鋼絲繩失效原因分析及檢測(cè)注意事項(xiàng)
2021.08.15
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作者：中鋼國檢
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實(shí)踐證明，鋼絲繩的工作條件對(duì)其壽命影響極大，由于鋼絲繩一般都圍繞多種滑輪運(yùn)動(dòng)，又承受很大的牽引力及繩與繩之間的摩擦力，工作時(shí)會(huì)經(jīng)常處于彎曲、變形狀態(tài)，直接影響了鋼絲繩的使用壽命。
鋼絲繩在使用過程中受到交變應(yīng)力的作用，加上自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及鋼材物理特性的影響，鋼絲受到軸向應(yīng)力的作用會(huì)發(fā)生彈性伸長變形。雖然股內(nèi)鋼絲的變形可以看成是同步的，但股與股之間卻存在相互微小的錯(cuò)動(dòng)。因此，鋼絲繩中鋼絲實(shí)際上是處于微動(dòng)磨損環(huán)境，微動(dòng)疲勞也可以視作微動(dòng)磨損與疲勞共同作用的結(jié)果，是鋼絲繩失效的主要原因。
疲勞是造成鋼絲繩失效的另一個(gè)主要原因，鋼絲在很高的交變接觸應(yīng)力作用下，摩擦表面將產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋不斷擴(kuò)展，最終導(dǎo)致金屬顆粒從金屬表層脫落形成許多點(diǎn)蝕，從而造成疲勞磨損，直至相互連通造成鋼絲發(fā)生疲勞斷裂。
并且，鋼絲繩內(nèi)部鋼絲表面的磨損與銹蝕往往共同發(fā)生，并且會(huì)相互影響，其交替作用加速了鋼絲間的磨損和老化。
對(duì)于普通的微動(dòng)疲勞現(xiàn)象而言，在脫層階段的早期不會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)展性的微裂紋。隨著脫層階段的延續(xù)，脫層材料不斷增多并氧化，磨蝕坑的尺寸也在增大，蝕坑底部會(huì)逐漸變得低洼不平并產(chǎn)生較大的塑性變形，由此而產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，導(dǎo)致疲勞裂紋在坑底部萌生。
鋼絲繩結(jié)構(gòu)及使用過程中受力的復(fù)雜性使其微動(dòng)狀況十分復(fù)雜，鋼絲周向的表面刮傷在彎曲應(yīng)力作用下，極有可能演變?yōu)槠谖⒘鸭y并沿鋼絲徑向擴(kuò)展，從而降低鋼絲繩使用壽命。
鋼絲繩內(nèi)部鋼絲之間摩擦力的存在，造成了鋼絲表面微動(dòng)損傷的發(fā)生，鋼絲表面在摩擦力作用下逐步發(fā)生塑性變形、加工硬化、劃傷、微動(dòng)磨損和銹蝕，從而導(dǎo)致鋼絲繩失效的結(jié)果。
疲勞微裂紋的萌生、擴(kuò)展與受力有直接的因果關(guān)系，使用時(shí)，鋼絲繩中的鋼絲要同時(shí)承受拉應(yīng)力、鋼絲間的接觸應(yīng)力及摩擦力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、圍繞滑輪彈性變形時(shí)的彎曲應(yīng)力以及與滑輪間的摩擦力等。
應(yīng)力集中會(huì)促進(jìn)疲勞微裂紋的萌生與擴(kuò)展，使用中的彎曲應(yīng)力增大也會(huì)提高疲勞微裂紋向鋼絲徑向擴(kuò)展的幾率和速率。所以，避免應(yīng)力集中和減小彎曲應(yīng)力可以減緩疲勞斷裂，延長鋼絲繩的使用時(shí)間。
通過對(duì)失效鋼絲繩拆股檢驗(yàn)并對(duì)斷口進(jìn)行分析，失效鋼絲繩內(nèi)部鋼絲表面均存在不同程度的磨損斑點(diǎn)，斑跡明顯處還伴隨有裂紋。由于鋼絲繩內(nèi)層絲上磨損點(diǎn)數(shù)多，磨損深度大，往往在內(nèi)層絲上先發(fā)生斷裂，且不會(huì)立即在外層顯現(xiàn)出來。很多失效鋼絲繩的表面外層基本無損傷，內(nèi)層卻磨損、斷絲較嚴(yán)重，所以發(fā)生的較為隱蔽，如果不通過專業(yè)的檢測(cè)根本無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。
需要注意的是，雖然鋼絲繩的失效分析需要通過對(duì)鋼絲繩力學(xué)性能、繩芯及油脂性能、拆股鋼絲化學(xué)成分及鍍層性能等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，但只通過檢測(cè)并不一定能滿足鋼絲繩失效分析的需求。如果必要且具備相應(yīng)條件時(shí)，還應(yīng)該進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察，并對(duì)以下事項(xiàng)進(jìn)行必要的查看、問詢、資料調(diào)閱、測(cè)量、拍照、記錄：
1、失效發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、使用環(huán)境、失效過程及失效前的異常現(xiàn)象等；
2、現(xiàn)場(chǎng)鋼絲繩的特征勘察與描述；
3、鋼絲繩產(chǎn)品質(zhì)量證明書、驗(yàn)收檢驗(yàn)報(bào)告、安裝記錄等技術(shù)文件；
4、鋼絲繩產(chǎn)品使用設(shè)計(jì)規(guī)范或規(guī)程；
5、鋼絲繩日常使用、檢查、維護(hù)、保養(yǎng)等記錄；
6、鋼絲繩實(shí)物的規(guī)格型號(hào)、失效特征等；
7、與鋼絲繩接觸的卷筒、輪滑、支撐輥、連接等裝置的特征參數(shù)及現(xiàn)狀。
對(duì)鋼絲繩失效分析了解之后，才能在使用過程中更好的把控鋼絲繩的狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問題，保證使用的安全性。
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