技术专栏丨紧固件验收检查标准解析(重点美制)

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1. 紧固件验收检查

  紧固件是规模生产、批量交货,有时产品批量最大可达几十万件,验收标准规定的尺寸和机械性能等检验项目多,有些项目是破坏性检查,若进行百分之百的检查需要极高的成本,既不经济,又不现实。在交货时对紧固件的验收检查如何用一种即经济又能真实地反映批产品质量,作为供需双方验收和判定产品是接收还是拒收的依据,只能采用抽样检验来评判。

  抽样检验程序是按一定验收规则,从交货批 N 中抽取一定较少的样本 n,进行技术处理后得出的检验结论,来评判整批 N 产品质量的合格性。

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  由于抽样检验是通过以小的样本 n 来判定批量 N 的产品,就会存在二个个问题。

  1)抽查检验存在二个风险:由抽取的样本少或抽取的样本不是代表批的质量,就会出现即以好充次(一般称为生产者风险 α )或者以次充好(一般称为用户风险 β)。

  2) 对合格的产品批,是否有较高的接收概率?贸易双方都希望,合格批应有很高的接收概率,不合格批要能拒收,这就是抽样方案的把关能力。

  现在问题是,如何采用一个正确的抽样检验方案,来解决以上二个抽样的风险,即能如实反映批的质量状况,又能被验收双方所接收。

  紧固件验收检查是一项极为重要的基础标准,是供需双方对交付验收的紧固件产品批是接收或拒收的依据。为此,许多国家都制定了相应的紧固件验收检查标准,尤其是紧固件进出口贸易较大的美国,德国,日本,英国和澳大利亚及中国等国家都颁布了相应的紧固件验收检查标准或验收规范。国际标准化组织也于 1983 年首次发布了 ISO 3269《紧固件 验收检验》标准,现已修订发布了第三版 ISO 3269:2000(GB/T 90.1—2002,idt 已等同采用)。随着贸易的发展和用户对紧固件质量要求的不断提高,每个国家的紧固件抽样检验标准也在不断的提高和完善。

  现国际上有二大流派的紧固件质量验收检验标准体系。

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2. 米制紧固件抽样检验标准

  2.1 德国及国际

  德国紧固件产品和基础技术条件(DIN)标准的种类是比较齐全、规范,在国际贸易上比较流行,尤其是在欧洲市场的国际贸易中已被广泛地采纳,有一定的影响力和市场占有力,至今 DIN标准几乎是一统国际米制紧固件市场的标准。所以谈出口紧固件的技术标准,必须要讲 DIN 标准。

  德国早在 1979 年就首先提出 DIN 267/T5-1979 《紧固件交货技术条件——接收检验》标准,提出 AQL 质量水平、检验规则、分尺寸和机械性能二项、执行分项和计项验收程序。在 1989 年又等效采用国际 ISO 3269-1985 标准,发布了 DIN 267/T5-1988《紧固件交货技术条件――接收检验》标准,取消旧版本中的既按单项缺陷检验,又按缺陷件检验的双重检验的考核方法。在 2002年由于欧洲市场的一体化,EN 欧共体区域技术标准的统一性要求,德国全面等同采用 ISO 3269:2000《紧固件 接收检验》标准(第三版)。

  ISO 3269:2000《紧固件 接收检验》的标准和原有标准相比从内容和形式上都有了很大的变化,统计抽样原理没有变,但抽样的一些基本规则、AQL 质量水平、检验方案、检验程序、先按项检验,如发现有单项不合格项,还要进行按件检验考核的验收规则。

  目前,世界上包括日本、意大利、澳大利亚和英国等采用米制单位的国家已全面等效或等同采纳 ISO 3269 标准或者直接引用了 ISO 3269 标准。

  我国在 80 年代首次等效采用 ISO 3269《紧固件 接收检验》,推出了 GB/T 90-85《紧固件验收规则、包装与标记》标准,根据概率论的原理,对孤立批,采用一次统计抽样检验的方法,选择生产者风险不大于 5%的抽样方案进行验收检查,经过近二十年的贯标,已被我国紧固件生产企业和广大用户受接收。在 2002 年我国紧固件标准化技术委员会又按 ISO 3269:2000 版《紧固件的接收检验》的最新国际标准,同等采纳并修改、颁布了 GB/T 90.1-2002 标准。由于新标准是等同采纳 ISO 3269 国际标准,在紧固件的出口贸易中也被广泛使用,作为出口紧固件验收的依据。但要强调的是在与国外贸易方交涉中还是要坚持采用原版 ISO 3269 标准。

  2.2. 日本紧固件验收检查标准

  日本FIJ紧固件工业协会于1990年参照美国IFI紧固件协会和国际ISO紧固件抽样检验标准,同时结合日本国内紧固件工业现状提出了行业的紧固件抽样检验方案,验收方案有 OMFS 和 IFI的二种方式。OMFS 是一种随机抽样方案,它比较直观可操作性强,既适合生产工序间镦(镦锻成型、热处理和表面处理等工序)的检验,又适合成品检验。IFI 方式的抽样检验和抽样方案与美国 IFI-5 版紧固件协会抽样检验完全一致。在一般的贸易中,用户在接收产品时也是按此标准执行。

  日本在 2003 年在紧固件验收检查标准又等同采用 ISO 3269 标准,制定了 JIS B1091:2003《紧固件验收检查》,从此改变了日本没有国家紧固件抽样检验标准的历史。

  2.3. 英国紧固件验收检查标准

  英国在 1985 年提出 BS 6587-1985《紧固件抽样检查》标准,在 2001 年又等同采用 ISO 3269标准,制定英国、欧洲共体和国际 BS EN ISO 3269:2001《紧固件 接收检验》的协调标准。

  2.4. 米制紧固件抽样检验标准

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3. 美国紧固件验收标准

  美国紧固件验收检查标准是相对独立,在合格质量水平、抽样方案、验收规则和可接收数等要求完全有别于国际 ISO 3269《紧固件接收检查》标准,主要不同之处是:美国的验收检查标准规定了材料和过程质量控制,按产品的不同特性和过程控制的要求规定了 A、B、C 质量水平,对最终成品可接收质量执行“0”零缺陷。

  同时尺寸、螺纹检验和机械功能性检验二个验收项目由二个验收标准配套结合使用,才能完成对最终产品质量判定。

  3.1. 美国紧固件检验标准的三次变更

  近二十年来,美国紧固件验收检查和过程质量保证的系列标准有过三次较大的修订及变更。

  首次提出

  在八十年代前,在 IFI-五版紧固件汇编中推出了行业协会的紧固件验收规范,是参考美国海军 MIL-STD-105D 计数抽样检验标准而制定,作为紧固件供需双方验收检查的依据。该项规范是按美国紧固件行业质量评定的习惯做法,规定了紧固件各质量特性项目的 AQL 质量水平和最终产品验收规则及判定程序。

  该验收方案与 ISO 3269《紧固件抽样检验》基本一致,但 AQL 质量水平略宽性,当批产品质量水平不高时,用美国海军 MIL-STD-105D 的抽样检验方案进行判定时容易通过。详见本文第 4.1.“IFI-5 版抽样检验标准方案”一节。

  第二次变更

  从 80 年代中期开始,美国紧固件的市场需求量越来越大,同时每年也有相当数量不合格的紧固件进入市场,给一些关键工程、机械、桥梁质量带来潜在隐患,北美地区的广大紧固件销售商和用户开始不愿意接受 AQL 质量水平的概念,作为紧固件交货检验的验收依据,市场对质量要求越来越高。美国政府也出面干涉,于 1990 年 11 月 16 日美国总统签署、颁布 FQA 紧固件质量法案,强调紧固件的生产制造质量要求、质量保证能力、供需双方的质量责任和权限和质量可追溯性,提出“0”零缺陷质量要求。

  因为,IFI-5 版抽样检验标准中的检验方案,规定的可接收质量水平 AQL 略宽,同时 AQL 的质量含义是“在一个接收批产品中允许有一定数量的缺陷或劣质的产品存在”,这一概念已逐步不能为用户所接受。在 60 年代末,从日本开始的“零缺陷”运动已逐步转向北美市场,美国也开始提出“零接受”质量要求。尤其是近几年,ISO 国际标准提出了 ISO 9000 质量保证方案,强调了生产过程质量控制和质量保证能力,过程控制中采用数理统计 SPC 方法来控制的各个要素,排除非正常因素,使产品质量处于控制状态中。

  于是,美国国家标准局 ANSI 和美国机械工程师协会 ASME 针对不同产品的生产过程、产品质量特性和使用条件提出并颁布了不同的抽样检验标准,ANSI/ASME B18.18.1M/.2M 质量保证和检验标准,在 1987 年更改为适用于米制和英制紧固件的检验标准,2001 年由 ASME 机械工程师协会独立修改为 ASME B18.18.1/.2 标准,取消标准公制“M”标记。IFI—第六版只汇编了 2 个,在2003 年的 IFI—第七版中又汇编了 8 个紧固件质量保证检验标准。

  标准规定产品有特性要求的按 ASME B18.18.2-2002《高强度装配紧固件检验和质量保证》执行,没有规定特别的特性要求按 ASNE B18.18.1-2002《一般用途紧固件检验和质量保证》执行。

  对更精确的检验,强调生产过程控制的则按 ASME B18.18.3 ANSI/ASME B18.18.4M 标准执行。机械性能的检查参照 ASTM F1470-2002《紧固件机械性能和实施检验的抽样方案指导规则》执行。

  这套系列标准分一般用途紧固件、批量生产高强度紧固件和特殊用途紧固件,分别制定了不同的验收标准和判定程序规则,按制造者、经销者和消费者质量责任、权限和仲裁处理原则,着重强调质量保证过程能力的控制及最终成品的抽样检验和判定规则。详见本文第 4.2 节 ASMEB18.18.1-2007 《一般用途紧固件检验和质量保证》和第 4.3 节 ASME B18.18.2 《大批量装配固件》 。

  第三次变更

  在 2011 年美国 ASME 又取消了原来七个紧固件质量验收的系列标准,提出了 ASME B18.18:2011《紧固件质量保证》新标准,将原七个标准合并成为一个独立的标准,使抽样验收标准程序和规则更简捷、明了、方便使用。

  质量保证的概念就是选择和采用一种适用检查质量保证体系和确定的检查方案,对生产过程控制及最终产品判定,最终确保能稳定地生产出合格的产品。在检查方案中根据产品的不同质量特性和过程生产特点规定了 A、B、C 质量水平(相当于 AQL 合格质量水平)的验收规则。

  新标准是根据产品用途特性要求,强调原材料质量和生产过程的控制,提出由制造者和用户及第三方认授权代表可选择的“四个检验方案”,规范了产品过程质量控制和最终产品质量检验要求和规则,适用于最终成品的尺寸特性检验,不论抽样的样本 n 是多少,可允许接收数都是“0”零缺陷。详见本文第 4.4. ASME B18.18—2011《紧固件质量保证》和第 4.5. ASTM F1470-2009《紧固件机械性能和验收检查的抽样方案实施指南》。

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  3.2 美国紧固件验收检查标准的关注要点

  3.2.1 二个验收标准关系

  紧固件的验收检查分尺寸、螺纹和表面涂层、机械性能二大项目,美制的紧固件在验收检查时要按二个标准配套结合使用,作出全面定性判定,必须要将二个标准配套结合使用,这又是与ISO 标准的主要区别。

  ASME B18.18 验收标准主要是规定了过程控制、螺纹和尺寸特性的抽样检验方案和判定准则;而 ASTM F1470 验收标准则规定了表面涂层、机械性能和功能特性的抽样检验方案和判定准则。

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  3.2.2 在 IFI-九版中还有部份产品在延用老标准

  在2014年新出版的IFI-9《IFI英制紧固件标准》汇编中已将ASME B18.18《紧固件质量保证》标准收集之中,并将IFI-8版中原七个紧固件质量验收(ASME B18.18.1~ B18.18.7)系列标准全部移除。但要注意的是IFI-9汇编中部份紧固件产品还在继续延用老的验收检查标准。

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  3.2.3 美制紧固件老的验收检查标准比较

  美国 ANSI 和 ASME 针对不同产品和使用条件颁布了不同的抽样检验标准,于 1982 年首先提出ANSI/ASME B18.18.1M/.2M质量保证和检验标准,在2001年由ASME独立修改为ASME B18.18.1/.2标准,取消标准后 “M”标记。IFI—6 版只汇编 2 个, IFI-7 版汇编 8 个标准。标准规定对商品紧固件有特性要求的按 ASME B18.18.2 执行,没有规定特别的特性要求按 ASNE B18.18.1 执行,对高强度紧固件,工程连续装配要求按 ASME B18.18.3 ANSI/ASME B18.18.4M 标准执行。

  这七个系列验收标准在 IFI-9 版中虽已取消,但为理解美制紧固件验收检查标准的转变关系,对已被替代的 4 个标准的适用性、规则和检验要点作一对照、比较说明。

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4. 解析美国紧固件验收标准

  4.1 IFI -5 5 版抽样检验标准方案

  IFI-5中的紧固件抽样检验方案是参考美国海军MIL-STD-105D计数抽样检验标准而制定的。

  4.1.1适用于美制紧固件交货时的验收评判检查。

  4.1.2 质量特性分级

  对产品规定的特性按缺陷等级分为四类:

表 7 质量特性分类

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  4.1.3 AQL 合格质量水平

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  4.1.4 抽验方案

  抽验方案分:尺寸检验和机械性能检验二项,检验样本尺寸草不留项目一般取 80 件,机械性能取 8 件。

  4.2.E ASME B18.18.1-2007 《一般用途紧固件检验和质量保证》

  3.1 适用范围

  a. 一般用于内,外螺纹紧固件生产过程质量控制、检验。

  b. 适用于产品包装后出厂和用户接收检验时,用来判断产品合格性的检验方案。

  c. 一般用途的紧固件–用手装配或首先考虑成本的紧固件。

  d、适用检验批量不大于 250000 件。

  3.2 检查水平

  该标准规定了三个检查水平。

  A:检查水平; B:检查水平; C:检查水平

  a. A 检查水平一般指关键的产品质量特性、或生产过程出现质量问题后纠正又较困难的质量特性项目。该水平的尺寸和机械性能检验样本也最多。

  b. B、 C 水平以此类减。

  3.3 检查水平的质量特性项目分尺寸检验和机械性能试验二类。

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  第六版螺纹是 A 水平,第七版螺纹是 C 水平(主要是抽样方案、样本大小的区别)。

   IFI—第七版与 IFI—第六版中的抽样检验标准中检验项目的水平作了个别调正。

表 10 破坏性试验项目

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  3.4 抽样方案

  根据受检产品质量特性从表六和表七确定检查水平,再从表九规定样本 n 抽取样品,按规定的方法进行检验,找出缺陷项目和缺陷件,与检查水平 A、B 或 C 所对应可接收 Ac 值进行比较,作出合格与否的判定结论。

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  表 11 是 ASME B18.18.12007 年版的要求。

  3.5 产品质量特性评价步骤

  ——从非破坏性和破坏性检查确定检查水平 A、B、C

  ——再从抽样方案中检查水平所对应的样本 n 抽取样品

  ——按标准规定的方法进行检验

  ——找出缺陷件

  ——如果缺陷数是 0

  ——作出合格判定。

  ——如发现有不合格的紧固件,应按以下程序:

  ① 应由生产者和用户共同从同一批中针对有问题的缺陷件进行检验。

  ① 检验的数和判定数按标准规定执行。

  3.6 检查水平确定图

  检查水平确定图的流程是确定质量检查水平 A、B、C 的程序图,在确定检查水平时,按以下程序进行选择,应注意二点:

  a. 质量特性——-根据产品质量的主要、次要特性,按图 3 流程选择检查水平,确定抽样检验方案。如质量特性是主要的应选择 A 水平或 B 水平,质量特性是次要应选择 B水平或 C 水平。

  b. 加工的难易程度——-在生产过程中要根据加工件材料、工具、工艺调整的难易程度,按图 3 流程随时选择和调正检查水平,来确定抽样检验方案。如一个质量特性在生产中不易调整或较困难,该质量特性又是主要的就应选择 A 水平,而不是 B 水平:如果该质量特性是次要的就应选择 B 水平,而不是 C 水平,反之则相反。

  该特性是次要的还是主要的?

  主要特性是指对产品功能有影响的;否则是次要特性受工具或材料的影响,而不能迅速纠正的特性。

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