冶金起重机焊缝质量的模糊综合评判方法探讨

0 前言

冶金起重机是冶金行业的核心生产设备，主要承担炽热金属搬运、钢包转运、废钢入炉等高危重载任务，长期服役于高温、高粉尘、冲击载荷频发的恶劣环境。冶金起重机金属结构中有大量焊接件，而焊缝缺陷是构件断裂破坏的主要原因，因此对焊缝质量的检测就成为冶金起重机产品质量和安全生产的必要保障。根据相关安全技术规范以及国家标准的规定，在制造过程中起重机金属结构主要受力构件受拉区的对接焊缝必须进行无损检测，并对相应的无损检测方法和合格标准做出了规定。

1 常用焊缝质量检测方法

选择正确的无损检测方法是保障焊缝检测效率和检测效果的基础。随着无损检测技术的发展，对焊缝进行检测的手段和方法越来越多，常用的焊缝无损检测方法主要包括以下几种：

（1）射线检测：利用各种射线对材料的透射性能及不同材料对射线的吸收、衰减程度不同的原理。如果焊缝区域存在缺陷，它将改变物体对射线的衰减，引起透射射线强度的变化，这样，采用一定的检测方法，比如利用胶片感光，来检测透射线强度，就可以判断焊缝中是否存在缺陷以及缺陷的位置、大小。

（2）超声波检测：超声波是频率高于 20 千赫的机械波。在超声探伤中常用的频率为 0.5-5 兆赫。这种机械波在材料中能以一定的速度和方向传播，遇到声阻抗不同的异质界面（如缺陷或被测物件的底面等）就会产生反射。遇到缺陷后，根据缺陷反射波在荧光屏上的位置和幅度（与参考试块中人工缺陷的反射波幅度作比较），即可测定缺陷的位置和大致尺寸。

（3）磁粉检测：通过对被检工件施加磁场使其磁化（整体磁化或局部磁化），在工件的表面和近表面缺陷处将有磁力线逸出工件表面而形成漏磁场，有磁极的存在就能吸附施加在工件表面上的磁粉形成聚集磁痕，从而显示出缺陷的存在

（4）渗透检测：在测试材料表面使用一种液态染料，并使其在体表保留至预设时限，该染料可为在正常光照下即能辨认的有色液体，也可为需要特殊光照方可显现的黄 / 绿荧光色液体。此液态染料由于“毛细作用”进入材料表面开口的裂痕。此时将某种显像剂施加到被检材质表面，渗透入裂痕并使其着色，进而显现。

（5）涡流检测：是靠检测线圈来建立交变磁场，同时又通过涡流所建立的交变磁场来获得被检测导体中的质量信息。在涡流探伤中，往往是根据被检测的形状，尺寸、材质和质量要求 （ 检测标准 ） 等来选定检测线圈的种类。常用的检测线圈有三类：穿过式线圈、内插式线圈、探头式线圈。

（6）声发射检测：声发射是指伴随固体材料在断裂时释放储存的能量会产生弹性波的现象。利用接收声发射信号研究材料、动态评价结构的完整性即为声发射检测技术，检测到声发射信号，就可以连续监视材料内部变化的整个过程。

这些无损检测方法在起重机焊缝中的应用各有特点。对于冶金起重机金属结构，焊缝种类繁多，而且焊缝无损检测的手段和方法众多，各有特点和适用条件，所以很难通过单一的检测手段获得满意的检测效果，只有综合应用多种检测手段，取优补劣，从而达到检测效果。

2 模糊综合评判方法

在工程实际中，不同的人和设备对同一缺陷进行检测时，测量得到的缺陷尺寸与真实缺陷尺寸之间都会有一定差距。因此可建立一种考虑不同检测方法的综合模糊评判方法。模糊综合评判可以是一级模糊综合评判或多级模糊综合评判。模糊综合评判的步骤为：建立因素集，建立备择集，建立多级模糊综合评判。

2.1 建立因素集

综合考虑不同的检测方法，针对各种检测方法的适用性和常用性，在对焊缝缺陷进行综合评判时选择射线检测、磁粉检测、超声检测和渗透检测四种方法组成因素集。式1 为因素集表达式。

u={u₁，u₂，u₃，u₄}

不同的无损检测方法，对影响检测结果的因素敏感性不一，对于某一种检测方法来说，检测出结果往往与多种因素相关，如检测件的厚度、缺陷种类、缺陷与表面距离、表面光洁度、工作环境、检测者水平等，根据试件在生产中的现实条件，在这里我们把检测件的厚度和检测者水平作为子因素集， 检测件厚度（ui1），检测者水平（ui2）}（i=1，2，3，4）。

不同的厚度对检测缺陷精确度影响各异，厚度小，检测结果误差较大，我们把厚度分为四个等级，选取起重机钢板常用的厚度尺寸，分别为 8mm ， 10mm ， 12mm ， 16mm 。

检测水平由不同职业级别（包括初、中、高三个等级）的检测者对焊缝进行检测。记作式2。

U_i2=[u_i2，u_i2，u_i3]（i=1，2，3，4）

2.2 选择备择集

备择集是评判者对评判对象可能作出的各种总的评判结果所组成的集合。

在这里我们根据已测得的检测尺寸 ，取其可能对应的真实值的集合，以 V 表示，即 ，如果试件上有 20 个缺陷，就有 20 个备择集。对每个缺陷尺寸的估计值有 7 个，那么式 3 每个缺陷尺寸的隶属度可表示：

V={V₁，V₂，V₃，V₄，V₅，V₆，V₇}

2.3 多级模糊综合评判

2.3.1 一级模糊综合评判

仅按一个因素进行评判，确定评判对象对备择集元素的隶属程度，称为单因素模糊评判。即评判时仅按第 i 个因素 ui 进行评定，用0、1 之间的数值表示评价为 vj 的程度。当评判对象按因素集中的第u11i，对备择集中的第j（j=1，….，n）个元素 vj 的隶属程度为r11ij，评判集合表示为 ，假设 n=7 ，则因素集 R11 组成的评价矩阵为式4：

同理，可以得到 R21，R31，R41，R12，R22，R32，R42 的矩阵。

一般的，各个因素对事物的影响程度是不一样的，为了反映各因素的重要程度，对各个因素ui应赋予相应的权重系数 wi（i=1，2，…，m）_⨀ 我们可以根据实验中的缺陷尺寸测量值和其真实值的接近程度来确定权重系数。

则可达到式5 为一级模糊综合评判表达式。

B_jj=W_j∘R_j（i= 1，2，3，4j= 1，2）

式中Bij 为一级综合评判集，“”为一种运算关系—— ∇⋅M（∇∙∇，+∇） ，即进行各个因素加权平均的综合评判，让每个元素都对综合评价有所贡献。

2.3.2 二级模糊综合评判

建立式6 为子因素集的评价矩阵。

同理可得到R2，R3，R4 的子因素集表达式。

二级权重集 W1，W2，W3，W4 可根据检测件的厚度、检测者水平对各个检测手段的影响程度来确定。

由此，可得到二级模糊综合评判表达式为式 7. 。

B_i=W_i∘R_i（i=1，2，3，4）

2.3.3 三级模糊综合评判

可建立因素集U 的总和评价矩阵R 为式 8

根据射线检测，磁粉检测，超声检测，渗透检测对检测结果的影响大小，建立三级权重，确定权重系数 W1，W2，W3，W4 权重集为式 9 。

W={w₁，w₂，w₃，w₄}

则由此可得到三级模糊综合评判结果为式10：

B=W∘R

2.3.4 评判指标的处理

采用加权处理评判指标，即综合评判集 B 中的元素作为权数，对各个备择集元素进行加权的值作为缺陷尺寸模糊综合评判的评判结果，其表达式见式11：

3 结论

起重机焊缝质量的检测是一项较为复杂的综合性工作，检测方法的选择、检测人员的水平、外部因素的影响都会对单一检测方法造成极大的影响。模糊综合评判方法是一种可以结合各种检测方法的优点，排除单一检测方法的劣势，综合更多的检测信息，得到更精确的结果的方法。采用该方法对起重机焊缝质量进行综合评判，既能充分体现评价因素的模糊性，又能最大程度上减少检测人员个人主观性所带来的弊端，能够对焊缝质量进行全面的综合评价，为起重机的质量和使用安全性提供保障。