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质量控制技术发展的前沿突出表现

话题调查中国仪表网2009年11月20日 08:52人气:966

质量控制技术发展的前沿突出表现在以下四个方面:

(1)质量在线控制技术

热处理质量的在线控制技术中温度、时间和炉气成分是最基本的控制参数。在温度控制方面,国内外已广泛采用可控硅控温技术,结合PID仪表可使热过程温度控制在相当精确范围。对于大型零件和大装炉量的热处理和锻造加热过程,在整炉工件的真空加热中目前已采用专用仪表、可编程控制器、微处理机等实现按工艺要求规定温度变化规律(加热速度、保温台阶、保温时间、随炉冷速、气冷冷速等)施行加热和冷却,并可在工艺过程的自始至终实现时温度的跟踪。在炉气控制方面,从传感器角度在国内外都经历了一个露点法——红外仪——氧探头的发展过程。目前在吸热式气氛、氮基合成气氛和滴注式气氛中渗碳,利用氧探头作传感器,在严格控制炉温和炉气良好笔循环的前提下可以使炉气碳势(钢表面含碳量)达到±0.05~0.02%的精度。利用微处理机对温度、炉气碳势、强渗与扩散时间的精确控制,现在国内外都可以实现表面碳含量、渗层深度、渗层碳浓度梯度按一定规律分布的质量的在线控制。

对于热处理质量的在线控制技术,目前迫切需要考虑的是直生式可近期气氛渗碳时的碳势精确控制、甲醇—氢—丙酮(煤油)合成气氛渗碳时的工件表面碳浓度分布的自适应控制,锻热淬火生产线温度的在线控制,锻模和冲压模磨损量在线监测等。

(2)无损检测与评价技术

对零件质量和内部缺陷进行100%的无损检测是先进制造技术质量控制的发展趋向之一,电、磁、声、光等物理学的进步给无损检测技术以极大的推动,同时由于航空、宇航、核电等工业的高速发展,促使了无损检测技术的飞跃。在无损探伤技术中除了常用的射线、超声波、磁力、电磁感应(涡流)、渗透(荧光、着色)等方法外,近代不断涌现的无损探伤技术有电子透射照相法、高能X射线法、射线层析照相法、光学全息法、超声全息法、红外测试法、微波测试法等。材料和零件性能的无损检测方法中包括有剩磁法、矫顽力法、涡流法、磁噪声法(巴克森效应法)、高次谐波法、超声散射回波法以及声发射法等。

国外十分注重在线无损检测的应用,以检查管材、型材表面和表面层下缺陷的涡流探伤法为例,德国FORSTER研究所已开发出Φ2~30mm管板材涡流自动检测系统,最高检测速度达到4m/s,最大灵敏度30μm。该研究所还开发出旋转式和穿过式探头系列产品,系列化、产业化的技术已相当成熟。国内近20年来引进了包括传统涡流检测系统、远场涡流、渗层涡流、多频涡流、预多频涡流在内的多项技术和设备仪器,不少单位也自行开发了此类技术,但成熟性不高,引进设备使用好的也不多,大多不能在生产线上正常运行。

在无损检测的前沿课题中,生产迫切需要解决的有铁磁性管、棒、丝状材料多维涡流检测方法和设备,感应加热表面淬硬层、渗碳淬硬层深度的无损检测方法和设备,批量生产零件热处理后硬度的在线无损检测方法和设备,厚壁容器焊接过程实时检测缺陷图像处理与显示,大批量生产球墨儿铁零件球比率及基体组织的在线无损检测系统,高分辨力X射线在线无损检测系统等。

(3)统计过程控制(SPC)技术

统计过程控制(SPC)技术是集生产技术与科学管理于一体的现代质量管理技术,在此方向属于前沿技术的有:渗碳淬火SPC质量控制、精密成形(压铸、精锻等)SPC质量控制和热处理畸变的SPC质量控制等。

人类的生产过程对于产品质量的控制经历了以下七个步骤:①调查了解产品最终质量情况;②分析个别明显影响质量的因素;③靠人工调节控制这些因素的变化;④自动控制这些影响因素;⑤用统计方法获得生产效果连续变化的规律;⑥全面调查了解影响质量的其它次要因素;⑦考虑所有因素,建立完整的理论模型用以控制整个生产过程,得到100%的优质合格产品。目前国际上不少工业先进国家的企业已开始试行第七个步骤的SPC生产,据报道SPC技术已在热处理生产中突出地产生了效果。美国FORD公司、DONA公司、英国BLANDBURGH NENO热处理厂都在研究SPC技术用于热处理的质量控制。美国PENNSYLVANIA METALLURGICAL公司在1018钢件碳氮共渗过程中最初有25%工件超过要求深度上限(0.46MM),有0.83%的工件达不到渗层下限(0.20MM),通过统计过程分析,改进了工艺,采取了缩短共渗时间、降低炉气碳势、改进料筐、改善炉气循环等措施,最后使超过上限的工件减少到2.9%,低于下限的工件为0.01%。

我国成形与改性生产的质量控制过程当前只限于第1~3步骤,个别企业实现了个别影响因素的自动控制,尚谈不到SPC技术的系统研究开发和应用。

(4)精密传感技术

在机械制造热加工成形和改性技术中使用最普遍的是温度传感器,在温度传感器中当前最突出的是在高温、特种气氛、特别液体中工作的测温元件,如在高温还原性和渗碳性气氛、高温高真空、高温液态金属、熔盐中长期工作的热电偶。其次是高精确度长寿命、可测量炉气微量氧和碳势的氧化锆氧浓差电池(氧探头),感知材料电磁特性微小变化,从而测出材料性能(硬度、强度、组织缺陷)变化的电磁感应器和显视仪表。还有发射超高频声波、具有高灵敏接收背散射声波能力的探头,感知淬火介质冷却烈度、气液流量、压强、校正施压等精密传感元件。

国际上90年代以硅为基材,采用微机械加工技术制造的各种传感器发展最快,应用微处理器技术的光学和固态传感器也已被广泛应用,传感器和执行器一体化是今后的重点发展方向,尺寸更微型化、价格更便宜和性能更可靠是传感器发展的主要趋势。

80年代以来,我国的敏感元器件及传感器的开发和生产已形成产业,1990年的产值已达7.7亿元,高温热电偶、氧探头、热敏、光敏、气敏、湿敏、气压元件等国内都已掌握制造,有产品供应。但这些国产传感器的灵敏度一般比较低,尤其是可靠性差,使用寿命低,某些传感器规格不全,不能满足生产需要,和先进工业国家比较尚有10~20年的差距。
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