孫茂齡 王海波

(1. 吉林化工學(xué)院成人教育學(xué)院；2. 吉林化工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院)

灰色系統(tǒng)理論在壓力管道焊縫表面裂紋ACFM檢測中的應(yīng)用研究

孫茂齡*1王海波2

(1. 吉林化工學(xué)院成人教育學(xué)院；2. 吉林化工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院)

為提高ACFM檢測的自動(dòng)化水平，提出采用灰色理論模型的預(yù)測功能對檢測過程中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果表明：此方法在一定精度范圍內(nèi)夠滿足工程檢測要求，為壓力管道焊縫表面裂紋的ACFM自動(dòng)檢測提供理論依據(jù)。

壓力管道 灰色系統(tǒng)理論 表面裂紋 ACFM檢測

壓力管道是石油化工生產(chǎn)過程中重要的物料輸送通道，其穩(wěn)定工作是石油化工行業(yè)安全生產(chǎn)的重要保障，輕微的疏忽就會釀成重大事故，造成人員和財(cái)產(chǎn)的巨大損失。壓力管道最重要的連接方式是焊接，管道運(yùn)行過程中常出現(xiàn)問題的部位都處于焊縫位置，其他部位出現(xiàn)缺陷的概率很小。表面裂紋是焊縫典型缺陷的一種，在管道服役過程中，裂紋很容易擴(kuò)展釀成事故，因此在管道運(yùn)行過程中或檢修時(shí)對表面裂紋進(jìn)行檢測和監(jiān)控尤為重要。目前焊縫表面裂紋的檢測方法大多為磁粉檢測或滲透檢測，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且效果一般。ACFM檢測技術(shù)是近年來迅速發(fā)展起來的一種新型檢測技術(shù)，最早被應(yīng)用于水下檢測，隨著技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)逐漸被應(yīng)用到壓力管道的焊縫檢測上[1]。

ACFM檢測時(shí)，由一個(gè)通交變電流的特殊線圈(激勵(lì)線圈)靠近導(dǎo)體，交變電流在線圈周圍的空間中產(chǎn)生交變磁場，若工件中有缺陷存在，則電阻率的變化必會對電流分布產(chǎn)生影響，使電流線在缺陷附近發(fā)生偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致工件表面的磁場發(fā)生畸變。通過對比實(shí)測信號與理論測量試件的信號就能得到裂紋的相關(guān)參數(shù)[2,3]。為提高工程檢測效率，壓力管道焊縫ACFM檢測過程中探頭安放在行走機(jī)構(gòu)上，行走機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)控制應(yīng)以檢測效果為基礎(chǔ)，因此需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為支撐。為了減輕獲取大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的難度，筆者擬采用灰色系統(tǒng)理論模型的預(yù)測功能，通過少量數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的最優(yōu)控制。

1 灰色系統(tǒng)理論的預(yù)測模型

稱x(0)(k)+ax(1)(k)=b為GM(1，1)模型的原始形式，x(0)(k)+az(1)(k)=b為GM(1，1)模型的基本形式，其中b為灰色作用量[4]。

設(shè)X(0)為非負(fù)系列：

X(0)=(x(0)(1)，x(0)(2)，…，x(0)(n))

(1)

其中，x(0)(k)≥0(k=1，2，…，n)。

X(1)為X(0)的1-AGO系列：

X(1)=(x(1)(1)，x(1)(2)，…，x(1)(n))

(2)

Z(1)為X(1)的緊鄰均值生成系列：

Z(1)=(z(1)(2)，z(1)(3)，…，z(1)(n))

(3)

其中，z(1)(k)=(x(1)(k)+x(1)(k-1))/2，k=2，3，…，n。

(4)

(5)

(6)

式(6)的解稱為時(shí)間響應(yīng)函數(shù)，即：

(7)

GM(1，1)模型x(0)(k)+az(1)(k)=b的時(shí)間響應(yīng)序列為：

(8)

還原值為：

(9)

2 ACFM檢測實(shí)驗(yàn)研究及灰色理論的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)采用焊縫裂紋探傷儀檢測裂紋信號，并在試件上分別刻上深為0.5、1.0、1.5mm，寬為0.12mm的模擬裂紋。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)：對于同一深度的裂紋，采用不同的探頭運(yùn)動(dòng)速度時(shí)，信號顯示出不同的幅值；采用同一探頭運(yùn)動(dòng)速度檢測不同深度的裂紋時(shí)，信號依然顯示出不同的幅值，但是每個(gè)深度的裂紋顯示出的信號幅值明顯比由焊縫表面凹凸不平所造成的其他信號雜波的幅值大，這驗(yàn)證了采用ACFM檢測技術(shù)檢測焊縫表面裂紋的有效性。研究探頭運(yùn)動(dòng)速度與裂紋信號幅值的對應(yīng)關(guān)系對實(shí)現(xiàn)ACFM自動(dòng)檢測最佳參數(shù)的選擇具有重要的意義。筆者采用灰色系統(tǒng)理論的預(yù)測模型對裂紋深度為0.5、1.0、1.5mm時(shí)的測量值進(jìn)行分析預(yù)測[5,6]，結(jié)果見表1。

表1 灰色理論的預(yù)測模型對不同裂紋深度下測量值的分析預(yù)測

由表1可知：灰色系統(tǒng)理論能夠較準(zhǔn)確地對壓力管道焊縫表面裂紋的檢測信號進(jìn)行預(yù)測，為ACFM技術(shù)檢測壓力管道焊縫表面裂紋過程中實(shí)施自動(dòng)控制提供了理論基礎(chǔ)，提高了檢測效率。

3 結(jié)束語

筆者擬采用ACFM檢測技術(shù)對壓力管道焊縫表面裂紋進(jìn)行檢測，并利用灰色系統(tǒng)理論的預(yù)測模型對少量的實(shí)驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，從而實(shí)現(xiàn)ACFM檢測的自動(dòng)控制，結(jié)果表明：此方法在一定精度范圍內(nèi)能滿足工程檢測要求，為壓力管道焊縫表面裂紋的ACFM自動(dòng)檢測提供了理論基礎(chǔ)。

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ApplicationResearchofGraySystemTheoryforACFMDetectionofPressurePipeWeldSurfaceCracks

SUN Mao-ling1, WANG Hai-bo2

(1.AdultEducationCollege,JilinInstituteofChemicalTechnology,Jilin132022,China;2.CollegeofMechanical&ElectricalEngineering,JilinInstituteofChemicalTechnology,Jilin132022,China)

In order to improve the automation level of ACFM detection, employing the gray theory model’s prediction function and experimental data to predict key parameters in detection process was proposed. The results show that this method can meet engineering testing requirements in a certain range, and it provides a theoretical basis for ACFM auto-detection of pipe surface cracks.

pressure pipe, gray system theory, surface crack, ACFM detection

*孫茂齡，男，1958年5月生，助理研究員。吉林省吉林市，132022。

TQ055.8

A

0254-6094(2015)02-0269-03

2014-06-06，

2014-06-19)