壓力容器施焊過程質量控制水平模糊綜合評價及應用

張 霞 浦 江

（1.湖南省特種設備檢驗檢測研究院；2.江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院）

焊接質量對壓力容器的安全使用有較大影響，因此施焊過程的質量控制成為壓力容器制造過程中的重要環節之一，如果控制不當將產生焊接裂紋等焊接缺陷。 焊接缺陷產生的機理目前已大致清楚，雖然焊接缺陷產生的原因多樣，但大多與施焊過程的質量控制有關。TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》［1］要求監檢人員根據制造單位焊接質量控制能力確定焊接過程的監檢項目類別，但由于焊接過程的質量控制受焊接工藝、焊接人員資質及焊接設備等諸多因素的影響，導致難以用精確的數據進行評價，因此一般用“好”、“一般”等推理性語言表述。

在此，筆者提出一種壓力容器施焊過程質量控制模糊綜合評價程序、模糊評價因素和模糊語言變量， 并通過3個工程應用案例驗證該方法的正確性和可行性。

1 模糊語言變量與模糊綜合評價

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

確定評價對象可能的評價結果的集合稱為評價集，一般以程序語言或取值區間作為評價目標，通常可以表示為V={v1，v2，…，vq}。

將每個ui按其程度分為q個等級，即uij={ui1，ui2，…，uiq}（j=1，2，…，q），uij稱為第i類因素的第j個等級，因此可以得到因素的等級評價矩陣Ri為：

若將各因素等級按照評價集的評價指標次序排列，各因素具有相同的等級評價矩陣，即：

建立因素等級的權重集。 設uij對應的等級權重為aij，則ui的等級權重集Ai為：

由于因素等級已表征了因素本身的重要程度，故實際運算中，取權重與因素等級賦值相同。

一級模糊評價實際上是為了處理因素的模糊性，通過綜合一個因素的各個等級對評價對象取值的貢獻來作為一種單因素的評價：

為了綜合考慮各因素對評價結果的總體影響，需要進行二級模糊評價。

設第i個因素子集ui的權重為ai，則因素集U的權重集為：

模糊評判集為：

其中，B為一級模糊評價結果矩陣：

按最大隸屬度原則，得到V為：

即，將因素us與評價等級vs相比較，取其最大的隸屬度。

在很多實際情況中，評價因素用模糊語言變量表達，如“好、較好、一般、較差、差”或“高、較高、一般、較低、低”等，若將這些模糊語言變量用隸屬函數量化，在工程上將具有很好的應用價值。 但目前還沒有一個完全客觀的評價標準。 文獻［2，3］中提出了一種模糊語言變量隸屬函數（表1）， 并在實際工程中得到了應用。

表1 模糊語言變量隸屬函數

2 壓力容器施焊過程質量控制模糊評價

2.1 因素集

根據文獻［4～7］以及筆者的工作經驗，設定施焊過程質量控制水平因素集U={焊工技能水平u1，焊接自動化程度u2，焊工持證施焊情況u3，焊接工藝紀律管理u4}。

2.2 評價集

設壓力容器施焊過程的模糊分析評價集V={好，較好，一般，較差，差}。

2.3 權重集

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

根據壓力容器施焊過程的特點，筆者認為：u1相比于u2“相對重要”，u1相比于u3“重要”，u1相比于u4“相同重要”；u2相比于u3“相對重要”，u2相比于u4“相對不重要”；u3相比于u4“相對不重要”。 則有：

一致性評價指標CR=0.028≤0.10， 說明筆者對各因素相對重要程度的比較是合理的。

2.4 因素子集模糊語言變量

因素子集u1～u4的情況描述及其模糊語言變量列于表2～5。

表2 u1的情況描述及其模糊語言變量

表3 u2的情況描述及其模糊語言變量

表4 u3的情況描述及其模糊語言變量

表5 u4的情況描述及其模糊語言變量

3 工程應用案例

案例1某制造商制造典型產品的結構簡單，材料僅為Q345R和20，無需熱處理，擁有數量較多的焊接機器人，壓力容器大部分焊接接頭由自動焊和機動焊設備完成，焊工管理較好。

案例2某制造商制造石油化工設備， 多為Ⅲ類高壓容器， 部分產品結構復雜， 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， 產品種類多， 結構形式多樣， 定型產品少， 材料包括Q345R、09CrCuSb、S30408、S31008 及TA2 等 多 種類別，焊工技能水平較好。

監檢人員通過對上述案例中的3～5種產品進行資料審查，對制造商的施焊過程給予評價（表6）。

表6 3個案例中壓力容器施焊過程質量控制的模糊綜合評價

以案例1為例進行計算。 根據模糊綜合評價結果與式（1）～（7），可以得到等級評價矩陣R1為：

按最大隸屬度原則， 案例1中該制造商的焊接質量控制水平為“較好”。

同理可以得到案例2的綜合評價結果為：

按最大隸屬度原則， 案例2中該制造商的焊接質量控制水平為“較好”。

案例3的綜合評價結果為：

按最大隸屬度原則， 案例3中該制造商的焊接質量控制水平為“一般”。

4 結束語

壓力容器施焊過程質量控制的影響因素眾多，既與焊接技術人員、焊工等人員技術水平、經驗和責任心有關，又與焊接設備的穩定性和焊接材料的性能有關，導致整個過程存在一定的不確定性，因此強化施焊過程的質量控制非常重要。

用3個工程應用案例驗證了筆者所提的模糊語言變量及其綜合評價方法的可行性和正確性，對壓力容器焊接過程的質量監檢具有一定的指導意義。 筆者建議：當焊接過程質量控制的綜合評價結果是“一般”及以下時，將施焊過程的監檢設為B類監檢項目；當結果是“較好”及以上時，將施焊過程的監檢設為C類監檢項目， 從而有針對性地指導壓力容器的焊接質量控制。

參考文獻著錄規范

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

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學位論文 ［編號］ 著者名.題（篇）名［D］.保存地：學位授予單位，年.

專利文獻 ［編號］ 專利申請者名.專利題名［P］.專利國別：專利號,出版日期.

注：①著者姓名應列全（3 個以上的只列3 個，并在第3 個著者名后加“等”）；②國外作者名應將“姓”排前，“名”排后。