淺析民用航空產(chǎn)品的特種工藝控制與評(píng)審

湯曉君　崔玉卉

摘 要 特種工藝由于其結(jié)果不能直接簡(jiǎn)單由產(chǎn)品檢驗(yàn)反映等特性，需要對(duì)其進(jìn)行過(guò)程控制。而客戶對(duì)于供應(yīng)商特種工藝的管理，則需要著重對(duì)其工藝過(guò)程進(jìn)行審核。本文以熱處理類工藝為例，從人員控制、環(huán)境控制、材料控制、工藝方法、設(shè)備及計(jì)量等方面展開(kāi)，介紹民用航空產(chǎn)業(yè)中特種工藝控制及對(duì)供應(yīng)商特種工藝評(píng)審方面的要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 特種工藝 過(guò)程控制 工藝評(píng)審

一、概況

特種工藝是指那些具有復(fù)雜工藝特性、經(jīng)加工后的產(chǎn)品性能重要且不易進(jìn)行直接的檢驗(yàn)并對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量具有決定性作用的工藝。例如，表面處理工藝和熱處理工藝等。因?yàn)槠鋵?duì)產(chǎn)品性能和質(zhì)量將產(chǎn)生重大影響，控制環(huán)節(jié)眾多且問(wèn)題復(fù)現(xiàn)性較差，因此特種工藝的質(zhì)量控制成為保證產(chǎn)品質(zhì)量的最重要手段之一。同時(shí)，由于特種工藝產(chǎn)生的質(zhì)量特性可檢驗(yàn)性較差，又使得過(guò)程質(zhì)量控制成為保證特種工藝質(zhì)量的最重要方法。對(duì)零件在生產(chǎn)全過(guò)程中的各個(gè)可能影響產(chǎn)品質(zhì)量的環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，從其過(guò)程的符合性入手進(jìn)行控制，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。

二、特種工藝控制及對(duì)供應(yīng)商評(píng)審的要點(diǎn)

在某民機(jī)項(xiàng)目工藝規(guī)范體系中，特種工藝項(xiàng)目涉及熱處理、表面處理、無(wú)損檢測(cè)、焊接、復(fù)合材料、自動(dòng)裝配、特種加工與測(cè)試測(cè)量八大類別，超過(guò)一百項(xiàng)特種工藝。對(duì)于這些工藝項(xiàng)目，有必要建立起一套特種工藝審核制度進(jìn)行管理，對(duì)各供應(yīng)商選用的每一項(xiàng)特種工藝進(jìn)行評(píng)審，經(jīng)批準(zhǔn)后方可用于生產(chǎn)。

在航空航天領(lǐng)域，NADCAP（National Aerospace & Defense Contractors Accreditation Program）是最具權(quán)威性的特種工藝第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)，已有包括波音、空客、GE、羅·羅等數(shù)十家知名航空企業(yè)加入該項(xiàng)目。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，Nadcap已建立起一套完善的特種工藝評(píng)審體系，評(píng)審內(nèi)容涵蓋超過(guò)二十大項(xiàng)、一百余子項(xiàng)的特種工藝及相關(guān)控制項(xiàng)目。[1]雖然航空工業(yè)第三方認(rèn)證目前已十分成熟，但其仍然存在一些局限性。近年來(lái)，在對(duì)各大供應(yīng)商進(jìn)行特種工藝評(píng)審的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在第三方認(rèn)證審核通過(guò)后依然不符合的情況屢見(jiàn)不鮮。這是由于第三方審核往往需要兼顧多個(gè)客戶，對(duì)于某一特定顧客的要求難以較深入地貫徹；而第二方審核人員直接代表顧客的利益，主觀上會(huì)更認(rèn)真、深入地審核并發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。因此，客戶第二方審核的重要性不可被替代。

過(guò)程控制的有效性，取決于對(duì)過(guò)程中關(guān)鍵控制點(diǎn)的把握。從評(píng)審關(guān)注內(nèi)容上講，工藝審核主要關(guān)注以下幾點(diǎn)：客戶方工藝規(guī)范/工程文件的要求；內(nèi)部程序文件/指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)人員操作的文件是否滿足客戶的要求；現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況是否符合內(nèi)部程序的要求；所有的記錄是否完整且符合要求（如圖1）。而從具體工藝控制要點(diǎn)上，一般而言從人員、環(huán)境、材料、方法、設(shè)備及測(cè)試計(jì)量等幾個(gè)方面要素分別著手。以特種工藝中最為常見(jiàn)的金屬熱處理類工藝為例，本文將從上述五方面進(jìn)行詳述：

（一）人員控制

在工藝生產(chǎn)過(guò)程中，人員素質(zhì)是確保質(zhì)量的根本要素之一。熱處理工藝相關(guān)人員必須經(jīng)過(guò)培訓(xùn)并獲得上崗證后方能進(jìn)行操作，人員資格的鑒定必須定期進(jìn)行。對(duì)于在生產(chǎn)一線工作的現(xiàn)場(chǎng)操作與檢驗(yàn)人員，應(yīng)堅(jiān)持培訓(xùn)、考核、發(fā)證和持證上崗等一系列措施和辦法，對(duì)一些關(guān)鍵零件或特殊條件的熱處理，還應(yīng)明確規(guī)定必須由一定等級(jí)以上的工人操作。因此，工藝評(píng)審時(shí)，審核員通過(guò)對(duì)操作人員/檢驗(yàn)員的合格證、培訓(xùn)教材、試卷等的審核，便可以確定人員控制是否滿足要求。

（二）環(huán)境控制

特種工藝生產(chǎn)環(huán)境通常包括廠房、溫度、濕度、照明度等條件。我國(guó)GJB509《熱處理工藝質(zhì)量控制》就規(guī)定熱處理車間內(nèi)溫度應(yīng)不低于10℃，光照度不低于50lx。[2]這些生產(chǎn)環(huán)境不僅關(guān)系到熱處理生產(chǎn)的安全和環(huán)境保護(hù)，而且直接或間接影響熱處理質(zhì)量。在對(duì)供應(yīng)商的特種工藝評(píng)審中，曾發(fā)現(xiàn)有供應(yīng)商在冬季由于環(huán)境溫度過(guò)低，導(dǎo)致鋁合金自然時(shí)效硬度不合格的情況出現(xiàn)。對(duì)于熱處理工藝，車間應(yīng)有足夠的面積滿足各項(xiàng)設(shè)備技術(shù)要求，在車間內(nèi)應(yīng)設(shè)置擺放待處理工件、合格工件、不合格工件、返工工件等專門區(qū)域，滿足質(zhì)量管理的規(guī)定。與設(shè)備相關(guān)的各種儀表應(yīng)遠(yuǎn)離灰塵、腐蝕性煙氣、避免振動(dòng)，環(huán)境溫度應(yīng)符合儀表要求，以保證儀表正常運(yùn)行。同時(shí)，熱處理車間也應(yīng)保持一定的溫度和照明，保證工序正確無(wú)誤地按照要求執(zhí)行，避免因外部環(huán)境因素造成工件質(zhì)量下降。

（三）材料的質(zhì)量控制

特種工藝生產(chǎn)中涉及的材料包括原材料與工藝材料。在航空業(yè)中，原材料主要通過(guò)嚴(yán)格入廠驗(yàn)收與庫(kù)房管理來(lái)保證，同時(shí)需將控制的理念延伸到供應(yīng)商的生產(chǎn)過(guò)程，確保原材料供應(yīng)商具備完善的質(zhì)量體系以及符合客戶要求的工藝能力。在工藝評(píng)審中對(duì)工藝材料更為關(guān)注。工藝材料種類繁多，且在生產(chǎn)中直接與零件接觸，對(duì)實(shí)現(xiàn)零件工藝過(guò)程和保證零件性能與質(zhì)量影響顯著。例如，鹽浴用鹽的pH值不合格，可能引起零件的腐蝕等問(wèn)題；鋼制零件淬火時(shí)，若淬火發(fā)生老化，可能造成冷卻速率下降，降低零件強(qiáng)度。對(duì)工藝材料的通用要求是：在保證工藝過(guò)程正確實(shí)施的前提下，不應(yīng)對(duì)工件產(chǎn)生有害影響。除了嚴(yán)格入廠復(fù)驗(yàn)程序外，很多材料在貯存、運(yùn)輸及生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)發(fā)生變質(zhì)，無(wú)法滿足工藝要求。因此，必須對(duì)材料的存儲(chǔ)、使用情況進(jìn)行控制，必要時(shí)需對(duì)使用中的工藝材料進(jìn)行定期分析。

熱處理工藝材料及槽液控制的主要內(nèi)容，包括建立標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)條件、出廠入廠化驗(yàn)及槽液周期分析。航空工業(yè)已制定了熱處理用鹽、熱處理用氣體、淬火介質(zhì)、滲劑、涂料等標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)常用熱處理槽液有明確的技術(shù)要求，并定期進(jìn)行分析化驗(yàn)。例如，AMS2759即有要求鹽槽必須定期進(jìn)行中性測(cè)試，而淬火介質(zhì)必須進(jìn)行周期性的冷卻曲線比對(duì)或淬透性試驗(yàn)。[3]在對(duì)供應(yīng)商的工藝評(píng)審中，材料控制是其中的一個(gè)重點(diǎn)：對(duì)于規(guī)范/工程文件中規(guī)定的材料，首先需要檢查是否依照相應(yīng)的材料規(guī)范進(jìn)行采購(gòu)，入庫(kù)后需要關(guān)注其使用是否已超出了復(fù)驗(yàn)的有效期；對(duì)于需要定期分析的工藝材料（如槽液、溶液等），檢查其分析周期、分析結(jié)果是否符合。而這些往往是工藝評(píng)審過(guò)程中難以發(fā)現(xiàn)的不符合之處。

（四）工藝方法與文件記錄

特種工藝強(qiáng)調(diào)過(guò)程控制，而工藝過(guò)程中的操作方法與技術(shù)要求則是其中最主要的部分。特種工藝生產(chǎn)中，每一道工序都必須滿足規(guī)范的要求，每一個(gè)工藝參數(shù)也都必須依據(jù)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)，因此要求從業(yè)人員嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)、杜絕一切無(wú)依據(jù)操作。在整個(gè)熱處理過(guò)程中，各道工序如清洗、裝掛、升溫保溫、淬火等，具體操作方法都有嚴(yán)格規(guī)程。這些要求都必須在內(nèi)部程序以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員操作進(jìn)行指導(dǎo)的文件（如操作規(guī)程、工藝指令等）中明確體現(xiàn)。為了保證方法的符合性，我們?cè)谶M(jìn)行特種工藝審核時(shí)，要對(duì)供應(yīng)商用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)操作的文件（操作規(guī)程/典型工藝規(guī)程/工藝指令等）進(jìn)行審核，保證文件符合我方工藝規(guī)范/工程文件要求；而在特種工藝現(xiàn)場(chǎng)評(píng)審中，觀察工人的操作步驟，注意關(guān)鍵控制點(diǎn)，檢查操作過(guò)程是否符合現(xiàn)場(chǎng)的指導(dǎo)文件，這樣便可有效保證工藝方法的符合性。

在實(shí)現(xiàn)過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)化的同時(shí)，特種工藝生產(chǎn)還必須做好執(zhí)行情況和質(zhì)量情況的原始記錄。記錄是保證產(chǎn)品可追溯性的根本。在熱處理工藝中，技術(shù)文件和資料包括說(shuō)明書、操作規(guī)程、工藝規(guī)程、流程卡、生產(chǎn)記錄卡、溫度儀表記錄紙、質(zhì)量檢驗(yàn)記錄、合格證以及設(shè)備、儀表、工藝材料和人員資格等原始情況等。技術(shù)文件和原始記錄都必須妥善保存一定期限，從而保證產(chǎn)品全程的可追溯性。只有正確的記錄才能反映工藝過(guò)程的符合性。工藝評(píng)審中，審核員需要對(duì)上述各項(xiàng)記錄內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)審查，杜絕偽造與篡改，確保記錄的完整性、正確性和有效性。

（五）設(shè)備及測(cè)試計(jì)量過(guò)程控制

特種工藝往往會(huì)采用到很多專用設(shè)備，在生產(chǎn)中設(shè)備參數(shù)變化會(huì)對(duì)產(chǎn)品特性造成直接影響。在熱處理設(shè)備控制體系中最重要的是對(duì)溫度的控制。熱處理工藝中零件對(duì)于加熱溫度十分敏感，如鋁合金固溶處理加熱溫度窗口一般在10℃左右，如果溫度偏高，易引起組織內(nèi)晶粒粗大化，甚至導(dǎo)致晶界處共晶熔化產(chǎn)生過(guò)燒；反之如果溫度偏低，則會(huì)導(dǎo)致溶質(zhì)原子溶解不完全，降低固溶強(qiáng)化作用，影響后續(xù)時(shí)效處理效果。因此，在整個(gè)熱處理過(guò)程中，設(shè)備的控制（包括熱處理爐及儀表、淬火槽等）無(wú)疑是其中最關(guān)鍵的一環(huán)，而設(shè)備的控制主要體現(xiàn)在各項(xiàng)計(jì)量校驗(yàn)的有效性上。

熱處理爐的溫度測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)能準(zhǔn)確地反映出真實(shí)溫度，具有足夠的精度、可靠性和穩(wěn)定性。溫度測(cè)量系統(tǒng)通常包括傳感器（通常為熱電偶）、補(bǔ)償導(dǎo)線及儀表，均應(yīng)按相應(yīng)規(guī)范進(jìn)行配置，并定期檢定合格?，F(xiàn)場(chǎng)使用的溫度測(cè)量元件，由于環(huán)境氣氛和溫度的影響，可能老化或變質(zhì)，從而影響控溫精度。因此，在保證傳感器有必要定期進(jìn)行系統(tǒng)精度測(cè)試（S.A.T.），確保整個(gè)溫度測(cè)試系統(tǒng)有效性與準(zhǔn)確性。此外，為使熱處理零件達(dá)到預(yù)期的使用性能，加熱過(guò)程中全部零件及零件的所有部位均應(yīng)處于熱處理工藝參數(shù)要求的溫度范圍內(nèi)。為此，熱處理爐必須定期進(jìn)行爐溫均勻性測(cè)試（T.U.S.），保證爐膛中工作區(qū)各處的溫度均勻一致。對(duì)于系統(tǒng)精度測(cè)試與爐溫均勻性測(cè)試所需要的測(cè)試熱電偶與測(cè)試儀表，也應(yīng)當(dāng)加以嚴(yán)格控制。所有熱電偶及儀表應(yīng)經(jīng)過(guò)檢定處于有效狀態(tài)，并可追溯至國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。另外為避免熱電偶在長(zhǎng)時(shí)間高溫環(huán)境下產(chǎn)生熱電勢(shì)的漂移，航空熱處理標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于各類熱電偶的累積使用次數(shù)或復(fù)校周期也都有明確規(guī)定。在本項(xiàng)目的規(guī)范體系中，高溫測(cè)量被單獨(dú)作為一項(xiàng)特種工藝列出。在工藝評(píng)審中，審核員需要逐級(jí)追溯整個(gè)工藝中涉及的儀表與傳感器（包括工藝設(shè)備上采用工作儀表/熱電偶，以及用于測(cè)試的儀表/熱電偶）的證書/校驗(yàn)報(bào)告，直至外部的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，從而確保每一級(jí)計(jì)量的有效性。

系統(tǒng)精度測(cè)試與溫度均勻性測(cè)試的方法和周期均取決于客戶要求。一般而言，鑒定周期均與熱處理爐等級(jí)和儀表類型相關(guān)。例如，AMS2750中規(guī)定對(duì)于采用C類儀表的2級(jí)設(shè)備（鋁合金固溶、時(shí)效及鋼的回火處理常用），SAT周期為兩周，TUS周期為一個(gè)月，連續(xù)測(cè)試合格若干次后可延長(zhǎng)周期。[4]進(jìn)行SAT測(cè)試時(shí)，測(cè)試熱電偶的位置應(yīng)盡可能靠近工藝熱電偶，二者熱端相隔距離不超過(guò)3英寸（76mm）。測(cè)試熱電偶冷端連接測(cè)試儀表，測(cè)試儀表溫度讀數(shù)經(jīng)誤差修正（含測(cè)試儀表與熱電偶的修正值）后分別與對(duì)應(yīng)的工藝儀表指示值比較，兩者之差應(yīng)滿足規(guī)范的要求。在進(jìn)行溫度均勻性測(cè)試的過(guò)程中，熱電偶的空間排列、分布密度必須滿足相關(guān)要求；在測(cè)試過(guò)程中，當(dāng)整個(gè)有效工作區(qū)內(nèi)溫度穩(wěn)定后開(kāi)始記錄讀數(shù)，間隔不超過(guò)2分鐘，記錄總時(shí)間不小于半小時(shí)，保證各個(gè)位置上的讀數(shù)均在設(shè)備規(guī)定的容差范圍以內(nèi)。

在進(jìn)行熱處理特種工藝評(píng)審時(shí)，SAT、TUS報(bào)告是審核的重點(diǎn)，測(cè)試的結(jié)果、原始數(shù)據(jù)、測(cè)試儀表/傳感器的編號(hào)與修正值、傳感器布置、測(cè)試時(shí)間與人員等信息均必須在測(cè)試報(bào)告中體現(xiàn)。評(píng)審者需要逐項(xiàng)進(jìn)行檢查核對(duì)，確保內(nèi)容符合相關(guān)要求。審核時(shí)也應(yīng)關(guān)注熱處理設(shè)備的維修保養(yǎng)記錄，如果維修可能影響到設(shè)備加熱/保溫特性（如修理加熱管，更換保溫材料、控制傳感器/儀表，調(diào)整控制系統(tǒng)P.I.D等），則必須重新進(jìn)行SAT與初次TUS測(cè)試。而這一點(diǎn)在評(píng)審中經(jīng)常被生產(chǎn)方所忽略。

三、結(jié)語(yǔ)

所有結(jié)果都是由其過(guò)程所決定的?？刂七^(guò)程因素在一定范圍內(nèi)，可確保獲得的結(jié)果達(dá)到期望水平。在熱處理過(guò)程控制流程中，明確客戶方面的技術(shù)要求，從“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)”等方面分別著手；而對(duì)于其他類別的特種工藝，也同樣是從這幾方面展開(kāi)?？紤]到具體工藝的特點(diǎn)，側(cè)重點(diǎn)會(huì)有所不同。例如，對(duì)于操作者有較高專業(yè)水準(zhǔn)要求的無(wú)損檢測(cè)、焊接類工藝，就需要對(duì)人員培訓(xùn)、資質(zhì)方面給予更多關(guān)注；而對(duì)于復(fù)合材料制造，則更需要對(duì)加工環(huán)境、材料控制方面進(jìn)行重視。只有把握好直接或間接影響產(chǎn)品質(zhì)量的每一個(gè)要素，才能保證工藝處于可控狀態(tài)，方可獲得高質(zhì)量航空產(chǎn)品。

（作者單位為上海飛機(jī)制造有限公司）

參考文獻(xiàn)

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