摘 要:从钢丝绳检验工作的实际出发,指出了ISO３１０８:１９７４中存在的问题,介绍了钢丝绳整 绳破断力测定方法国际标准ISO３１０８:２０１７从提出修订案到完成标准修订并出版的历程,以及 ISO３１０８:２０１７的技术改进.ISO３１０８:２０１７的完成对中国钢丝绳产品质量的提升具有积极作用, 同时提升了中国在国际钢丝绳检测领域的影响力和话语权.
关键词:钢丝绳;破断力;试验方法;国际标准;标准修订;技术改进
中图分类号:TG１４１ 文献标志码:A 文章编号:１００１Ｇ４０１２(２０１８)０６Ｇ０４１８Ｇ０３
钢丝绳是由许多优质钢丝捻制成股,再由若干 股钢丝围绕绳芯捻制成绳的.钢丝绳具有很多的特 点:钢丝绳能够传递长距离的负载;承载的安全系数 大,使用安全可靠;自重轻,便于携带和运输;能够承 受多种载荷和交变载荷;具有较高的抗拉强度、抗疲 劳强度和抗冲击韧性;在高速工作条件下,耐磨、抗 振、运转稳定性好;能够在各种有害介质的恶劣环境 中工作;柔软性好,适宜于牵引、拉拽、捆扎等多方面 用途.由于钢丝绳的独特性能,迄今为止国内外还 未找到一种更理想的产品来全面或者在某一领域内 替代钢丝绳.因此,钢丝绳被作为牵引、承载构件广 泛应用于煤炭、冶金、石油、交通运输、港口、高层建 筑、架空索道等关系国民经济命脉的各个领域[１].
作为一种承载构件,在役钢丝绳因受工况影响, 其强度会不断降低,甚至发生断裂,究其原因是受到 了各种物理和化学损伤.在实际使用中,钢丝绳除承 受简单的拉伸、扭转和弯曲应力外,还会受到多种复 杂的应力,如钢丝绳内部的挤压应力和相互摩擦力, 随负载重量不同而承受的冲击负荷以及交变负荷作 用等,这些不同的应力组合都会对钢丝绳的使用寿命 和疲劳强度产生影响.钢丝绳的损伤形式和负载能力对设备完整和人身安全都具有不可忽视的作用,其 使用安全受到用户及安全管理部门的高度重视[２Ｇ４].
钢丝绳的整绳破断力是钢丝绳最重要的力学性 能指标,用以综合考核钢丝绳的质量,是钢丝绳设计 和应用的重要技术参数.随着科学技术的进步和检 测试验机水平的提升,钢丝绳的整绳破断力越来越 得到广泛关注,许多钢丝绳产品标准也将整绳破断 力作为重要的考核指标,而将单丝检验的总力作为 参考指标.笔者较详细地介绍了钢丝绳整绳破断力 测 定 方 法 国 际 标 准 ISO ３１０８:２０１７Steel Wire Ropes—TestMethod—DeterminationofMeasured BreakingForce(以下简称新标准)的修定过程和主 要技术改进内容,以便于相关行业人员更好地理解 和执行新标准,提升我国钢丝绳产品的质量.
１ ISO３１０８:１９７４中存在的问题
ISO３１０８:１９７４SteelWireRopesforGeneral Purposes—Determination of Actual Breaking Load(以下简称老标准)是１９７４年制定的.随着钢 丝绳生产技术的不断进步,对钢丝绳检测的要求也 不断提高,其中钢丝绳的实际破断力是衡量钢丝绳 质量的一个最重要的力学性能指标,但在国际贸易 中经常会因实际破断力测定方法的差异而引发大量 贸易争议的情况,迫切需要对老标准进行修订.
根据最新的国际标准的内容要求,ISO３１０８: １９７４存在多项内容缺失,需要进行改进,主要包括 术语与定义、试验原理、试验设备、样品的制备等. 另外,ISO３１０８:１９７４还存在对检测设备的技术要 求缺失,对试验速度的要求不合理等问题,因为拉伸 过程中存在钢丝绳变形等因素,该标准中应力速率 控制方 式 实 际 上 很 难 做 到.同 时,对 于 直 径 大 于 ６０mm 钢丝绳整绳破断力的测定,该标准中没有相 关规定.此外,对于试验中的一些安全要求,该标准 中也没有具体体现.
２ ISO３１０８:２０１７的完成历程
随着钢丝绳的不断发展,对其性能的要求日益 提高,相应的产品标准也必须不断更新.长期以来 由于国内检测设备的落后,对钢丝绳力学性能的检 测只能拆股进行单丝力学性能检验,然后理论计算 整个钢丝绳的合力,来推算整个钢丝绳的总拉力,从 而判定整根钢丝绳的合格与否.由于各国或各个厂 家生产钢丝绳的工艺和结构并不相同,因而计算得到的总力也存在较大的差异.２００６年以来,上海出 入境检验检疫局对进口钢丝绳进行整绳拉力试验, 发现进口钢丝绳存在单丝强度合格,而整绳破断力 不合格或不符合质保书要求的情况.为此,就该情 况与相关出口国的生产厂家进行了多次技术交流, 发现不同的国家对钢丝绳整绳拉伸速率的控制比较 混乱,有的采用应变控制方法,有的采用应力控制方 法,其实在实际操作中应力控制很难做到.在贸易 纠纷中,都希望能够找到一个国际的、双方均可以接 受的方法,当时现行的钢丝绳破断力检测方法国际 标准ISO３１０８ 还是 １９７４ 年版的,距今已有 ４０ 余 年,已无法满足目前对于钢丝绳检测的需求,而我国 的国家标准修改采用ISO３１０８标准,但没有英文 版,国外并不采纳.美国的 ASTM 标准,欧洲人也 不采纳.为此,笔者翻阅了大量的技术标准,就如何 在技术谈判中立于不败之地,开展了大量的技术工 作,也为ISO３１０８修订的前期工作打下了扎实的基 础.２００９年,全国钢标准化技术委员会(简称钢标 委会)启动了 GB/T８３５８－２００６«钢丝绳破断拉伸 试验方法»的修订工作,作为该标准的主要起草人, 笔者将上�？诎陡炙可煅榈木�、对国际标准的 理解以及与国外专家技术谈判的结果融入在新的国 家标准中,该国家标准已于２０１４年１０月正式出版, 即GB/T８３５８－２０１４«钢 丝 绳 实 际 破 断 力 测 定 方 法».这些技术工作也为修订ISO３１０８做了许多的 技术储备.
２０１３年９月,笔者在国际标准化钢丝绳技术委 员会ISO/TC１０５的年会上,作了修订ISO３１０８钢 丝绳整绳破断力测定试验方法的提案.该提案得到 了与会所 有 国 际 专 家 的 肯 定,大 家 一 致 同 意 启 动 ISO３０１８修订程序.２０１４年１０月１４日的国际标 准日,批准成立了ISO/NP３１０８工作组,笔者是该 项目负责人,ISO３１０８的修订工作正式启动,参与 修订的国家有美国、英国、德国、意大利、比利时、日 本、韩国等,其中著名的企业有英国的布顿公司、比 利时的贝尔卡特、日本的东京制绳、德国的凯撒公司 等.２０１５年５月,在钢标委会力学与工艺试验方法 分技术委员会的指导下,国内成立了镜像工作组,工 作组由国内的钢丝绳企业、检测机构、试验机厂家、 高校以及科研院所等组成.随后上海出入境检验检 疫局工业品中心完成了工作组草案稿(WorkDraft, WD).２０１５年８月２５日于在英国伦敦英国标准协 会(BSI)总部召开ISO/TC１０５ 的 ２０１５ 年会上对ISO３１０８进行了审定,同意该标准进入委员会草案 (CommitteeDraft,CD)阶段.２０１６年４月,经技术 委员 会 投 票 同 意,ISO ３１０８ 正 式 进 入 CD 阶 段. ２０１６年１０月６－７日,由美国标准化技术委员会承 办的ISO/TC１０５２０１６年会在美国芝加哥举行,大 会一 致 同 意 该 标 准 跳 过 国 际 标 准 草 案 (Draft InternationStandard,DIS)阶段,直接进入最终国际 标 准 草 案 (Final DraftInternational Standard, FDIS)阶段.２０１７年１０月２５日,该标准出版发行, 成为正式的国际准标(InterantionalStandard,IS). 通过３a(年)的努力,ISO３１０８:２０１７ 经过反复讨 论、投票和修订,广泛吸收国际专家的６６条建议后 圆满完成修订.
３ ISO３１０８:２０１７的主要技术改进
(１)明确规定了样品的制备方案,增加了样品 制备的术语与定义,详细介绍了样品制备的要求和 步骤.主要有合金浇注法、树脂浇注法[５]、套管压制 法、直接夹持法、缠绕法等[６].样品的制备情况对检 测结果的影响很大,因此规范样品的制备,对减少对 于检测结果的争议是十分必要的,可以有效降低贸 易双方的争议.在国际贸易中,这一点尤其重要, 可以有效地保护国内贸易人的利益免受损失,维护 国家和国内贸易人的经济利益.
(２)增加了安全条款.由于钢丝绳的直径越来 越大,试验过程中所需要的试验力也越来越大,试验 过程中危险因素则越来越多,新标准中增加了安全 的保护要求,对试验机企业提出了新的要求,减少了 检测过程中的危险因素,有利于试验机产品的升级.
(３)增加了试验机的要求.对试验机提出了相 关技术要求,有利于减少对检测结果的争议,降低贸 易争议的风险[７].
(４)试验速度的调整.试验速度的大小,会影 响最终的检测结果,另外要便于试验人员的操作,便 于试验人员掌握检测技术,保证试验结果的稳定性 和可靠性.因此,在新版标准中对试验速度作了新 的规定.
(５)增加了检测结果的判定条款.该条款的加 入是革命性的,对钢丝绳断裂位置的测量是判定检 测结果是否有效的唯一判据,彻底地避免了贸易双 方争议的焦点.从而保证了检测结果的唯一性和有 效性.
(６)根据ISO 标准内容要求,增加了试验原理这一条款.
(７)根据钢丝绳的发展,对标准的检测范围作 了扩大,将 直 径 大 于 ６０ mm 的 钢 丝 绳 纳 入 检 测 范围[８].
４ 结束语
(１)ISO３１０８:２０１７是中国钢丝绳行业测试领 域主持制/修订的第一个国际标准,成功地将中国国 家标准主要技术内容引入到国际标准中,维护了中 国的利 益,同 时 也 学 习 吸 收 了 国 外 先 进 技 术 和 理念.
(２)在本次国际标准的修订过程中,中国相应 成立了镜像工作组的做法是非常有益的.一方面, 收集了大量的中国生产企业、检测机构和试验机生 产厂家的利益诉求,使得标准的前期调研工作获得 了大量的基础数据和实践经验;另一方面,也使得将 重视国际标准的意识在标准的研制过程中不断地影 响到企业中去,并得到企业相关人员的高度重视. 上海出入境检验检疫局作为该标准的承担单位,同 时又是中国最大口岸的检测机构,国门产品质量把 关的第一哨,具有很强的公信力,使得国外的供应商 不断重视输往中国钢丝绳产品的质量.
(３)在本次国际标准研制阶段,进行了充分的 调研工作,综合考虑了国内生产企业、检测机构和试 验机厂家的能力,使得标准出版后,国内的生产企业 完全可以按照国际标准的要求进行自己产品的检 验,国内试验机行业也充分了解了国际标准的要求, 及时改进了试验机的相关性能,使得新的试验机完 全满足对钢丝绳产品的检测需求.
参考文献:
[１] 徐涛,徐臻,黄志伟,等．钢丝绳外观缺陷对其力学性 能影响的研究[J]．物理测试,２０１１,２９(２):３９Ｇ４４．
[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,２０１１,２９(２):２３Ｇ２５．
[３] 巴发海,李玲．港口桥吊用钢丝绳断丝分析[J]．机械 工程材料,２０１０,３３(１２):９０Ｇ９３．
[４] 吴伟．钢丝绳整绳破断力新旧国家标准的对比分析 [J]．理化检验(物理分册),２０１６,５２(９):６１０Ｇ６１３．
[５] ISO １７５５８:２００６ Steel wire ropes—Socketing procedures—Moltenmetalandresinsocketing[S]．
[６] ISO １７８９３:２００４ Steel wireropes—Vocabulary, designationandclassification[S]．
[７] ISO ７５００Ｇ１:２０１５ Metallic materials—Calibration andverificationofstaticuniaxialtesting machines— Part １: Tension/compression testing machines— Calibrationand verification oftheforceＧmeasuring system[S]．
[８] ISO２４０８:２０１７ Steelwireropes—Requirements[S]．
文章来源——材料与测试网