灰色系统理论在压力管道焊缝表面裂纹ACFM检测中的应用研究

孙茂龄 王海波

(1. 吉林化工学院成人教育学院；2. 吉林化工学院机电工程学院)

灰色系统理论在压力管道焊缝表面裂纹ACFM检测中的应用研究

孙茂龄*1王海波2

(1. 吉林化工学院成人教育学院；2. 吉林化工学院机电工程学院)

为提高ACFM检测的自动化水平，提出采用灰色理论模型的预测功能对检测过程中的关键参数进行预测，结果表明：此方法在一定精度范围内够满足工程检测要求，为压力管道焊缝表面裂纹的ACFM自动检测提供理论依据。

压力管道 灰色系统理论 表面裂纹 ACFM检测

压力管道是石油化工生产过程中重要的物料输送通道，其稳定工作是石油化工行业安全生产的重要保障，轻微的疏忽就会酿成重大事故，造成人员和财产的巨大损失。压力管道最重要的连接方式是焊接，管道运行过程中常出现问题的部位都处于焊缝位置，其他部位出现缺陷的概率很小。表面裂纹是焊缝典型缺陷的一种，在管道服役过程中，裂纹很容易扩展酿成事故，因此在管道运行过程中或检修时对表面裂纹进行检测和监控尤为重要。目前焊缝表面裂纹的检测方法大多为磁粉检测或渗透检测，费时费力，且效果一般。ACFM检测技术是近年来迅速发展起来的一种新型检测技术，最早被应用于水下检测，随着技术的发展，该技术逐渐被应用到压力管道的焊缝检测上[1]。

ACFM检测时，由一个通交变电流的特殊线圈(激励线圈)靠近导体，交变电流在线圈周围的空间中产生交变磁场，若工件中有缺陷存在，则电阻率的变化必会对电流分布产生影响，使电流线在缺陷附近发生偏转，导致工件表面的磁场发生畸变。通过对比实测信号与理论测量试件的信号就能得到裂纹的相关参数[2,3]。为提高工程检测效率，压力管道焊缝ACFM检测过程中探头安放在行走机构上，行走机构的运动参数控制应以检测效果为基础，因此需要大量的实验数据作为支撑。为了减轻获取大量实验数据的难度，笔者拟采用灰色系统理论模型的预测功能，通过少量数据来实现运动参数的最优控制。

1 灰色系统理论的预测模型

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

设X(0)为非负系列：

X(0)=(x(0)(1)，x(0)(2)，…，x(0)(n))

(1)

其中，x(0)(k)≥0(k=1，2，…，n)。

X(1)为X(0)的1-AGO系列：

X(1)=(x(1)(1)，x(1)(2)，…，x(1)(n))

(2)

Z(1)为X(1)的紧邻均值生成系列：

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)的解称为时间响应函数，即：

(7)

GM(1，1)模型x(0)(k)+az(1)(k)=b的时间响应序列为：

(8)

还原值为：

(9)

2 ACFM检测实验研究及灰色理论的应用

实验采用焊缝裂纹探伤仪检测裂纹信号，并在试件上分别刻上深为0.5、1.0、1.5mm，宽为0.12mm的模拟裂纹。经检测发现：对于同一深度的裂纹，采用不同的探头运动速度时，信号显示出不同的幅值；采用同一探头运动速度检测不同深度的裂纹时，信号依然显示出不同的幅值，但是每个深度的裂纹显示出的信号幅值明显比由焊缝表面凹凸不平所造成的其他信号杂波的幅值大，这验证了采用ACFM检测技术检测焊缝表面裂纹的有效性。研究探头运动速度与裂纹信号幅值的对应关系对实现ACFM自动检测最佳参数的选择具有重要的意义。笔者采用灰色系统理论的预测模型对裂纹深度为0.5、1.0、1.5mm时的测量值进行分析预测[5,6]，结果见表1。

表1 灰色理论的预测模型对不同裂纹深度下测量值的分析预测

由表1可知：灰色系统理论能够较准确地对压力管道焊缝表面裂纹的检测信号进行预测，为ACFM技术检测压力管道焊缝表面裂纹过程中实施自动控制提供了理论基础，提高了检测效率。

3 结束语

笔者拟采用ACFM检测技术对压力管道焊缝表面裂纹进行检测，并利用灰色系统理论的预测模型对少量的实验检测数据进行预测，从而实现ACFM检测的自动控制，结果表明：此方法在一定精度范围内能满足工程检测要求，为压力管道焊缝表面裂纹的ACFM自动检测提供了理论基础。

[1] 潘晓明，林红伟.基于ACFM分析的在役管道焊缝检测技术[J]. 压力容器，2013，30(5)：70～73.

[2] 倪春生，陈国明，张彦廷.交流电磁场检测探头激励线圈的数值仿真及优化[J].中国石油大学学报(自然科学版)，2007，31(2)：100～104.

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[4] 刘思峰，党耀国，方志耕，等.灰色系统理论及其应用[M].北京：科学出版社，2010.

[5] 李骏，林福严. 跟机自动化中采煤机自动控制方法研究[J].工矿自动化，2014，(2)：1～4.

[6] 付靖春. 基于灰色系统理论的石化企业事故趋势预测[J].广东化工，2013，40(22)：45～46.

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

*孙茂龄，男，1958年5月生，助理研究员。吉林省吉林市，132022。

TQ055.8

A

0254-6094(2015)02-0269-03

2014-06-06，

2014-06-19)