摘　要:簡單分析了影響金屬材料室溫拉伸試驗結(jié)果的因素,闡述了質(zhì)量控制在理化檢驗中的作用,介紹了質(zhì)量控制的常用方法和統(tǒng)計假設(shè)檢驗的常用數(shù)據(jù)分析方法.通過質(zhì)量控制應(yīng)用實例,采用基于格拉布斯(Grubbs)檢驗法、F 檢驗法、T 檢驗法的統(tǒng)計假設(shè)檢驗數(shù)據(jù)分析方法,對金屬材料室溫拉伸試驗方法及檢驗過程進(jìn)行了離群數(shù)據(jù)判定、等精度測量判定、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方法及檢驗過程在有效控制范圍內(nèi),試驗結(jié)果準(zhǔn)確可靠,符合日常檢驗要求.

關(guān)鍵詞:金屬材料;拉伸試驗;統(tǒng)計假設(shè)檢驗;質(zhì)量控制

中圖分類號:TG１１５．＋５２　　　文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A　　　文章編號:１００１Ｇ４０１２(２０１７)０８Ｇ０５５３Ｇ０４

收稿日期:２０１７Ｇ０６Ｇ０９

作者簡介:魏源(１９８３－),男,碩士,主要從事金屬材料理化檢

驗和相關(guān)技術(shù)研究,４６９３４３３３＠qq．com

ApplicationofStatisticalHypothesisTestinginQualityControlon

TensileTestingofMetallicMaterialsatRoomTemperature

WEIYuan

(LongyanInstituteofQualityInspectionforProducts,Longyan３６４０００,China)

Abstract:Factorsaffectingtensiletestresultsofmetallicmaterialsatroomtemperaturewerebrieflyanalyzed．Theroleofqualitycontrolinphysicalandchemicalinspectionwasdescribed,andthecommonmethodsonqualitycontrolandthedataanalysismethodsonstatisticalhypothesistestwereintroduced．Throughtheapplicationexamples,thequalitycontrolofthedeterminationofoutlierdata,equalprecisionmeasurementanddataconsistencyontensiletestingofmetallicmaterialsatroomtemperaturewasanalyzedindetail,basedonGrubbstest,FＧtestandTＧtest．Theresultsshowthatthetensiletestmethodandprocessofmetallicmaterialsatroomtemperaturearewithinthescopeofeffectivecontrol,andthetestresultsareaccurateandreliable,andcanmeettherequirementsofdailyinspection．

Keywords:metallicmaterial;tensiletesting;statisticalhypothesistesting;qualitycontrol

金屬材料力學(xué)性能試驗方法是檢測和評定金屬產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段之一,其中拉伸試驗是應(yīng)用最廣泛的力學(xué)性能試驗方法,廣泛應(yīng)用于棒、板、帶、管、型和絲材等冶金產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗及評估.拉伸性能指標(biāo)是金屬材料研制、生產(chǎn)和檢驗最主要的測試項目之一,拉伸試驗過程中的各項強度和塑性性能指標(biāo)是反映金屬材料力學(xué)性能的重要參數(shù)[１].

根據(jù)長期的工作經(jīng)驗,筆者認(rèn)為影響金屬材料室溫拉伸試驗結(jié)果的因素主要有以下幾個方面:

①人員,即檢驗人員日常操作的規(guī)范性及數(shù)據(jù)傳遞的準(zhǔn)確性,比如試樣尺寸的測量、試樣橫截面積的測量、標(biāo)距的測量等;②設(shè)備,即試驗設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性及準(zhǔn)確性,比如試驗機和引伸計的準(zhǔn)確度、試驗機的加載同軸度、試驗機的夾具夾持等;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、適宜的測控模式等;⑤環(huán)境,即環(huán)境條件的穩(wěn)定性,比如試驗溫度的控制等[２Ｇ５].

因此,在日常檢驗過程中,除了需要定期對儀器進(jìn)行維護保養(yǎng)、按檢定規(guī)程要求進(jìn)行定期校準(zhǔn)/檢定５５３魏源:統(tǒng)計假設(shè)檢驗在金屬材料室溫拉伸試驗質(zhì)量控制中的應(yīng)用外,還應(yīng)采用多種方式對拉伸試驗方法及檢驗過程進(jìn)行質(zhì)量控制,以保證檢驗結(jié)果的準(zhǔn)確可靠.筆者通過質(zhì)量控制應(yīng)用實例,詳細(xì)闡述了如何應(yīng)用統(tǒng)計假設(shè)檢驗對金屬材料室溫拉伸試驗進(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)確地評價檢驗過程的目的,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)分析試驗過程中的誤差,控制與分析有關(guān)的各個環(huán)節(jié),確保試驗結(jié)果的準(zhǔn)確可靠.質(zhì)量控制的目的是把分析測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:平行樣測定、空白測定、使用標(biāo)準(zhǔn)曲線、加標(biāo)回收率試驗、使用質(zhì)量控制圖、實驗室內(nèi)比對試驗、對存留試樣再檢測、測量不確定度評定等. 常用的數(shù)據(jù)分析方法主要有:穩(wěn)健統(tǒng)計、數(shù)理統(tǒng)計等[６Ｇ９].

２　統(tǒng)計假設(shè)檢驗

統(tǒng)計假設(shè)檢驗是數(shù)理統(tǒng)計學(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)問題的需要對

所研究的總體作某種假設(shè),選取合適的統(tǒng)計量,由實測樣本計算出統(tǒng)計量值,并根據(jù)預(yù)先給定的顯著性水平進(jìn)行檢驗,來判斷樣本與樣本、樣本與總體的差異的統(tǒng)計推斷方法[１０].

常用的統(tǒng)計假設(shè)檢驗方法有:奈爾(Nair)檢驗法、狄克遜(Dixon)檢驗法、格拉布斯(Grubbs)檢驗法、U 檢驗法、Z 檢驗法、T 檢驗法、χ２ 檢驗法、F 檢驗法等.筆者應(yīng)用Grubbs檢驗法、F 檢驗法以及T 檢驗法,對金屬材料室溫拉伸試驗過程進(jìn)行了詳細(xì)的質(zhì)控分析[１１].

３　質(zhì)量控制應(yīng)用實例

３．１　試驗方法與結(jié)果

采用人員比對方式對金屬材料室溫拉伸試驗過程進(jìn)行質(zhì)量控制分析,確保試驗結(jié)果準(zhǔn)確可靠.在相同的試驗環(huán)境條件下,兩位試驗人員采用相同的試驗方法和試驗步驟,利用同一臺儀器,對同一批試樣分別進(jìn)行重復(fù)試驗.試驗結(jié)果采用統(tǒng)計假設(shè)檢驗方法進(jìn)行分析,首先利用Grubbs檢驗法進(jìn)行離群數(shù)據(jù)判定,然后利用F 檢驗法進(jìn)行等精度測量判定,最后利用T 檢驗法進(jìn)行數(shù)據(jù)一致性判定.

３．１．１　試驗?zāi)康?/b>

試驗?zāi)康臑閷饘俨牧鲜覝乩煸囼炦M(jìn)行質(zhì)量控制.

３．１．２　試驗方法

依據(jù)GB/T２２８．１－２０１０«金屬材料拉伸試驗第１部分:室溫試驗方法»[１２]進(jìn)行拉伸試驗.

３．１．３　試驗試樣

試驗試樣取自同一爐號、同一批次,并按GB/T１４９９．２－２００７«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.試驗試樣共兩組,每組１０根,試樣尺寸如下:長度４００ mm,公稱直徑１６ mm,公稱橫截面積

２０１．１mm２,原始標(biāo)距８０mm.

３．１．４　試驗步驟

兩位試驗人員分別對１０根熱軋帶肋鋼筋試樣進(jìn)行拉伸試驗,并記錄試驗結(jié)果(抗拉強度Rm、下屈服強度ReL、斷后伸長率A８０mm).在試驗過程中,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/T２２８．１－２０１０中的方法B 進(jìn)行試驗控制,并且為避免試驗速率對試驗數(shù)據(jù)的影響,以便獲得良好的比對數(shù)據(jù),對本次使用的WAWＧ１０００型電液伺服萬能試驗機,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１０mm??min－１的位移速率.

３．１．５　試驗環(huán)境

試驗環(huán)境溫度為(２３±５)℃,濕度為４０％~７０％.

３．１．６　試驗儀器

采用WAWＧ１０００型電液伺服萬能試驗機進(jìn)行拉伸試驗,其基本參數(shù)如下:最大試驗力為１０００kN;示值準(zhǔn)確度等級為０．５級;試驗力測試量程為滿量程的１％~１００％;變形測量范圍為滿量程的１％~１００％;試驗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?１５~６０mm;扁試樣夾持范圍為２~４０mm.

３．１．７　試驗結(jié)果

兩位試驗人員對熱軋帶肋鋼筋試樣進(jìn)行拉伸試驗的結(jié)果如表１所示.

３．２　數(shù)據(jù)分析

３．２．１　Grubbs檢驗(離群數(shù)據(jù)判定)采用Grubbs檢驗法對同組數(shù)據(jù)是否存在離群數(shù)據(jù)進(jìn)行雙側(cè)情形檢驗.計算步驟如下所示,判定結(jié)果如表２所示.

式中:X (n)為該組數(shù)據(jù)經(jīng)有序排列后的最大值;X—為該組數(shù)據(jù)的平均值;S 為該組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差;X (１) 為該組數(shù)據(jù)經(jīng)有序排列后的最小值.

(２)確定檢出水平,取顯著性水平α＝０．０５,查Grubbs 檢驗法臨界值表可得:G１－α２(n) ＝２．２９(n ＝１０).

(３)若Gn ＜G′n ＜G１－α２(n)或G′n ＜ Gn ＜G１－α２(n),可判斷該組數(shù)據(jù)不存在離群值.

３．２．２　F 檢驗(等精度測量判定)

采用F 檢驗法對兩組對比數(shù)據(jù)是否為等精度測量進(jìn)行檢驗,計算步驟如下所示,判定結(jié)果如表３所示.

進(jìn)行檢驗,計算步驟如下所示,判定結(jié)果如表３所示.

(１)依據(jù)下式計算出統(tǒng)計量F

式中:S１ 為兩組對比數(shù)據(jù)的大值標(biāo)準(zhǔn)偏差;S２ 為兩組對比數(shù)據(jù)的小值標(biāo)準(zhǔn)偏差;自由度f１＝n１－１;自由度f２＝n２－１.

(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)計量:Fp (f１,f２)＝F０．９５(９,９)＝３．１８(f１＝１０－１,f２＝１０－１).(３)若F(f１,f２)＜Fp (f１,f２),可判斷該兩組對比數(shù)據(jù)屬于等精度測量.

３．２．３　T 檢驗(數(shù)據(jù)一致性判定)

采用T 檢驗法對兩組對比數(shù)據(jù)的一致性進(jìn)行檢驗,計算步驟如下所示,判定結(jié)果如表４所示.

(１)依據(jù)下式計算出統(tǒng)計量T

式中:X１,X２ 為兩組對比數(shù)據(jù)的平均值;S１,S２ 為兩組對比數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差;Sp 為兩組對比數(shù)據(jù)的合并標(biāo)準(zhǔn)偏差.

(２)取顯著性水平α＝０．０５,自由度f ＝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 ＜Tα,f ,可判斷該兩組對比數(shù)據(jù)結(jié)果一致.

４　結(jié)束語

應(yīng)用實例表明,基于統(tǒng)計假設(shè)檢驗的數(shù)據(jù)分析方法Grubbs檢驗法、F 檢驗法、T 檢驗法,可用于對金屬材料室溫拉伸試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行離群數(shù)據(jù)判定、等精度測量判定、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方法及檢驗過程在有效控制范圍內(nèi),檢驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠,符合日常檢驗要求.與其他分析方法比較來看,基于統(tǒng)計假設(shè)檢驗技術(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)確地評價檢驗過程,值得相關(guān)技術(shù)人員參考.

（文章來源：材料與測試網(wǎng)）