摘要：海洋石油工程起重船变幅钢丝绳作为船舶起重机主要的受力构件，使用工况及环境较为特殊，为延长钢丝绳寿命及安全运营，对起重船的变幅钢丝绳进行预防性维护和安全性检测非常重要。文章阐述了国内外目前较为先进的无损检测技术及设备现状，剖析了在具体应用环节存在的问题，并提出了起重机变幅钢丝绳有效、准确检测的技术措施。

　　关键词：变幅钢丝绳；无损检测；漏磁检测；无损检测仪；检测单元；WINTORS分析软件；海洋石油工程

　　0引言

　　变幅钢丝绳作为海洋石油工程船舶起重机主要的受力构件，长期处在高应力循环疲劳荷载作用下，一旦钢丝绳发生损伤或劣化，耐久性会大幅下降，起重机最终因能力丧失而导致恶性事故。为安全运营，有必要对起重船的变幅钢丝绳进行预防性维护和安全性检测。而大型海洋工程船舶起重机，使用工况及安全要求较为严格，需定期进行高质量、高准确率的专业检测，而采用先进的检测设备是确保检测效果的重要手段之一，因此需要重点对目前先进的钢丝绳检测技术及设备进行研究。

　　1船用起重机钢丝绳的常见问题

　　钢丝绳常见的问题有断丝、磨损、变形、疲劳、锈蚀、断股、笼状畸变、扭结等，而海洋工程起重船，因其特殊的使用环境及作业工况，断丝、变形、锈蚀是最为常见的故障问题。通过历年来对公司的船舶起重机钢丝绳检验数据来看，存在问题最多的是起重机变幅钢丝绳。例如在某南海项目4 300 t/4 800 t两个组块吊重前后，对起重机变幅钢丝绳进行了检查，多处存在断丝。在动定滑轮组之间缠绕的钢丝绳有锈蚀现象，经专业机构检测，内部锈蚀也较为严重，同时多处出现整股钢丝绳凸起褶皱变形。海洋工程起重船起重机在使用中，变幅钢丝绳会重复在滚筒中弯曲缠绕，长时间的弯曲缠绕，会导致钢丝绳产生疲劳，进而韧性会下降，日积月累终导致钢丝绳断丝。同时，船用起重机的钢丝绳使用中，还会侵入海水，因而锈蚀是其最为常见的问题。锈蚀不仅使钢丝绳的金属断面减少导致破断强度降低，还将引起表面粗糙、产生裂纹从而加速疲劳，对起重作业带来严重的安全隐患。

　　2国内外钢丝绳检测行业现状

　　钢丝绳检测分为有损检测和无损检测。有损检测主要是针对钢丝绳的弯曲应力、扭转应力、破断拉应力等特性在实验室内进行的破坏性检测，可作新绳采购的参考。无损检测即非破坏性检测，主要是针对在役钢丝绳的锈蚀、磨损、断丝等情况进行的现场检测，是预测在役钢丝绳剩余寿命的主要依据。

　　2.1国外行业现状

　　19世纪末，国际上就开展了钢丝绳无损检测仪的技术研究。目前，钢丝绳无损检测技术已趋于成熟并得到了实践应用。在欧洲，钢丝绳是由具有从业资质的检测人员，利用先进的检测仪器对钢丝绳进行定期检测，决定钢丝绳是否继续使用或报废，从而最大限度、科学合理地利用钢丝绳。目前，钢丝绳无损检测已具有相应的标准规范。

　　2.2国内行业现状

　　我国从20世纪70年代开始进行钢丝绳无损检测技术的基础研究，现虽已有多家企业生产出专业的钢丝绳检测仪，但受限于传感器技术不可靠，基础技术没有突破，因而不能实现良好的适用性能。与国外产品相比，还是有很大差距，主要表现在多次检测的重复性差；检测精度较低、误判率较高；检测仪生产企业宣传和实际使用效果相差甚远。同时，许多企业依然采取人工目测、手摸和卡尺测量的方法对钢丝绳进行常规检测。

　　3起重机高空钢丝绳的常用检测方法

　　鉴于船用起重机变幅钢丝绳的特殊工况，可以借鉴桥梁钢索无损检验的相关装备和技术。常用检测方法主要有目视检查、超声波检测、磁通量漏磁检测、磁致伸缩导波检测、基于振动的索力测量、射线照相法等，然而这些方法都存在不同程度的局限性。人工检测主要是肉眼观察看，卡尺测量如图1所示。这种方式有时只能观看到表面，不能准确判断到钢丝绳内部状况，同时受检测人员素质、工作环境、恶劣工况等因素的影响，人工检测的方式无法保障钢丝绳的安全运行[1]。目视检查通常使用缆索检查台车进行如图2所示。检查台车只能沿钢缆较低速度行进，耗时多，因而效率低下；漏磁、导波及超声波检测法测试结果的解释要依靠检查员个人的经验和判断；射线法由于放射性对工作人员有危害，同时是在高处检查作业，所以应用也很有限。因此，有必要致力于开发各种先进的检测设备，用于定期检测高空的钢丝绳，明确其性能及安全状态。

　　4高空钢丝绳无损检测技术及装置

　　从1906年，南非科学家首次提出铁磁性无损检测这个概念以来，国际主流钢丝绳无损检测一直都采用的是基于强磁原理的检测技术，如图3所示，为铁磁性无损检测原理。在欧美国家，基于强磁原理的钢丝绳无损检测手段仍然占据着磁性无损检测的主流地位。

　　这种技术可以准确地检测出钢丝绳的整绳破断情况、金属横截面积损失、局部损失以及钢丝绳的预计剩余使用寿命等问题。钢丝绳检测时，表面会有油脂凝块或异物附着，所以不是高速检测。目前，世界上较为先进钢丝绳无损检测设备的速度可达2 m/s左右。

　　基于强磁检测原理的钢丝绳无损检测仪装置如图4所示。此设备主要组成包括传输单元(传输电缆)、输出单元(Wintros软件)，检测装置(检测磁头)、储存单元(数据储存器)。

　　4.1用途及功能

　　钢丝绳无损检测仪是一种用于非破坏性、检查在役高空钢丝绳的仪器，应用于矿井提升机钢索、起重机钢索、电梯起升机构钢索、升降机钢索、架空索道、桥梁钢索等，可以检测圆截面类型的钢丝绳。

　　4.2检测原理

　　钢丝绳无损检测仪是基于强磁、漏磁原理进行工作。主要定量检测钢丝绳的金属横截面积损失(LMA)和钢丝绳的局部损伤(LF)如图5所示。LMA侧重考察钢丝绳中金属横截面积的缺损程度，数值越大，则钢丝绳缺损越严重；LF侧重考察钢丝的不连续性，主要包括内外部断丝、锈蚀蚀坑、机械损伤等[2]。

　　检测时，采用长久的强磁对钢丝绳进行励磁处理，钢丝绳在外加磁场的作用下被磁化。如果钢丝连续、均匀且表面无损伤，则磁感应线被约束在钢丝内部。当钢丝表面受损时，如磨损、锈蚀等，在其受损处磁阻增大，磁通量减小，造成其内部磁感应线变形、扭曲，大部分磁感应线仍在材料内部，一小部分磁感应线穿过受损表面，从空气中传播。这样，钢丝内部磁通量发生变化。如果钢丝出现不连续，比如断丝，则磁力线则只能通过空气传播，在断口处形成漏磁场。通过检测漏磁场的强度大小，反应断丝位置和数量［3］。工作时，检测仪检测单元包裹着钢丝绳相对匀速进行运行，磁通量或漏磁量的变化被霍尔传感器捕捉，转变为电信号，通过分析软件输出直观的模拟信号，从而判断出钢丝绳的状态［4］。

　　4.3产品特性

　　LMA和LF双通道同步检测，可实现自动标定、检测外部和内部缺陷、实现实时动态输出、拥有数据存储器独立下载功能、实现检测波形同图对比，存储最多32 000 m的钢丝绳检测数据。

　　4.4产品作用

　　通过对钢丝绳断丝、锈蚀、磨损等异常信号的检测，可以对船用起重机变幅钢丝绳起到全面监控的作用，主要表现如下：

　　(1)使用钢丝绳无损检测仪代替人工，可以降低劳动强度，提高工作效率，为钢丝绳的检测提供客观、直观依据。

　　(2)通过钢丝绳无损检测仪可检测到钢丝绳的断丝、锈蚀、磨损等状况，有效预防钢丝绳断绳事故的发生，保证安全生产。

　　(3)通过同一工况多绳对比、同一条绳多次对比，得出钢丝绳断丝、磨损等易损区域，直观掌握钢丝绳的恶化速度及恶化规律如图6所示，能够根据检测结果，评估钢丝绳的剩余寿命，并根据情况制定相关的维护方案，实现对整个系统的全方位监控，达到科学用绳，安全生产的目的。

　　5结语

　　引入上述较为先进的无损检测装置对船用起重机变幅钢丝绳进行检测，可提高检测质量和准确性，提高检测效率，但无损检测中会有多种情况发生，为了保证安全质量，起重机变幅钢丝绳的科学安全使用应做到以下几点注意事项。

　　5.1对比分析，发现钢丝绳变化规律

　　(1)钢丝绳无损检测结果与前次检测结果对比，查看断丝有无增加、新增断丝数，并比较断丝位置是较为集中还是随机分布。

　　(2)钢丝绳无损检测结果与上次检测结果对比，计算断丝增加率，判定断丝的变化趋势。如果断丝率增加过快，则需缩短检测周期，加强人工目检次数，并重点监控观察。

　　5.2追根溯源，分析钢丝绳损伤原因并对症下药

　　(1)钢丝绳张力不平衡，且不能自动调节，造成钢丝绳受力不均匀，出现单根钢丝绳断丝严重。

　　(2)钢丝绳表面出现麻坑及钢丝颜色变黑或红褐色说明钢丝绳出现锈蚀，建议对钢丝绳进行涂油，防止钢丝绳锈蚀程度增加。

　　(3)对出现的断丝进行断头断尾处理，防止断丝继续伤及钢丝绳。

　　(4)根据断丝断口的类型判断钢丝绳是磨损断丝、还是疲劳断丝、锈蚀断丝、弯曲断丝。

　　5.3随机应变，根据实际情况调整检测内容

　　根据钢丝绳使用状态，对各个检测周期的检查内容及项目进行适当调整。对钢丝绳使用状态的监控贯穿钢丝绳整个使用过程中，直到钢丝绳报废为止。

　　参考文献：

　　[1]黄剑坤，周新年，周成军，等.钢丝绳无损检测及其驱动技术研究进展[J].林业机械与木工设备，2023，51(2)：15-21.

　　[2]梁华，洪汝渝，杨光祥.基于漏磁信号的钢丝绳检测技术研究[J].压电与声光，2008，4(39)：508-510.

　　[3]隋宝峰，王衍吉，陈勇，等.基于BKT检测仪的摩擦提升机钢丝绳无损检测及应用[J].黄金，2017，38(12)：39-42.

　　[4]赵有魁.无损检测技术在起重机械安全检验中的应用[J].电焊机，2015，45(9)：59-62.