鋼絲繩探傷儀發(fā)展背景

一．鋼絲繩無損檢測技術(shù)在不斷發(fā)展

從1906年世界上出現(xiàn)第一臺鋼絲繩無損檢測設(shè)備到現(xiàn)在，針對鋼絲繩無損檢測已經(jīng)應(yīng)用過的方法包括：聲學(xué)檢測法、機械檢測法、超聲波檢測法、聲發(fā)射檢測法、電流檢測法、電渦流檢測法、射線檢測法、光學(xué)檢測法、振動檢測法、電磁檢測法等。其中只有電磁檢測法得到了推廣應(yīng)用。

國外鋼絲繩電磁無損檢測已發(fā)展了一個世紀，已經(jīng)積累了很多的經(jīng)驗。制造商多集中在發(fā)達國家（國外主要儀器廠商見列表）。現(xiàn)在國外鋼絲繩無損檢測正由早期的檢測鋼絲繩斷絲、磨損、銹蝕等缺陷，向檢測鋼絲繩金屬截面積損失、強度評估和鋼絲繩壽命預(yù)估方向發(fā)展。目前一些發(fā)達國家已制定了通過無損檢測來判廢鋼絲繩的規(guī)則。并且最新的國際標準ISO4039-2004¹中3.3.3條款明確了鋼絲繩無損檢測結(jié)合人工視覺檢查可以確定鋼絲繩惡化的面積和程度。

目前美國和法國制定了鋼絲繩電磁無損檢測方法標準。其中以美國ASTM E1571-01被國外儀器廠家普遍采用，尤其標準中關(guān)于LF和LMA檢測法的定義、描述和檢測方法被國外儀器廠商普遍引用。我國也正在編制《鐵磁性鋼絲繩電磁檢測方法》的國家標準，該標準是修改采用美國ASTM E1571-01標準。

國內(nèi)從二十世紀七十年代初推出第一臺鋼絲繩探傷儀，目前國內(nèi)先后有十多家單位生產(chǎn)過鋼絲繩探傷設(shè)備。至今沒有形成儀器統(tǒng)一的標準和規(guī)范。

隨著科技的發(fā)展和進步，當前鋼絲繩無損檢測技術(shù)有了很大的進步。檢測設(shè)備向小型化、簡單化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、多功能化方向發(fā)展。

二．鋼絲繩無損檢測是非常重要和必要的檢查方法

鋼絲繩有損檢測可檢測出鋼絲繩強度損失和鋼絲繩疲勞及材質(zhì)情況，但僅能反映送檢鋼絲繩樣品，不能反映全繩狀況，且無法在線檢測。

人工檢查簡單、直觀，對人員要求不高，但很難發(fā)現(xiàn)鋼絲繩內(nèi)部缺陷，檢查效率低、受人為因數(shù)影響大。

無損檢測能夠檢測出鋼絲繩內(nèi)部缺陷，并能定量檢測鋼絲繩金屬橫截面積?？蓪崟r在線全繩檢測，檢測效率高，基本不受人為因數(shù)影響。結(jié)合人工檢查和檢測數(shù)據(jù)定量分析可評估鋼絲繩損傷程度和強度損失情況，但無損檢測還不能完全定量檢測斷絲數(shù)量和斷絲截面積減少量，還很難僅通過檢測數(shù)據(jù)，分析出各種缺陷的性質(zhì)和程度。

三．鋼絲繩電磁無損檢測設(shè)備的種類和特點

1．簡單化的儀器設(shè)備

這類設(shè)備操作簡單，對人員基本沒有太高要求，比較適合現(xiàn)場檢繩人員使用。設(shè)備檢測效率高，檢測精度、準確性低，不能給出全繩的詳細檢測數(shù)據(jù)，只能給出簡單的損傷或缺陷統(tǒng)計數(shù)據(jù)，協(xié)助檢繩人員發(fā)現(xiàn)可疑的損傷，不能準確定量和分析損傷性質(zhì)。這種設(shè)備只能提示檢繩人員注意，最終鋼絲繩損傷到何種程度需要人工核查確認。因此此類有叫電子監(jiān)測式、也有叫傻瓜式。但目前此類設(shè)備存在一個報警門限不好設(shè)定的缺陷。容易導(dǎo)致誤報和漏報等報警不準情況。

2．智能化的儀器設(shè)備

這類設(shè)備通過電腦來檢測、存儲和分析檢測數(shù)據(jù)，操作相對復(fù)雜一些，對人員有一定要求，使用人員需要學(xué)習如何來分析檢測數(shù)據(jù)。這種設(shè)備比較適合有一定電腦知識的繩檢人員使用，檢測效率高，檢測精度、準確性高，能給出全繩的詳細檢測數(shù)據(jù)，能自動生成檢測報告，并給出損傷或缺陷統(tǒng)計數(shù)據(jù)。設(shè)備分析功能強，能定量檢測鋼絲繩金屬截面積損失，定量分析斷絲。還能根據(jù)檢測曲線的發(fā)展趨勢，分析鋼絲繩損傷發(fā)展的速度和趨勢，進而準確的預(yù)測鋼絲繩的使用壽命。

3．網(wǎng)絡(luò)化的儀器設(shè)備

這類設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)對鋼絲繩進行遠程集中管理和集中檢測，將鋼絲繩檢測作為整個設(shè)備監(jiān)控的一部分，提高了整個設(shè)備的安全性。這類設(shè)備相當于監(jiān)測系統(tǒng)的一個前置智能儀器。需要檢測時連上網(wǎng)絡(luò)即可進行檢測。操作此設(shè)備需要有電腦知識和網(wǎng)絡(luò)知識，儀器操作相對簡單，分析和處理與智能儀器相近。同時還具有簡單化儀器的特點。

4．多功能化的儀器設(shè)備

    這類設(shè)備采用多種傳感器和多種方式，盡可能多檢測反映鋼絲繩損傷狀況的信息，通過不同方法和不同傳感器優(yōu)勢互補、取長補短，盡可能全面的反映鋼絲繩損傷狀況，來彌補儀器的局限性，從而達到對鋼絲繩科學(xué)而準確的檢測。目前只有國外有此類儀器。國內(nèi)還沒有開發(fā)出此類儀器設(shè)備。

四．鋼絲繩無損檢測儀器應(yīng)明確給出LMA和LF參數(shù)指標

當前國內(nèi)很多廠家給出的儀器參數(shù)指標大多沒有可比性，其主要原因是由于沒有統(tǒng)一的標準，所以導(dǎo)致各廠家給出的指標不一致。因此不同儀器之間很難具有可比性，這給用戶選擇儀器帶來了不便。美國E1571-01標準²提出了鐵磁性鋼絲繩電磁檢測的原理和儀器校準和檢測要遵循的方法和規(guī)范，遵循該標準可以解決不同儀器之間的可比性問題，以及儀器校驗問題、現(xiàn)場檢測問題和儀器存在的局限性問題。

E1571-01標準第3章定義的LMA檢測參數(shù)和LF檢測參數(shù)，是所有鋼絲繩電磁無損檢測儀器都存在的、反映儀器局限性的兩項基本參數(shù)指標。與斷絲、變形、磨損、銹蝕、疲勞等損傷相關(guān)的參數(shù)指標都是從LMA和LF檢測參數(shù)直接或間接分析得出的。這兩個參數(shù)指標是儀器最基本的參數(shù)指標，更有實際應(yīng)用的意義。因此儀器在給出LMA參數(shù)時，必須給出儀器的LMA精度指標。還要給出實際檢測鋼絲繩時，存在的局限性指標、LMA定量檢測指標。在產(chǎn)品標準中還要有相關(guān)的檢測方法說明。

儀器在給出LF參數(shù)時，由于此指標是定性檢測，所以可以不給出具體精度，但要給出實際檢測鋼絲繩時，存在的局限性指標、LF定性檢出能力。在產(chǎn)品標準中還要有相關(guān)的檢測方法說明。

在E1571-01標準中用第6章和第10章兩個章節(jié)，詳細說明了對這兩個參數(shù)指標的測試方法。同時，第7章也指出了LMA和LF檢測的局限性。因此，這兩個參數(shù)指標既反映了儀器的性能，也反映了儀器的局限性，同時也使得不同儀器之間在同樣試驗條件下具有了可比性。由此可以看出這兩個參數(shù)指標是儀器最基礎(chǔ)的、有可比性的、反映儀器性能和局限性的重要參數(shù)指標。因此，鋼絲繩電磁無損檢測儀器應(yīng)該提供這兩個參數(shù)指標。國外主流產(chǎn)品都有相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，如下圖1所示方框內(nèi)技術(shù)指標。

有些儀器提供了LMA檢測靈敏度和LF檢測靈敏度，但沒有按E1571-01標準要求進行測試，既沒有給出斷口的最小寬度，也沒有給出適用的范圍，這樣的指標局限性很大。

一．加強基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，建立標準的對比試樣、測試平臺和測試規(guī)范

影響檢測結(jié)果質(zhì)量的三個要素是：①檢測使用的儀器，②操作人員的素質(zhì)，③檢測規(guī)程和方法。任何一個要素出了問題，都可能引起嚴重的后果。

“儀器操作人員”可以按GB/T 9445《無損檢測-人員資格鑒定與認證》要求持證上崗。“檢測規(guī)程和方法”可以參考國家標準《鐵磁性鋼絲繩電磁檢測方法》中的有關(guān)要求去做。如何衡量檢測使用的儀器？國內(nèi)目前還沒有相關(guān)標準和檢驗機構(gòu)，也是目前國內(nèi)鋼絲繩無損檢測設(shè)備發(fā)展比較混亂的重要原因。

隨著國家標準《鐵磁性鋼絲繩電磁檢測方法》的出臺，以這個標準為出發(fā)點，按照標準中關(guān)于LF和LMA檢測法的定義、描述和檢測方法，在權(quán)威機構(gòu)建立標準的比對試樣、測試平臺和測試規(guī)范。這對確保鋼絲繩無損檢測設(shè)備質(zhì)量、確保鋼絲繩無損檢測結(jié)果的準確性，確保在用鋼絲繩的安全意義重大。同時也是符合儀器廠商、檢測機構(gòu)和最終用戶的根本利益。國家應(yīng)該大力投資加強這類基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，積極推動標準化進程，以標準規(guī)范市場。只有讓標準與實踐相結(jié)合，在實踐中不斷修改、完善和發(fā)展，做到良性循環(huán)。

金屬制品對比-選購-經(jīng)驗篇：選擇便攜式鋼絲繩探傷儀需要對鋼絲繩探傷儀的基本原理要有所了解，需要了解其性能指標是否合理、嚴謹、可信等等。

如何選擇便攜式鋼絲繩探傷儀

在索道、礦山、冶金、起重、港口、石油、水電和建筑等領(lǐng)域，鋼絲繩有著大量的應(yīng)用。由于鋼絲繩檢測是一項復(fù)雜的工作，多數(shù)單位往往難以做到正確的損傷檢測，對存在的安全隱患難以及時發(fā)現(xiàn)，嚴重時鋼絲繩一旦斷裂將危及人身和設(shè)備安全。

另一方面，鋼絲繩無損檢測仍然是一個世界性的難題。這主要表現(xiàn)在：由于受電磁檢測方法的局限，斷絲數(shù)還難以定量檢測。一些缺陷還需借助人來分析、判斷，才能確定鋼絲繩損傷的程度。國內(nèi)專家對鋼絲繩探傷儀的看法也不太一致，目前國家尚未正式出臺鋼絲繩探傷儀的標準，生產(chǎn)廠商使用的都是企業(yè)標準。面對市場上各種品牌的鋼絲繩探傷儀，對多數(shù)不太了解鋼絲繩探傷儀的用戶來說往往難以選擇。下面提供一些建議僅供參考：

1．對鋼絲繩探傷儀的基本原理要有所了解。

目前，國內(nèi)、外鋼絲繩探傷儀的檢測原理基本上都是采用電磁檢測方法，將鋼絲繩充磁，通過對鋼絲繩缺陷處的漏磁或磁通的變化來檢測鋼絲繩的損傷。如：斷絲、磨損、銹蝕、變形等。

美國ASTM E1571-2001《鐵磁性鋼絲繩電磁檢查方法》標準的第3章明確給出了如下定義：

3.2.1 雙功能儀器——一種鋼絲繩NDT檢測設(shè)備，它可以在一條通道上檢測并顯示金屬橫截面上的變化，而在另一條通道上檢測并顯示局部損傷，這種裝置可以是紙帶圖形記錄儀或者其它合適的設(shè)備。

3.2.2 局部損傷（LF）——鋼絲繩上不連續(xù)的缺陷點，比如鋼絲繩上的斷裂點、銹蝕點、磨損槽以及在其它的物理條件下造成的能降低鋼絲繩整體性能的局部變化。

3.2.3 金屬橫截面積損失（LMA）——一種衡量金屬橫截面積損失的相對比較測量方法，用儀器測出一個參考點，即可以代表金屬最大橫截面的點，用被測點與之比較即可。

該標準第4章進一步指出：在恒定磁場中，測量主磁通變化的磁通檢測法可用于測定金屬橫截面積變化（輸出為LMA曲線）；測量由鋼絲繩中不連續(xù)（例如斷絲）所引起的漏磁場的漏磁檢測法可用于測定局部損傷（輸出為LF曲線）。其中只有LMA的檢測結(jié)果與金屬橫截面積損失程度滿足線性關(guān)系，可以實現(xiàn)定量檢測。

2．性能指標是否合理、嚴謹、可信。

由于國家尚未正式出臺鋼絲繩探傷儀的標準，因此各個生產(chǎn)廠商給出的性能指標一般都不太相同，用戶難以橫向比較。用戶可以參考國標GB/T21837-2008《鐵磁性鋼絲繩電磁檢測方法》的要求。我們建議鋼絲繩電磁檢測設(shè)備應(yīng)提供以下參數(shù)指標：

◆局部損傷（LF）檢測靈敏度：是衡量LF檢測局限性的重要指標。

◆金屬截面積損失（LMA）檢測靈敏度：是衡量LMA檢測局限性的重要指標。

◆金屬截面積損失（LMA）重復(fù)誤差：是衡量LMA定量檢測重復(fù)性的重要指標，是LMA示值誤差的一部分。

◆金屬截面積損失（LMA）線性誤差：是衡量LMA定量檢測線性度的重要指標，是LMA示值誤差的一部分。

◆鋼絲繩金屬橫截面積損失（LMA）示值誤差（簡稱LMA示值誤差）：是衡量儀器在量程范圍內(nèi)LMA顯示誤差的重要指標。該指標是依據(jù)GB/T21837-2008，采用鋼條對比式樣，運用抽取鋼條或鋼絲來減少金屬截面積的方法得出LMA示值誤差。LMA示值誤差是用來衡量儀器本身檢測LMA的精度。

◆鋼絲繩金屬橫截面積損失線性誤差（簡稱鋼絲繩LMA線性誤差）：LMA示值誤差檢測的不是鋼絲繩上實際的損傷，因此該指標只是用來衡量儀器本身檢測LMA的精度，不能作為檢測鋼絲繩LMA的精度指標；要檢測鋼絲繩的LMA，鋼絲繩LMA線性誤差最具有實際的意義，但該指標還要給出定量檢測LMA線性誤差所對應(yīng)的LMA缺陷長度（或斷口長度），這一指標是衡量儀器檢測鋼絲繩LMA的重要定量指標。

◆檢測鋼絲繩直徑范圍：檢測鋼絲繩直徑的上限和下限指標。

◆檢測鋼絲繩速度范圍：檢測鋼絲繩速度的上限和下限指標。

另一個簡單的方法：是看儀器給出的性能指標是否科學(xué)合理、嚴謹、可信。比如：準確性和重復(fù)性（有的叫準確率或測量誤差）是鋼絲繩探傷儀最重要也是最基本的指標。在給出這些指標的同時，還應(yīng)給出適用的檢測條件，如繩徑范圍、繩速范圍、損傷類型和狀況等。只有這樣得出的性能指標才是有實際意義的，只在特定情況下得出的結(jié)論不具有通用性，也就不合理、不嚴謹、不可信。

再有就是要看性能指標是不是在鋼絲繩上檢測得出的，在鋼管、鋼棒等均勻材質(zhì)得出的結(jié)果，往往與在實際鋼絲繩上得出的結(jié)果相差較大。

最后也是最重要的一點，有些廠商為了吸引用戶而夸大鋼絲繩探傷儀的檢測能力和性能指標，用戶購買實際使用以后，發(fā)現(xiàn)達不到廠商的承諾，甚至誤報和漏報，進而對鋼絲繩探傷儀產(chǎn)生了懷疑。

性能指標不能只看廠家的說明，而要看相關(guān)部門的檢測報告。目前鋼絲繩探傷儀國內(nèi)還沒有歸口管理，也就是國家還沒有授權(quán)檢驗單位和管理部門。有些儀器廠家出據(jù)的檢測報告是委托一些行業(yè)的檢驗機構(gòu)做的檢測報告，由于國家沒有授權(quán)，因此檢測報告的權(quán)威性很難保證。因為委托檢測只對委托檢測的項目負責，至于委托檢測的項目是否科學(xué)合理，檢驗機構(gòu)是不服責任的。因此檢測報告只是反映委托檢測項目的性能指標，并不能代表儀器就能滿足用戶要求。

3．選擇儀器首先要看重復(fù)性，其次才是檢測的靈敏度和精度。

重復(fù)性是一個儀器最基本的要求，如果儀器重復(fù)性不好，即在同樣的鋼絲繩損傷下，不同時間、不同地點、不同人員檢測出來的結(jié)果不一樣，這樣的儀器就算靈敏度和精度再高也很難使用。

在重復(fù)性滿足要求的情況下，就要比較儀器的精度和靈敏度。另外還要看儀器的檢測功能，儀器能夠檢測的損傷種類越多，越方便分析損傷性質(zhì)。目前多數(shù)采用LMA和LF聯(lián)合檢測法來檢測不同的損傷。

直接檢測鋼絲繩直徑的方法目前還不成熟。

4．儀器檢測結(jié)果要具有客觀性和可比性。

儀器標定和檢測應(yīng)盡量不受人為和環(huán)境因數(shù)影響，這樣檢測的結(jié)果才更客觀、準確。另一方面，鋼絲繩損傷情況非常復(fù)雜，只給出檢測結(jié)論是不夠的，保存檢測原始數(shù)據(jù)是非常必要的。原始數(shù)據(jù)的顯示形式一般采用曲線形式，曲線可以直觀反映損傷的類型、分布和程度。如圖三所示，可以非常直觀地看到鋼絲繩前部的兩處磨損的位置和程度（LMA），另外還有兩處斷絲

5．不要迷信數(shù)字處理，正確定位鋼絲繩探傷儀的能力。

鋼絲繩探傷儀可以在LMA曲線和LF曲線上反映出鋼絲繩的斷絲、磨損、銹蝕、松股和變形等損傷。但到目前為至，還沒有一個很好的數(shù)學(xué)模型，可以解決上述所有損傷的自動認別和定量指示。

當然，為了使儀器更容易使用，對檢測數(shù)據(jù)做一些必要的處理和分析，甚至直接給出損傷的性質(zhì)和程度也是必要的。如圖五所示是一個損傷智能分析統(tǒng)計及結(jié)果顯示窗口。但用戶應(yīng)該認識到任何數(shù)字處理只能減少信息量，不可能增加信息量。這就意味著：智能分析處理會過濾掉大量的信息，也難以避免的會有一些有用的信息，造成錯判、漏判。任何損傷智能分析只是一個輔助分析的手段，用戶不要迷信數(shù)據(jù)處理，更不能完全依賴儀器給出的簡單結(jié)論，對關(guān)鍵性的損傷必須人工核實

好的鋼絲繩探傷儀必須能夠最大限度的記錄下鋼絲繩的所有信息，包括檢測原始數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)，具有曲線縮放、移動、測量、對比分析、損傷智能認別的能力，還要有實時顯示和損傷定位的能力，以便于繩檢人員對鋼絲繩損傷做出正確判斷。

6．售后服務(wù)和技術(shù)支持非常重要。

鋼絲繩檢測是一項復(fù)雜的工作，購買了鋼絲繩探傷儀僅僅是有了檢測的工具，要想使用好這個工具還必須有專業(yè)的檢測人員和損傷分析、評估人員。一個優(yōu)秀的鋼絲繩損傷分析和評估人員需要有扎實的理論基礎(chǔ)和長期的實踐經(jīng)驗，目前多數(shù)用戶缺少這樣的人員。能否為用戶培養(yǎng)出合格的檢測與評估人員，是對生產(chǎn)廠家的售后服務(wù)和技術(shù)支持的一個考驗。

另一方面，用戶也要對鋼絲繩無損檢測有一個正確和全面的認識，要對鋼絲繩探傷儀有一個正確的定位。鋼絲繩檢測是一項復(fù)雜的工作，鋼絲繩損傷種類多，僅憑儀器檢測有時還是不夠的：ISO4309-起重機鋼絲繩檢驗和報廢規(guī)范中對鋼絲繩的檢測項目多達11項（斷絲的性質(zhì)和數(shù)量，端部的斷絲，斷絲的附近組合，斷絲的增長率，單股的斷裂，繩徑的減少，彈性降低，外部和內(nèi)部磨損，外部和內(nèi)部腐蝕，變形，由于熱量或電弧引起的損壞，永久性延伸的增加率）。目前無損檢測能夠做到斷絲、變形、松股定性和定位檢測、對磨損和銹蝕能夠定量檢測，對鋼絲繩的直徑、彈性、接頭和端部無法檢測，還達不到ISO4309中對鋼絲繩檢測的全部要求，所以人工檢查還是必要的。

自稱鋼絲繩探傷儀可以解決鋼絲繩全部檢測要求的人，一定不是一個懂技術(shù)的專業(yè)人員。同時也要看到：鋼絲繩無損檢測確實要比單純?nèi)斯さ臋z查可靠的多，而且效率高、準確性高。這為逐步建立鋼絲繩檢測數(shù)據(jù)庫和專家診斷系統(tǒng)提供了前提條件，有利于使鋼絲繩檢測更加科學(xué)、準確、公正和權(quán)威，為科學(xué)決策提供可靠依據(jù)。逐步建立行業(yè)規(guī)范和國家標準來引導(dǎo)市場的健康發(fā)展，加強與用戶、廠家以及科研院、所和學(xué)校的合作，共同建立起一套科學(xué)合理的檢測方法和標準。