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无损检测与质量控制
双击自动滚屏 发布者:chianweld 发布时间:1/8/2007 阅读:17803

 

 

无损检测与质量控制

 

 

1.质量与质量控制

1 质量的基本概念

质量常被认为是“产品的优劣程度”。

根据美国质量控制学会所下的粗略定义:

“质量就是产品所具有的性能和功能及所具有显著特点的总和,它与是否能满足一给定需要的能力有关。”这一定义是以产品质量的适用性概念为依据的,而质量的适用性概念可细分为四大类、十二小类:

1) 设计质量——市场研究(用户要求)、设计思想、技术条件;

2) 适应性的质量——生产工艺、人力、管理;

3) 有效利用率——可靠性、可维修性、后勤保证;

4) 现场服务——迅速性、能力、完善性。

质量是事先规定好的,而且是任何产品所不可缺少的,通过适当的设计、审慎地选择原材料和生产工艺以及生产过程中合理控制每一工序,便能达到高的、稳定的质量水平。

2)质量控制

质量控制是在狭义和广义上都已在应用的一个术语。

在狭义上质量控制指对适应性质量的控制,也就是借助检验手段和生产车间的工艺控制来控制质量。

在广义上,包括适应性的质量加上设计质量的控制,以及用户满意程度的估计。常将全面质量控制用于广义的概念,以免与狭义的概念造成混乱。

2.无损检测在全面质量控制中的作用(图1

1 设计阶段

从质量的适用性概念可以看出,质量主要是由设计质量决定的。可靠性和维修性实质上是设计质量的扩展和延伸。靠设计确定产品的性能、可靠性和可维修性的水平,靠设计选择产品的结构形式,靠设计制定检查、试验的方法和验收标准,是设计决定着产品的固有质量。

无损检测在设计阶段的重要作用如上所述,正是基于这种情况,以航空工业为例,20世纪80年代美国就发布了军用标准MILI6870E“飞机、导弹材料和零件无损检测要求”,与MILSTD1530“飞机结构完整性大纲、飞机要求”及MILA8344“飞机损伤容限要求”配合使用。在该标准中明确提出设计单位应考虑无损检测的实际能力,以保证结构设计要求与无损检测的灵敏度、分辨力和可靠性相一致。更要求设计单位成立无损检测技术要求审查部,对零件图样和有关文件上标注的零件类别、允许缺陷(不连续性)类型和尺寸、关键部位、无损检测方法和规范、验收标准、使用修理中需用无损检测的项目、原位无损检测的项目及原位无损检测可达性是否满足要求等进行审查,审查后应在零件图样和有关文件上会签。无损检测在重要的设计阶段的重要作用可见一斑。

2)研制、生产阶段

设计图样、资料下达至研制生产部门,该部门的第一项任务是获得能制造出符合设计师要求的零件所需的原材料,在这里,向材料研制、供应单位提出的技术要求除化学成分、力学性能外显然还必须包括无损检测方面的要求,这涉及对于宏观的缺陷,无损检测人员如何将设计部门对零件上允许存在的实际缺陷大小转化为材料的相应要求而后向材料研制、生产部门提出,考虑到由材料到零件的复杂过程,可以想象这种转化绝不是简单的对设计要求的移植。对于微细缺陷和非均质性,了解不同程度不同性质的非均一性会使性能降低到什么程度,是否尚可满足设计所要求达到的水平是至关重要的,但这类非均一性往往可随机分布,这首先又得研究用何种无损检测手段方可找到评价这些非均一性的问题。设计要求材料的研制与生产材质的无损评价材质的冶金分析材料的力学性能测试材料无损评价方法和验收标准的建立,这已被视为完整而不可分割的系统工程。

在冷热加工工艺方面,这种与无损检测技术紧密配合、相互依从的关系和材料研究的情况完全相似。

没有无损检测的参与,设计人员对产品质量的要求是难以控制的。反之,这些信息的反馈也可对设计质量的提高起着重要作用。

随着与国外交往的日益频繁,在这里应该特点提出关于国外的厂标问题。国外的材料或产品制造厂针对各自的产品都订有相应材料及产品的无损检测方法和质量要求的内部标准(厂标)。这类标准的最大特色一是密切结合生产的具体情况确定检测的内容和方法,并随情况的改变迅速作出调整;二是根据用户要求制定相应的质量要求。例如,在研制钛合金制件的初期,由于冶金水平不高存在有成分不匀导致的组织不均问题,这是不能容许的,在规范中就规定必须通过超声检测时对杂波水平的高低严格加以控制使其不超过某一范围;后来,由于冶金水平的提高,成分不匀问题基本解决,对某些制件乃规定可以不作此类检查,但这绝不表示这种成分的不均匀性是允许存在的了。同一特定产品使用性能要求相同,但原材料及产品制造工艺不同,应采用的无损检测方法和技术以及相应的结果评定内容可以很不相同;因此,在我国当前的工艺水平下,如何正确引用国外有关的一些工厂规范是一个必须严肃对待的问题,盲目机械套用可引起严重后果,这是须加注意的。

3)使用阶段

为保证使用的可靠性,使用部门必须根据设计部门规定的周期和方法及制造部门所提交的具体零部件的检测细则对指定零部件进行可靠的无损检测。了解使用部门的无损检测结果、分析问题的原委(含环境条件对使用可靠性的影响)对改进设计、提高制造水平及检测水平,从而提高使用性能、延长使用寿命都是至关重要的。以部门为例,疲劳损伤乃是使用阶段失效的主要原因,真正的疲劳裂纹是由约1μm左右微观裂纹发展起来的,这尺寸较之目前的无损检测水平要低得多。基于该问题解决的复杂性,国外在20世纪60年代就有人声称有必要将零件最大的寿命预定为无裂纹运转期,在达到平均值之时即予报废。但是,研究表明:疲劳的损伤其范围是由微小的原子错排到大的裂纹,由于裂纹扩展占据了大部分的疲劳寿命,而当一条裂纹成长到临界长度后方有可能出现零件的失效,有人建议报废的标准应通过采用先进的无损检测技术来作重大改进。在美国,“为延长老龄飞机使用年限所需的新的无损检测方法”在1991年即已列入美国国家关键技术委员会向当时的总统布什提交的报告中。

4)无损检测——全领域的技术

高温、高压、高速度、高效率是现代工业的标志,而这是建立在高质量的基础之上的。由以上所述可知,产品的高质量是建立在高质量设计的基础之上的,而工艺的高质量则是使产品质量符合设计要求的必要前提。当今,人们已再也不能把材料看成是连续的均匀介质和其性能可不随时间而改变的了,设计和工艺、使用部门人员理应了解,非均一的组织结构,随机出现的微观、宏观缺陷常常可以有时甚至是只能依靠无损检测技术的运用方可予以发现、评价。现在,在工业发达国家,无损检测技术在产品的设计、研制生产、使用部门已被卓有成效地运用。有人说,现代工业是建立在无损检测基础之上的,此并非言过其实之词;美国前总统里根在给美国无损检测学会成立40周年大会的贺信中就说过:“你们能够给飞机和空间飞行器、发电厂、船舶、汽车和建筑物等带来更大程度的可靠性。没有无损检测我们就不可能享有目前在这些领域和其他领域的领先地位。”诚然,我们还难以找到其他任何一个学科分支其涵盖技术知识之渊博、覆盖基本研究领域之众多、涉及应用领域之广泛能与无损检测相比——无损检测是一全领域的技术。

3. 无损检测作业的质量控制

本节将简单叙述影响无损检测作业自身质量的一些方面

1)法典、标准(标准样品)、规范、规程

以下是无损检测作业的执行文件。

法典:国家立法机关颁布的决定、指示、命令等总称法令;由立法机关制定或认可、由国家政权保证执行的行为规则是法律;法律、法令等法律文件的总称是法规,将同一性质或同一种类的法规加以整理成为某种系统的法律是法典。

标准:各国对标准的定义不尽相同,我国的定义是:“标准是对重复性事物和概念所做的统一规定,它以科学、技术和实践经验的综合成果为基础,经有关方面协商一致,由主管机构批准,以特定的形式发布,作为共同遵守的准则和依据。”可见,标准是一种特殊的文件,在一定的范围和一定的时期被采用,以指导人们的实践,产生良好的社会效益或经济效益。

标准样品:与技术标准中所规定的技术要求相对应的实际参照对比物为参比物,在我国定义为标准样品。1975年,国际标准化组织(ISO)设立了专门管理协调世界各国研制参比物的技术组织即ISO/REMCO(International Standardization Organization/Reference Materials Commission),直属ISO中央秘书处。在美国的国家标准与技术研究院(NIST)内设有无损检测部负责参比物的研究、鉴定、传递等工作。在我国,19967月国家技术监督局批准成立有“全国标准样品技术委员会无损检测委员会”负责这方面的组织实施工作。

规范:是对阐述产品必须遵循的要求所作的一系列统一规定,并规定确定是束符合这些要求所应采用的必要检验程序、规则和方法以确定产品的适用性。从概念上讲,标准是一个大的范畴,而规范是其中的特定形式。

规程:是对工艺、操作、检定等具体技术要求的实施程序所做的统一规定。

2)从业人员的资格鉴定与认证

无损检测的实施,其质量高低与从业人员有着密切的关系。

资格鉴定是指对正确执行无损检测任务所需专业知识、技能、经验和身体适应性所做的验证。认证则是指对某一无损检测人员就某一工业部门在给定的无损检测方法和技术水平方面的资格作出书面证明。应该着重指出,认证并不包括操作的授权,操作授权是根据经论证人员对完成某一特定任务的适宜性由雇主或责任代理机构所颁发的允许作业的书面声明;注意,无损检测人员的资格鉴定与论证的申请常是由雇主或责任代理机构推荐的,是他们对操作授权和对无损检测结果的真实可靠性负全部责任。

国际标准化组织(ISO)发布的标准ISO97121999“无损检测人员的资格鉴定与论证”,将从事无损检测作业的人员分为三个等级。各级人员的职责可列出如下:

领有无损检测级Ⅰ级证书的人员可被允许:在Ⅱ级或Ⅲ级人员监督下,①按书面检测指导书调整设备、完成检测;②记录检测结果;③在事先经Ⅲ级人员书面批准的情况下,按经批准的标准分类并报告结果。Ⅰ级人员不应负责选择所用的检测方法或技术,也无权评定检测结果。

领有无损检测Ⅱ级证书的人员应能详细说明其具有资格的检测方法的应用局限性;将所用法典、标准、规范和检测规程转化为适合实际工作条件的切实可行的检测指导书。Ⅱ级人员有责任:①准备书面的检测指导书;②调整和校准设备;③完成和监督完成检测;④根据可用的法典、标准和规范解释和评定结果;⑤训练或指导低于Ⅱ级的人员(Ⅰ级人员及还没有获得认证的学员);⑥编制和报告无损检测结果(含评定结果)。

领有无损检测Ⅲ级证书的人员应有能力去完成和指导其所具有资格的全部作业,这包括:①对检测装置和作业人员承担全部责任;②制定和批准检测技术和工艺规程;③解释法典、标准、规范和规程;④设计特殊的检测方法、技术和规程、细则用于特殊业务;⑤按现行法典、标准、规范评定和解释检测结果;⑥完成和监督完成所有Ⅰ级和Ⅱ级人员的全部任务。此外,Ⅲ级人员应该(a)对受检件所用的材料、制造工艺及使用情况有足够的知识以选择检测的方法和技术,当无验收标准时,协助建立;(b)一般性熟悉其他无损检测的方法;(c)经认证机构授权有能力办理和监督资格鉴定考试,但是对于同一受雇单位或对于接受过其培训的报考人也不应作为审查人;(d)培训或指导低于Ⅲ级的人员。

3)仪器设备性能的测试与校准

1) 性能测试

由于检测对象不同,对仪器、设备性能的要求并不相同,因此有必要对市售仪器设备的性能进行了解而后选购。

对于所使用仪器设备的性能应进行测试,以使所得出的检测结果具有可靠性、可比性、可再现性。在这方面已有很多标准、实施方法可以利用,这可在本手册的附录中查找。例如,对于超声检测仪,美国材料试验协会应发布有ASTME1324《超声检测仪电子学性能测试指南》、ASTME1065《超声探头特性评定指南》及ASTME317《不用电子测量仪器评价超声脉冲反射仪性能的实施方法》,三份资料形成完整体系,是很有用的。

2) 校准

校准是指将一个标准或一台仪器与另一个标准或一台仪器比较,然后根据判断,得到或消除被比较项目的准确度的变化或偏离。在校准时使用的参比物有两种类型:

① (一般)参比物(reference material),我国称为标准样品:可由厂商按要求的材料、尺寸等制作,再由相应部门进行测试给出测试结果,供该部门仪器校准之用。如超声(纵波)检测所用铝合金试块,涡流检测用的带人工缺陷试片等。

② 标准参比物(standard reference materials):参比物涉及量值传递溯源经过论证的是为标准参比物,我车称有证标准样品。校准射线检测用的底片光学密度计常用的光学密度片即为标准参比物的一例,其量值的沲源如图2所示,用光学密度计检定光学密度片,用光学密度片校准下一级光学密度计。

4)消耗性材料的质量控制

对于消耗性材料,特别是以对受检件作高要求检测时,其性能的优劣是至关重要的,已有很多标准对之作出规定。例如,在美国的航空航天材料规范(AMS)中,关于磁粉检测用的磁粉,就发布有七份规范(AMS30403046)。在美国军用标准中,关于液体渗透法检测就有一份详细叙述需用材料性能要求的规范(MILI25135)。

5)作业的管理与监督

记录的完整性和可靠性是很重要的。因为无损检测的质量与作业人员有很大关系,特殊的作业后活动有时是必须进行的,如试件的再检或用不同方法进行检测,规程和系统的再评审,波动性的再证实等。

 
 
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