鋼絲繩整繩破斷試驗(yàn)方法

王莉（天津冶金集團(tuán)中興盛達(dá)鋼業(yè)有限公司，天津301616）

鋼絲繩整繩破斷試驗(yàn)方法

王莉
（天津冶金集團(tuán)中興盛達(dá)鋼業(yè)有限公司，天津301616）

為滿(mǎn)足鋼絲繩整繩破斷試驗(yàn)要求，對(duì)立式拉力試驗(yàn)機(jī)夾持裝置進(jìn)行改進(jìn)，并對(duì)試樣澆注環(huán)節(jié)控制，完成了8～40 mm重要用途鋼絲繩直接夾持法和澆鑄法的整繩破斷試驗(yàn)，使鋼絲繩多股乃至全部股數(shù)破斷，提高了試驗(yàn)成功率，試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，值得推廣。

鋼絲繩；破斷；拉伸試驗(yàn)；夾持裝置

1 引言

重要用途鋼絲繩廣泛用于礦井提升、大型吊裝、船舶等領(lǐng)域，其直徑范圍涉及8～60 mm。標(biāo)準(zhǔn)GB/T8918—2006《重要用途鋼絲繩》規(guī)定產(chǎn)品質(zhì)量不僅要考慮考核拆股鋼絲的力學(xué)和工藝性能，更應(yīng)考核鋼絲繩力學(xué)性能和捻制質(zhì)量的實(shí)測(cè)鋼絲繩整體破斷拉力。我公司鋼絲繩產(chǎn)品大多集中在直徑40 mm以?xún)?nèi)，公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度最大1 960 MPa，要求破斷試驗(yàn)最小試樣有效空間為1 200 mm。標(biāo)準(zhǔn)GB/T8358—2006《鋼絲繩破斷拉伸試驗(yàn)方法》指出鋼絲繩的破斷拉伸試驗(yàn)可在任何一種拉力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，由于臥式拉伸試驗(yàn)機(jī)造價(jià)高，設(shè)備擺放占用空間大，所以利用我公司W(wǎng)AW-2000G電液伺服鋼絞線(xiàn)拉力試驗(yàn)機(jī)從拉伸噸位上和有效拉伸空間上理論可以滿(mǎn)足8～40 mm整繩破斷試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)思路

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

選擇公司W(wǎng)AW-2000G電液伺服鋼絞線(xiàn)拉力試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)設(shè)備具有速度控制功能，每年檢定，示值精度一級(jí)；試驗(yàn)機(jī)夾頭間距離為1 200 mm，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 試驗(yàn)方法的選擇

針對(duì)不同結(jié)構(gòu)和直徑的鋼絲繩首先應(yīng)該對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中夾持方法進(jìn)行選擇。常用方法為：纏繞法夾持效果好，一般適用于直徑不超過(guò)10 mm鋼絲繩整繩破斷［2］；套壓法套管與鋼絲直接接觸，很容易損傷鋼絲，不能真實(shí)反應(yīng)鋼絲繩的實(shí)際破斷拉力，試驗(yàn)成功率較低，目前我公司未采用此方法；直接夾持法：簡(jiǎn)單快速的試驗(yàn)方法，適合于1×3/1×7/1×19等結(jié)構(gòu)鋼絲繩；澆鑄法為常用試驗(yàn)方法，適用于直徑較大的鋼絲繩。

2.3 試樣的制備

對(duì)于選擇澆鑄法進(jìn)行鋼絲繩整繩破斷試驗(yàn)的試樣，應(yīng)進(jìn)行試樣的澆鑄，此環(huán)節(jié)非常重要，加工環(huán)節(jié)較復(fù)雜，影響因素較多。一旦澆鑄過(guò)程控制不好在試驗(yàn)時(shí)鋼絲會(huì)從澆鑄金屬中脫離或試樣易斷于澆鑄頭部，造成試驗(yàn)失敗。通過(guò)多次試驗(yàn)，確定澆鑄環(huán)節(jié)的重點(diǎn)步驟為：取樣→捆扎→拆股→清洗→干燥→澆鑄→冷卻。

取樣：長(zhǎng)度根據(jù)鋼絲繩的公稱(chēng)直徑確定，通常為試樣最小有效長(zhǎng)度+夾持長(zhǎng)度。

捆扎和拆股：需要距試樣兩端一個(gè)夾持長(zhǎng)度（不小于200 mm）處用軟鐵絲（喉箍）分別捆扎牢固，捆扎寬度不小于20 mm；試樣兩端拆散呈帚頭狀，鋼絲不得矯直。

清洗和干燥：鋼絲繩表面油脂清洗采用堿洗法。在帶有加熱裝置的金屬水槽中倒入清水，再倒入氫氧化鈉，制成氫氧化鈉溶液，氫氧化鈉濃度為15～20 g/L，將水槽中氫氧化鈉溶液加熱到90℃以上，再將拆股后鋼絲頭置于氫氧化鈉溶液中浸泡3～5 min；為了清洗效果中途需攪拌溶液，油脂清洗完畢后用清水沖洗。沖洗后后如有白色殘留物，不影響澆鑄效果。用電熱吹風(fēng)機(jī)對(duì)清洗后的掃帚端進(jìn)行加速干燥，直至鋼絲徹底干燥。

澆鑄和冷卻：模具應(yīng)放到鋅鍋旁預(yù)熱1～2 h；將澆鑄模具放到支架上，松開(kāi)連接螺栓，放入試樣端頭，兩塊摸具對(duì)齊、鎖緊連接螺栓；調(diào)整端頭位置至居中為止，模具底部用棉紗或布封嚴(yán)；澆鑄時(shí)鋅液要緩慢倒入，待模具內(nèi)鋅液呈固態(tài)時(shí)再添加，距模具上端10 mm停止加入。澆鑄完畢后冷卻1～2 h可打開(kāi)模具。靜置24 h后進(jìn)行試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)過(guò)程

對(duì)于我公司最常見(jiàn)的鋼絲繩品種直徑大多集中在10～40 mm范圍內(nèi)，直接夾持法和澆鑄法應(yīng)用最為廣泛，為了提高試驗(yàn)的成功率，使鋼絲繩整繩破斷力值更接近于真實(shí)值，我們對(duì)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和改造，收到了滿(mǎn)意的試驗(yàn)效果，大大提高了實(shí)驗(yàn)的成功率。

3.1 直接夾持法試驗(yàn)

對(duì)于1×3/1×7/1×19等結(jié)構(gòu)鋼絲繩通常選用此方法。麻芯鋼絲繩應(yīng)切掉夾持長(zhǎng)度內(nèi)的麻芯并填充長(zhǎng)度、直徑相當(dāng)?shù)腻F形鋼芯進(jìn)行支撐，用清洗劑將試樣兩端油脂清除，用砂布包裹試樣被夾持的端頭避免鉗口夾持塊直接和試樣的鋼絲接觸。利用傳統(tǒng)的電液伺服鋼絞線(xiàn)拉力試驗(yàn)機(jī)對(duì)鋼絲繩進(jìn)行直接夾持法整繩破斷試驗(yàn)，往往破斷拉力未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求就發(fā)生了鋼絲繩股或絲的斷裂，成功率低。取下試樣后發(fā)現(xiàn)夾持塊上的齒牙咬傷鋼絲，破斷斷口發(fā)生在夾持鉗口內(nèi)。分析原因認(rèn)為是拉力試驗(yàn)機(jī)鉗口兩滑動(dòng)襯塊間合角角度大于30°偏大，同時(shí)夾持塊的長(zhǎng)度往往小于300 mm并對(duì)鋼絲繩夾持長(zhǎng)度最多只為1個(gè)捻距長(zhǎng)度，夾持摩擦力小造成的。因此需要對(duì)試驗(yàn)機(jī)的楔形夾持裝置進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和改造：加長(zhǎng)了夾持鉗口、滑動(dòng)襯塊和加持塊的長(zhǎng)度到400 mm使夾持長(zhǎng)度盡量達(dá)2個(gè)捻距，減小鉗口兩滑動(dòng)襯塊間合角為原來(lái)的1/2，保證夾塊對(duì)試樣有足夠夾持力，使鋼絲繩各股全部能夠被夾持塊夾住，同時(shí)增加夾持塊齒牙密度，減小齒牙之間的距離增加鋼絲繩與夾持塊接觸面積，提高摩擦力，改善接觸應(yīng)力分布，且各股所受的夾持力能均勻分布，從而能夠?qū)崿F(xiàn)鋼絲繩在破斷試驗(yàn)時(shí)多股破斷，大大提高了直接夾持法的試驗(yàn)成功率，被廣泛應(yīng)用于日常試驗(yàn)［3］。

3.2 利用立式拉力試驗(yàn)機(jī)的澆鑄法試驗(yàn)

此方法應(yīng)用廣泛，通過(guò)對(duì)WAW-2000G電液伺服鋼絞線(xiàn)拉力試驗(yàn)機(jī)夾持裝置進(jìn)行改進(jìn)和按2.3要求對(duì)試樣進(jìn)行澆鑄實(shí)現(xiàn)了鋼絲繩的整繩破斷試驗(yàn)且使鋼絲繩多股乃至全部股數(shù)破斷。

（1）立式電液伺服鋼絞線(xiàn)拉力試驗(yàn)機(jī)夾持裝置結(jié)構(gòu)的限制及其夾持鉗口尺寸小、試樣夾持長(zhǎng)度短等缺點(diǎn)不能滿(mǎn)足繩徑粗及芯絲結(jié)構(gòu)特殊的鋼絲繩的整繩破斷試驗(yàn)，同時(shí)立式拉伸試驗(yàn)機(jī)的機(jī)座及鉗口的設(shè)計(jì)無(wú)法滿(mǎn)足澆鑄后鋼絲繩試樣夾持。為此對(duì)立式材料試驗(yàn)機(jī)夾持裝置進(jìn)行改進(jìn)。

改進(jìn)后夾持裝置通過(guò)兩個(gè)夾持塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠滿(mǎn)足大直徑鋼絲繩澆鑄后試樣安裝的需要，并且使得夾持試樣時(shí)，機(jī)座鉗口的張開(kāi)尺寸在較小的范圍內(nèi)就可安裝試樣，克服了立式拉伸試驗(yàn)機(jī)鉗口尺寸小的缺點(diǎn)，又便于直觀地調(diào)整澆鑄試樣的位置，能夠快速裝卸試驗(yàn)樣品，使得立式拉伸試驗(yàn)機(jī)能夠進(jìn)行大規(guī)格鋼絲繩的破斷試驗(yàn)。

改進(jìn)后夾持裝置在兩個(gè)夾持塊內(nèi)側(cè)設(shè)置有由兩個(gè)凹槽組合的圓柱形通孔結(jié)構(gòu)，且該通孔的直徑大于鋼絲繩直徑，此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一方面避免了加持澆鑄試樣后鋼絲與夾持塊的直接接觸，避免由于直接接觸的摩擦對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，結(jié)果更可靠，見(jiàn)圖1。另一方面增加了夾持塊固定端的高度使之達(dá)到400 mm以上，增加了鋼絲繩與澆鑄體的接觸面積，同時(shí)鋼絲繩的各股在繩中均成螺旋狀，鋼絲繩拆股夾持后，鋼絲澆鑄體內(nèi)受力均勻，減少澆鑄前后應(yīng)力集中，避免試驗(yàn)中動(dòng)力端部鋼絲抽出現(xiàn)象發(fā)生。

圖1 鋼絲繩破斷試驗(yàn)的夾持裝置圖

（2）試樣的安裝

改造后立式材料拉伸試驗(yàn)機(jī)完成鋼絲繩破斷試驗(yàn)的夾持裝置示意圖見(jiàn)圖1和圖2。使用前，為了便于安裝，先將把手通過(guò)螺栓與夾持塊2和3的螺栓孔11連接。將背面能夠抱住較多試樣澆注部夾持塊3作為固定夾持塊放入楔形鉗口內(nèi)的保護(hù)板16上，并通過(guò)連接板17和固定螺栓18與保護(hù)板連接，再通過(guò)外擋板12和緊固螺栓13與楔形鉗口1一側(cè)固定。把試樣一端的澆鑄部臥進(jìn)夾持塊3的凹槽5內(nèi)，之后將夾持塊2的凹槽4對(duì)準(zhǔn)試樣的澆鑄部與持塊3對(duì)接，并使鋼絲繩試樣8穿過(guò)由凹槽9和凹槽10組合后為圓柱形的通孔6。按動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備上夾緊按鈕，夾持塊合并，完成澆鑄試樣的一端夾持。試樣的另一端采用上述相同的方法安裝。開(kāi)動(dòng)試驗(yàn)機(jī)升降按鈕，按試樣長(zhǎng)度調(diào)節(jié)上下夾持部分的距離，完成下夾持鉗口對(duì)澆鑄試樣的夾持。之后，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行破斷試驗(yàn)，見(jiàn)圖2～圖4。

（3）試驗(yàn)方法的推廣

圖2 加持塊的實(shí)物圖

圖3 澆鑄試樣夾持完成圖

以上試驗(yàn)以2 000 kN鋼絞線(xiàn)拉力試驗(yàn)機(jī)為例適用于直徑20～40 mm的鋼絲繩試驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)指出的是在此思路下，還可以對(duì)公司具有的其他噸位的立式材料試驗(yàn)機(jī)的夾持裝置做出若干改進(jìn)，以滿(mǎn)足不同直徑，不同結(jié)構(gòu)鋼絲繩整繩破斷試驗(yàn)的需要，試驗(yàn)成功率可達(dá)到95%以上。

圖4 整繩破斷試驗(yàn)完成圖

4 結(jié)論

受試驗(yàn)機(jī)的有效拉伸空間和拉伸力值必須滿(mǎn)足GB/T8358—2006《鋼絲繩破斷拉伸試驗(yàn)方法》的相關(guān)要求限制，利用立式拉力試驗(yàn)機(jī)完成鋼絲繩整繩破斷試驗(yàn)適用于直徑40 mm以?xún)?nèi)的鋼絲繩。

纏繞法適用于直徑不超過(guò)10 mm鋼絲繩整繩破斷；直接夾持法適合于1×3/1×7/1×19等結(jié)構(gòu)鋼絲繩，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)機(jī)的楔形夾持裝置進(jìn)行改制，提高試驗(yàn)成功率，獲得接近真值的鋼絲繩破斷拉力；澆鑄法是一種較常用試驗(yàn)方法，適用于大直徑的鋼絲繩。通過(guò)對(duì)立式材料試驗(yàn)機(jī)夾持裝置進(jìn)行改進(jìn)和嚴(yán)格控制試樣澆鑄環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絲繩澆鑄法整繩破斷試驗(yàn)且使鋼絲繩多股乃至全部股數(shù)破斷。

［1］鄭州金屬制品研究院，冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院.GB/T8358-2006鋼絲繩破斷拉伸試驗(yàn)方法 ［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006

［2］吳益文，黃志偉，沈宏，等.鋼絲繩整繩破斷試驗(yàn)影響因素探討［J］.物理測(cè)試，2011（3）：29.

［3］傅傳臻，張平萍，王銳鋒，等.礦用鋼絲繩破斷拉伸中斷裂股數(shù)的分析［J］.金屬制品，2012（4）：74-75.

Method of Breaking Test for Complete Wire Rope

WANG Li
（Tianjin Metallurgy Group Zhongxing Shengda Steel Industry Co.，Ltd.，Tianjin 301616，China）

In order to meet the requirement by complete wire rope breaking test，the clamping device of vertical tensile testing machine was improved and sample casting controlled.The complete wire rope breaking tests of direct clamping method and casting method for 8～40 mm wire rope of important applications were successful and some or even all strands of wire rope broke.The success rate of the test was improved and testing results were accurate and reliable.This method is worthy of promoting.

wire rope；breaking；tensile test；clamping device

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.02.021

2015-10-13

2015-11-02

王莉（1971—），女，本科，高級(jí)工程師，主要從事產(chǎn)品檢測(cè)和質(zhì)量管理工作。