制造厂对钢丝绳要进行工艺检验和成品与半成品的检验,以保证执行工艺规程,使出厂产品达到订货要求。对使用者来说,应使钢丝绳具有良好的使用性能,降低成本,提高使用寿命。
01钢丝绳检验的内容
根据我国几十年来国际上同类钢丝绳标准的变化,钢丝绳检验范围至少应包括以下几方面:
1)一般机械性能检验包括破断拉力,按订货标准规定进行检验,方法是将钢丝拉力总和定为综合破断拉力,然后与标定破断拉力值比较,看是否达到标定水平;整绳破断拉力也是按订货标准规定进行检验,目的是检验钢丝绳的破断拉力值。
强度检验需按机械性能的要求,在做拉力试验的同时,检查强度等级。
韧性检验在我国国家标准中有明确的规定,韧性号分为特、I、II号三级,矿山用于人员和重要设备提升时,必须使用特号、I号钢丝绳。韧性检验主要包括扭转试验,检查钢丝绳钢丝韧性,以制绳钢丝扭转360°后达到的次数来判断。弯曲试验需进行180°反复弯曲检查,使其达到的实际次数。对打结试验(按不同标准对钢丝绳的钢丝做打结拉力试验,代替弯曲试验、以打结拉断的百分数来判断)有的标准规定,只对直径0.7mm以下的钢丝绳进行打结试验,但钢丝绳的机械性能韧性检查则必须包括打结检验。
2)一般钢丝绳的外观及尺寸检验外观检验包括表面伤痕和其他有害缺陷的检验,镀锌钢丝绳还要检验锌层疑点(包括漏铁、疙瘩、刺、色泽等表面质量)。
捻制检验包括捻距倍数和均匀性,钢丝绳不松散状况以及平直性能等的检验。尺寸检验包括长度定尺、直径公差和测定捻距。
3)钢丝绳镀锌层的检验主要检验镀锌附着量(即上锌量)、锌层均匀性(用硫酸铜浸泡,通过附铜露铁来判断)和附着力(用试棒的规定倍数、缠绕一定圈数,检查锌层有无橘皮、脱落和裂纹等)。
4)钢丝绳的特殊检验专用钢丝绳往往具有一些特殊性能需要检验,还有一些非生产性的应用检验。这类检验多数没有正式标准作为依据,根据经验,检验内容主要有以下七项:
①钢丝绳钢丝的金相检验检查钢丝组织均匀性和机械性能等内在质量;镀锌钢丝绳的纯锌层、合金层和基体组织状态;接头、原料、热处理和拉拔工艺等技术质量。
②疲劳试验通过疲劳试验机、检查钢丝绳疲劳性能,以达到规定次数为判断依据。
③腐蚀试验通过仪器或化学方法,检查钢丝绳耐磨蚀水平。
④耐磨试验对特殊要求钢丝绳进行技术验证,并作耐磨试验。
⑤伸长试验检查钢丝绳弹性伸长和结构伸长,并作预张力试验对比。
⑥低温冲击试验检查钢丝绳特殊条件下的使用性能。
⑦耐压缩试验及自转性检查钢丝绳弯曲后的垂量及自转性能。
5)钢丝绳麻芯的检验,包括纤维成分的检验;水溶酸及盐量、可抽取物的测定;纤维浸渍剂、含油量及强度的检验。
6)双引交货必备的出厂证明应有工厂证明书、出厂证明书、质量试验证明书、复试、退赔的技术检查依据、外涂剂、润滑剂的基本检查。
一般钢丝绳的检验,必须包括上述各项。另外,由于不旋转等异型结构断面钢丝绳的发展和各种专用钢丝绳生产量的增加,许多国家标准中又不能把所有检验手段都作出明确规定,因而造成国际上对产品质量鉴别的争议。特别对矿山用钢丝绳,已有22个国家批准,请国际标准化组织制订双引交货技术条件,ISO技术委员会的TC82(采矿)小组制订了一些条文,对钢丝绳检验作出具体规定。日本JIS工业标准,对此已有较严格的规定。
02钢丝绳的检验方法
任何使用钢丝绳的单位都应该了解钢丝绳检验方法,以便组织验收与使用。发生质量争议时,通过钢丝绳的使用检验,可以发现设计与制造质量问题或使用、维护保养上的问题,并加以及时解决,以提高使用寿命。
1)钢丝绳机械性能的检验钢丝绳的机械性能,是在一般的情况下进行试验的。一般是对单丝进行拉力、强度、扭转、弯曲或打扣试验。拆股试验主要根据交货技术标准来判断。机械性能试验包括以下几项:
①拉力试验按使用标准规定,实测钢丝绳的破断拉力,然后拆股进行单丝拉力试验、检查钢丝绳的综合破断拉力。
整绳破断拉力用下述方法测试:从钢丝绳的一端截取适当长度,将试验绳两端用白合金或锌凝固为圆锥形,也可用其他方法将试样(图2-40)装在拉伸试验机上。然后缓慢拉伸,直至破断,测定破断时的载荷。
试验钢丝绳夹头间距一般为钢丝绳直径的40倍。长度超过2m时,夹头间距可为2m。如果在夹头处破断,可以复试。
国际上双引交货对矿山钢丝绳整绳破断拉力的测定说明,其长度不得低于直径的30倍,不小于1.5m。固定方法必须使钢丝绳所有钢丝都能承受到负荷。
图2-40整绳破断试样
试验设备必须经过国家计量标准管理部门校正、标定、确认合格后,才准予使用。目前国际上多采用多功能电子控制万能拉力机,试验精度要求不低于±1%。
钢丝绳钢丝拆股试验和做单丝破断拉力试验的方法是:将试样两端夹住之后,缓慢拉伸,直至拉断,计算拉断时直径相同钢丝之各试样的拉力荷载及其平均值之差。规定夹头间距为:直径小于1.0mm时100mm,直径大于1.0mm时200mm。
各国标准中都规定了钢丝绳直径相同的各钢丝之拉断荷载及其平均值之差值,除了股绳的中心钢丝和三角芯用圆钢丝及填充钢丝外,平均值都必须在±8%以内。如果各试样的钢丝在拉断载荷平均值的1/2以下被拉断,则可拒绝使用。
试验时,应迅速给一个不大于4/5倍破断拉力的预应力,然后以不超过每秒10MPa进行缓慢稳定加载,直至达到破断力为止。如果破断点发生在离卡头不到两倍钢丝绳(或钢丝)直径的地方,说明责任不在生产与使用单位,应该复试。
截取的试样应能够代表整个钢丝绳。取样过程中,要防止有缺陷和松散钢丝,否则不能试验。取样时,可按规定长度最好截下,将其搓散。
镀锌层试验必须抽取10%圆钢丝(型股芯可以用圆钢丝铜做,此时不需型钢丝)。试验时,同一公称直径应取16%。搓散后,应将同一公称直径钢丝混在一起,任意取样。
②抗拉强度的判断钢丝绳的抗拉强度等于拉断试样前最大静载荷除以试样原横断面积。
③扭转试验将试样两端,在夹头间距为钢丝直径100倍的部位夹紧,然后在一头以每分钟60次的速度,作360°连续扭转,直至断裂,检查扭转次数。更改夹头间距时,应按正比例求出扭转次数。如果试样从夹头处断裂,可以进行复试,发现低于最小扭转数值1/2的钢丝时,该钢丝绳即不能使用。
扭转试验的试样必须挺直,充满钳口,要有不少于75%的钢丝与夹头中心线重合。
扭转试验机钳口硬度不得低于HRC61,速度误差不得超过规定转数的士5%。
④弯曲试验取100倍于直径的长度试样,将一端固定在弯曲试验机上,进行180°反复弯曲试验。断裂时,检查弯曲次数,中途不得停止。试样需经矫直,直径小于1.6mm的钢丝应加上不大于该试样破断拉力2%的拉力,达不到180°者,不计算次数,试验机要经过检查校正。
⑤打扣(结)拉力试验直径0.8mm以下的钢丝,可按打扣的拉力的某个比值来计算,不作弯曲试验。试样应连接在不打扣的同一根上。作打扣拉力时,其结扣不得拉得过紧。试验时可施加不超过2%的初负荷(预计破断拉力)。试样必须充满钳口并垂直,钳口间距为100mm~200mm。不得中途停止试验,应当均匀进行。
判断打结拉力的依据是:打结拉力在58%时,可作特级使用;50%时,可作I、II号使用。
⑥单丝缠绕试验有的国家在标准中规定用单丝缠绕的方法来检查韧性,而不做弯曲试验。即在直径相同的试棒上紧密缠绕8圈,然后解开检查有无断裂。
⑦钢丝绳伸长的测定试样长度不得小于500mm,测定值应从与2%最小破断拉力相等的载荷点开始记录,然后测取与10%、20%、30%、50%和60%最小破断力相等的几个荷载点上的值,也可采用连续记录法。
采用间断记录法时,每次测定后都要用无载荷方式测定水久伸长值,直至伸长值等于2%最小破断力所产生的拉伸长度。测量精度为0.1mm。
2)钢丝绳外形尺寸及捻制质量的检验
钢丝绳外形尺寸的检验,包括直径、捻制质量及外观缺陷等。
①钢丝绳直径的实测按规定的标准号实测时,要求不超过公差规定。测量的方法是:在距钢丝绳端头15m外的直线部位上进行,用卡尺测量,然后求其平均值(见图2-41)。测量时要注意:用相应卡尺测量时,其钳口的宽度要足以跨越两个相邻的股。测量要在一段直线形的无负荷钢丝绳上进行,在相距1m的两截面上,每一截面要垂直测两次,四次测量中平均值即为实际直径(必须在公差之内)。四次测量中要注意两个测定值之最大差值,遇有争议时,可在不超过5%的钢丝绳最小破断拉力的张力情况下再测一次。
②拆股钢丝直径的测定做拆股钢丝绳测验时,应在同一点垂直测量。钢丝直径要求两次测量的平均值相等且在公差之内。测定钢丝拉力时,必须在测量直径后进行。国际上双引交货时,直径超差的钢丝数不得超过5%。
③钢丝绳长度及重量的测量交货时,应明确钢丝绳长度定尺。根据定货定尺,要求精度测量达到2.5%。在实测钢丝绳长度基础上,用钢丝绳的实际长度去除钢丝绳的重量。钢丝绳的重量应在规定公差之内。
图2-41钢丝绳直径的测量
④钢丝绳捻距的检查用实测的捻距值与直径相除即可求出捻距对直径的倍数。整根钢丝绳的捻距必须均匀。
⑤不松散的检查将钢丝绳一端解开相对立的两个股,约有两个捻距长,当这两个股重新恢复到原位后,不应自行再散开。
⑥外观检查钢丝绳及其股绳外观质量,用手感和目测检查。钢丝绳全长上不得有压扁及伤痕等缺陷:检查单丝几何形状,表面不得有伤痕、接缝等缺陷:在10m之内不得有两处以上的接头:麻芯与油脂的包装应良好。
3)钢丝绳镀锌层的检验钢丝绳镀锌层的检验项目有:上锌量、均匀性和机械性能检验等。对拆股应抽检10%。
①上锌量的检验通过检验镀锌钢丝绳的镀锌钢丝来检查上锌量。方法是按照标准规定的等级,通过检验验证实际上锌量与标准值的差距。可以用直接和间接两种方法检验:即重量法和氯化锑法。钢丝绳的镀锌层以采取氯化锑的间接方法为宜。
试验液为:三氯化锑32g或三氧化锑20g,以1%的盐酸(比重1.18以上)溶液作为原液(比重1.03)。要在试验前配置试验液。
程序:将试样用苯、石油苯三氯化乙稀或四氯化碳等纯溶剂冲洗。必要时,可用氧化镁糊剂软刷,水洗后用乙醇清洗,并充分干燥。试样长度为300mm~600mm。
试样清洗后,称量0.01g。若比容器稍长,可弯曲至能完全浸入试验液中。氢气减少时,除掉镀锌层后取出来,用水洗,棉布擦干,使其充分干燥。称量精度要达到0.0lg,在样品同一直径处互成直角的方向测量,然后求其平均值。
上锌量用下列公式计算:
②均匀性检验采用硫酸铜试验法。具体检验方法是:用工业硫酸铜36g和蒸馏水100mL调合,加热熔解后再添加过量粉末状氢氧化铜搅拌,放置24h并过滤,然后调剂成18℃饱和溶液(比重1.186),作为试验液。也可用氧化铜代替氢氧化铜,但要放置48h。
钢丝直径在2.6mm以下者,用内径大于50mm的容器;直径在2.6mm以上者,用内径大于75mm的容器;溶液深度大于100mm时,可用8根试样。容器材质应为玻璃、陶瓷或其他与硫酸铜不发生作用的材质。
试样长度大于150mm,可用苯、石油苯、三氯乙稀、四氯化碳等溶剂清洗,再用乙醇和清水充分洗净,用清洁棉布擦干。
清洁后的试样在16℃~20℃的试液里稳静浸渍1min。不要搅拌溶液或触碰容器的壁,取出后立即用水洗净,擦掉粘于镀锌面的铜。
判断时,以钢丝基体漏铁附铜为依据。铜的下面应无锌层存在。如果有锌存在,则为假象,不得终止试验。
一般标准规定:1次/30s、1次/60s或2次/30s等钢丝表面不附铜,作为判定均匀性的合格标准。
使用硫酸铜溶液的比重也可用1.112~1.114,但时间、次数不能与比重1.186的溶液判断法相同。
③性质试验用碱性试验法。方法是:将长度为60mm的试样置于28g的氢氧化钠或氢氧化钾溶液中(蒸馏水为100g),容器内径15mm~20mm,深度为200mm,试样两端要用橡胶布包住,使其不得接触溶液。试验温度75℃~80℃。碱性试验可以作同条件对比,但我国尚未把它列入钢丝绳标准的检查范围。
④卷解(缠绕)试验各国标准规定,检验镀锌层附着力采用卷解检验法,即在相当于钢丝直径5倍、8倍、12倍的试样上,缠绕6圈,检查镀锌层撬皮、脱落和开裂情况,以判断其附着力。按标准规定,细丝一般应三倍于直径、特细丝可自身缠绕。
厚锌层与一般镀锌应有所区别:热镀锌与电镀锌也应有所区别,必要时,可通过金相来检验。
4)一般钢丝绳检验判据应用钢丝绳需参考国际标准,并与目前使用的钢丝绳标准做对比,以便正确选用。
进行拆股试验时,应参考以下数据:
①直径超差不得超过5%。
②低于最小拉力值的数,不得大于5%。
③低于最小弯曲和扭转值的钢丝数不得大于5%。
④前三种缺陷的总数不得超过10%。
⑤允许低于镀锌层最小重量值的百分比和锌层试验的每一单项特性值均不得大于5%。该两项特性总值均不得大于7%。
5)钢丝绳麻芯检验方法国际标准关于钢丝绳麻芯检验方法的规定,不仅适用于钢丝绳制造厂,而且可用于使用部门了解钢丝绳芯的检查和测定。
钢丝绳的纤维芯应达到绳股紧固,有足够的承载能力,并能防止新钢丝绳的相邻股绳在无载荷状况下直接接触。纤维芯中的绳股捻向应与线中的捻向相反,每根纤维芯至少要有三股组成。
纤维芯、层或填充物要用西沙尔麻、吕宋麻(剑麻)。禁止使用其他纤维混合物。钢丝绳检验方法可简述如下:
①纤维成分的检验纤维成分中,水溶性腐蚀酸的含量不得大于2mL/100g,以氯化物形式出现的氯离子数应小于0.3%。纤维芯制造过程中,如未加润滑剂,则天然纤维可抽取物的数量不得大于5%。此时,成品纤维芯所含可抽取物的数量不得多于25%。如果制造过程中,加了润滑剂和浸渍剂,则可抽取物量允许值为(12~18)%。
②水溶酸的测定称量出要测试的全断面试样20g~30g,精确度达到0.1g。解开试样并放入抽取装置(索格利特)中,用100mL蒸馏水煮30min。然后用滤纸过滤,连续分三次用蒸馏水冲洗残渣。冲洗后,其含水抽取液的数量不得多于175mL。向抽取物中加入几滴酚酞指示剂,并用0.1当量氢氧化钠或氢氧化钾溶液滴定到颜色不变为止。其水溶酸Z(mL/100g)用下式计算:
③盐量的测定用40mL5%的碳酸钠溶液,潮湿10g纤维,将其放入铂或硅坩锅中,验证40mL数值,然后把10g纤维蒸发干并烧成暗红色(或者用足以烧焦到用水抽取时生成无色滤液的温度),用热水抽取残存物,过滤并冲洗。然后再把残渣放回铂或硅坩锅中,将其完全烧成灰,将灰溶于稀硝酸(浓度20%),过滤冲洗残渣,并把溶液加入抽取溶液中。
向混合的抽取物及用稀硝酸处理的酸中,添加比已知的0.1当量容积稍多一些的硝酸银溶液,充分搅拌,再对氯化银沉淀进行过滤和冲洗。
向混合的过滤液和冲洗物中,加入5mL饱和的铵钛钒溶液,并用0.1当量的硫化氰酸钾溶液,对过多的硝酸银进行滴定,直到形成不变化的淡棕色为止。根据试验结果,按lmL0.1当量的销酸银溶液,相当于0.00585gNaCl之比例,计算转化成氯化银的销酸银中氯化物的百分数(氯化钠计算结果精确度达0.1%)。
④可抽取物量的测定首先制备试样,然后测定抽取的干料和水分。
试样制备时,要从一段至少重100g的钢丝绳芯中部切下一段作为试样。试样M1的重量应不小于20g~30g。而用以测定含水量(潮湿度)的试样M2之重量约为50g左右。
于抽取物量的测量方法是:解开第一个试样(M1),称量精确到0.1g,并将其放在一个已知重量的抽取套筒中(不允许有可溶于甲基二氯,即二氯甲烷的物质存在),不以任何干燥处理.其试样不应高出套筒边。然后将一瓶标准容量为250mL的抽取物,放在105°的烘干箱中,干燥2小时,再在干燥器中冷却2小时,测定其重量,精确到0.001g。第二步,由抽取瓶中倒入150mL甲基二氯(二氯甲烷),再从抽取套筒(指特威塞门或索格利特)中抽取试样,直到抽取介质变为无色或使用无公浸渍剂时,抽取物中所取的试样蒸发后无残渣为止。抽取试样后,让溶剂蒸发到只剩很少一点量。把这一抽取物的剩余量放在105°的干燥箱中蒸发,直到恒量为止。如需加快干燥过程,只要将瓶倾斜放置即可。将抽取物在干器中冷却两小时并重新称量,精确到0.00lg。最后用差法测定抽取部分(不受潮)的重量M3。
测定水分时,采用试样M2。加入二甲苯或适量的苯馏分,使试样中的水分蒸发并冷凝在一个有刻度的容器中。
M2试验样品中所得的水分为M4,M1试样中的水分为M5。其计算关系式是:
对钢丝绳麻芯的检验,还包括麻芯含油量的检验、麻芯拉力与强度试验和麻芯油质的检查。
股钢丝接头间距不得小于5m,电接头纤维芯要有足够尺寸,能有效支撑股绳。
03钢丝绳的验收
钢丝绳的生产厂,必须按照订货技术要求交货。钢丝绳出厂前的检查与验收,由供方技术监督部门进行;需方的验收,可委托有钢丝绳检定资格的检测部门进行。验收的依据是国家标准和订货合同,验收期不应超过一年。验收方法按供需双方协商选定的测定整绳破断拉力方法和测定钢丝破断拉力总和方法,订货合同中未注明者,由生产厂自行决定。根据国际标准和某些先进国家标准的规定,验收钢丝绳必须具备以下技术条件:
(1)钢丝绳制造厂交货证明书根据国际交货要求,证明书的内容至少应包括:制造厂名、经营号、订货单位、合同号、交货日期、公称直径、长度、结构、捻制方式与捻制方向、拉力等级、表面光度、公称集合破断拉力或最小破断拉力、每米重量、总重量、卷数、地址、日期、签名(印)。
(2)钢丝绳出厂证明书内容包括:制造厂名、经营号、订货单位、订货号、交货日期。关于钢丝绳性能的说明应包括:交货名称、公称直径、实际直径、定购长度、实际长度、总重量、单位重量、实际单位重量、钢绳结构、捻制方式与捻制方向、捻距、有无镀层、公称抗拉强度、公称集合破断拉力或最小破断拉力、实测集合破断力或实测破断力、钢芯材料、股绳润滑脂种类、浸泡纤维充填物的化合物种类、纤维充填物和麻芯中浸饱纤维充填物的化合物种类、纤维充填物和麻芯中浸渍剂与干纤维的百分比、卷数、卷轴尺寸(直径×宽度)、包括卷轴在内的钢丝绳包装重量。
(3)单根钢丝试验结果试验结果记入表2-13。
(4)当供需双方任一实验结果有争议时,应在双方同意的检测机构进行仲裁试验。仲裁试验按国家标准规定的方法和订货合同。