条件下进行观测,所得数据的分布范围可能差异较大。而声发射信号的机理各式各样,且频率范围很宽,同时索道钢丝绳由绳股和绳芯组成,所以,产生的声发射的频率范围比较宽,使声发射信号具有一定的模糊性,在分析检测信号时带来一定难度,不能真实准确地判断钢丝绳内部存在的缺陷类型及缺陷程度。
激光全息检测诊断技术是20世纪60年代末发展起来的,是激光技术在无损检测领域应用最早、最多的方法。全息术就是利用光的干涉和衍射原理,将物体发射的特定光波以干涉条纹的形式记录下来,在一定条件下使其再现,便形成了物体逼真的三维像。该检测技术主要用于检测微小变形、夹板蜂窝结构的胶接质量、充气轮胎缺陷、材料裂纹、高速物理过程中等离子体诊断和高速碰撞等。该检测方法仅适用于近表面缺陷检测,不适用于客运索道钢丝绳的无损检测。全息无损检测技术还没有真正完全应用到生产实际中,大多数项目仍然处在试验阶段。离人们的期望相差甚远。主要原因是由于该检测技术始终没有摆脱试验室的束缚,没有与计算机技术的图像处理技术很好地结合起来,因而无法实现自动化在线检,以致于不能扩大该技术的应用范围。所以,目前该检测技术在客运索道钢丝绳检测上还不能使用。
射线检测诊断主要利用射线透过被检测物体时,有缺陷部位(如气孔、非金属夹杂物等)与无缺陷部位对射线吸收能力不同,通过有缺陷部位的射线强度高于无缺陷部位的射线强度,因而可以通过检测透过工件后的射线强度的差异来判断工件中是否存在缺陷。射线检测能够直观地显示缺陷影像,便于对缺陷进行定性、定量与定位分析;射线底片能长期存档备查,便于分析事故原因;对被检测物体无破坏,无污染。同时,射线无损检测诊断技术也存在穿透物质的过程中被吸收和散射而衰减,使得用它检查的厚度受到限制;难于发现垂直射线方向的薄层缺陷;检测费用比较高;射线对人体有害,需作特殊防护。在我们用射线检测诊断中最常用的主要有X射线和7射线两种。X射线、射线与物质相互作用时。主要表现为离子性。即光量子和光子的性质。X射线设备一次投资大,不易携带。有放射危险。需要有高素质的操作和评片人员。较难发现焊缝裂纹和未熔合缺陷。不适用于锻件和型材。7射线检测诊断是应用放射性同位素具有轻便、经济、穿透能力强以及射线源可伸人窄小部位透照等特点,所以,可以被用于检测焊接不连续性(包括裂纹、气孔、未熔合、未焊透及央渣)以及腐蚀和装配缺陷。最适宜检查厚壁体积型缺陷。由于射线检测的应用条件范围以及局限性,加上客运索道用的钢丝绳的本身特性以及要求,所以,该方法不适用客运索道钢丝绳的检测。
我国从20世纪80年代开始研究CT技术。它的基本原理是计算机层析成像技术使用不同的能量波作为辐射源,其工作原理也有所不同。在工业无损检测中广泛应用的是透射层析成像技术(ICT)。从使用的辐射源来看多为X射线或7射线。它包括低能X射线或有加速器产生的高能X射线。以X射线和7射线作为辐射源的工业CT。其工作原理仍是大家熟知的射线检测原理基础。工业CT本质上也是一种射线检测技术,与射线照相、实时成像有一些共同之处。如检测时需要足够的射线能量穿透试件,受被检试件的材料种类、外形、表面状况限制较少。成像与材料对射线的衰减系数有关,以及图像直观。检测现场要有防护设施等。工业CT在无损检测中的应用有着独特的优越性,它适合于多种材料及构件缺陷的无损检测,特别是对于复杂结构的试件。尽管工业CT检测方法有这些优势,但同时它具有很大的缺点,一是工业CT检测设备造价成本很高,检测成本高;另一个最大的缺点就是检测效率太低,尤其像一条客运索道。有几千米长,检测时间长、费用高,所以,从目前的技术和现实情况来看。工业CT检测技术还不能用于客运索道钢丝绳的安全检测。
金属磁记忆检测方法原理之一就是磁记忆效应。机械零部件和金属构件发生损坏的一个重要原因,是各种微观和宏观机械应力集中。其检测原理是机械部件由于疲劳和蠕变而产生的裂纹会在缺陷处出现应力集中,由于铁磁性金属部件存在着磁机械效应,故其表面上的磁场分布与部件应力载荷有一定的对应关系,因此,可通过检测部件表面的磁场分布状况间接地对部件缺陷和应力集中位置进行诊断。磁记忆法仅能确定缺陷的位置,目前尚不能对缺陷的形状、大小和性质进行定量、定性的具体分析。因此,由于磁记忆检测法局限性的存在和该项技术的实际情况,现在的磁记忆检测方法不能用于客运索道钢丝绳的安全性检测与诊断。
涡流无损检测诊断是以电磁感应为基础的无损检测技术,只适用于导电材料。主要应用于金属材料和少数非金属材料(如石墨、碳纤维复合材料等)的无损检测。当载有交变电流的检测线圈靠近导电试件时,由于线圈磁场的作用,试件会感生出涡流。涡流的大小、相位及流动性受试件导电性能等的影响,而涡流的反作用又使检测线圈的阻抗发生变化。通过测定检测线圈阻抗(或感应电压)的变化。就可以得到被检材料有缺陷的结论。涡流检测特别适用于薄、细导电材料,对于粗厚材料只适用于表面和近表面的检测;速度极快,易于实现自动化;能在高温条件下进行检测;能够用于异型材和小零件的检测。涡流无损检测诊断技术具有设备简单、操作方便、速度快、成本低、易于实现自动化,能在装配状态下对机械装置进行检测等优点。
对于其他的一些检测方法,由于只适用于对材料进行一些表面和近表面的缺陷检测,如磁粉检测诊断、液体渗透检测诊断、微波检测诊断、光纤检测诊断、应用光电系统的目视检测诊断等方法。由于客运索道用的钢丝绳本身除了表面的断丝等缺陷外,还有钢丝绳内部的一些断丝及缺陷,而且客运索道是对安全性要求极高的设施,所以,这些方法不适用于客运索道钢丝绳的检测。
3结论与建议
在上述部分检测方法中,因检测信号易受干扰,或因检测结果难以记录。或因检测设备费用太高。或因检测性能差,或因检测局限性太大等原因,至今都未推广应用。再一个重要原因就是,上述部分检测方法由于受客运索道钢丝绳结构和其作业环境影响,以及检测成本和仪器复杂程度等诸多因素影响很难实用化。由于钢丝绳绝大多数采用导磁性能良好的高碳钢制成,易于磁化,均适合用电磁检测法进行检测,且磁检测法还具有检测成本低、检测方法易于实现等优点,长期以来受到人们的重视。
目前,对钢丝绳检测最成熟的方法是磁检测方法。根据磁性无损检测原理,首先要对钢丝绳进行磁化,常用的磁化方法有交流磁化法、直流磁化法和永久磁铁磁化法,用交流磁化法和直流磁化法磁化钢丝绳时,要在钢丝绳表面上缠绕线圈,现场安装很不方便;同时由于趋肤效应,对于客运索道钢丝绳表面极不规则的构件,不可能获得很好的磁化效果。所以,在钢丝绳的检测实践中,采用永久磁铁对钢丝
绳进行磁化,当钢丝绳直径小于30mm时,采用单回路励磁的方式即可满足钢丝绳磁化要求;若钢丝
绳直径大,则可采用双回路或多回路励磁的方式。
在双回路或多回路励磁时,必须合理地设计磁路,防止磁力线之间的相互干涉,以达到增强磁化强度的目的。总之,在选取磁化方式时,既要保证钢丝绳磁化均匀,又要有利于信号的获取。采用漏磁通法,将钢丝绳轴向磁化后,钢丝绳周围仍有较大的剩磁。没有局部损伤处的磁场是均匀的或缓慢变化的。如
果钢丝绳上有断丝等局部损伤,则在损伤处的磁场剧烈变化。由于导致钢丝绳承载能力下降的主要因素是局部损伤和断面损失,因此,现在常用的磁检测方法有两种,一种是局部损伤法(LocalizedFlaw)。
主要表现为内外部断丝、碴伤等。另一种就是断面损失法(Lo ssofMetallicAreaM ethod),它可检测磨损和锈蚀等引起的钢丝绳横截面积变化的缺陷。利用磁检测法对客运索道钢丝绳进行安全检测可以得到准确的结果。
还有两种检测方法。一种是磁记忆检测法。利用铁磁性金属的磁记忆效应,对客运索道用钢丝绳的缺陷能够进行早期检测。尽管现在该种方法还不能够对缺陷的大小、位置、性质进行定量的分析,但随着科学技术的发展,该种方法不失为一种对钢丝绳进行检测的好方法。另一种是工业CT无损检测方法,该方法能通过分析得到缺陷的位置、取向、形状及尺寸大小,还能确定缺陷的性质,所以。该检测方法的准确度高,但由于现在成本太高,检测效率太低,还不能推广。随着科技的发展,这些检测效果好目前应用困难的检测方法,将逐步在客运索道钢丝绳安全检测上应用。


《客运索道钢丝绳安全检测技术的应用分析》2012-6-15 12:16:23 拖飞宝 浏次数

 




















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