壓力容器施焊過(guò)程質(zhì)量控制水平模糊綜合評(píng)價(jià)及應(yīng)用

張 霞 浦 江

（1.湖南省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院；2.江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院）

焊接質(zhì)量對(duì)壓力容器的安全使用有較大影響，因此施焊過(guò)程的質(zhì)量控制成為壓力容器制造過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)之一，如果控制不當(dāng)將產(chǎn)生焊接裂紋等焊接缺陷。 焊接缺陷產(chǎn)生的機(jī)理目前已大致清楚，雖然焊接缺陷產(chǎn)生的原因多樣，但大多與施焊過(guò)程的質(zhì)量控制有關(guān)。TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》［1］要求監(jiān)檢人員根據(jù)制造單位焊接質(zhì)量控制能力確定焊接過(guò)程的監(jiān)檢項(xiàng)目類別，但由于焊接過(guò)程的質(zhì)量控制受焊接工藝、焊接人員資質(zhì)及焊接設(shè)備等諸多因素的影響，導(dǎo)致難以用精確的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此一般用“好”、“一般”等推理性語(yǔ)言表述。

在此，筆者提出一種壓力容器施焊過(guò)程質(zhì)量控制模糊綜合評(píng)價(jià)程序、模糊評(píng)價(jià)因素和模糊語(yǔ)言變量， 并通過(guò)3個(gè)工程應(yīng)用案例驗(yàn)證該方法的正確性和可行性。

1 模糊語(yǔ)言變量與模糊綜合評(píng)價(jià)

將因素集U中的各因素按其性質(zhì)分為m個(gè)子集，即U={u1，u2，…，um}，其中ui（i=1，2，…，m）為第i個(gè)因素子集。

確定評(píng)價(jià)對(duì)象可能的評(píng)價(jià)結(jié)果的集合稱為評(píng)價(jià)集，一般以程序語(yǔ)言或取值區(qū)間作為評(píng)價(jià)目標(biāo)，通?？梢员硎緸閂={v1，v2，…，vq}。

將每個(gè)ui按其程度分為q個(gè)等級(jí)，即uij={ui1，ui2，…，uiq}（j=1，2，…，q），uij稱為第i類因素的第j個(gè)等級(jí)，因此可以得到因素的等級(jí)評(píng)價(jià)矩陣Ri為：

若將各因素等級(jí)按照評(píng)價(jià)集的評(píng)價(jià)指標(biāo)次序排列，各因素具有相同的等級(jí)評(píng)價(jià)矩陣，即：

建立因素等級(jí)的權(quán)重集。 設(shè)uij對(duì)應(yīng)的等級(jí)權(quán)重為aij，則ui的等級(jí)權(quán)重集Ai為：

由于因素等級(jí)已表征了因素本身的重要程度，故實(shí)際運(yùn)算中，取權(quán)重與因素等級(jí)賦值相同。

一級(jí)模糊評(píng)價(jià)實(shí)際上是為了處理因素的模糊性，通過(guò)綜合一個(gè)因素的各個(gè)等級(jí)對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象取值的貢獻(xiàn)來(lái)作為一種單因素的評(píng)價(jià)：

為了綜合考慮各因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的總體影響，需要進(jìn)行二級(jí)模糊評(píng)價(jià)。

設(shè)第i個(gè)因素子集ui的權(quán)重為ai，則因素集U的權(quán)重集為：

模糊評(píng)判集為：

其中，B為一級(jí)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果矩陣：

按最大隸屬度原則，得到V為：

即，將因素us與評(píng)價(jià)等級(jí)vs相比較，取其最大的隸屬度。

在很多實(shí)際情況中，評(píng)價(jià)因素用模糊語(yǔ)言變量表達(dá)，如“好、較好、一般、較差、差”或“高、較高、一般、較低、低”等，若將這些模糊語(yǔ)言變量用隸屬函數(shù)量化，在工程上將具有很好的應(yīng)用價(jià)值。 但目前還沒(méi)有一個(gè)完全客觀的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。 文獻(xiàn)［2，3］中提出了一種模糊語(yǔ)言變量隸屬函數(shù)（表1）， 并在實(shí)際工程中得到了應(yīng)用。

表1 模糊語(yǔ)言變量隸屬函數(shù)

2 壓力容器施焊過(guò)程質(zhì)量控制模糊評(píng)價(jià)

2.1 因素集

根據(jù)文獻(xiàn)［4～7］以及筆者的工作經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定施焊過(guò)程質(zhì)量控制水平因素集U={焊工技能水平u1，焊接自動(dòng)化程度u2，焊工持證施焊情況u3，焊接工藝紀(jì)律管理u4}。

2.2 評(píng)價(jià)集

設(shè)壓力容器施焊過(guò)程的模糊分析評(píng)價(jià)集V={好，較好，一般，較差，差}。

2.3 權(quán)重集

筆者采用層次分析法（AHP）［2］確定各因素子集的權(quán)重。 AHP法的基本步驟是比較若干因素對(duì)同一目標(biāo)的影響程度，從而確定它們?cè)谀繕?biāo)中所占的比重。

根據(jù)壓力容器施焊過(guò)程的特點(diǎn)，筆者認(rèn)為：u1相比于u2“相對(duì)重要”，u1相比于u3“重要”，u1相比于u4“相同重要”；u2相比于u3“相對(duì)重要”，u2相比于u4“相對(duì)不重要”；u3相比于u4“相對(duì)不重要”。 則有：

一致性評(píng)價(jià)指標(biāo)CR=0.028≤0.10， 說(shuō)明筆者對(duì)各因素相對(duì)重要程度的比較是合理的。

2.4 因素子集模糊語(yǔ)言變量

因素子集u1～u4的情況描述及其模糊語(yǔ)言變量列于表2～5。

表2 u1的情況描述及其模糊語(yǔ)言變量

表3 u2的情況描述及其模糊語(yǔ)言變量

表4 u3的情況描述及其模糊語(yǔ)言變量

表5 u4的情況描述及其模糊語(yǔ)言變量

3 工程應(yīng)用案例

案例1某制造商制造典型產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料僅為Q345R和20，無(wú)需熱處理，擁有數(shù)量較多的焊接機(jī)器人，壓力容器大部分焊接接頭由自動(dòng)焊和機(jī)動(dòng)焊設(shè)備完成，焊工管理較好。

案例2某制造商制造石油化工設(shè)備， 多為Ⅲ類高壓容器， 部分產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 材料包括Q345R、20MnMo、15CrMoR、10MoWVNb、12Cr2Mo、1Cr5Mo及S30408等多種類別， 基本需要熱處理，焊接接頭均編制了通用WPS（WWI）。

案例3某制造商制造中低壓容器， 產(chǎn)品種類多， 結(jié)構(gòu)形式多樣， 定型產(chǎn)品少， 材料包括Q345R、09CrCuSb、S30408、S31008 及TA2 等 多 種類別，焊工技能水平較好。

監(jiān)檢人員通過(guò)對(duì)上述案例中的3～5種產(chǎn)品進(jìn)行資料審查，對(duì)制造商的施焊過(guò)程給予評(píng)價(jià)（表6）。

表6 3個(gè)案例中壓力容器施焊過(guò)程質(zhì)量控制的模糊綜合評(píng)價(jià)

以案例1為例進(jìn)行計(jì)算。 根據(jù)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果與式（1）～（7），可以得到等級(jí)評(píng)價(jià)矩陣R1為：

按最大隸屬度原則， 案例1中該制造商的焊接質(zhì)量控制水平為“較好”。

同理可以得到案例2的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為：

按最大隸屬度原則， 案例2中該制造商的焊接質(zhì)量控制水平為“較好”。

案例3的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為：

按最大隸屬度原則， 案例3中該制造商的焊接質(zhì)量控制水平為“一般”。

4 結(jié)束語(yǔ)

壓力容器施焊過(guò)程質(zhì)量控制的影響因素眾多，既與焊接技術(shù)人員、焊工等人員技術(shù)水平、經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心有關(guān)，又與焊接設(shè)備的穩(wěn)定性和焊接材料的性能有關(guān)，導(dǎo)致整個(gè)過(guò)程存在一定的不確定性，因此強(qiáng)化施焊過(guò)程的質(zhì)量控制非常重要。

用3個(gè)工程應(yīng)用案例驗(yàn)證了筆者所提的模糊語(yǔ)言變量及其綜合評(píng)價(jià)方法的可行性和正確性，對(duì)壓力容器焊接過(guò)程的質(zhì)量監(jiān)檢具有一定的指導(dǎo)意義。 筆者建議：當(dāng)焊接過(guò)程質(zhì)量控制的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果是“一般”及以下時(shí)，將施焊過(guò)程的監(jiān)檢設(shè)為B類監(jiān)檢項(xiàng)目；當(dāng)結(jié)果是“較好”及以上時(shí)，將施焊過(guò)程的監(jiān)檢設(shè)為C類監(jiān)檢項(xiàng)目， 從而有針對(duì)性地指導(dǎo)壓力容器的焊接質(zhì)量控制。

參考文獻(xiàn)著錄規(guī)范

書(shū) ［編號(hào)］ 著者名.書(shū)名［M］.出版地:出版者,出版年：頁(yè)碼.

期刊 ［編號(hào)］ 著者名.題（篇）名［J］.刊名,出版年,卷號(hào)（期號(hào)）：頁(yè)碼.

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學(xué)位論文 ［編號(hào)］ 著者名.題（篇）名［D］.保存地：學(xué)位授予單位，年.

專利文獻(xiàn) ［編號(hào)］ 專利申請(qǐng)者名.專利題名［P］.專利國(guó)別：專利號(hào),出版日期.

注：①著者姓名應(yīng)列全（3 個(gè)以上的只列3 個(gè)，并在第3 個(gè)著者名后加“等”）；②國(guó)外作者名應(yīng)將“姓”排前，“名”排后。