浅析民用航空产品的特种工艺控制与评审

汤晓君　崔玉卉

摘 要 特种工艺由于其结果不能直接简单由产品检验反映等特性，需要对其进行过程控制。而客户对于供应商特种工艺的管理，则需要着重对其工艺过程进行审核。本文以热处理类工艺为例，从人员控制、环境控制、材料控制、工艺方法、设备及计量等方面展开，介绍民用航空产业中特种工艺控制及对供应商特种工艺评审方面的要点。

关键词 特种工艺 过程控制 工艺评审

一、概况

特种工艺是指那些具有复杂工艺特性、经加工后的产品性能重要且不易进行直接的检验并对产品质量具有决定性作用的工艺。例如，表面处理工艺和热处理工艺等。因为其对产品性能和质量将产生重大影响，控制环节众多且问题复现性较差，因此特种工艺的质量控制成为保证产品质量的最重要手段之一。同时，由于特种工艺产生的质量特性可检验性较差，又使得过程质量控制成为保证特种工艺质量的最重要方法。对零件在生产全过程中的各个可能影响产品质量的环节进行监控，从其过程的符合性入手进行控制，从而保证产品质量。

二、特种工艺控制及对供应商评审的要点

在某民机项目工艺规范体系中，特种工艺项目涉及热处理、表面处理、无损检测、焊接、复合材料、自动装配、特种加工与测试测量八大类别，超过一百项特种工艺。对于这些工艺项目，有必要建立起一套特种工艺审核制度进行管理，对各供应商选用的每一项特种工艺进行评审，经批准后方可用于生产。

在航空航天领域，NADCAP（National Aerospace & Defense Contractors Accreditation Program）是最具权威性的特种工艺第三方认证机构，已有包括波音、空客、GE、罗·罗等数十家知名航空企业加入该项目。经过数十年的发展，Nadcap已建立起一套完善的特种工艺评审体系，评审内容涵盖超过二十大项、一百余子项的特种工艺及相关控制项目。[1]虽然航空工业第三方认证目前已十分成熟，但其仍然存在一些局限性。近年来，在对各大供应商进行特种工艺评审的过程中发现，在第三方认证审核通过后依然不符合的情况屡见不鲜。这是由于第三方审核往往需要兼顾多个客户，对于某一特定顾客的要求难以较深入地贯彻；而第二方审核人员直接代表顾客的利益，主观上会更认真、深入地审核并发现问题。因此，客户第二方审核的重要性不可被替代。

过程控制的有效性，取决于对过程中关键控制点的把握。从评审关注内容上讲，工艺审核主要关注以下几点：客户方工艺规范/工程文件的要求；内部程序文件/指导现场人员操作的文件是否满足客户的要求；现场实际生产情况是否符合内部程序的要求；所有的记录是否完整且符合要求（如图1）。而从具体工艺控制要点上，一般而言从人员、环境、材料、方法、设备及测试计量等几个方面要素分别着手。以特种工艺中最为常见的金属热处理类工艺为例，本文将从上述五方面进行详述：

（一）人员控制

在工艺生产过程中，人员素质是确保质量的根本要素之一。热处理工艺相关人员必须经过培训并获得上岗证后方能进行操作，人员资格的鉴定必须定期进行。对于在生产一线工作的现场操作与检验人员，应坚持培训、考核、发证和持证上岗等一系列措施和办法，对一些关键零件或特殊条件的热处理，还应明确规定必须由一定等级以上的工人操作。因此，工艺评审时，审核员通过对操作人员/检验员的合格证、培训教材、试卷等的审核，便可以确定人员控制是否满足要求。

（二）环境控制

特种工艺生产环境通常包括厂房、温度、湿度、照明度等条件。我国GJB509《热处理工艺质量控制》就规定热处理车间内温度应不低于10℃，光照度不低于50lx。[2]这些生产环境不仅关系到热处理生产的安全和环境保护，而且直接或间接影响热处理质量。在对供应商的特种工艺评审中，曾发现有供应商在冬季由于环境温度过低，导致铝合金自然时效硬度不合格的情况出现。对于热处理工艺，车间应有足够的面积满足各项设备技术要求，在车间内应设置摆放待处理工件、合格工件、不合格工件、返工工件等专门区域，满足质量管理的规定。与设备相关的各种仪表应远离灰尘、腐蚀性烟气、避免振动，环境温度应符合仪表要求，以保证仪表正常运行。同时，热处理车间也应保持一定的温度和照明，保证工序正确无误地按照要求执行，避免因外部环境因素造成工件质量下降。

（三）材料的质量控制

特种工艺生产中涉及的材料包括原材料与工艺材料。在航空业中，原材料主要通过严格入厂验收与库房管理来保证，同时需将控制的理念延伸到供应商的生产过程，确保原材料供应商具备完善的质量体系以及符合客户要求的工艺能力。在工艺评审中对工艺材料更为关注。工艺材料种类繁多，且在生产中直接与零件接触，对实现零件工艺过程和保证零件性能与质量影响显著。例如，盐浴用盐的pH值不合格，可能引起零件的腐蚀等问题；钢制零件淬火时，若淬火发生老化，可能造成冷却速率下降，降低零件强度。对工艺材料的通用要求是：在保证工艺过程正确实施的前提下，不应对工件产生有害影响。除了严格入厂复验程序外，很多材料在贮存、运输及生产过程中会发生变质，无法满足工艺要求。因此，必须对材料的存储、使用情况进行控制，必要时需对使用中的工艺材料进行定期分析。

热处理工艺材料及槽液控制的主要内容，包括建立标准或技术条件、出厂入厂化验及槽液周期分析。航空工业已制定了热处理用盐、热处理用气体、淬火介质、渗剂、涂料等标准。对常用热处理槽液有明确的技术要求，并定期进行分析化验。例如，AMS2759即有要求盐槽必须定期进行中性测试，而淬火介质必须进行周期性的冷却曲线比对或淬透性试验。[3]在对供应商的工艺评审中，材料控制是其中的一个重点：对于规范/工程文件中规定的材料，首先需要检查是否依照相应的材料规范进行采购，入库后需要关注其使用是否已超出了复验的有效期；对于需要定期分析的工艺材料（如槽液、溶液等），检查其分析周期、分析结果是否符合。而这些往往是工艺评审过程中难以发现的不符合之处。

（四）工艺方法与文件记录

特种工艺强调过程控制，而工艺过程中的操作方法与技术要求则是其中最主要的部分。特种工艺生产中，每一道工序都必须满足规范的要求，每一个工艺参数也都必须依据规范或标准，因此要求从业人员严格标准化作业、杜绝一切无依据操作。在整个热处理过程中，各道工序如清洗、装挂、升温保温、淬火等，具体操作方法都有严格规程。这些要求都必须在内部程序以及对现场人员操作进行指导的文件（如操作规程、工艺指令等）中明确体现。为了保证方法的符合性，我们在进行特种工艺审核时，要对供应商用于指导现场操作的文件（操作规程/典型工艺规程/工艺指令等）进行审核，保证文件符合我方工艺规范/工程文件要求；而在特种工艺现场评审中，观察工人的操作步骤，注意关键控制点，检查操作过程是否符合现场的指导文件，这样便可有效保证工艺方法的符合性。

在实现过程标准化的同时，特种工艺生产还必须做好执行情况和质量情况的原始记录。记录是保证产品可追溯性的根本。在热处理工艺中，技术文件和资料包括说明书、操作规程、工艺规程、流程卡、生产记录卡、温度仪表记录纸、质量检验记录、合格证以及设备、仪表、工艺材料和人员资格等原始情况等。技术文件和原始记录都必须妥善保存一定期限，从而保证产品全程的可追溯性。只有正确的记录才能反映工艺过程的符合性。工艺评审中，审核员需要对上述各项记录内容进行重点审查，杜绝伪造与篡改，确保记录的完整性、正确性和有效性。

（五）设备及测试计量过程控制

特种工艺往往会采用到很多专用设备，在生产中设备参数变化会对产品特性造成直接影响。在热处理设备控制体系中最重要的是对温度的控制。热处理工艺中零件对于加热温度十分敏感，如铝合金固溶处理加热温度窗口一般在10℃左右，如果温度偏高，易引起组织内晶粒粗大化，甚至导致晶界处共晶熔化产生过烧；反之如果温度偏低，则会导致溶质原子溶解不完全，降低固溶强化作用，影响后续时效处理效果。因此，在整个热处理过程中，设备的控制（包括热处理炉及仪表、淬火槽等）无疑是其中最关键的一环，而设备的控制主要体现在各项计量校验的有效性上。

热处理炉的温度测量系统应能准确地反映出真实温度，具有足够的精度、可靠性和稳定性。温度测量系统通常包括传感器（通常为热电偶）、补偿导线及仪表，均应按相应规范进行配置，并定期检定合格。现场使用的温度测量元件，由于环境气氛和温度的影响，可能老化或变质，从而影响控温精度。因此，在保证传感器有必要定期进行系统精度测试（S.A.T.），确保整个温度测试系统有效性与准确性。此外，为使热处理零件达到预期的使用性能，加热过程中全部零件及零件的所有部位均应处于热处理工艺参数要求的温度范围内。为此，热处理炉必须定期进行炉温均匀性测试（T.U.S.），保证炉膛中工作区各处的温度均匀一致。对于系统精度测试与炉温均匀性测试所需要的测试热电偶与测试仪表，也应当加以严格控制。所有热电偶及仪表应经过检定处于有效状态，并可追溯至国家标准。另外为避免热电偶在长时间高温环境下产生热电势的漂移，航空热处理标准中对于各类热电偶的累积使用次数或复校周期也都有明确规定。在本项目的规范体系中，高温测量被单独作为一项特种工艺列出。在工艺评审中，审核员需要逐级追溯整个工艺中涉及的仪表与传感器（包括工艺设备上采用工作仪表/热电偶，以及用于测试的仪表/热电偶）的证书/校验报告，直至外部的计量标准，从而确保每一级计量的有效性。

系统精度测试与温度均匀性测试的方法和周期均取决于客户要求。一般而言，鉴定周期均与热处理炉等级和仪表类型相关。例如，AMS2750中规定对于采用C类仪表的2级设备（铝合金固溶、时效及钢的回火处理常用），SAT周期为两周，TUS周期为一个月，连续测试合格若干次后可延长周期。[4]进行SAT测试时，测试热电偶的位置应尽可能靠近工艺热电偶，二者热端相隔距离不超过3英寸（76mm）。测试热电偶冷端连接测试仪表，测试仪表温度读数经误差修正（含测试仪表与热电偶的修正值）后分别与对应的工艺仪表指示值比较，两者之差应满足规范的要求。在进行温度均匀性测试的过程中，热电偶的空间排列、分布密度必须满足相关要求；在测试过程中，当整个有效工作区内温度稳定后开始记录读数，间隔不超过2分钟，记录总时间不小于半小时，保证各个位置上的读数均在设备规定的容差范围以内。

在进行热处理特种工艺评审时，SAT、TUS报告是审核的重点，测试的结果、原始数据、测试仪表/传感器的编号与修正值、传感器布置、测试时间与人员等信息均必须在测试报告中体现。评审者需要逐项进行检查核对，确保内容符合相关要求。审核时也应关注热处理设备的维修保养记录，如果维修可能影响到设备加热/保温特性（如修理加热管，更换保温材料、控制传感器/仪表，调整控制系统P.I.D等），则必须重新进行SAT与初次TUS测试。而这一点在评审中经常被生产方所忽略。

三、结语

所有结果都是由其过程所决定的。控制过程因素在一定范围内，可确保获得的结果达到期望水平。在热处理过程控制流程中，明确客户方面的技术要求，从“人、机、料、法、环、测”等方面分别着手；而对于其他类别的特种工艺，也同样是从这几方面展开。考虑到具体工艺的特点，侧重点会有所不同。例如，对于操作者有较高专业水准要求的无损检测、焊接类工艺，就需要对人员培训、资质方面给予更多关注；而对于复合材料制造，则更需要对加工环境、材料控制方面进行重视。只有把握好直接或间接影响产品质量的每一个要素，才能保证工艺处于可控状态，方可获得高质量航空产品。

（作者单位为上海飞机制造有限公司）

参考文献

[1] 刘乐，刘明粉. Nadcap航空特种工艺认证项目分析及建议[J].航空标准化与质量，2013（2）：29-31.

[2] 热处理工艺质量控制[S].中华人民共和国国家军用标准：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.