摘 要:從鋼絲繩檢驗工作的實際出發,指出了ISO３１０８:１９７４中存在的問題,介紹了鋼絲繩整 繩破斷力測定方法國際標準ISO３１０８:２０１７從提出修訂案到完成標準修訂并出版的歷程,以及 ISO３１０８:２０１７的技術改進.ISO３１０８:２０１７的完成對中國鋼絲繩產品質量的提升具有積極作用, 同時提升了中國在國際鋼絲繩檢測領域的影響力和話語權.
關鍵詞:鋼絲繩;破斷力;試驗方法;國際標準;標準修訂;技術改進
中圖分類號:TG１４１ 文獻標志碼:A 文章編號:１００１Ｇ４０１２(２０１８)０６Ｇ０４１８Ｇ０３
鋼絲繩是由許多優質鋼絲捻制成股,再由若干 股鋼絲圍繞繩芯捻制成繩的.鋼絲繩具有很多的特 點:鋼絲繩能夠傳遞長距離的負載;承載的安全系數 大,使用安全可靠;自重輕,便于攜帶和運輸;能夠承 受多種載荷和交變載荷;具有較高的抗拉強度、抗疲 勞強度和抗沖擊韌性;在高速工作條件下,耐磨、抗 振、運轉穩定性好;能夠在各種有害介質的惡劣環境 中工作;柔軟性好,適宜于牽引、拉拽、捆扎等多方面 用途.由于鋼絲繩的獨特性能,迄今為止國內外還 未找到一種更理想的產品來全面或者在某一領域內 替代鋼絲繩.因此,鋼絲繩被作為牽引、承載構件廣 泛應用于煤炭、冶金、石油、交通運輸、港口、高層建 筑、架空索道等關系國民經濟命脈的各個領域[１].
作為一種承載構件,在役鋼絲繩因受工況影響, 其強度會不斷降低,甚至發生斷裂,究其原因是受到 了各種物理和化學損傷.在實際使用中,鋼絲繩除承 受簡單的拉伸、扭轉和彎曲應力外,還會受到多種復 雜的應力,如鋼絲繩內部的擠壓應力和相互摩擦力, 隨負載重量不同而承受的沖擊負荷以及交變負荷作 用等,這些不同的應力組合都會對鋼絲繩的使用壽命 和疲勞強度產生影響.鋼絲繩的損傷形式和負載能力對設備完整和人身安全都具有不可忽視的作用,其 使用安全受到用戶及安全管理部門的高度重視[２Ｇ４].
鋼絲繩的整繩破斷力是鋼絲繩最重要的力學性 能指標,用以綜合考核鋼絲繩的質量,是鋼絲繩設計 和應用的重要技術參數.隨著科學技術的進步和檢 測試驗機水平的提升,鋼絲繩的整繩破斷力越來越 得到廣泛關注,許多鋼絲繩產品標準也將整繩破斷 力作為重要的考核指標,而將單絲檢驗的總力作為 參考指標.筆者較詳細地介紹了鋼絲繩整繩破斷力 測 定 方 法 國 際 標 準 ISO ３１０８:２０１７Steel Wire Ropes—TestMethod—DeterminationofMeasured BreakingForce(以下簡稱新標準)的修定過程和主 要技術改進內容,以便于相關行業人員更好地理解 和執行新標準,提升我國鋼絲繩產品的質量.
１ ISO３１０８:１９７４中存在的問題
ISO３１０８:１９７４SteelWireRopesforGeneral Purposes—Determination of Actual Breaking Load(以下簡稱老標準)是１９７４年制定的.隨著鋼 絲繩生產技術的不斷進步,對鋼絲繩檢測的要求也 不斷提高,其中鋼絲繩的實際破斷力是衡量鋼絲繩 質量的一個最重要的力學性能指標,但在國際貿易 中經常會因實際破斷力測定方法的差異而引發大量 貿易爭議的情況,迫切需要對老標準進行修訂.
根據最新的國際標準的內容要求,ISO３１０８: １９７４存在多項內容缺失,需要進行改進,主要包括 術語與定義、試驗原理、試驗設備、樣品的制備等. 另外,ISO３１０８:１９７４還存在對檢測設備的技術要 求缺失,對試驗速度的要求不合理等問題,因為拉伸 過程中存在鋼絲繩變形等因素,該標準中應力速率 控制方 式 實 際 上 很 難 做 到.同 時,對 于 直 徑 大 于 ６０mm 鋼絲繩整繩破斷力的測定,該標準中沒有相 關規定.此外,對于試驗中的一些安全要求,該標準 中也沒有具體體現.
２ ISO３１０８:２０１７的完成歷程
隨著鋼絲繩的不斷發展,對其性能的要求日益 提高,相應的產品標準也必須不斷更新.長期以來 由于國內檢測設備的落后,對鋼絲繩力學性能的檢 測只能拆股進行單絲力學性能檢驗,然后理論計算 整個鋼絲繩的合力,來推算整個鋼絲繩的總拉力,從 而判定整根鋼絲繩的合格與否.由于各國或各個廠 家生產鋼絲繩的工藝和結構并不相同,因而計算得到的總力也存在較大的差異.２００６年以來,上海出 入境檢驗檢疫局對進口鋼絲繩進行整繩拉力試驗, 發現進口鋼絲繩存在單絲強度合格,而整繩破斷力 不合格或不符合質保書要求的情況.為此,就該情 況與相關出口國的生產廠家進行了多次技術交流, 發現不同的國家對鋼絲繩整繩拉伸速率的控制比較 混亂,有的采用應變控制方法,有的采用應力控制方 法,其實在實際操作中應力控制很難做到.在貿易 糾紛中,都希望能夠找到一個國際的、雙方均可以接 受的方法,當時現行的鋼絲繩破斷力檢測方法國際 標準ISO３１０８ 還是 １９７４ 年版的,距今已有 ４０ 余 年,已無法滿足目前對于鋼絲繩檢測的需求,而我國 的國家標準修改采用ISO３１０８標準,但沒有英文 版,國外并不采納.美國的 ASTM 標準,歐洲人也 不采納.為此,筆者翻閱了大量的技術標準,就如何 在技術談判中立于不敗之地,開展了大量的技術工 作,也為ISO３１０８修訂的前期工作打下了扎實的基 礎.２００９年,全國鋼標準化技術委員會(簡稱鋼標 委會)啟動了 GB/T８３５８－２００６«鋼絲繩破斷拉伸 試驗方法»的修訂工作,作為該標準的主要起草人, 筆者將上海口岸鋼絲繩檢驗的經驗、對國際標準的 理解以及與國外專家技術談判的結果融入在新的國 家標準中,該國家標準已于２０１４年１０月正式出版, 即GB/T８３５８－２０１４«鋼 絲 繩 實 際 破 斷 力 測 定 方 法».這些技術工作也為修訂ISO３１０８做了許多的 技術儲備.
２０１３年９月,筆者在國際標準化鋼絲繩技術委 員會ISO/TC１０５的年會上,作了修訂ISO３１０８鋼 絲繩整繩破斷力測定試驗方法的提案.該提案得到 了與會所 有 國 際 專 家 的 肯 定,大 家 一 致 同 意 啟 動 ISO３０１８修訂程序.２０１４年１０月１４日的國際標 準日,批準成立了ISO/NP３１０８工作組,筆者是該 項目負責人,ISO３１０８的修訂工作正式啟動,參與 修訂的國家有美國、英國、德國、意大利、比利時、日 本、韓國等,其中著名的企業有英國的布頓公司、比 利時的貝爾卡特、日本的東京制繩、德國的凱撒公司 等.２０１５年５月,在鋼標委會力學與工藝試驗方法 分技術委員會的指導下,國內成立了鏡像工作組,工 作組由國內的鋼絲繩企業、檢測機構、試驗機廠家、 高校以及科研院所等組成.隨后上海出入境檢驗檢 疫局工業品中心完成了工作組草案稿(WorkDraft, WD).２０１５年８月２５日于在英國倫敦英國標準協 會(BSI)總部召開ISO/TC１０５ 的 ２０１５ 年會上對ISO３１０８進行了審定,同意該標準進入委員會草案 (CommitteeDraft,CD)階段.２０１６年４月,經技術 委員 會 投 票 同 意,ISO ３１０８ 正 式 進 入 CD 階 段. ２０１６年１０月６－７日,由美國標準化技術委員會承 辦的ISO/TC１０５２０１６年會在美國芝加哥舉行,大 會一 致 同 意 該 標 準 跳 過 國 際 標 準 草 案 (Draft InternationStandard,DIS)階段,直接進入最終國際 標 準 草 案 (Final DraftInternational Standard, FDIS)階段.２０１７年１０月２５日,該標準出版發行, 成為正式的國際準標(InterantionalStandard,IS). 通過３a(年)的努力,ISO３１０８:２０１７ 經過反復討 論、投票和修訂,廣泛吸收國際專家的６６條建議后 圓滿完成修訂.
３ ISO３１０８:２０１７的主要技術改進
(１)明確規定了樣品的制備方案,增加了樣品 制備的術語與定義,詳細介紹了樣品制備的要求和 步驟.主要有合金澆注法、樹脂澆注法[５]、套管壓制 法、直接夾持法、纏繞法等[６].樣品的制備情況對檢 測結果的影響很大,因此規范樣品的制備,對減少對 于檢測結果的爭議是十分必要的,可以有效降低貿 易雙方的爭議.在國際貿易中,這一點尤其重要, 可以有效地保護國內貿易人的利益免受損失,維護 國家和國內貿易人的經濟利益.
(２)增加了安全條款.由于鋼絲繩的直徑越來 越大,試驗過程中所需要的試驗力也越來越大,試驗 過程中危險因素則越來越多,新標準中增加了安全 的保護要求,對試驗機企業提出了新的要求,減少了 檢測過程中的危險因素,有利于試驗機產品的升級.
(３)增加了試驗機的要求.對試驗機提出了相 關技術要求,有利于減少對檢測結果的爭議,降低貿 易爭議的風險[７].
(４)試驗速度的調整.試驗速度的大小,會影 響最終的檢測結果,另外要便于試驗人員的操作,便 于試驗人員掌握檢測技術,保證試驗結果的穩定性 和可靠性.因此,在新版標準中對試驗速度作了新 的規定.
(５)增加了檢測結果的判定條款.該條款的加 入是革命性的,對鋼絲繩斷裂位置的測量是判定檢 測結果是否有效的唯一判據,徹底地避免了貿易雙 方爭議的焦點.從而保證了檢測結果的唯一性和有 效性.
(６)根據ISO 標準內容要求,增加了試驗原理這一條款.
(７)根據鋼絲繩的發展,對標準的檢測范圍作 了擴大,將 直 徑 大 于 ６０ mm 的 鋼 絲 繩 納 入 檢 測 范圍[８].
４ 結束語
(１)ISO３１０８:２０１７是中國鋼絲繩行業測試領 域主持制/修訂的第一個國際標準,成功地將中國國 家標準主要技術內容引入到國際標準中,維護了中 國的利 益,同 時 也 學 習 吸 收 了 國 外 先 進 技 術 和 理念.
(２)在本次國際標準的修訂過程中,中國相應 成立了鏡像工作組的做法是非常有益的.一方面, 收集了大量的中國生產企業、檢測機構和試驗機生 產廠家的利益訴求,使得標準的前期調研工作獲得 了大量的基礎數據和實踐經驗;另一方面,也使得將 重視國際標準的意識在標準的研制過程中不斷地影 響到企業中去,并得到企業相關人員的高度重視. 上海出入境檢驗檢疫局作為該標準的承擔單位,同 時又是中國最大口岸的檢測機構,國門產品質量把 關的第一哨,具有很強的公信力,使得國外的供應商 不斷重視輸往中國鋼絲繩產品的質量.
(３)在本次國際標準研制階段,進行了充分的 調研工作,綜合考慮了國內生產企業、檢測機構和試 驗機廠家的能力,使得標準出版后,國內的生產企業 完全可以按照國際標準的要求進行自己產品的檢 驗,國內試驗機行業也充分了解了國際標準的要求, 及時改進了試驗機的相關性能,使得新的試驗機完 全滿足對鋼絲繩產品的檢測需求.
參考文獻:
[１] 徐濤,徐臻,黃志偉,等．鋼絲繩外觀缺陷對其力學性 能影響的研究[J]．物理測試,２０１１,２９(２):３９Ｇ４４．
[２] 吳益文,黃志偉,沈宏,等．鋼絲繩整繩破斷試驗影響 因素探討[J]．物理測試,２０１１,２９(２):２３Ｇ２５．
[３] 巴發海,李玲．港口橋吊用鋼絲繩斷絲分析[J]．機械 工程材料,２０１０,３３(１２):９０Ｇ９３．
[４] 吳偉．鋼絲繩整繩破斷力新舊國家標準的對比分析 [J]．理化檢驗(物理分冊),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]．
文章來源——材料與測試網