钢丝绳整绳破断试验方法

王莉（天津冶金集团中兴盛达钢业有限公司，天津301616）

钢丝绳整绳破断试验方法

王莉
（天津冶金集团中兴盛达钢业有限公司，天津301616）

为满足钢丝绳整绳破断试验要求，对立式拉力试验机夹持装置进行改进，并对试样浇注环节控制，完成了8～40 mm重要用途钢丝绳直接夹持法和浇铸法的整绳破断试验，使钢丝绳多股乃至全部股数破断，提高了试验成功率，试验结果准确可靠，值得推广。

钢丝绳；破断；拉伸试验；夹持装置

1 引言

重要用途钢丝绳广泛用于矿井提升、大型吊装、船舶等领域，其直径范围涉及8～60 mm。标准GB/T8918—2006《重要用途钢丝绳》规定产品质量不仅要考虑考核拆股钢丝的力学和工艺性能，更应考核钢丝绳力学性能和捻制质量的实测钢丝绳整体破断拉力。我公司钢丝绳产品大多集中在直径40 mm以内，公称抗拉强度最大1 960 MPa，要求破断试验最小试样有效空间为1 200 mm。标准GB/T8358—2006《钢丝绳破断拉伸试验方法》指出钢丝绳的破断拉伸试验可在任何一种拉力试验机上进行，由于卧式拉伸试验机造价高，设备摆放占用空间大，所以利用我公司WAW-2000G电液伺服钢绞线拉力试验机从拉伸吨位上和有效拉伸空间上理论可以满足8～40 mm整绳破断试验。

2 试验思路

2.1 试验设备

选择公司WAW-2000G电液伺服钢绞线拉力试验机，试验设备具有速度控制功能，每年检定，示值精度一级；试验机夹头间距离为1 200 mm，符合标准要求。

2.2 试验方法的选择

针对不同结构和直径的钢丝绳首先应该对试验过程中夹持方法进行选择。常用方法为：缠绕法夹持效果好，一般适用于直径不超过10 mm钢丝绳整绳破断［2］；套压法套管与钢丝直接接触，很容易损伤钢丝，不能真实反应钢丝绳的实际破断拉力，试验成功率较低，目前我公司未采用此方法；直接夹持法：简单快速的试验方法，适合于1×3/1×7/1×19等结构钢丝绳；浇铸法为常用试验方法，适用于直径较大的钢丝绳。

2.3 试样的制备

对于选择浇铸法进行钢丝绳整绳破断试验的试样，应进行试样的浇铸，此环节非常重要，加工环节较复杂，影响因素较多。一旦浇铸过程控制不好在试验时钢丝会从浇铸金属中脱离或试样易断于浇铸头部，造成试验失败。通过多次试验，确定浇铸环节的重点步骤为：取样→捆扎→拆股→清洗→干燥→浇铸→冷却。

取样：长度根据钢丝绳的公称直径确定，通常为试样最小有效长度+夹持长度。

捆扎和拆股：需要距试样两端一个夹持长度（不小于200 mm）处用软铁丝（喉箍）分别捆扎牢固，捆扎宽度不小于20 mm；试样两端拆散呈帚头状，钢丝不得矫直。

清洗和干燥：钢丝绳表面油脂清洗采用碱洗法。在带有加热装置的金属水槽中倒入清水，再倒入氢氧化钠，制成氢氧化钠溶液，氢氧化钠浓度为15～20 g/L，将水槽中氢氧化钠溶液加热到90℃以上，再将拆股后钢丝头置于氢氧化钠溶液中浸泡3～5 min；为了清洗效果中途需搅拌溶液，油脂清洗完毕后用清水冲洗。冲洗后后如有白色残留物，不影响浇铸效果。用电热吹风机对清洗后的扫帚端进行加速干燥，直至钢丝彻底干燥。

浇铸和冷却：模具应放到锌锅旁预热1～2 h；将浇铸模具放到支架上，松开连接螺栓，放入试样端头，两块摸具对齐、锁紧连接螺栓；调整端头位置至居中为止，模具底部用棉纱或布封严；浇铸时锌液要缓慢倒入，待模具内锌液呈固态时再添加，距模具上端10 mm停止加入。浇铸完毕后冷却1～2 h可打开模具。静置24 h后进行试验。

3 试验过程

对于我公司最常见的钢丝绳品种直径大多集中在10～40 mm范围内，直接夹持法和浇铸法应用最为广泛，为了提高试验的成功率，使钢丝绳整绳破断力值更接近于真实值，我们对试验设备进行了重新设计和改造，收到了满意的试验效果，大大提高了实验的成功率。

3.1 直接夹持法试验

对于1×3/1×7/1×19等结构钢丝绳通常选用此方法。麻芯钢丝绳应切掉夹持长度内的麻芯并填充长度、直径相当的锥形钢芯进行支撑，用清洗剂将试样两端油脂清除，用砂布包裹试样被夹持的端头避免钳口夹持块直接和试样的钢丝接触。利用传统的电液伺服钢绞线拉力试验机对钢丝绳进行直接夹持法整绳破断试验，往往破断拉力未达到标准要求就发生了钢丝绳股或丝的断裂，成功率低。取下试样后发现夹持块上的齿牙咬伤钢丝，破断断口发生在夹持钳口内。分析原因认为是拉力试验机钳口两滑动衬块间合角角度大于30°偏大，同时夹持块的长度往往小于300 mm并对钢丝绳夹持长度最多只为1个捻距长度，夹持摩擦力小造成的。因此需要对试验机的楔形夹持装置进行重新设计和改造：加长了夹持钳口、滑动衬块和加持块的长度到400 mm使夹持长度尽量达2个捻距，减小钳口两滑动衬块间合角为原来的1/2，保证夹块对试样有足够夹持力，使钢丝绳各股全部能够被夹持块夹住，同时增加夹持块齿牙密度，减小齿牙之间的距离增加钢丝绳与夹持块接触面积，提高摩擦力，改善接触应力分布，且各股所受的夹持力能均匀分布，从而能够实现钢丝绳在破断试验时多股破断，大大提高了直接夹持法的试验成功率，被广泛应用于日常试验［3］。

3.2 利用立式拉力试验机的浇铸法试验

此方法应用广泛，通过对WAW-2000G电液伺服钢绞线拉力试验机夹持装置进行改进和按2.3要求对试样进行浇铸实现了钢丝绳的整绳破断试验且使钢丝绳多股乃至全部股数破断。

（1）立式电液伺服钢绞线拉力试验机夹持装置结构的限制及其夹持钳口尺寸小、试样夹持长度短等缺点不能满足绳径粗及芯丝结构特殊的钢丝绳的整绳破断试验，同时立式拉伸试验机的机座及钳口的设计无法满足浇铸后钢丝绳试样夹持。为此对立式材料试验机夹持装置进行改进。

改进后夹持装置通过两个夹持块的结构设计，能够满足大直径钢丝绳浇铸后试样安装的需要，并且使得夹持试样时，机座钳口的张开尺寸在较小的范围内就可安装试样，克服了立式拉伸试验机钳口尺寸小的缺点，又便于直观地调整浇铸试样的位置，能够快速装卸试验样品，使得立式拉伸试验机能够进行大规格钢丝绳的破断试验。

改进后夹持装置在两个夹持块内侧设置有由两个凹槽组合的圆柱形通孔结构，且该通孔的直径大于钢丝绳直径，此结构设计一方面避免了加持浇铸试样后钢丝与夹持块的直接接触，避免由于直接接触的摩擦对试验结果的影响，结果更可靠，见图1。另一方面增加了夹持块固定端的高度使之达到400 mm以上，增加了钢丝绳与浇铸体的接触面积，同时钢丝绳的各股在绳中均成螺旋状，钢丝绳拆股夹持后，钢丝浇铸体内受力均匀，减少浇铸前后应力集中，避免试验中动力端部钢丝抽出现象发生。

图1 钢丝绳破断试验的夹持装置图

（2）试样的安装

改造后立式材料拉伸试验机完成钢丝绳破断试验的夹持装置示意图见图1和图2。使用前，为了便于安装，先将把手通过螺栓与夹持块2和3的螺栓孔11连接。将背面能够抱住较多试样浇注部夹持块3作为固定夹持块放入楔形钳口内的保护板16上，并通过连接板17和固定螺栓18与保护板连接，再通过外挡板12和紧固螺栓13与楔形钳口1一侧固定。把试样一端的浇铸部卧进夹持块3的凹槽5内，之后将夹持块2的凹槽4对准试样的浇铸部与持块3对接，并使钢丝绳试样8穿过由凹槽9和凹槽10组合后为圆柱形的通孔6。按动试验设备上夹紧按钮，夹持块合并，完成浇铸试样的一端夹持。试样的另一端采用上述相同的方法安装。开动试验机升降按钮，按试样长度调节上下夹持部分的距离，完成下夹持钳口对浇铸试样的夹持。之后，按标准规定进行破断试验，见图2～图4。

（3）试验方法的推广

图2 加持块的实物图

图3 浇铸试样夹持完成图

以上试验以2 000 kN钢绞线拉力试验机为例适用于直径20～40 mm的钢丝绳试验，应当指出的是在此思路下，还可以对公司具有的其他吨位的立式材料试验机的夹持装置做出若干改进，以满足不同直径，不同结构钢丝绳整绳破断试验的需要，试验成功率可达到95%以上。

图4 整绳破断试验完成图

4 结论

受试验机的有效拉伸空间和拉伸力值必须满足GB/T8358—2006《钢丝绳破断拉伸试验方法》的相关要求限制，利用立式拉力试验机完成钢丝绳整绳破断试验适用于直径40 mm以内的钢丝绳。

缠绕法适用于直径不超过10 mm钢丝绳整绳破断；直接夹持法适合于1×3/1×7/1×19等结构钢丝绳，通过对试验机的楔形夹持装置进行改制，提高试验成功率，获得接近真值的钢丝绳破断拉力；浇铸法是一种较常用试验方法，适用于大直径的钢丝绳。通过对立式材料试验机夹持装置进行改进和严格控制试样浇铸环节实现对钢丝绳浇铸法整绳破断试验且使钢丝绳多股乃至全部股数破断。

［1］郑州金属制品研究院，冶金工业信息标准研究院.GB/T8358-2006钢丝绳破断拉伸试验方法 ［S］.北京：中国标准出版社，2006

［2］吴益文，黄志伟，沈宏，等.钢丝绳整绳破断试验影响因素探讨［J］.物理测试，2011（3）：29.

［3］傅传臻，张平萍，王锐锋，等.矿用钢丝绳破断拉伸中断裂股数的分析［J］.金属制品，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，高级工程师，主要从事产品检测和质量管理工作。