湯曉君　崔玉卉

摘 要 特種工藝由于其結果不能直接簡單由產(chǎn)品檢驗反映等特性，需要對其進行過程控制。而客戶對于供應商特種工藝的管理，則需要著重對其工藝過程進行審核。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、設備及計量等方面展開，介紹民用航空產(chǎn)業(yè)中特種工藝控制及對供應商特種工藝評審方面的要點。

關鍵詞 特種工藝 過程控制 工藝評審

一、概況

特種工藝是指那些具有復雜工藝特性、經(jīng)加工后的產(chǎn)品性能重要且不易進行直接的檢驗并對產(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。因為其對產(chǎn)品性能和質(zhì)量將產(chǎn)生重大影響，控制環(huán)節(jié)眾多且問題復現(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，由于特種工藝產(chǎn)生的質(zhì)量特性可檢驗性較差，又使得過程質(zhì)量控制成為保證特種工藝質(zhì)量的最重要方法。對零件在生產(chǎn)全過程中的各個可能影響產(chǎn)品質(zhì)量的環(huán)節(jié)進行監(jiān)控，從其過程的符合性入手進行控制，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。

二、特種工藝控制及對供應商評審的要點

在某民機項目工藝規(guī)范體系中，特種工藝項目涉及熱處理、表面處理、無損檢測、焊接、復合材料、自動裝配、特種加工與測試測量八大類別，超過一百項特種工藝。對于這些工藝項目，有必要建立起一套特種工藝審核制度進行管理，對各供應商選用的每一項特種工藝進行評審，經(jīng)批準后方可用于生產(chǎn)。

在航空航天領域，NADCAP（National Aerospace & Defense Contractors Accreditation Program）是最具權威性的特種工藝第三方認證機構，已有包括波音、空客、GE、羅·羅等數(shù)十家知名航空企業(yè)加入該項目。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，Nadcap已建立起一套完善的特種工藝評審體系，評審內(nèi)容涵蓋超過二十大項、一百余子項的特種工藝及相關控制項目。[1]雖然航空工業(yè)第三方認證目前已十分成熟，但其仍然存在一些局限性。近年來，在對各大供應商進行特種工藝評審的過程中發(fā)現(xiàn)，在第三方認證審核通過后依然不符合的情況屢見不鮮。這是由于第三方審核往往需要兼顧多個客戶，對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，主觀上會更認真、深入地審核并發(fā)現(xiàn)問題。因此，客戶第二方審核的重要性不可被替代。

過程控制的有效性，取決于對過程中關鍵控制點的把握。從評審關注內(nèi)容上講，工藝審核主要關注以下幾點：客戶方工藝規(guī)范/工程文件的要求；內(nèi)部程序文件/指導現(xiàn)場人員操作的文件是否滿足客戶的要求；現(xiàn)場實際生產(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上，一般而言從人員、環(huán)境、材料、方法、設備及測試計量等幾個方面要素分別著手。以特種工藝中最為常見的金屬熱處理類工藝為例，本文將從上述五方面進行詳述：

（一）人員控制

在工藝生產(chǎn)過程中，人員素質(zhì)是確保質(zhì)量的根本要素之一。熱處理工藝相關人員必須經(jīng)過培訓并獲得上崗證后方能進行操作，人員資格的鑒定必須定期進行。對于在生產(chǎn)一線工作的現(xiàn)場操作與檢驗人員，應堅持培訓、考核、發(fā)證和持證上崗等一系列措施和辦法，對一些關鍵零件或特殊條件的熱處理，還應明確規(guī)定必須由一定等級以上的工人操作。因此，工藝評審時，審核員通過對操作人員/檢驗員的合格證、培訓教材、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)溫度應不低于10℃，光照度不低于50lx。[2]這些生產(chǎn)環(huán)境不僅關系到熱處理生產(chǎn)的安全和環(huán)境保護，而且直接或間接影響熱處理質(zhì)量。在對供應商的特種工藝評審中，曾發(fā)現(xiàn)有供應商在冬季由于環(huán)境溫度過低，導致鋁合金自然時效硬度不合格的情況出現(xiàn)。對于熱處理工藝，車間應有足夠的面積滿足各項設備技術要求，在車間內(nèi)應設置擺放待處理工件、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。與設備相關的各種儀表應遠離灰塵、腐蝕性煙氣、避免振動，環(huán)境溫度應符合儀表要求，以保證儀表正常運行。同時，熱處理車間也應保持一定的溫度和照明，保證工序正確無誤地按照要求執(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，原材料主要通過嚴格入廠驗收與庫房管理來保證，同時需將控制的理念延伸到供應商的生產(chǎn)過程，確保原材料供應商具備完善的質(zhì)量體系以及符合客戶要求的工藝能力。在工藝評審中對工藝材料更為關注。工藝材料種類繁多，且在生產(chǎn)中直接與零件接觸，對實現(xiàn)零件工藝過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題；鋼制零件淬火時，若淬火發(fā)生老化，可能造成冷卻速率下降，降低零件強度。對工藝材料的通用要求是：在保證工藝過程正確實施的前提下，不應對工件產(chǎn)生有害影響。除了嚴格入廠復驗程序外，很多材料在貯存、運輸及生產(chǎn)過程中會發(fā)生變質(zhì)，無法滿足工藝要求。因此，必須對材料的存儲、使用情況進行控制，必要時需對使用中的工藝材料進行定期分析。

熱處理工藝材料及槽液控制的主要內(nèi)容，包括建立標準或技術條件、出廠入廠化驗及槽液周期分析。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、涂料等標準。對常用熱處理槽液有明確的技術要求，并定期進行分析化驗。例如，AMS2759即有要求鹽槽必須定期進行中性測試，而淬火介質(zhì)必須進行周期性的冷卻曲線比對或淬透性試驗。[3]在對供應商的工藝評審中，材料控制是其中的一個重點：對于規(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的材料規(guī)范進行采購，入庫后需要關注其使用是否已超出了復驗的有效期；對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、分析結果是否符合。而這些往往是工藝評審過程中難以發(fā)現(xiàn)的不符合之處。

（四）工藝方法與文件記錄

特種工藝強調(diào)過程控制，而工藝過程中的操作方法與技術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，每一個工藝參數(shù)也都必須依據(jù)規(guī)范或標準，因此要求從業(yè)人員嚴格標準化作業(yè)、杜絕一切無依據(jù)操作。在整個熱處理過程中，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格規(guī)程。這些要求都必須在內(nèi)部程序以及對現(xiàn)場人員操作進行指導的文件（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，我們在進行特種工藝審核時，要對供應商用于指導現(xiàn)場操作的文件（操作規(guī)程/典型工藝規(guī)程/工藝指令等）進行審核，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)場評審中，觀察工人的操作步驟，注意關鍵控制點，檢查操作過程是否符合現(xiàn)場的指導文件，這樣便可有效保證工藝方法的符合性。

在實現(xiàn)過程標準化的同時，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，技術文件和資料包括說明書、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)量檢驗記錄、合格證以及設備、儀表、工藝材料和人員資格等原始情況等。技術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程的符合性。工藝評審中，審核員需要對上述各項記錄內(nèi)容進行重點審查，杜絕偽造與篡改，確保記錄的完整性、正確性和有效性。

（五）設備及測試計量過程控制

特種工藝往往會采用到很多專用設備，在生產(chǎn)中設備參數(shù)變化會對產(chǎn)品特性造成直接影響。在熱處理設備控制體系中最重要的是對溫度的控制。熱處理工藝中零件對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，甚至導致晶界處共晶熔化產(chǎn)生過燒；反之如果溫度偏低，則會導致溶質(zhì)原子溶解不完全，降低固溶強化作用，影響后續(xù)時效處理效果。因此，在整個熱處理過程中，設備的控制（包括熱處理爐及儀表、淬火槽等）無疑是其中最關鍵的一環(huán)，而設備的控制主要體現(xiàn)在各項計量校驗的有效性上。

熱處理爐的溫度測量系統(tǒng)應能準確地反映出真實溫度，具有足夠的精度、可靠性和穩(wěn)定性。溫度測量系統(tǒng)通常包括傳感器（通常為熱電偶）、補償導線及儀表，均應按相應規(guī)范進行配置，并定期檢定合格。現(xiàn)場使用的溫度測量元件，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行系統(tǒng)精度測試（S.A.T.），確保整個溫度測試系統(tǒng)有效性與準確性。此外，為使熱處理零件達到預期的使用性能，加熱過程中全部零件及零件的所有部位均應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行爐溫均勻性測試（T.U.S.），保證爐膛中工作區(qū)各處的溫度均勻一致。對于系統(tǒng)精度測試與爐溫均勻性測試所需要的測試熱電偶與測試儀表，也應當加以嚴格控制。所有熱電偶及儀表應經(jīng)過檢定處于有效狀態(tài)，并可追溯至國家標準。另外為避免熱電偶在長時間高溫環(huán)境下產(chǎn)生熱電勢的漂移，航空熱處理標準中對于各類熱電偶的累積使用次數(shù)或復校周期也都有明確規(guī)定。在本項目的規(guī)范體系中，高溫測量被單獨作為一項特種工藝列出。在工藝評審中，審核員需要逐級追溯整個工藝中涉及的儀表與傳感器（包括工藝設備上采用工作儀表/熱電偶，以及用于測試的儀表/熱電偶）的證書/校驗報告，直至外部的計量標準，從而確保每一級計量的有效性。

系統(tǒng)精度測試與溫度均勻性測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和儀表類型相關。例如，AMS2750中規(guī)定對于采用C類儀表的2級設備（鋁合金固溶、時效及鋼的回火處理常用），SAT周期為兩周，TUS周期為一個月，連續(xù)測試合格若干次后可延長周期。[4]進行SAT測試時，測試熱電偶的位置應盡可能靠近工藝熱電偶，二者熱端相隔距離不超過3英寸（76mm）。測試熱電偶冷端連接測試儀表，測試儀表溫度讀數(shù)經(jīng)誤差修正（含測試儀表與熱電偶的修正值）后分別與對應的工藝儀表指示值比較，兩者之差應滿足規(guī)范的要求。在進行溫度均勻性測試的過程中，熱電偶的空間排列、分布密度必須滿足相關要求；在測試過程中，當整個有效工作區(qū)內(nèi)溫度穩(wěn)定后開始記錄讀數(shù)，間隔不超過2分鐘，記錄總時間不小于半小時，保證各個位置上的讀數(shù)均在設備規(guī)定的容差范圍以內(nèi)。

在進行熱處理特種工藝評審時，SAT、TUS報告是審核的重點，測試的結果、原始數(shù)據(jù)、測試儀表/傳感器的編號與修正值、傳感器布置、測試時間與人員等信息均必須在測試報告中體現(xiàn)。評審者需要逐項進行檢查核對，確保內(nèi)容符合相關要求。審核時也應關注熱處理設備的維修保養(yǎng)記錄，如果維修可能影響到設備加熱/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），則必須重新進行SAT與初次TUS測試。而這一點在評審中經(jīng)常被生產(chǎn)方所忽略。

三、結語

所有結果都是由其過程所決定的?？刂七^程因素在一定范圍內(nèi)，可確保獲得的結果達到期望水平。在熱處理過程控制流程中，明確客戶方面的技術要求，從“人、機、料、法、環(huán)、測”等方面分別著手；而對于其他類別的特種工藝，也同樣是從這幾方面展開?？紤]到具體工藝的特點，側重點會有所不同。例如，對于操作者有較高專業(yè)水準要求的無損檢測、焊接類工藝，就需要對人員培訓、資質(zhì)方面給予更多關注；而對于復合材料制造，則更需要對加工環(huán)境、材料控制方面進行重視。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制造有限公司）

參考文獻

[1] 劉樂，劉明粉. Nadcap航空特種工藝認證項目分析及建議[J].航空標準化與質(zhì)量，2013（2）：29-31.

[2] 熱處理工藝質(zhì)量控制[S].中華人民共和國國家軍用標準：GJB 509B-2008.

[3] Heat Treatment of Steel Parts General Requirements[S] . AerospaceMaterial Specification：AMS 2759 E.

[4] Pyrometry[S] . Aerospace Material Specification：AMS 2750 E.

[5] Heat Treatment of Aluminum Alloy Raw Materials[S] . AerospaceMaterial Specification：AMS 2772 E.