Kiểm tra cáp thép - Giới thiệu phương pháp rò rỉ từ thông (MFL)

18-08-2021

Giới thiệu

Phương pháp rò rỉ từ thông (MFL) là một kỹ thuật kiểm tra không phá hủy (NDT) để kiểm tra cáp thép. Thiết bị kiểm tra được thiết kế để phát hiện các hư hại như đứt sợi trong cáp (LF) và sự hao tổn diện tích kim loại (LMA) do ăn mòn, mài mòn. Các hư hại cục bộ nói chung là đứt sợi cáp, trong khi sự hao tổn diện tích kim loại thường được phân loại là mất dần hoặc kéo dài theo tiết diện ngang của dây cáp do ăn mòn, mài mòn hoặc các cơ chế hư hỏng khác của dây. Bài viết này giới thiệu đến người đọc thông tin và phần cứng của thiết bị kiểm tra dây cáp MFL.

Tài liệu tham khảo về phương pháp rò rỉ từ thông

Có một số tiêu chuẩn quan trọng khác nhau được công bố bởi Hiệp hội Kiểm tra Vật liệu Hoa Kỳ (ASTM), Tiêu chuẩn Châu Âu (DIN) và Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế (ISO) về chủ đề tiêu chuẩn kiểm tra và loại bỏ dây cáp, bao gồm nhưng không giới hạn ở:

- ASTM E 1571: Standard Practice for Electromagnetic Examination of Ferromagnetic Steel Wire Rope;

- DIN EN 12927-6: Safety requirements for cable way inspections designed to carry persons Part 6: Discard Criteria;

- ISO 4309:2017 Cranes - Wire Ropes - Care And Maintenance, Inspection And Discard.

Các tiêu chuẩn này có thể áp dụng cho nhiều loại máy móc khác nhau, từ cần trục di động, cần trục tháp, cần trục công xôn và đường cáp để chở người. Các tiêu chuẩn kiểm tra MFL này phù hợp với nhiều ngành công nghiệp bao gồm: khai thác mỏ, giao thông vận tải, hàng hải, công viên giải trí và các ngành công nghiệp giải trí có sử dụng nhiều cáp thép khác.

Ngoài các tiêu chuẩn ASTM, DIN và ISO, có nhiều quy định theo khu vực nêu các yêu cầu kiểm tra dây cáp. Ví dụ, The New Jersey Administrative Code (NJAC) Chapter 14A Carnival – Amusement Rides nêu rõ tần suất kiểm tra và tiêu chí loại bỏ. Trong quy định này, tiêu chí loại bỏ dây cáp khá đơn giản và được tóm tắt dưới đây:

- Trong dây cáp đang chạy, sáu sợi cáp đứt được phân bố ngẫu nhiên trong một lớp dây cáp, hoặc ba sợi cáp đứt trong một tao cáp trong một lớp dây cáp;

- Trong cáp móc thòng lọng hoặc cáp đứng, dấu hiệu của nhiều hơn một sợi cáp bị đứt trong một bó dây;

- Bất kỳ điều kiện nào làm mất hơn một phần ba đường kính ban đầu của các sợi cáp riêng lẻ bên ngoài;

- Ăn mòn nghiêm trọng;

- Bị kẹp, bẹp, xoắn dây hoặc các hư hỏng khác dẫn đến biến dạng cấu trúc dây.

Thử nghiệm dây cáp MFL loại bỏ các tiêu chí trong tiêu chuẩn ASTM, DIN và ISO, tuy nhiên, nó phức tạp hơn. Trong DIN EN 12927-6: yêu cầu an toàn đối với kiểm tra đường cáp được thiết kế để chở người; Phần 6: tiêu chí loại bỏ, ví dụ, tiêu chí loại bỏ được chia nhỏ theo sự mất diện tích kim loại (LMA) và lỗi đứt cáp (LF) riêng biệt.

Tiêu chí loại bỏ LMA phụ thuộc vào loại dây cáp - cáp cuộn hoặc dây bện theo hình xoắn ốc. Diện tích kim loại mất đi tối đa cho phép phụ thuộc vào chiều dài tham chiếu. Ví dụ: trên chiều dài 500d, trong đó d là đường kính, LMA tối đa là 25%. Giá trị giảm theo độ dài tham chiếu. LMA tối đa cho phép của chiều dài tham chiếu là 6d chỉ là 6% trong quá trình thử nghiệm dây cáp MFL.

Hình 1: Thiết bị kiểm tra cáp thép LRM®XXI

Bảng 1: Tổn thất tối đa cho phép trong kim loại

Một cách tiếp cận tương tự được sử dụng cho các tiêu chí loại bỏ đứt cáp thể hiện trong Bảng 2. Đối với dây cáp Loại 6x7, chỉ cho phép 2 sợi đứt dây trên chiều dài 6d. Trên chiều dài 30d, cho phép 4 sợi đứt.

Bảng 2: Số sợi đứt bên ngoài tối đa

Đầu đo rò rỉ từ thông

Đầu đo là phần cứng kiểm tra dây quan trọng nhất. Kết hợp với bộ ghi dữ liệu và bánh xe đo khoảng cách, đầu đo được gắn trên dây cáp để thử nghiệm như trong Hình 1.

Tùy thuộc vào nhà sản xuất, giá thành và loại của công nghệ MFL mà đầu đo có thể được trang bị các cuộn cảm biến và cảm biến hall để phát hiện LMA và LF tương ứng. Cảm biến LMA đo lường định lượng sự mất mát của diện tích mặt cắt ngang bằng kim loại do ăn mòn và mài mòn bên ngoài hoặc bên trong. Từ thông/Magnetic Flux dọc theo dây cáp tỷ lệ thuận với tiết diện ngang của cáp khi bão hòa từ tính.

Cảm biến Localized-Flaw (LF) phát hiện định tính một loạt các khuyết tật dây bên ngoài và bên trong như đứt dây và vết rỗ ăn mòn cục bộ. Các khuyết tật trong sợi cáp về bản chất là sự gián đoạn làm cho từ thông bị rò rỉ theo hướng xuyên tâm. Rò rỉ từ thông (MFL) sau đó được phát hiện bởi cảm biến chuyên dụng.

Đầu đo rò rỉ từ thông được trang bị một bánh xe đo khoảng cách để theo dõi hướng và vị trí.

Một trong những bước đầu tiên trong thử nghiệm rò rỉ từ thông của dây cáp là hiệu chuẩn thiết bị và thiết lập độ nhạy, để biết được sự thay đổi của dây cáp hiệu chuẩn. Trong bước này, mục tiêu là mối liên hệ giữa độ lớn của rò rỉ từ thông với sự thay đổi diện tích mặt cắt ngang của sợi dây. Một phương pháp để thực hiện điều này là chạy một thanh hiệu chuẩn có ít nhất hai đường kính khác nhau qua đầu đo trong khi sợi dây được căn giữa vào đầu. Thiết bị cảm biến chuyển đổi MFL do sự thay đổi CSA thành điện áp được số hóa và hiển thị trên hệ thống thu thập dữ liệu.

Quá trình hiệu chuẩn và dữ liệu được hiển thị trong video dưới đây. Ba biểu đồ được hiển thị trong dữ liệu kiểm tra dây cáp MFL. Biểu đồ trên cùng, với dữ liệu đường màu xanh lá cây, là biểu đồ dành riêng cho các trường hợp đứt sợi cáp ở bên ngoài. Biểu đồ ở giữa, dữ liệu đường màu đỏ, là biểu đồ dành riêng cho các trường hợp đứt dây có đường kính trong. Biểu đồ dưới cùng với dữ liệu đường màu xanh lam là biểu đồ LMA. Sự dao động dữ liệu đầu tiên xảy ra khi thanh hiệu chuẩn có đường kính lớn hơn được đưa vào đầu đo. Trong trường hợp này, đáp ứng biên độ tối đa là khoảng 80 mV dựa trên thang đo 50 mV/div. Sự dao động dữ liệu thứ hai sau khoảng 10 giây sau khi thử nghiệm là thanh hiệu chuẩn có đường kính nhỏ hơn tạo ra phản ứng biên độ tối đa 40 mV. Biểu đồ LMA - Loss of metallic area phát hiện thanh hiệu chuẩn có đường kính lớn hơn nhưng hầu như không ghi lại được thanh có đường kính nhỏ hơn. Trong trường hợp này, độ nhạy cho biểu đồ LMA sẽ phải được tăng lên.

Thiết bị LRM-XXI kiểm tra tình trạng ăn mòn và đứt sợi bên trong cáp thép: