电梯钢带疲劳及电磁无损检测技术探讨

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摘要：本文简单说明了电磁无损检测的主要原理，并对电梯钢带疲劳及损伤的电磁无损检测主要内容，特别是常用技术进行了分析。在此基础上，主要应用漏磁无损检测技术以及巴克豪森噪声无损检测技术，构建起新的无损检测励磁装置，并结合仿真软件对新装置展开有限元仿真验证，结果表明下新装置具有更强性能。

关键词：电梯钢带；电磁无损检测技术；励磁装置

相比于传统的钢丝绳来说，在电梯中引入钢带进行传动与承重能够获取更高曳引力，因此在当前得到了更为广泛的应用。为了确保电梯钢带的性能得到最大程度的发挥，必须要定期落实电磁无损检测，判断电梯钢带的疲劳程度以及存在的损伤缺陷，实施针对性处理，体现出对电梯钢带应用安全性的维护。

1电磁无损检测的主要原理分析

对于电磁无损检测而言，其主要应用法拉第电磁感应定律对金属缺陷进行确定，实践中，主要对金属构件进行磁化处理，此时，若是金属构件中存在缺陷，那么缺陷区域的磁阻就会呈现出增大的趋势，依托漏磁即可迅速确定出金属构件中是否存在缺陷以及缺陷的所在位置。如果存在某一由铁磁材料制作而成的组织均匀的零件，如果其中不存在缺陷，那么该零件各个位置的导磁率均稳定在相同水平，即便经过磁化处理，所呈现出的磁感线分布也呈现出均匀状态。相对应的，若是该零件内存在缺陷，则受到空气、真空、非磁性材料等多种因素的影响，相应缺陷位置的导磁率会处于较低水平，磁力线在通过该缺陷位置时，会受到更大磁阻的影响，促使其磁力线的分布情况发生改变。根据这样的原理及对应现象，相关人员可以在不损坏零件的基础上，迅速确定其中是否存在缺陷，并准确定位缺陷所在位置。

2电梯钢带疲劳及损伤的电磁无损检测主要内容分析

2.1电梯钢带的常见缺陷

在针对电梯钢带展开电磁无损检测的过程中，主要对电梯钢带的局部缺陷、结构缺陷以及金属截面缺陷展开检测，这些也是电梯钢带的常见缺陷。其中，局部缺陷主要为电梯钢带出现的断丝、断股或是窝丝等缺陷；结构缺陷主要为电梯钢带自身结构出现变形，包括畸变、漏丝、松丝等缺陷；金属截面缺陷主要为电梯钢带的腐蚀、变细、大面积磨损等缺陷。在当前的实践中，更多将电磁无损检测技术应用于对电梯钢带局部损伤以及金属截面损伤的检测方面，同时，要切实参考缺陷实际情况与检测现实需求，选取更为合适的电磁无损检测技术。

2.2电梯钢带电磁无损检测的常用方法

2.2.1漏磁法该方法在对电梯钢带疲劳与损伤展开电磁无损检测时更加常用，技术成熟度也相对较高。实践中，主要通过外加强大的磁场对铁磁性材料进行磁化到饱和，当被磁化的铁磁材料存在缺陷时，即在材料表面形成漏磁场。检测线圈或霍尔元件检测到漏磁场并将其转化成电流或电压的大小，以此反映缺陷的大小和位置。2.2.2声发射法该方法主要应用声发射这种常见的物理现象实现对电梯钢带的无损检测。实践中，在声发射源发射出弹性波，该弹性波在传递至铁磁性材料表面时，会引起声发射传感器探测的表面位移；这些探测器将材料的机械振动转变为电信号，并对其进行放大、处理与记电梯钢带疲劳及损伤的电磁无损检测技术饶晓慧（河南机电职业学院河南省新郑市451191）录，由此识别材料变形或断裂时产生的微小声波，最终达到电磁无损探伤的效果。2.2.3超声波法该方法主要利用超声波可以在材料中以一定的速度和方向传播，且在遇到声阻抗不同的异质界面（如缺陷或被测物件的底面等）就会产生反射的原理实现对电梯钢带的无损检测[1]。当超声波遇到缺陷后，存在部分反射能量会沿着原路径返回至探头区域，由探头将这些反射能量转变为电脉冲，并在放大处理后，在示波管荧光屏上直观显现出来。结合对缺陷反射波位置以及幅度的分析，即可判断出电梯钢带中存在缺陷的位置以及尺寸。2.2.4涡流法该方法主要利用电磁感应原理实现对电梯钢带的无损检测。实践中，主要在检测线圈的支持下形成交变磁场，并将能量传递给被检导体，在交变磁场的支持下实现对被检测导体中质量信息的获取。在此过程中，可以将检测线圈视为换能器，其技术参数、规格以及形状均会对最终检测结果造成较大影响。在应用涡流法展开对电梯钢带的无损检测的过程中，需要切实参考电梯钢带的材质、尺寸大小、质量要求完成检测线圈的选定，体现出对最终检测结果可靠程度的更好维护。2.2.5电流法该方法主要利用欧姆定律的原理实现对电梯钢带的无损检测。实践中，将电流通入电梯钢带中，并对其电阻值展开测量，以此判断电梯钢带的断面情况。相比于其他电磁无损检测方法来说，电流法的操作简单程度更高，但是极容易受到多种因素的影响。2.2.6射线法该方法主要利用射线（包括X射线、γ射线、中子射线等）能够简单穿透物质的特性实现对电梯钢带的无损检测。实践中，射线照相法更为常用，其主要选定X射线或γ射线作为穿透构件的射线，并依托胶片实现对构件内部结构信息的记录[2]，可以在不损伤电梯钢带构件的条件下更为直观的生成内部缺陷图像信息，相应结果也能够长时间保存，对于体积型缺陷（包括气孔、夹渣等缺陷）有着极为理想的检出率。但是，针对一些面积型缺陷（包括如裂纹、末熔合类缺陷等等），如果在拍摄照片时未选好角度，则极容易发生漏检问题。2.2.7磁粉检测法该方法主要依托磁场的施加使得被检测构件磁化，此时，构件的表面、近表面缺陷区域所存在的缺陷会逸出磁力线，由此构成漏磁场，实现对施加与构件表面上的磁粉的迅速吸附，形成聚集磁痕，显现出构件表面、近表面的缺陷。需要注意的是，磁粉检测法只能够实现对电梯钢带表面、近表面缺陷区域所存在缺陷的无损检测，但是如果想要对更深层的缺陷实施无损检测，则要应用其他检测方法，如超声波法、射线法等等。2.2.8巴克豪森噪声法摘要：本文简单说明了电磁无损检测的主要原理，并对电梯钢带疲劳及损伤的电磁无损检测主要内容，特别是常用技术进行了分析。当铁磁材料长期承受应力后，容易出现残余应力或是疲劳损伤，依托巴克豪森噪声法可以实现对这些情况的准确识别。实践中，主要依托低频交流信号对铁磁材料进行励磁，结合交流磁场的引入，巴克豪森噪声信号生成。对于巴克豪森噪声信号而言，其在应力、温度、铁磁材料显微结构的影响下会产生变化，从而实现对电梯钢带的无损检测。

3电梯钢带疲劳及损伤的电磁无损检测技术的优化设计

3.1技术优化的主要思路

出于对进一步强化电梯钢带疲劳及损伤的电磁无损检测结果精准程度的考量，同时实现对检测操作的简化，在本次研究中，主要应用漏磁无损检测技术以及巴克豪森噪声无损检测技术，构建起相应的无损检测励磁装置。在此基础上，结合仿真软件对相应无损检测励磁装置展开有限元仿真验证，确定相应装置的设计具有实效性与科学性。

3.2电梯钢带磁路设计

3.2.1巴克豪森噪声无损检测磁路的设计应用巴克豪森噪声无损检测技术主要实现对电梯钢带显微组织变化、温度应力与残余应力的检测[3]，在本次研究中，依托常用巴克豪森噪声无损检测励磁装置的结构，提出一种新的巴克豪森噪声无损检测励磁装置设计方案。在该新的励磁装置中，包含着激励线圈两个，并促使其所产生电磁信号的方向、相位保持在抑制水平，实现由两个激励线圈同时完成对电梯钢带的励磁。同时，使用物理手段将这两个激励线圈落实连接处理。相比于常用巴克豪森噪声无损检测励磁装置而言，本文提出的巴克豪森噪声无损检测励磁装置设计方案中不包含磁轭，所以装置整体的体积更小。在实际的应用过程中，在电梯钢带上缠绕线圈，可以实现对整个电梯钢带内部钢丝绳表面损伤情况的检测；实践中，交流磁场能够完全贯穿整个钢丝绳内部，这意味着，依托该巴克豪森噪声无损检测励磁装置，能够实现对电梯钢带疲劳与损伤情况的检测。在构建该巴克豪森噪声无损检测励磁装置的过程中，为了确保其与一般性钢丝绳无损检测的方向保持一致，主要设定轴向为钢带长度方向；设定周向为钢带宽度方向；设定法向为钢带厚度方向，同时，将钢带长度方向确定为检测线圈传感器的敏感方向，承担起检测巴克豪森噪声信号（轴向）的任务。此时，若想要对法向巴克豪森噪声信号实施检测，则影响设定钢带厚度方向为检测方向。3.2.2漏磁无损检测磁路的设计为了实现对漏磁无损检测效果的强化，本研究依托常用漏磁无损检测励磁装置，设计了一种新的励磁磁路。实践中，主要选用磁轭-磁极-磁轭的方式作为新漏磁无损检测励磁装置的励磁磁路，促使磁轭与钢丝绳之间紧密接触，并设定与检测空腔的两端，以此承担起导磁的任务；在检测空腔的正上方区域设定磁极，以此承担起对钢丝绳实施励磁的任务。对于该新的漏磁无损检测励磁装置而言，其主要包含着四个磁轭以及两个磁极，其中，装置中所引入的磁轭均应用磁导率相对较高的材料，并参考现实需要对磁轭形状实施调整；装置中所引入的磁极方向保持在一致水平，且磁极两级的面积大小始终稳定在相同水平，并不根据钢丝绳形状的变化而做出调整。依托这样的磁极设计，促使充磁的简单程度进一步加深，也使得现实充磁方向与理想充磁方向更为贴近。另外，可以参考现实需要对检测空腔的大小展开优化调整，以此推动本漏磁无损检测励磁装置的灵活程度及进一步提高。

3.3电磁场有限元仿真

3.3.1巴克豪森噪声励磁装置仿真验证将相同的交流电流分别通入前文提出的巴克豪森噪声无损检测励磁装置以及常用的巴克豪森噪声无损检测励磁装置中，在相同的时间条件下，对电梯钢带内部钢丝绳的励磁强度分布情况进行提取。结果表明，在同一时刻下，新巴克豪森噪声无损检测励磁装置的励磁强度稳定在200-500毫特斯拉的范围内，相比于常用巴克豪森噪声无损检测励磁装置的励磁强度而言，处于更高水平。对新装置与常用装置的励磁强度分布均匀程度进行对比能够了解到，新装置在整个励磁长度内，针对钢丝绳的励磁强度分布均匀水平更为理想，特别是处于中间的钢丝绳励磁的一致程度更好。同时，结合新装置设计方案可以得出，该装置不仅能够完成对轴向巴克豪森噪声信号的检测，还可以实现对法向巴克豪森噪声信号的检测。综合而言，相比于常用的巴克豪森噪声无损检测励磁装置来说，本文提出的新巴克豪森噪声无损检测励磁装置在励磁强度方面有着更优性能。3.3.2多磁轭励磁装置仿真验证对于前文提出的新漏磁无损检测励磁装置而言，由于其中纳入了多个磁轭以及磁极，所以可以视为多磁轭励磁装置[4]。在仿真软件中搭建起新装置的三维模型，以此为基础进行仿真验证，结果表明，仿真模拟过程中，能够观察到波形存在轻微抖动，但是相比于常用的漏磁无损检测励磁装置而言，新装置在应用过程中出现的波形抖动幅度更低。对比常用漏磁无损检测励磁装置在电梯钢带出现缺陷时的法向漏磁信号产生情况来看，在靠近缺陷位置的条件下，两种装置的的法向上的缺陷漏磁场强度之间并不存在较为明显的差异性，新装置的漏磁信号峰值略微较大；而在远离缺陷位置的条件下，两种装置的的法向上的缺陷漏磁场强度之间存在较为明显的差异性，新装置的强度远远高于常用装置。引入三维精调电梯钢带模型，对比新装置与常用装置应用条件下显现出缺陷漏磁信号的分布情况，结果表明，当模型、缺陷均保持一致的情况下，两装置产生的缺陷漏磁信号分布形状基本保持一致，只是在强度方面具有一定差别。综合来说，多磁极励磁装置（新漏磁无损检测励磁装置）仿真验证得到的结果如下：新装置的励磁四个磁轭以及来两个磁极，这四个磁轭承担着导磁的任务，而两个磁极则承担着对钢丝绳实施励磁的任务；在对电梯钢带相同位置以及大小一致的缺陷展开检测的过程中，新装置所产生的漏磁信号强于常用装置，且在法向与轴向均能够检测到漏磁信号的存在；新装置的励磁由两个磁极承担，且磁轭之间的距离稳定在5毫米，所以相比于常用装置（四个磁极，磁极间距20毫米）而言，新装置在重量与体积方面均处于较低水平。整体来看，本文设计的新漏磁无损检测励磁装置有着更为理想的性能，在电梯钢带电磁无损检测中能够发挥出更好效果。

4总结

综上所述，相比于常用装置来说，基于双线圈的新巴克豪森噪声无损检测励磁装置以及多磁轭励磁装置在进行电梯钢带电磁无损检测的过程中能够发挥更好的效果，相比于常用的励磁装置，新装置有着更为理想的性能。

参考文献

[1]范伟,李兵,陈冰华等.钢丝绳应力集中和疲劳损伤的电磁无损检测技术分析[J].机电信息,2020(12):144-147+149.

[2]刘西恩,牛广亮,孙向阳等.电磁无损检测电路系统研究与设计[J].电子制作,2021(01):13-17+36.

[3]周中吉,何赟泽,简永翔等.基于嵌入式的电磁无损检测系统及柔性探头研制[J].计量科学与技术,2020(11):26-28+62.

[4]范伟,李兵,陈冰华等.钢丝绳损伤电磁无损检测能力评估方法研究[J].中国设备工程,2020(13):152-154.

作者：饶晓慧 单位：河南机电职业学院