管线钢管静水压爆破试验质量控制方法

范 炜，崔艳霞，孟 丹，韩新利，黄呈帅

(中国石油集团石油管工程技术研究院，石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重点实验室 陕西 西安 710077)

·试验研究·

管线钢管静水压爆破试验质量控制方法

范 炜，崔艳霞，孟 丹，韩新利，黄呈帅

(中国石油集团石油管工程技术研究院，石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重点实验室 陕西 西安 710077)

利用MSA技术研究静水压爆破测量系统的变差对测量结果的影响，通过分析测量系统的偏倚、线性、稳定性、重复性和再现性进行质量控制，是一种行之有效的控制方法，应用统计学理论知识预测静水压爆破测量系统是否有能力满足测量要求，确保测量数据的质量。

静水压爆破试验；质量控制；控制图

0 引 言

随着企业质量管理水平的提高，数据的应用变得越来越广泛，越来越频繁。如果数据失真或误差很大，就有可能导致分析失误、管理不当。因此，如何保证数据的质量就显得非常重要，而要保证数据的质量，就必须对获得数据的测量设备进行质量控制。

依据CNAS-CL01:2006《检测和校准实验室能力认可准则》，5.9条款要求实验室应有质量控制程序，这种监控可包括(但不限于)下列内容：

1)定期使用有证标准物质(参考物质)进行监控和/或使用次级标准物质(参考物质)开展内部质量控制；

2)参加实验室间的比对或能力验证计划；

3)使用相同或不同方法进行重复检测或校准；

4)对存留物品进行再检测或再校准；

5)分析一个物品不同特性结果的相关性。

按照本条款的要求，对拉伸，冲击，硬度，金相和化学分析试验可以通过一项或其组合进行质量控制，但是静水压爆破试验由于是破坏性试验，没有标准物质，试验样品价钱昂贵，数量有限等问题，无法应用实施以上内容进行质量控制。那么，如何进行静水压爆破试验的质量控制呢？

应用MSA技术对测量系统进行监管是行之有效的手段。测量系统是指对被测产品特性赋值的操作者、设备(包括量具)、软件、操作程序、测量环境的集合，以及用来获得测量结果的整个过程，如图1所示。

图1 测量系统示意图

测量系统的变差按性质分为位置变差和宽度变差。位置变差主要包括：偏倚、稳定性、线性；宽度变差主要包括：重复性和再现性。MSA分析研究测量系统的变差对测量结果的影响，进而确定测量系统能否使用，MSA的构成如图2所示。

图2 MSA的构成

将静水压爆破系统、操作者、试验方法标准和操作环境，以及获得爆破压力结果这个过程看成静水压爆破测量系统，应用MSA技术对其进行质量控制，这样对企业的成本大大降低，操作方便快捷，保证静水压爆破试验的连续性和结果的准确性。

静水压爆破系统属于计量型器具，只需对其测量系统进行稳定性、偏倚、线性、重复性和再现性进行分析。

计量院每年一次对静水压爆破系统进行检定/校准，从而保证偏倚和线性的要求；由于静水压爆破系统是自动采集数据并显示在电脑屏幕上，操作人员对测量结果影响不大，所以测量系统的重复性和再现性对测量结果无影响。因此，对静水压爆破系统进行质量控制，只需对测量系统进行稳定性分析，即测量值作SPC控制图即可。

统计过程控制(简称SPC)是应用统计技术对过程中的各个阶段进行评估和监控，建立并保持过程处于可接受的并且稳定的水平，从而保证产品与服务符合规定的要求的一种质量管理技术。SPC控制图是区分过程中的正常波动和异常波动，并判断过程是否处于控制状态的一种工具。

正常波动是由过程中的普通因素造成的，对过程影响很微小，使过程输出结果呈现统计规律性并可预测(即稳态)，且限制在一定范围之内。当一个过程只有普通因素造成的正常波动，我们称这个过程处于统计控制状态，即受控状态(统计稳态)。处于统计控制状态的过程称为受控过程或稳定过程。

异常波动是由特殊因素造成的，特殊因素虽然并不大量存在，但一旦出现，其造成的异常波动就会过程产生显著影响，并使过程输出结果的规律性被破坏，从而使过程失控。所以过程中的异常波动和造成异常波动的特殊因素是我们关注的对象，一旦发生，就应该尽快找出，采取措施加以消除，保证它不再出现。

1.1 确定控制对象

根据SY/T5992—2012《输送钢管静水压爆破试验方法》标准要求，应该对静水压爆破试验这一过程进行控制，控制点应该是传感器测量值的重复性。因此只需规定的时间间隔(如3个月或者半年)对传感器测量值进行一组测定，把计算结果绘制成SPC控制图，就能判断测量系统是否受控。

1.2.1 准备工作

选取一个精度高于静水压爆破系统传感器精度的压力表(简称“校准表”)，通过检定合格后方可使用，作为加压时的标准压力值，并对静水压爆破系统进行测量记录。挑选一根钢管，将校准表与压力传感器并联接入水压管路中，如图3所示。同时将静水压爆破设备和校准表的值调整到零刻线，这是开始往钢管中注水加压。

图3 校准表与静水压测量系统连接图

1.2.2 收集数据

为了建立SPC控制图，需要进行基础数据的收集。

基础数据收集的原则：基础数据应该大于等于25组，建议30组最佳，根据国标推荐样本量为4或5个。

基础数据收集的方法：将低压水泵开启往钢管中注水，当校准表的压力达到10 MPa时，停止注水，保持一段时间，等压力值稳定后记录电脑上压力传感器的数值，然后泄压，重复以上过程，每隔一小时收集一组数据，一组数据的样本量为5个。并计算出样本平均值和样本极差，基础数据收集见表1。

1.2.3 计算控制限

极差R控制图控制限的计算：

根据基础数据和控制限绘制均值图和极差图，如图4、图5所示。

表1 收集数据

图4 均值图

图5 极差图

2 利用控制图进行静水压爆破测量系统稳定性分析

如果遇到控制图判断准则中的八种情形：即一个点落在控制限以外、连续九个点落在中心线同一侧、连续六个点递增或递减、连续十四个点中相邻点交替上下、连续三个点中有二个点落在中心线同一侧的B区以外，连续五点中有四点落在中心线同一侧的C区以外、连续十五点落在中心线两侧的C区内、连续八点落在中心线两侧且无一点落在C区，说明测量系统不稳定，则应找出引起不稳定的特殊因素，采取措施予以消除。然后再重新收集数据，制作控制图，直到测量系统达到稳定状态。

3 结 论

1)利用MSA技术对静水压爆破测量系统进行质量控制，应用统计学理论知识预测静水压爆破测量系统是否有能力满足测量要求，确保测量数据的质量；

2)建议SY/T 5992《输送钢管静水压爆破试验方法》标准中，引用此方法进行静水压爆破测量系统的质量控制；

3)这种质量控制方法简单，利用EXCEL软件制作成控制图模板，只需试验人员将数据填入表中即可判断测量系统是否满足要求，对实验室来说控制效率高。

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Quality Control Method of Hydrostatic Burst Testfor Pipeline Steel Pipe

FAN Wei, CUI Yanxia, MENG Dan, HAN Xinli, HUANG Chengshuai

(CNPCTubularGoodsResearchInstitute,StateKeyLaboratoryofPerformanceandStructuralSafetyforPetroleumTubularGoodsandEquipmentMaterials,Xi′an,Shaanxi710077,China)

The effects of pressure difference from Hydrostatic burst measurement system on the measuring result were studied with application of MSA technology. The quality control can be realized through analysis about the deviation, linearity, stability, repeatability, and reproducibility of measurements system, which is an effective control method. The hydrostatic burst measurement system is evaluated if the system can work properly and guarantee the quality of measured data per statistics principles.

hydrostatic burst test; quality control; control chart

范 炜，男，1984生，2008年毕业于河北工程大学机械设计制造及其自动化专业，现从事管线钢的性能检测与研究工作。E-mail:fanwei008@cnpc.com.cn.

TB

A

2096-0077(2017)02-0052-03

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.02.012

2016-06-08 编辑：葛明君)