魏 源

(龍巖市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)所, 龍巖 364000)

統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)在金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)質(zhì)量控制中的應(yīng)用

魏 源

(龍巖市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)所, 龍巖 364000)

簡(jiǎn)單分析了影響金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果的因素，闡述了質(zhì)量控制在理化檢驗(yàn)中的作用，介紹了質(zhì)量控制的常用方法和統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)的常用數(shù)據(jù)分析方法。通過(guò)質(zhì)量控制應(yīng)用實(shí)例，采用基于格拉布斯(Grubbs)檢驗(yàn)法、F檢驗(yàn)法、T檢驗(yàn)法的統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)分析方法，對(duì)金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法及檢驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行了離群數(shù)據(jù)判定、等精度測(cè)量判定、數(shù)據(jù)一致性判定等詳細(xì)的質(zhì)控分析。結(jié)果表明：金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法及檢驗(yàn)過(guò)程在有效控制范圍內(nèi)，試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，符合日常檢驗(yàn)要求。

金屬材料；拉伸試驗(yàn)；統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)；質(zhì)量控制

金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)方法是檢測(cè)和評(píng)定金屬產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段之一，其中拉伸試驗(yàn)是應(yīng)用最廣泛的力學(xué)性能試驗(yàn)方法，廣泛應(yīng)用于棒、板、帶、管、型和絲材等冶金產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)及評(píng)估。拉伸性能指標(biāo)是金屬材料研制、生產(chǎn)和檢驗(yàn)最主要的測(cè)試項(xiàng)目之一，拉伸試驗(yàn)過(guò)程中的各項(xiàng)強(qiáng)度和塑性性能指標(biāo)是反映金屬材料力學(xué)性能的重要參數(shù)[1]。

根據(jù)長(zhǎng)期的工作經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為影響金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果的因素主要有以下幾個(gè)方面：①人員，即檢驗(yàn)人員日常操作的規(guī)范性及數(shù)據(jù)傳遞的準(zhǔn)確性，比如試樣尺寸的測(cè)量、試樣橫截面積的測(cè)量、標(biāo)距的測(cè)量等；②設(shè)備，即試驗(yàn)設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性及準(zhǔn)確性，比如試驗(yàn)機(jī)和引伸計(jì)的準(zhǔn)確度、試驗(yàn)機(jī)的加載同軸度、試驗(yàn)機(jī)的夾具夾持等；③試樣，即取樣和制樣的正確性，比如取樣方法、取樣方向、取樣部位、試樣形狀和尺寸、加工精度等；④方法，即試驗(yàn)方法的正確選擇，比如正確的夾持方法、合理的拉伸速率、適宜的測(cè)控模式等；⑤環(huán)境，即環(huán)境條件的穩(wěn)定性，比如試驗(yàn)溫度的控制等[2-5]。

因此，在日常檢驗(yàn)過(guò)程中，除了需要定期對(duì)儀器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)、按檢定規(guī)程要求進(jìn)行定期校準(zhǔn)/檢定外，還應(yīng)采用多種方式對(duì)拉伸試驗(yàn)方法及檢驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量控制，以保證檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。筆者通過(guò)質(zhì)量控制應(yīng)用實(shí)例，詳細(xì)闡述了如何應(yīng)用統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)對(duì)金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)進(jìn)行質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)分析，以達(dá)到更加科學(xué)、合理、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)檢驗(yàn)過(guò)程的目的，為相關(guān)人員提供參考。

1 質(zhì)量控制

質(zhì)量控制是指利用現(xiàn)代科學(xué)管理的方法和技術(shù)分析試驗(yàn)過(guò)程中的誤差，控制與分析有關(guān)的各個(gè)環(huán)節(jié)，確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。質(zhì)量控制的目的是把分析測(cè)試的誤差控制在允許的范圍內(nèi)，保證分析的精密度和準(zhǔn)確度，使分析數(shù)據(jù)在給定的置信水平內(nèi)有把握達(dá)到要求的質(zhì)量。

內(nèi)部質(zhì)量控制常用的方法主要有：平行樣測(cè)定、空白測(cè)定、使用標(biāo)準(zhǔn)曲線、加標(biāo)回收率試驗(yàn)、使用質(zhì)量控制圖、實(shí)驗(yàn)室內(nèi)比對(duì)試驗(yàn)、對(duì)存留試樣再檢測(cè)、 測(cè)量不確定度評(píng)定等。常用的數(shù)據(jù)分析方法主要有：穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)等[6-9]。

2 統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)

統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)是數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)中根據(jù)一定假設(shè)條件由樣本推斷總體的一種方法。根據(jù)問(wèn)題的需要對(duì)所研究的總體作某種假設(shè)，選取合適的統(tǒng)計(jì)量，由實(shí)測(cè)樣本計(jì)算出統(tǒng)計(jì)量值，并根據(jù)預(yù)先給定的顯著性水平進(jìn)行檢驗(yàn)，來(lái)判斷樣本與樣本、樣本與總體的差異的統(tǒng)計(jì)推斷方法[10]。

常用的統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)方法有：奈爾(Nair)檢驗(yàn)法、狄克遜(Dixon)檢驗(yàn)法、格拉布斯(Grubbs)檢驗(yàn)法、U檢驗(yàn)法、Z檢驗(yàn)法、T檢驗(yàn)法、χ2檢驗(yàn)法、F檢驗(yàn)法等。筆者應(yīng)用Grubbs檢驗(yàn)法、F檢驗(yàn)法以及T檢驗(yàn)法，對(duì)金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的質(zhì)控分析[11]。

3 質(zhì)量控制應(yīng)用實(shí)例

3.1 試驗(yàn)方法與結(jié)果

采用人員比對(duì)方式對(duì)金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量控制分析，確保試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。在相同的試驗(yàn)環(huán)境條件下，兩位試驗(yàn)人員采用相同的試驗(yàn)方法和試驗(yàn)步驟，利用同一臺(tái)儀器，對(duì)同一批試樣分別進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果采用統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)方法進(jìn)行分析，首先利用Grubbs檢驗(yàn)法進(jìn)行離群數(shù)據(jù)判定，然后利用F檢驗(yàn)法進(jìn)行等精度測(cè)量判定，最后利用T檢驗(yàn)法進(jìn)行數(shù)據(jù)一致性判定。

3.1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

試驗(yàn)?zāi)康臑閷?duì)金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)進(jìn)行質(zhì)量控制。

3.1.2 試驗(yàn)方法

依據(jù)GB/T 228.1-2010《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法》[12]進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。

3.1.3 試驗(yàn)試樣

試驗(yàn)試樣取自同一爐號(hào)、同一批次，并按GB/T 1499.2-2007《鋼筋混凝土用鋼 第2部分：熱軋帶肋鋼筋》[13]要求制作的熱軋帶肋鋼筋。

試驗(yàn)試樣共兩組，每組10根，試樣尺寸如下：長(zhǎng)度400 mm，公稱直徑16 mm，公稱橫截面積201.1 mm2，原始標(biāo)距80 mm。

3.1.4 試驗(yàn)步驟

兩位試驗(yàn)人員分別對(duì)10根熱軋帶肋鋼筋試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，并記錄試驗(yàn)結(jié)果(抗拉強(qiáng)度Rm、下屈服強(qiáng)度ReL、斷后伸長(zhǎng)率A80 mm)。在試驗(yàn)過(guò)程中，除了按照操作規(guī)程要求采用相同的操作步驟外，均采用GB/T 228.1-2010中的方法B進(jìn)行試驗(yàn)控制，并且為避免試驗(yàn)速率對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，以便獲得良好的比對(duì)數(shù)據(jù)，對(duì)本次使用的WAW-1000型電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，在彈性階段和屈服階段均采用3 mm·min-1的位移速率，屈服之后均采用10 mm·min-1的位移速率。

3.1.5 試驗(yàn)環(huán)境

試驗(yàn)環(huán)境溫度為(23±5) ℃，濕度為40%～70%。

3.1.6 試驗(yàn)儀器

采用WAW-1000型電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，其基本參數(shù)如下：最大試驗(yàn)力為1 000 kN；示值準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí)；試驗(yàn)力測(cè)試量程為滿量程的1%～100%；變形測(cè)量范圍為滿量程的1%～100%；試驗(yàn)力加載速率范圍為滿量程的(0.02%～2%) s-1；圓試樣夾持范圍為φ15～60 mm；扁試樣夾持范圍為2～40 mm。

3.1.7 試驗(yàn)結(jié)果

兩位試驗(yàn)人員對(duì)熱軋帶肋鋼筋試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)的結(jié)果如表1所示。

3.2 數(shù)據(jù)分析

3.2.1 Grubbs檢驗(yàn)(離群數(shù)據(jù)判定)

采用Grubbs檢驗(yàn)法對(duì)同組數(shù)據(jù)是否存在離群數(shù)據(jù)進(jìn)行雙側(cè)情形檢驗(yàn)。計(jì)算步驟如下所示，判定結(jié)果如表2所示。

表1 熱軋帶肋鋼筋拉伸試驗(yàn)結(jié)果

表2 熱軋帶肋鋼筋拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)Grubbs檢驗(yàn)結(jié)果

Tab.2 The Grubbs test results of tensile test data of the hot rolled ribbed bars

檢驗(yàn)項(xiàng)目GnG′nG1-α2(n)判定結(jié)論抗拉強(qiáng)度人員11．651．70不離群Rm/MPa人員21．881．03不離群下屈服強(qiáng)度人員11．841．49不離群ReL/MPa人員21．001．822．29不離群斷后伸長(zhǎng)率人員11．771．33不離群A80mm/%人員21．051．39不離群

(1)

(2)

3.2.2F檢驗(yàn)(等精度測(cè)量判定)

采用F檢驗(yàn)法對(duì)兩組對(duì)比數(shù)據(jù)是否為等精度測(cè)量進(jìn)行檢驗(yàn),計(jì)算步驟如下所示，判定結(jié)果如表3所示。

(1) 依據(jù)下式計(jì)算出統(tǒng)計(jì)量F

(3)

式中：S1為兩組對(duì)比數(shù)據(jù)的大值標(biāo)準(zhǔn)偏差；S2為兩組對(duì)比數(shù)據(jù)的小值標(biāo)準(zhǔn)偏差；自由度f(wàn)1=n1-1；自由度f(wàn)2=n2-1。

表3 熱軋帶肋鋼筋拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)F檢驗(yàn)結(jié)果

Tab.3 TheF-test results of tensile test data of the hot rolled ribbed bars

檢驗(yàn)項(xiàng)目S1S2F(f1，f2)Fp(f1，f2)判定結(jié)論抗拉強(qiáng)度Rm/MPa2．024431．374212．17等精度測(cè)量下屈服強(qiáng)度ReL/MPa1．595441．260341．603．18等精度測(cè)量斷后伸長(zhǎng)率A80mm/%0．819170．549052．23等精度測(cè)量

(2) 取顯著性水平α=0.05，查F分布臨界值表可得概率p=0.95水平下的統(tǒng)計(jì)量：Fp(f1,f2)=F0.95(9,9)=3.18(f1=10-1,f2=10-1)。

(3) 若F(f1,f2)

3.2.3T檢驗(yàn)(數(shù)據(jù)一致性判定)

采用T檢驗(yàn)法對(duì)兩組對(duì)比數(shù)據(jù)的一致性進(jìn)行檢驗(yàn)，計(jì)算步驟如下所示，判定結(jié)果如表4所示。

(1) 依據(jù)下式計(jì)算出統(tǒng)計(jì)量T

(4)

(5)

(2) 取顯著性水平α=0.05，自由度f(wàn)=n1+n2-2=10+10-2=18，查T分布雙側(cè)臨界值表可得：Tα,f=T0.05,18=2.10。

(3) 若T

表4 熱軋帶肋鋼筋拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)T檢驗(yàn)結(jié)果

Tab.4 TheT-test results of tensile test data of the hot rolled ribbed bars

4 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用實(shí)例表明，基于統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析方法Grubbs檢驗(yàn)法、F檢驗(yàn)法、T檢驗(yàn)法，可用于對(duì)金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行離群數(shù)據(jù)判定、等精度測(cè)量判定、數(shù)據(jù)一致性判定等質(zhì)控分析，從而保證金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法及檢驗(yàn)過(guò)程在有效控制范圍內(nèi)，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，符合日常檢驗(yàn)要求。與其他分析方法比較來(lái)看，基于統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)技術(shù)的質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)分析可以更加科學(xué)、合理、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)檢驗(yàn)過(guò)程，值得相關(guān)技術(shù)人員參考。

[1] 孫紅云.金屬材料拉伸試驗(yàn)的影響因素及操作要求[J].現(xiàn)代測(cè)量與實(shí)驗(yàn)室管理,2008,16(6):27-29.

[2] 魏紅軍.金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)影響因素分析[J].天津冶金,2015(3):76-78.[3] 黃星,謝宏.從拉伸試驗(yàn)機(jī)控制角度理解GB/T 228.1-2010的技術(shù)變動(dòng)[J].理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè),2014,50(2):97-100.

[4] 王斌,陳清祥,郭賓東,等.GB/T 228.1-2010中試驗(yàn)方法的解讀及實(shí)施[J].理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè),2014,50(4):251-253.

[5] 葉宏德.對(duì)金屬材料拉伸試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的幾點(diǎn)思考[J].理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè),2014,50(6):394-395.

[6] ISO/IEC 17025:2005 檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求[S].

[7] CNAS-CL01:2006 檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則[S].

[8] CNAS-CL10:2012 檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則在化學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用說(shuō)明[S].

[9] GB/T 6379.6-2009 測(cè)量方法與結(jié)果的準(zhǔn)確度(正確度與精密度) 第6部分：準(zhǔn)確度值的實(shí)際應(yīng)用[S].

[10] 王承忠.實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量體系運(yùn)行中的技術(shù)難點(diǎn)及解決方法[J].理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè),2012,48(4):252-257;2012,48(5):316-323;2012,48(6):383-389;2012,48(7):457-460;2012,48(8):525-527;2012,48(9):604-612;2012,48(10):674-682.

[11] 韓永志.統(tǒng)計(jì)學(xué)在理化檢驗(yàn)中的應(yīng)用[J].理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊(cè),1999,35(9):433-434;1999,35(10):477-478;1999,35(11):525-526;1999,35(12):571-572;2000,36(1):45-46;2000,36(2):94-95;2000,36(3):138-141;2000,36(4):190-192;2000,36(5):236-239;2000,36(6):286-287;2000,36(7):331-332;2000,36(8):382-384;2000,36(9):424-425;2000,36(10):479-479;2000,36(11):526-527;2000,36(12):573-574.

[12] GB/T 228.1-2010 金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分:室溫試驗(yàn)方法[S].

[13] GB/T 1499.2-2007 鋼筋混凝土用鋼 第2部分:熱軋帶肋鋼筋[S].

歡迎參加“2017材料物理測(cè)試新技術(shù)研討會(huì)”

“2017材料物理測(cè)試新技術(shù)研討會(huì)”第2輪通知即將發(fā)布，敬請(qǐng)關(guān)注。

本次會(huì)議將于2017年10月底在上海舉行，由上海材料研究所、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)理化檢驗(yàn)分會(huì)、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)材料分會(huì)聯(lián)合主辦，《理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè)》編輯部、《機(jī)械工程材料》編輯部和上海市工程材料應(yīng)用與評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室共同承辦。

熱忱歡迎廣大理化檢驗(yàn)工作者積極參會(huì)交流！

《理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè)》編輯部

Application of Statistical Hypothesis Testing in Quality Control on Tensile Testing of Metallic Materials at Room Temperature

WEI Yuan

(Longyan Institute of Quality Inspection for Products, Longyan 364000, China)

Factors affecting tensile test results of metallic materials at room temperature were briefly analyzed. The role of quality control in physical and chemical inspection was described, and the common methods on quality control and the data analysis methods on statistical hypothesis test were introduced. Through the application examples, the quality control of the determination of outlier data, equal precision measurement and data consistency on tensile testing of metallic materials at room temperature was analyzed in detail, based on Grubbs test,F-test andT-test. The results show that the tensile test method and process of metallic materials at room temperature are within the scope of effective control, and the test results are accurate and reliable, and can meet the requirements of daily inspection.

metallic material; tensile testing; statistical hypothesis testing; quality control

10.11973/lhjy-wl201708005

2017-06-09

魏 源(1983-)，男，碩士，主要從事金屬材料理化檢驗(yàn)和相關(guān)技術(shù)研究，46934333@qq.com

TG115.+52

A

1001-4012(2017)08-0553-04