胡 超 沈建峰

（安徽省·水利部淮委水利科學研究院 蚌埠 233000 鹽城市水利勘測設計院 鹽城 224002）

1 概述

目前，鋼絲繩普遍應用于煤炭冶金、交通運輸、建筑旅游以及水利工程等國民經(jīng)濟各主要行業(yè)之中，是各行業(yè)工程中重要的承載構(gòu)件，其使用中的安全問題長期以來一直備受關(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，主要使用在卷揚式啟閉機上，作為水工閘門和卷揚式啟閉機承力連接構(gòu)件的重要組成部分，對保證閘門正常安全啟閉起著舉足輕重的作用。因此，對水工卷揚式啟閉機鋼絲繩進行無損探傷檢測，確保其安全性就顯得格外重要。

2 水工啟閉機鋼絲繩使用現(xiàn)狀分析

水工行業(yè)中卷揚式啟閉機鋼絲繩所處的位置重要且使用環(huán)境特殊。由于閘門需要適時啟閉，鋼絲繩的部分區(qū)段會長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河道的水質(zhì)較為復雜，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導致鋼絲繩表面腐蝕加劇。不同的水利工程設施為了發(fā)揮其應有的功能作用，其中的某些閘門經(jīng)常需要保持全開狀態(tài)，在這種情況下，連接閘門所用的鋼絲繩就會長期處于承力狀態(tài)，對較重的工作閘門來說，在長期持續(xù)承受較重荷載的工況下，便會導致鋼絲繩產(chǎn)生疲勞，嚴重時還會導致斷絲情況發(fā)生。在閘門運行過程中，與鋼絲繩直接接觸的有啟閉機卷筒、定滑輪和動滑輪，這些構(gòu)件和鋼絲繩會發(fā)生摩擦；一些弧形鋼閘門由于吊點設計比較低，在運行過程中，鋼絲繩和閘門門體會發(fā)生摩擦；另外，在一些極端特殊情況下，鋼絲繩自身也會產(chǎn)生摩擦。綜上所述，在閘門的頻繁啟閉過程中，鋼絲繩在上述這些因素的作用下，會使鋼絲繩產(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揚式啟閉機的鋼絲繩維護保養(yǎng)方法包括下列幾種：（1）定期對鋼絲繩表面的雜物、污泥進行清理；（2）在鋼絲繩表面涂抹黃油作為防銹保護；（3）在鋼絲繩表面包裹保鮮膜或其他性質(zhì)的保護套等；（4）對鋼絲繩清潔之后，采用目測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，鋼絲繩應視為易損部件，應進行定期檢查。鋼絲繩的維護、保養(yǎng)應根據(jù)起重設備的用途、工作環(huán)境和鋼絲繩的種類而定。在可能的情況下，應對鋼絲繩進行適當?shù)那逑床⑼恳詽櫥突驖櫥ㄆ鹬卦O備制造廠或鋼絲繩制造廠另外有說明者除外，涂刷的潤滑油，潤滑脂品種應與鋼絲繩廠使用的品種一致），特別是那些繞過滑輪組時經(jīng)受彎曲的繩段。

一些地處偏遠的小型水閘，由于環(huán)境惡劣、管理困難、加之經(jīng)費問題等因素，造成卷揚式啟閉機鋼絲繩使用幾年、甚至十幾年無維護和更換記錄，鋼絲繩長期處于無維護的使用狀態(tài)，必然對水閘運行造成安全隱患。一旦出現(xiàn)鋼絲繩斷繩等重大安全問題，水閘將無法發(fā)揮水利基礎設施的作用，嚴重時還會危及到國家和人民的生命財產(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。作為卷揚式啟閉機和閘門的連接、承力構(gòu)件，在閘門的運行過程中，鋼絲繩起著至關(guān)重要的作用。鋼絲繩一旦發(fā)生損壞，將會造成閘門無法正常啟閉或者運行卡阻，嚴重時可能發(fā)生閘門摔下墜落于底板的嚴重情況，對水閘主體以及閘門自身造成嚴重的后果?！兑?guī)程》（SL 101-94）第8章、第9章中分別強調(diào)了鋼絲繩必須安全可靠。為確保水利閘門適時正常工作，防患于未然，除了對鋼絲繩進行定期的維護、保養(yǎng)以外，對其內(nèi)部損傷的無損探傷檢測就顯得尤為重要，通過探傷可及早發(fā)現(xiàn)安全隱患問題，及時更換新鋼絲繩，在保障水利工程閘門安全運行方面，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。水工行業(yè)用鋼絲繩長期在腐蝕環(huán)境中或某些不能進行維護的特定場合下工作，缺乏維護將導致其使用壽命的縮短。即便是定期對啟閉機用鋼絲繩進行維護、保養(yǎng)，也僅僅只是針對鋼絲繩表面防銹的處理，人工目視檢查也只是針對鋼絲繩表面的斷絲、銹蝕、磨損等缺陷的判定，對鋼絲繩內(nèi)部的斷絲、疲勞等缺陷則無法檢查。以往管理單位一般采用估算鋼絲繩的使用年限和從實際使用情況出發(fā)的原則，對啟閉機鋼絲繩在未出現(xiàn)問題之前予以更換。這樣一來，有些仍可以繼續(xù)使用未達到報廢標準的鋼絲繩也一并被更換，造成了不必要的資源浪費。鋼絲繩無損檢測能針對以上情況及時、有效、準確地判斷在役鋼絲繩的內(nèi)、外部缺陷，較為先進的檢測設備還可以實現(xiàn)對鋼絲繩各種損傷的定量檢測，并能準確評估鋼絲繩剩余承載能力和使用壽命，可在保證安全的基礎上大大節(jié)約資源，有效保障水閘的安全運行。

4 鋼絲繩探傷的可行性

4.1 鋼絲繩探傷技術(shù)發(fā)展狀況

從1906年世界出現(xiàn)第一臺鋼絲繩探傷儀到現(xiàn)在，理論上探討過的鋼絲繩無損檢測方法有很多，包括超聲波檢測法、固體聲測法、電渦流檢測法、X射線檢測法、光學檢測法、振動檢測法及磁檢測法等，其中只有磁檢測法得到了實踐和推廣。其他方法因局限性較多而未能得到推廣應用（如檢測信號易受干擾，檢測結(jié)果難以記錄；設備成本太高，檢測局限性過大；測量片面，精度差等因素的影響）。

目前國內(nèi)、外鋼絲繩無損檢測已經(jīng)由早期的檢測鋼絲繩斷絲、磨損、銹蝕等缺陷，發(fā)展到檢測鋼絲繩金屬截面積損失、強度評估和壽命預估方向。國內(nèi)從20世紀70年代初推出第一臺鋼絲繩探傷儀以來，先后有十多家單位生產(chǎn)過鋼絲繩探傷設備。隨著科技的發(fā)展，當前鋼絲繩無損檢測技術(shù)有了很大進步。檢測設備向小型化、簡單化、智能化、網(wǎng)絡化、多功能化方向發(fā)展。隨著鋼絲繩無損檢測設備技術(shù)的不斷提高，對水工乃至各個行業(yè)用鋼絲繩的安全使用，起著保駕護航的作用。近年我國科學家成功發(fā)現(xiàn)空間磁場矢量態(tài)勢的變化和運動規(guī)律，創(chuàng)立“空間磁場矢量合成”新理論，并將該理論應用于鋼絲繩無損檢測技術(shù)，創(chuàng)立了弱電磁鋼絲繩探傷檢測新技術(shù)方法。

4.2 鋼絲繩探傷技術(shù)方法

目前，國內(nèi)外采用較為可靠、準確、實用的鋼絲繩探傷方法為霍爾效應電磁檢測法，根據(jù)這一檢測方法設計出的檢測裝置即鋼絲繩探傷儀，已在第一代產(chǎn)品的基礎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水工設備鋼絲繩內(nèi)部質(zhì)量進行現(xiàn)場探傷檢測的先決條件。啟閉機鋼絲繩探傷宜采用漏磁和剩磁檢測法，即在檢測之前先要對鋼絲繩進行弱磁加載，然后在用檢測設備進行探傷，具體步驟為：加載→檢測→數(shù)據(jù)分析、處理和記錄。

對各類水工起重設備，可按照固定卷揚式啟閉機、門式和橋式等移動式啟閉機三種啟閉機形式考慮，分別對竣工驗收的啟閉機、運行三年和十年以上等不同使用年限的啟閉機，進行現(xiàn)場鋼絲繩探傷試驗。根據(jù)各類啟閉機現(xiàn)場情況特點，對其鋼絲繩分別抽檢30%、50%、80%長度，測區(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數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場探傷主要檢測鋼絲繩因內(nèi)外部斷絲、磨損、銹蝕、疲勞、壓傷等各類損傷而導致承載金屬有效截面積的損失百分率，并將實測有效截面積損失百分率與確定的安全限值比較，判定被測鋼絲繩是否安全。通過工程現(xiàn)場水工設備鋼絲繩探傷實例驗證，對某一種水工起重設備的鋼絲繩，根據(jù)不同的抽檢量及其對應的鋼絲繩探傷結(jié)果，確定該水工起重設備鋼絲繩探傷的抽檢比例和質(zhì)量判定原則，從而進一步建立鋼絲繩探傷結(jié)果評價體系。

4.3 鋼絲繩探傷的可行性

在現(xiàn)行的啟閉機安全檢測規(guī)程中，明確要求鋼絲繩必須安全可靠；然而目前有關(guān)各類水工設備安全檢測的技術(shù)規(guī)范和標準中尚未規(guī)定如何對承力鋼絲繩內(nèi)部質(zhì)量進行檢測和評定，因此在啟閉機安全檢測中實施水工設備鋼絲繩探傷應屬國內(nèi)水利行業(yè)之創(chuàng)新且具有前瞻性，也是對水工設備啟閉機安全檢測要求的重要補充。

鋼絲繩探傷在水利行業(yè)的實施，可以對現(xiàn)有檢測技術(shù)進行有效補充，為水利工程建筑物質(zhì)量驗收檢查檢測、安全鑒定與評估、工程運行管理檢查與保養(yǎng)、安全事故預防等提供更多的檢測手段，更好地為水利工程建設與管理決策提供技術(shù)支持與服務。

5 結(jié)語

鋼絲繩探傷技術(shù)經(jīng)過多年的研究和實踐，已經(jīng)取得了較大的發(fā)展，鋼絲繩探傷設備經(jīng)實踐檢驗也趨于成熟，鋼絲繩缺陷的定性和定量檢測實施已經(jīng)具有較高的可靠性。目前國內(nèi)其他各個行業(yè)（例如煤炭、冶金等行業(yè)）已經(jīng)開始了鋼絲繩探傷的技術(shù)實踐，在水工行業(yè)中，也應制訂相應的鋼絲繩探傷方法規(guī)范或標準，大力開展和推廣鋼絲繩的無損探傷。通過水工啟閉機鋼絲繩探傷，一方面可避免因鋼絲繩過早報廢而造成的資源浪費；另一方面可保證鋼絲繩的有效使用時間，確保水閘這一直接關(guān)系到國民經(jīng)濟的重要基礎設施的正常安全運行