胡 超 沈建峰

（安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000 鹽城市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院 鹽城 224002）

1 概述

目前，鋼絲繩普遍應(yīng)用于煤炭冶金、交通運(yùn)輸、建筑旅游以及水利工程等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各主要行業(yè)之中，是各行業(yè)工程中重要的承載構(gòu)件，其使用中的安全問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)一直備受關(guān)注。鋼絲繩一般有三種：普通鋼絲繩、鍍鋅鋼絲繩和不銹鋼鋼絲繩。在水利工程中，使用的鋼絲繩普遍為普通鋼絲繩和鍍鋅鋼絲繩，主要使用在卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)上，作為水工閘門和卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)承力連接構(gòu)件的重要組成部分，對(duì)保證閘門正常安全啟閉起著舉足輕重的作用。因此，對(duì)水工卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)鋼絲繩進(jìn)行無(wú)損探傷檢測(cè)，確保其安全性就顯得格外重要。

2 水工啟閉機(jī)鋼絲繩使用現(xiàn)狀分析

水工行業(yè)中卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)鋼絲繩所處的位置重要且使用環(huán)境特殊。由于閘門需要適時(shí)啟閉，鋼絲繩的部分區(qū)段會(huì)長(zhǎng)期處于水下和空氣兩種工作環(huán)境交替狀態(tài)之中，再加上水工建筑物所處各個(gè)河道的水質(zhì)較為復(fù)雜，酸堿度不同，鋼絲繩又系金屬制品，在上述各種因素作用下會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩表面腐蝕加劇。不同的水利工程設(shè)施為了發(fā)揮其應(yīng)有的功能作用，其中的某些閘門經(jīng)常需要保持全開(kāi)狀態(tài)，在這種情況下，連接閘門所用的鋼絲繩就會(huì)長(zhǎng)期處于承力狀態(tài)，對(duì)較重的工作閘門來(lái)說(shuō)，在長(zhǎng)期持續(xù)承受較重荷載的工況下，便會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩產(chǎn)生疲勞，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致斷絲情況發(fā)生。在閘門運(yùn)行過(guò)程中，與鋼絲繩直接接觸的有啟閉機(jī)卷筒、定滑輪和動(dòng)滑輪，這些構(gòu)件和鋼絲繩會(huì)發(fā)生摩擦；一些弧形鋼閘門由于吊點(diǎn)設(shè)計(jì)比較低，在運(yùn)行過(guò)程中，鋼絲繩和閘門門體會(huì)發(fā)生摩擦；另外，在一些極端特殊情況下，鋼絲繩自身也會(huì)產(chǎn)生摩擦。綜上所述，在閘門的頻繁啟閉過(guò)程中，鋼絲繩在上述這些因素的作用下，會(huì)使鋼絲繩產(chǎn)生疲勞及磨損，甚至是發(fā)生斷絲情況，出現(xiàn)安全隱患。

目前，現(xiàn)有中小型水閘使用的卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)的鋼絲繩維護(hù)保養(yǎng)方法包括下列幾種：（1）定期對(duì)鋼絲繩表面的雜物、污泥進(jìn)行清理；（2）在鋼絲繩表面涂抹黃油作為防銹保護(hù)；（3）在鋼絲繩表面包裹保鮮膜或其他性質(zhì)的保護(hù)套等；（4）對(duì)鋼絲繩清潔之后，采用目測(cè)法或者掛紗法判別鋼絲繩表面是否有斷絲等表面缺陷。在日常管理中，鋼絲繩應(yīng)視為易損部件，應(yīng)進(jìn)行定期檢查。鋼絲繩的維護(hù)、保養(yǎng)應(yīng)根據(jù)起重設(shè)備的用途、工作環(huán)境和鋼絲繩的種類而定。在可能的情況下，應(yīng)對(duì)鋼絲繩進(jìn)行適當(dāng)?shù)那逑床⑼恳詽?rùn)滑油或潤(rùn)滑脂（起重設(shè)備制造廠或鋼絲繩制造廠另外有說(shuō)明者除外，涂刷的潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑脂品種應(yīng)與鋼絲繩廠使用的品種一致），特別是那些繞過(guò)滑輪組時(shí)經(jīng)受彎曲的繩段。

一些地處偏遠(yuǎn)的小型水閘，由于環(huán)境惡劣、管理困難、加之經(jīng)費(fèi)問(wèn)題等因素，造成卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)鋼絲繩使用幾年、甚至十幾年無(wú)維護(hù)和更換記錄，鋼絲繩長(zhǎng)期處于無(wú)維護(hù)的使用狀態(tài)，必然對(duì)水閘運(yùn)行造成安全隱患。一旦出現(xiàn)鋼絲繩斷繩等重大安全問(wèn)題，水閘將無(wú)法發(fā)揮水利基礎(chǔ)設(shè)施的作用，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)危及到國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

3 鋼絲繩探傷的必要性

眾所周知，水利樞紐中閘門的運(yùn)行起著防汛、灌溉、調(diào)節(jié)水位、排放泥沙等重要作用。作為卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)和閘門的連接、承力構(gòu)件，在閘門的運(yùn)行過(guò)程中，鋼絲繩起著至關(guān)重要的作用。鋼絲繩一旦發(fā)生損壞，將會(huì)造成閘門無(wú)法正常啟閉或者運(yùn)行卡阻，嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生閘門摔下墜落于底板的嚴(yán)重情況，對(duì)水閘主體以及閘門自身造成嚴(yán)重的后果?！兑?guī)程》（SL 101-94）第8章、第9章中分別強(qiáng)調(diào)了鋼絲繩必須安全可靠。為確保水利閘門適時(shí)正常工作，防患于未然，除了對(duì)鋼絲繩進(jìn)行定期的維護(hù)、保養(yǎng)以外，對(duì)其內(nèi)部損傷的無(wú)損探傷檢測(cè)就顯得尤為重要，通過(guò)探傷可及早發(fā)現(xiàn)安全隱患問(wèn)題，及時(shí)更換新鋼絲繩，在保障水利工程閘門安全運(yùn)行方面，有著不可或缺的作用。

鋼絲繩系金屬制品，有易腐蝕、剛性大、抗折性能差等缺點(diǎn)。水工行業(yè)用鋼絲繩長(zhǎng)期在腐蝕環(huán)境中或某些不能進(jìn)行維護(hù)的特定場(chǎng)合下工作，缺乏維護(hù)將導(dǎo)致其使用壽命的縮短。即便是定期對(duì)啟閉機(jī)用鋼絲繩進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)，也僅僅只是針對(duì)鋼絲繩表面防銹的處理，人工目視檢查也只是針對(duì)鋼絲繩表面的斷絲、銹蝕、磨損等缺陷的判定，對(duì)鋼絲繩內(nèi)部的斷絲、疲勞等缺陷則無(wú)法檢查。以往管理單位一般采用估算鋼絲繩的使用年限和從實(shí)際使用情況出發(fā)的原則，對(duì)啟閉機(jī)鋼絲繩在未出現(xiàn)問(wèn)題之前予以更換。這樣一來(lái)，有些仍可以繼續(xù)使用未達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)的鋼絲繩也一并被更換，造成了不必要的資源浪費(fèi)。鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)能針對(duì)以上情況及時(shí)、有效、準(zhǔn)確地判斷在役鋼絲繩的內(nèi)、外部缺陷，較為先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絲繩各種損傷的定量檢測(cè)，并能準(zhǔn)確評(píng)估鋼絲繩剩余承載能力和使用壽命，可在保證安全的基礎(chǔ)上大大節(jié)約資源，有效保障水閘的安全運(yùn)行。

4 鋼絲繩探傷的可行性

4.1 鋼絲繩探傷技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

從1906年世界出現(xiàn)第一臺(tái)鋼絲繩探傷儀到現(xiàn)在，理論上探討過(guò)的鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)方法有很多，包括超聲波檢測(cè)法、固體聲測(cè)法、電渦流檢測(cè)法、X射線檢測(cè)法、光學(xué)檢測(cè)法、振動(dòng)檢測(cè)法及磁檢測(cè)法等，其中只有磁檢測(cè)法得到了實(shí)踐和推廣。其他方法因局限性較多而未能得到推廣應(yīng)用（如檢測(cè)信號(hào)易受干擾，檢測(cè)結(jié)果難以記錄；設(shè)備成本太高，檢測(cè)局限性過(guò)大；測(cè)量片面，精度差等因素的影響）。

目前國(guó)內(nèi)、外鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)已經(jīng)由早期的檢測(cè)鋼絲繩斷絲、磨損、銹蝕等缺陷，發(fā)展到檢測(cè)鋼絲繩金屬截面積損失、強(qiáng)度評(píng)估和壽命預(yù)估方向。國(guó)內(nèi)從20世紀(jì)70年代初推出第一臺(tái)鋼絲繩探傷儀以來(lái)，先后有十多家單位生產(chǎn)過(guò)鋼絲繩探傷設(shè)備。隨著科技的發(fā)展，當(dāng)前鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有了很大進(jìn)步。檢測(cè)設(shè)備向小型化、簡(jiǎn)單化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、多功能化方向發(fā)展。隨著鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)設(shè)備技術(shù)的不斷提高，對(duì)水工乃至各個(gè)行業(yè)用鋼絲繩的安全使用，起著保駕護(hù)航的作用。近年我國(guó)科學(xué)家成功發(fā)現(xiàn)空間磁場(chǎng)矢量態(tài)勢(shì)的變化和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，創(chuàng)立“空間磁場(chǎng)矢量合成”新理論，并將該理論應(yīng)用于鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，創(chuàng)立了弱電磁鋼絲繩探傷檢測(cè)新技術(shù)方法。

4.2 鋼絲繩探傷技術(shù)方法

目前，國(guó)內(nèi)外采用較為可靠、準(zhǔn)確、實(shí)用的鋼絲繩探傷方法為霍爾效應(yīng)電磁檢測(cè)法，根據(jù)這一檢測(cè)方法設(shè)計(jì)出的檢測(cè)裝置即鋼絲繩探傷儀，已在第一代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上研制出了采用弱電磁法原理的第二代鋼絲繩探傷儀，具備了采用便攜式儀器對(duì)水工設(shè)備鋼絲繩內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)探傷檢測(cè)的先決條件。啟閉機(jī)鋼絲繩探傷宜采用漏磁和剩磁檢測(cè)法，即在檢測(cè)之前先要對(duì)鋼絲繩進(jìn)行弱磁加載，然后在用檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行探傷，具體步驟為：加載→檢測(cè)→數(shù)據(jù)分析、處理和記錄。

對(duì)各類水工起重設(shè)備，可按照固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)、門式和橋式等移動(dòng)式啟閉機(jī)三種啟閉機(jī)形式考慮，分別對(duì)竣工驗(yàn)收的啟閉機(jī)、運(yùn)行三年和十年以上等不同使用年限的啟閉機(jī)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鋼絲繩探傷試驗(yàn)。根據(jù)各類啟閉機(jī)現(xiàn)場(chǎng)情況特點(diǎn)，對(duì)其鋼絲繩分別抽檢30%、50%、80%長(zhǎng)度，測(cè)區(qū)布置盡量覆蓋經(jīng)常使用的鋼絲繩區(qū)段，并在非經(jīng)常使用的鋼絲繩區(qū)段建立局部損傷基準(zhǔn)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)探傷主要檢測(cè)鋼絲繩因內(nèi)外部斷絲、磨損、銹蝕、疲勞、壓傷等各類損傷而導(dǎo)致承載金屬有效截面積的損失百分率，并將實(shí)測(cè)有效截面積損失百分率與確定的安全限值比較，判定被測(cè)鋼絲繩是否安全。通過(guò)工程現(xiàn)場(chǎng)水工設(shè)備鋼絲繩探傷實(shí)例驗(yàn)證，對(duì)某一種水工起重設(shè)備的鋼絲繩，根據(jù)不同的抽檢量及其對(duì)應(yīng)的鋼絲繩探傷結(jié)果，確定該水工起重設(shè)備鋼絲繩探傷的抽檢比例和質(zhì)量判定原則，從而進(jìn)一步建立鋼絲繩探傷結(jié)果評(píng)價(jià)體系。

4.3 鋼絲繩探傷的可行性

在現(xiàn)行的啟閉機(jī)安全檢測(cè)規(guī)程中，明確要求鋼絲繩必須安全可靠；然而目前有關(guān)各類水工設(shè)備安全檢測(cè)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中尚未規(guī)定如何對(duì)承力鋼絲繩內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)定，因此在啟閉機(jī)安全檢測(cè)中實(shí)施水工設(shè)備鋼絲繩探傷應(yīng)屬國(guó)內(nèi)水利行業(yè)之創(chuàng)新且具有前瞻性，也是對(duì)水工設(shè)備啟閉機(jī)安全檢測(cè)要求的重要補(bǔ)充。

鋼絲繩探傷在水利行業(yè)的實(shí)施，可以對(duì)現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行有效補(bǔ)充，為水利工程建筑物質(zhì)量驗(yàn)收檢查檢測(cè)、安全鑒定與評(píng)估、工程運(yùn)行管理檢查與保養(yǎng)、安全事故預(yù)防等提供更多的檢測(cè)手段，更好地為水利工程建設(shè)與管理決策提供技術(shù)支持與服務(wù)。

5 結(jié)語(yǔ)

鋼絲繩探傷技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的研究和實(shí)踐，已經(jīng)取得了較大的發(fā)展，鋼絲繩探傷設(shè)備經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)也趨于成熟，鋼絲繩缺陷的定性和定量檢測(cè)實(shí)施已經(jīng)具有較高的可靠性。目前國(guó)內(nèi)其他各個(gè)行業(yè)（例如煤炭、冶金等行業(yè)）已經(jīng)開(kāi)始了鋼絲繩探傷的技術(shù)實(shí)踐，在水工行業(yè)中，也應(yīng)制訂相應(yīng)的鋼絲繩探傷方法規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)，大力開(kāi)展和推廣鋼絲繩的無(wú)損探傷。通過(guò)水工啟閉機(jī)鋼絲繩探傷，一方面可避免因鋼絲繩過(guò)早報(bào)廢而造成的資源浪費(fèi)；另一方面可保證鋼絲繩的有效使用時(shí)間，確保水閘這一直接關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)設(shè)施的正常安全運(yùn)行