特種工藝標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)及驗(yàn)證方法研究

Research onKey Technical Parametersand Verification Methodsof Special ProcessStandards

GAO Jun-guo YELei YUAN Wen-ming （AECCBeijingInstituteofAeronauticalMaterials）

Abstract：The determinationand verification of keytechnical parameters in the special processtandards are the key links toensure thereliabilityand stabilityoftheprocess.Inthis paper，thedeterminationprinciplesand verification methodsof key technical parameters in the special processstandards were analyzed and studied.Three types of key technical parameterverificationmethods，including testverification，useverificationandanalysis verification，were proposed，and theverification examplesofkey technical parameters were given.This paperaims toprovide technical reference and theoretical support for the verification ofkey technical parameters inspecial proces standards.

Keywords：special processstandards，key technical parameters，verificationmethods

0 引言

特種工藝是指器材、零組件或裝配件通過一系列嚴(yán)格控制的工序進(jìn)行處理或加工的方法，用這種方法制造或加工的產(chǎn)品，其材料發(fā)生物理變化、化學(xué)變化或金相轉(zhuǎn)變，不經(jīng)破壞，無法使用常規(guī)的檢驗(yàn)方法或儀器設(shè)備最終判明其質(zhì)量[1-2]。特種工藝所涉及的技術(shù)范圍廣泛，包括鑄造、鍛造、焊接、熱處理、表面處理、特種加工、增材制造等多種工藝[3]在軍工領(lǐng)域，特種工藝的應(yīng)用尤為廣泛和重要，這是因?yàn)檐姽ぎa(chǎn)品往往要求具備更高的性能、更好的可靠性和更長的使用壽命。例如，在航空航天、軍事裝備制造、核工業(yè)等領(lǐng)域，對材料的機(jī)械強(qiáng)度、抗疲勞、耐腐蝕性、抗輻射性、疲勞壽命等性能有著極高的要求，這就需要依賴特種工藝來滿足產(chǎn)品在極端環(huán)境下仍能保持優(yōu)異的技術(shù)性能。

特種工藝標(biāo)準(zhǔn)是指為確保特種工藝在科研、生產(chǎn)、使用過程中的安全可靠，針對特種工藝的操作流程、工藝參數(shù)、質(zhì)量控制等方面制定的一系列規(guī)范和技術(shù)要求。這些標(biāo)準(zhǔn)為特種工藝的研發(fā)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)提供了科學(xué)的指導(dǎo)和規(guī)范，是保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全的技術(shù)保障4

在特種工藝標(biāo)準(zhǔn)中，關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的驗(yàn)證工作是確保產(chǎn)品質(zhì)量和工藝穩(wěn)定性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。一方面，關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的驗(yàn)證可以確保產(chǎn)品在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都能達(dá)到預(yù)期的技術(shù)要求，從而保障了產(chǎn)品的可靠性和安全性；另一方面，通過對關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的嚴(yán)格驗(yàn)證，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決生產(chǎn)過程中的問題，避免由于工藝參數(shù)不合理引起的產(chǎn)品缺陷，從而降低了產(chǎn)品返工率和不良品率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。在軍工領(lǐng)域，高標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量要求使得特種工藝及其關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的驗(yàn)證尤為重要。任何一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的偏差都可能導(dǎo)致重大的技術(shù)問題甚至是安全事故。因此，對關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的嚴(yán)格控制和驗(yàn)證，是確保軍工產(chǎn)品能夠發(fā)揮其設(shè)計(jì)性能的關(guān)鍵。

總之，特種工藝標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的驗(yàn)證是確保軍工產(chǎn)品質(zhì)量、安全和可靠性的重要環(huán)節(jié)，也是提高軍工產(chǎn)品競爭力的技術(shù)保障。通過對特種工藝標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)驗(yàn)證問題的深入研究和探討，對于推動(dòng)軍工領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級具有重要意義。

1特種工藝標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)確定原則

使用需求的同時(shí)，還應(yīng)著重結(jié)合工藝的實(shí)際技術(shù)能力，關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的選取與控制往往決定了特種工藝的技術(shù)水平，其所能達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)往往與產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的設(shè)定息息相關(guān)，關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的準(zhǔn)確選取和精確控制可為產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的設(shè)定提供更大的閾度空間，從而更好地滿足產(chǎn)品的性能需求。

此外，特種工藝的實(shí)施在保證產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，還應(yīng)充分考慮產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的穩(wěn)定性和一致性，避免出現(xiàn)指標(biāo)值波動(dòng)過大或過度分散等問題，以確保產(chǎn)品的使用可靠性，而產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的穩(wěn)定一致往往與關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的選取和控制能力直接相關(guān)，關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的準(zhǔn)確選取和精確控制可為產(chǎn)品高穩(wěn)定性和一致性質(zhì)量性能的實(shí)現(xiàn)提供支撐，從而更好地滿足產(chǎn)品的可靠性需求。

對于特種工藝標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的確定建議遵循以下原則：

（1）核心性原則

在特種工藝實(shí)施過程中，往往存在工藝實(shí)施前準(zhǔn)備工序、核心工序和后處理工序等，核心工序?qū)Ξa(chǎn)品的質(zhì)量性能具有極為重要的影響，因此對于關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的確定應(yīng)主要針對特種工藝實(shí)施過程中的核心工序進(jìn)行確定，如渦輪葉片鑄造特種工藝的熔煉澆注工序、等離子噴涂熱障涂層特種工藝的等離子噴涂工序等。

（2）重要性原則

在對特種工藝過程核心工序進(jìn)行確認(rèn)的基礎(chǔ)上，對核心工序中涉及的工藝參數(shù)或技術(shù)參數(shù)，按照對工藝過程以及產(chǎn)品質(zhì)量影響的重要程度，選擇最為重要和關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)作為特種工藝標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。

在特種工藝標(biāo)準(zhǔn)中，確定關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)是確保產(chǎn)品穩(wěn)定性和可靠性的重要環(huán)節(jié)。特種工藝關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的選取控制與產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的設(shè)定與實(shí)現(xiàn)之間往往存在如下規(guī)律：

首先，產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的設(shè)定在考慮滿足產(chǎn)品

（3）科學(xué)性原則

確定關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)還需要考慮生產(chǎn)設(shè)備和操作的實(shí)際情況。不同的生產(chǎn)設(shè)備具有不同的控制精度和操作范圍，因此關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的選擇和界定必須考慮到設(shè)備的實(shí)際情況。在進(jìn)行參數(shù)確定時(shí)，應(yīng)充分了解設(shè)備特性，確保關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的科學(xué)合理

（4）可行性原則

要確保關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的可測量性和可重復(fù)性。參數(shù)必須是可測量的，即能夠通過現(xiàn)有的技術(shù)和設(shè)備準(zhǔn)確地獲取其數(shù)值，并且在不同的生產(chǎn)批次中都能保持一致性和重復(fù)性。只有這樣，關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)才能作為穩(wěn)定性評價(jià)和產(chǎn)品質(zhì)量控制的有效指標(biāo)。

基于上述原則，可進(jìn)行特種工藝標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的選取和確定，并結(jié)合對關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的進(jìn)一步精確控制，可為產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的設(shè)定和實(shí)現(xiàn)提供有力的支撐，從而更好地滿足產(chǎn)品的性能需求和可靠性需求。典型特種工藝的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)如表1所示。

總之，確定特種工藝標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)是一個(gè)系統(tǒng)、科學(xué)的過程，需要綜合考慮產(chǎn)品特性、設(shè)備能力、參數(shù)可測性、優(yōu)先級評估等多個(gè)方面，以確保最終確定的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)在保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的同時(shí)，也能夠適應(yīng)當(dāng)前的生產(chǎn)條件和市場需求。

2特種工藝標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)驗(yàn)證方法分析

特種工藝標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的驗(yàn)證是確保產(chǎn)品符合既定質(zhì)量要求的重要環(huán)節(jié)，對于特種工藝標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的驗(yàn)證，應(yīng)從特種工藝的技術(shù)成熟性以及其在產(chǎn)品上的應(yīng)用情況入手，經(jīng)科學(xué)的識別與分析，形成相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)驗(yàn)證方法，以確保驗(yàn)證參數(shù)的有效性和可靠性。

特種工藝的應(yīng)用狀態(tài)大體可分為基礎(chǔ)試驗(yàn)類、考核試驗(yàn)類和產(chǎn)品應(yīng)用類3個(gè)類別，根據(jù)不同的應(yīng)用狀態(tài)，可將特種工藝標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的驗(yàn)證方式進(jìn)行分析和界定，具體如表2所示。

因此，結(jié)合特種工藝的應(yīng)用狀態(tài)及成熟性，可將特種工藝標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的驗(yàn)證方式分為試驗(yàn)驗(yàn)證、使用驗(yàn)證和分析驗(yàn)證，三種驗(yàn)證方式的具體驗(yàn)證方法如下：

（1）試驗(yàn)驗(yàn)證

首先對特種工藝標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行識別和提取；然后針對提取的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)開展實(shí)驗(yàn)室級驗(yàn)證試驗(yàn)研究，包括關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)、參數(shù)優(yōu)選、范圍確定等內(nèi)容；最后對驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，作為特種工藝標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的確定依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的“試驗(yàn)驗(yàn)證”。試驗(yàn)驗(yàn)證旨在解決特種工藝標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的可行性問題，通過試驗(yàn)驗(yàn)證可確保關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)科學(xué)合理，特種工藝過程可實(shí)施、可實(shí)現(xiàn)。

（2）使用驗(yàn)證

首先對特種工藝標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行識別和提取；然后針對提取的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)開展典型件/模擬件級制備研究，包括典型件/模擬件選取、制備工藝過程及參數(shù)、檢驗(yàn)結(jié)果等內(nèi)容；最后對采用典型件/模擬件進(jìn)行產(chǎn)品級使用驗(yàn)證考核的相關(guān)結(jié)果進(jìn)行分析，作為特種工藝標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的確定依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的“使用驗(yàn)證”。使用驗(yàn)證旨在解決特種工藝標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的可用性問題，通過使用驗(yàn)證可確保關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)可工程化應(yīng)用，特種工藝過程可支撐小批量研制生產(chǎn)。

（3）分析驗(yàn)證

首先對特種工藝標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行識別和提取；然后針對提取的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)在相關(guān)技術(shù)文件中落實(shí)情況進(jìn)行分析，包括技術(shù)文件的名稱、編號、產(chǎn)品類別、工藝參數(shù)規(guī)定等內(nèi)容；最后對采用技術(shù)文件進(jìn)行產(chǎn)品批量交付情況分析，包括交付產(chǎn)品批次數(shù)量、出廠合格證明、出廠性能檢測結(jié)果等作為特種工藝標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的確定依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的“分析驗(yàn)證”。分析驗(yàn)證旨在解決特種工藝標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的可靠性問題，通過分析驗(yàn)證可確保關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量性能的穩(wěn)定性、一致性和可靠性，特種工藝過程可批產(chǎn)化成熟應(yīng)用。

參考上述方法，可以系統(tǒng)地完成特種工藝標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的驗(yàn)證工作，確保特種工藝過程符合預(yù)期的要求。需要注意的是，關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)驗(yàn)證工作是一個(gè)復(fù)雜的過程，可能會涉及多種驗(yàn)證方法的交疊與耦合。

3特種工藝標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)驗(yàn)證實(shí)例

（1）試驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)例分析

以高溫合金燃油噴嘴激光選區(qū)熔化工藝標(biāo)準(zhǔn)為例，根據(jù)該特種工藝的成熟性及應(yīng)用情況，確定關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的驗(yàn)證方式為“試驗(yàn)驗(yàn)證”。經(jīng)梳理，其核心工序?yàn)椤凹す膺x區(qū)熔化”工序，涉及的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)主要包括鋪層厚度、激光功率、掃描速度、掃描間距等。

因此，針對內(nèi)填充、外輪廓和支撐3個(gè)成形部位開展了關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)，對鋪層厚度、激光功率、掃描速度、掃描間距4個(gè)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、試驗(yàn)過程監(jiān)控和試驗(yàn)結(jié)果分析，性能試驗(yàn)主要包括不同參數(shù)下成形工藝試塊的形貌、金相組織（缺陷形貌、數(shù)量等）、排水法致密度、CT掃描結(jié)果（致密度、最大缺陷尺寸等）、室溫力學(xué)性能（室溫拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率、斷面收縮率等）、表面粗糙度等，結(jié)合試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果確定最佳的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)范圍。同時(shí)，根據(jù)確定的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)開展試件成形制備試驗(yàn)，對試件的室溫力學(xué)性能、高溫持久性能和表面缺陷（無損檢測）情況進(jìn)行驗(yàn)證，試件X射線檢測和微納CT檢測結(jié)果如圖1所示，均未發(fā)現(xiàn)缺陷。

經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證及結(jié)果分析，研究確定的特種工藝標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)能夠滿足工藝要求，所獲得的性能結(jié)果滿足指標(biāo)要求，能夠?qū)崿F(xiàn)高溫合金燃油噴嘴零件的制備。

（2）使用驗(yàn)證實(shí)例分析

以鈦合金整體葉盤激光直接沉積工藝標(biāo)準(zhǔn)為例，根據(jù)該特種工藝的成熟性及應(yīng)用情況，確定關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的驗(yàn)證方式為“使用驗(yàn)證”。經(jīng)梳理，其核心工序?yàn)椤凹す庵苯映练e”工序，涉及的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)主要包括激光功率、掃描速度、光斑直徑、送粉速率等。

因此，針對關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)開展了使用驗(yàn)證研究，研究制備了TC17鈦合金整體葉盤典型件（見圖2），對典型件的室溫力學(xué)性能、高溫力學(xué)性能等進(jìn)行了檢測分析，結(jié)果均滿足指標(biāo)要求，從而初步確定了關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)范圍。此外，對鈦合金整體葉盤典型件開展了模擬使用環(huán)境超轉(zhuǎn)破裂試驗(yàn)，對試驗(yàn)后的尺寸變化和裂紋缺陷情況進(jìn)行了檢測，均滿足指標(biāo)要求。

根據(jù)該特種工藝的成熟性及應(yīng)用情況，確定關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的驗(yàn)證方式為“分析驗(yàn)證”。經(jīng)梳理，其核心工序?yàn)椤叭蹮挐沧ⅰ惫ば颍婕暗年P(guān)鍵技術(shù)參數(shù)主要包括熔化和精煉真空壓強(qiáng)、精煉時(shí)間、精煉溫度、澆注溫度、抽拉速率等。

因此，針對關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)開展了分析驗(yàn)證研究，對該工藝在發(fā)動(dòng)機(jī)型號產(chǎn)品上的應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行了收集和梳理，明確了工藝涉及的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)已經(jīng)落實(shí)于編號為ZZGG-01-515-2020、ZZGG-01-684-2020等生產(chǎn)工藝規(guī)程文件中，并按照上述技術(shù)文件交付了多型號、多批次的單晶高溫合金渦輪葉片產(chǎn)品，對多批次交付產(chǎn)品的出廠合格證明文件進(jìn)行了收集，并對其出廠性能檢測結(jié)果進(jìn)行了梳理和分析，化學(xué)成分、高溫拉伸性能、高溫持久性能、表面質(zhì)量、表面單晶完整性、內(nèi)部單晶完整性、顯微組織、一次枝晶間距、顯微疏松、X射線檢測、尺寸與外形等各項(xiàng)檢驗(yàn)結(jié)果均滿足指標(biāo)要求。

因此經(jīng)分析驗(yàn)證，研究確定的特種工藝標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)能夠滿足工藝要求，采用該技術(shù)參數(shù)制備的單晶高溫合金渦輪葉片產(chǎn)品已批量交付，滿足裝機(jī)使用要求。

經(jīng)使用驗(yàn)證及結(jié)果分析，研究確定的特種工藝標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)能夠滿足工藝要求，所制備的鈦合金整體葉盤通過使用驗(yàn)證考核，滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）分析驗(yàn)證實(shí)例分析以單晶高溫合金渦輪葉片鑄造工藝標(biāo)準(zhǔn)為例，

4結(jié)語

特種工藝標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的確定和驗(yàn)證是確保工藝過程可靠性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對于保證產(chǎn)品質(zhì)量性能的一致性、可靠性和安全性具有至關(guān)重要的意義。本文對特種工藝標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的確定原則及驗(yàn)證方法開展了分析研究，提出了試驗(yàn)驗(yàn)證、使用驗(yàn)證和分析驗(yàn)證等3類關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)驗(yàn)證方法，并根據(jù)具體內(nèi)涵給出了關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)驗(yàn)證實(shí)例，以更好地理解其驗(yàn)證過程及方法，從而為特種工藝標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)驗(yàn)證提供技術(shù)參考和理論支撐。

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作者簡介

高俊國，博士后，高級工程師，研究方向?yàn)楹娇詹牧霞夹g(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化。

（責(zé)任編輯：張佩玉）