铝合金型材-流体管保障产品质量

       铝合金型材的壁厚是重要的质量指标，建材标准与门窗标准分别对壁厚进行了规定，特别是门窗标准《铝合金门窗》GB/T8478规定了受力杆件的壁厚要求。本文主要从标准的规定、受力杆件的受力部位、壁厚的测量等方面进行了说明，介绍了铝型材壁厚相关内容。铝合金门窗因其强度高、表面处理颜色多样化、门窗性能优越等特点越来越受到大家的欢迎，铝合金门窗型材产品也成为大多铝材厂的主要产品。门窗铝型材生产时执行国标，并符合订单合同的相关要求，而型材壁厚是重要的质量指标， 相关标准也对型材的壁厚作出了规定。本文主要对门窗型材的壁厚谈谈个人的理解。一、标准对壁厚的规定：国标《铝合金建筑型材第1部分：基材》GB/T5237.1-2017是铝型材厂执行的标准。标准规定ABC三类壁厚的公差标准，通过标准可知，型材壁厚执行正负公差，并有精度等级之分。如门窗型材壁厚为1.4mm，外接圆小于100mm，按高精级，则A类壁厚公差是±0.13mm。国标《铝合金门窗》GB/T8478-2008是门窗加工的标准，其中对于铝型材的壁厚有明确规定，门不小于2.0mm、窗不小于1.4mm。上海地方标准《民用建筑处窗应用技术规程》DG/TJ08-2242-2017中规定铝型材壁厚不小于1.8mm。福建地方标准《福建省民用建筑外窗工程技术规范》DBJ 13-255-2016中规定铝型材壁厚不小于1.6mm。二、受力部位壁厚示意：在标准中虽然定义了门窗主要受力部位，但在实际应用过程中不是特别顺畅，有时也存在争议。对于受力部位，我个人的理解是型材的主要腔体一周、主要翅部、及安装五金的槽口等部位。其他部位比如胶条槽口、角片槽口等就不是主要受力部位。三、壁厚测量方法：铝型材壁厚使用千分尺测量，测量精度为0.01mm。不建议使用游标卡尺测量壁厚，因为使用游标卡尺测量时的力度不好掌握，测量结果会因人而异。而千分尺有棘轮设置，能够保证测量施加力度符合要求，多次测量结果一致。壁厚测量要注意精度问题。标准要求是≥1.4mm，精度为小数点后一位，那么测量壁厚的数值精度同样保留一位小数是否合适呢？例如，测量壁厚数值为1.35mm，保留小数点1位，按数字修约规则“四舍五入”及“四舍六入五留双”修约后记录为1.4mm，从数据上看是符合≥1.4mm的要求的。那测量结果为1.35mm壁厚的型材符合标准要求吗？个人理解为，标准规定壁厚≥1.4mm，目的是提高型材的质量，实际产品壁厚要厚些，且要达到1.4mm。所以测量结果为1.35mm壁厚的型材不符合标准要求。测量壁厚时，还要注意壁厚为测量面的任意点壁厚，如果测量面上有一处的壁厚不符合要求则产品不符合要求。壁厚指标不是测量的平均值，而是任意点壁厚。见图8，图中标记红色部位壁厚为1.35mm，即使平均壁厚达到1.4mm也不符合壁厚≥1.4mm的标准。总之，门窗标准对铝合金型材壁厚的规定提高了门窗整体性能，铝型材生产厂家与门窗加工单位对此应加深理解，生产出符合国标的门窗。铝型材受力杆件壁厚的问题一直是门窗相关企业关心的问题，大家对于哪个部位是受力部位理解也不尽相同，我们要严谨对待标准的要求，从而提高产品质量，为铝合金门窗行业作出贡献。

          高铁车厢是用铝材焊接的，有的高铁线经过零下三四十摄氏度的高寒地带；南极科考船上的一些仪器、装备与起居用品是以铝材制造的，需要经受零下六七十摄氏度的考验；由中国经北极到欧洲的商船上有些装备也是用铝材制造的，其中的一部分露在外面，环境温度也在零下五六十摄氏度；它们能在这样的寒冷环境中正常运转吗？没问题，铝合金及铝材是*不怕寒冷酷热的。说说铝合金的低温性能--铝及铝合金是*好的低温材料，没有低温脆性，不像普通钢材、镍合金等那样有明显的低温脆性，它们的强度性能虽然随着温度的降低而升高，但是塑性与韧性却随着温度的下降而降低，即有明显的低温脆性。可是铝及铝合金则大不一样，没有一丝丝低温脆性，它们的一切力学性能均随着温度的降低而明显上升，与材料的成分无关，不管是铸造铝合金还是变形铝合金，也不管是粉末冶金合金，还是复合材料；与材料状态也没有关系，不管是加工状态的，还是热处理状态的；也与锭坯制备工艺无关，不管是用铸锭轧制的，还是用熔体连续铸轧的或连续连轧的；与铝的提取工艺更无关系，电解的、碳热还原的、化学提取，通通都没有低温脆性；与纯度也无关，不管是99.50%~99.79%的工艺纯铝，还是99.80%~99.949%的高纯铝、99.950%~99.9959%的超纯铝（Super Purity）、99.9960%~99.9990%的极纯铝（extreme purity）、>99.9990%的超高纯铝等都没有低温脆性。有趣的是，另两个轻金属——镁、钛跟铝一样也没有低温脆性。高铁车厢铝材有Al-Mg系的5005合金板材、5052合金板材、5083合金板材及型材，Al-Mg-Si系的6061合金板材及型材、6N01合金型材、6063合金型材，Al-Zn-Mg系7N01合金板材及型材、7003合金型材。标准状态有O、H14、H18、H112、T4、T5、T6。由表中的数据可明显地看出，不管哪种铝合金，它的力学性能均随着温度的降低而上升，所以铝材是一类绝妙的低温结构材料，火箭的低温燃料（液氢、液氧）储罐、液化天然气（LNG）运输船上与岸基储罐、低温化工产品容器、冷库、冷藏车等都可以用铝材制造。在地球上跑的高速列车的车厢与车头的结构件凡是可用铝合金制造的零部件都可以用现行的相应铝合金制造，不需要另辟蹊径研究一种在高寒地区运营的厢体结构铝合金及其生产工艺，当然如果能研发一种各项性能比6061合金大10%左右的6XXX合金，或比7N01合金约大8%的7XXX合金，那当然是功劳很大的。实际上，在我国黑龙江省，以及以后在内蒙古自治区、新疆维吾尔族自治区、西藏自治区、青海省跑的高铁对铝合金结构来说算不了“高寒”，不需要对合金成分作特殊处理，也不需要对材料生产工艺参数作专门调整。只要为高张高铁或以后为在其他寒冷地区运营的高铁车辆厢体生产的铝材性能符合中国GB、欧洲EN、日本JIS、美国ASTM等标准要求，就是合格的产品，不需要采取特殊措施，以免加大成本。车厢铝合金的发展趋势：在现在轨道车辆厢体制造和维护中用的板材合金有5052、5083、5454、6061等合金，用的挤压型材有5083、6061、7N01等，此外一些新的合金诸如5059、5383、6082等也有所应用。它们都有良好的可焊性，焊丝为5356或5556合金，当然*好是采用摩擦搅拌焊（FSW），不但焊接质量高，而且不用焊丝。后来日本研发的7N01合金（Mn0.20~0.7、Mg1.0~2.0、Zn4.0~5.0，单位%），在轨道车辆制造中获得广泛应用；德国在制造高铁Trans Rapid车厢时采用5005合金板制作壁板，用6061、6063、6005合金挤压所用的型材。总之，直到目前无论是中国还是其他 制造高铁车辆基本上仍沿用这些合金。200km/h~350km/h列车厢体铝合金：我们可根据列车运营速度将厢体铝合金分为：速度<200km/h的车辆用的可称为 代合金，它们是常规的合金，多用于制造城市轨道车辆厢体，如6063、6061、5083合金等；第二代铝合金如6N01、5005、6005A、7003、7005合金等用于制造速度为200km/h~350km/h的高铁车辆厢体；第三代合金是6082、含钪的铝合金等。除了6N01、7N01合金（它们是日本合金，N代表Nippon）外，还有7003合金，它的Mg含量比7N01合金的低，是一种低Mg的Al-Zn-Mg合金，它的可焊性及强度与7N01合金的相当，并具有更高的可挤压性能。日本东北和上越新干线、札幌地铁大量采用7003、7N01合金生产壁厚3mm的宽幅型材6005A合金（Si0.50~0.9、Mg0.40~0.7、Mn和Cr 0.12~0.50,%）是法国注册的，与美国6005合金相比，Mg与Si的含量相等，但增加了0.12%~0.50%的Mn的Cr，不但有与6063合金相当的可挤压性能，而且强度性能也有所提高。6N01合金也如此，日本山阳电化铁路3050型车辆厢体侧板（宽507mm、壁厚2.5mm）、宽558mm的地板，以及制造侧板挂钩、檐梁等的大型宽幅空心型材都是用6N01合金挤压的。350ktm/h~450km/h列车厢体铝合金：这是厢体用的新一代铝合金，列车速度高达450m/h，车辆须承受更大的外力，受到的震动也更强烈，因此应研发新一代轻量化高铁铝合金。含钪的铝合金。钪是铝及铝合金*有效的晶粒细化剂，也是优化铝合金性能有效的元素之一，钪的含量都<0.5%，凡含有钪的合金，不管含量多少都统称铝-钪合金。Al-Sc合金有强度高、塑性好、可焊性优良、抗蚀性强等优点，是舰船、航空航天器、反应堆、国防军工器械等领域选用的新一代铝合金之一，当然也可以用于制造铁路车辆结构。不过向现行铝合金添加钪，对组 织性能的改善如何，尚有待系统的研究，钪是一种稀土元素，中国是世界上的钪生产国，在Al-Sc合金研究方面居世界前列，但总的来看还不如俄罗斯，在Al-Sc合金研究与应用方面俄罗斯是领跑者。东北轻合金有限责任公司、中南大学、航天材料及工艺研究所对Al-Sc合金的研发作了许多工作，他们研究的“大尺寸5B70铝-镁-钪合金板材”获2017年度中国有色金属工业科学技术一等奖，获二等奖的也有一项，为“航天用可焊高强Al-Zn-Mg-Sc合金”。

        对于门窗幕墙型材，有质量缺陷隐患的主要在以下几点：（1）主要受力杆件；（2）产品结构和组装连接方式；（3）防护技术方案；对照铝合金门窗、幕墙的设计规范，确认受力杆件的技术参数（壁厚与力学性能），对照节点图，确认结构和连接方式，关注门窗幕墙可能出现高空坠落隐患的结构件，重点在于与铝合金产品相关的力学性能、特征值、表面处理（贴玻璃面）等参数确认。对于工业型材，铝制品的应用范围扩大，我们需要了解出厂产品的后续加工、应用场景、技术要求等更多的息，特别是对以下产品需要慎重：（1）特定、特殊用途的铝型材。例如航空航天专用材料、轨道交通、汽车轻量化、卫生医疗等有特定要求的应用领域；（2）需要签订质量缺陷、法律责任并涉及赔偿额度大的铝型材合同。例如重点公司（军工企业）、重点项目（超高层建筑、特殊区域工程项目）等；（3）发往欧盟、美国、日本等发达 的工业产品。例如环保、产品标识、防护申明等，业内有企业莫名其妙成被告的情况。2.质量缺陷过程管控--从管理角度，依靠管理体系是根本解决办法。对于铝行业而言，部分企业管理体系有效性一般，依靠日常管控系数较低，需要有针对性的重点管理，建议如下：（1）建立《内部质量缺陷清单》。一份常规清单，针对产品的性能指标；一份临时清单，特定项目。清单仅仅用于内部管控，严禁外发。（2）重要参数监控分析。如有可能，建议用控制图。（3）提高检验频次，增加后续监督抽查，并严格管理检测记录。（4）明确并落实各环节人员责任。记得十多年前，做新加坡地铁工程项目，客户跟各工序人员见面并合影拍照，然后告诉我们，照片会对应姓名、职位、负责环节等息一起存档备案，新加坡 会感谢我们为合格产品付出了努力，如果因产品质量缺陷而造成不利影响，存档息将作为追责的依据。灌输、强调质量意识是对的，关键时候“责任到人”产生的威慑力效果 。3.售后服务及应急预案--受制于企业管理的流程和文化，售后服务容易出现推诿扯皮、拖延搪塞，回复和跟进处理速度相对偏慢，建议针对质量缺陷建立相应的内部应急预案。近日网上未经确认的消息：特斯拉被德国一家租赁公司取消了85辆Model 3的订单，退订金额高达500万欧元，理由是特斯拉之前交付的15辆汽车存在严重质量问题。该公司公开表示，特斯拉的出现的问题众多，包括轮胎、油漆和车身损坏，充电控制器缺陷、线路故障、紧急呼叫按钮丢失等问题。发现质量缺陷，快速反应，组建专业团队协商出解决方案，避免更大损失才是上策。在息数据高速发展的今天，回避问题，漠视质量缺陷， 是不明智的！五、质量瑕疵的控制：相对于缺陷而言，瑕疵的话题没那么恐怖，从问题严重性上分析，缺陷的后果是巨额赔偿，甚至直接责任人要受到法律制裁，对企业和个人都是无法承重的打击。瑕疵毕竟属于技术和经济范畴，能通过商业行为找到解决方案。1.可量化质量参数：出于好奇心，我选取部分铝型材企业做过过程能力指数测试，抽取样品中有业内公认质量 梯队，也有中小型企业，*终结果比想象的差，数据统计显示，结果跟性能参数关联度高，跟企业关联度低，为避免争议，只公布各性能参数的过程能力范围，以便大家可以找到管控重点。化学成分：达到Ⅱ级及以上，过程能力充分，技术管理能力很好；力学性能：达到Ⅲ级及以上，过程能力充分，技术管理能力较勉强；几何尺寸：达到Ⅳ级及以下，过程能力不足，技术管理能力很差；涂层厚度：达到Ⅲ级及以上，过程能力充分，技术管理能力较勉强；室温抗剪特征值：达到Ⅲ级及以上，过程能力充分，技术管理能力较勉强；高温抗剪特征值：达到Ⅳ级及以下，过程能力不足，技术管理能力很差。其他指标抽取的企业样品数较少，不能妄下结论。通过上述结果可以看出，困扰从业人员的根本问题在于过程能力指数偏低，过程波动带来的直接后果是不合格品出现的概率偏高，只能用后续检验做补救，这种管理属于“亡羊补牢”式，让大家陷入不合格品的汪洋大海中不能自拔，成为常态，也是很多企业管理人员痛苦的根源！过程能力指数与标准偏差和允许公差范围有关，前者重点在于“人、机、料、法、环、测”的持续改进，后者在于与客户的沟通协商，二者都是过程能力指数变化的重要因素。2.不可量化质量问题：表面质量问题，是质量瑕疵被投诉的重灾区，无法量化，也很难形成统一的标准，产生很多质量异议，销售、生产、质量、加工厂、客户之间，处于一种动态博弈形态，某一阶段可以达成产品标准，随时会因为某一模块出现变化，形成新的异议，处于“异议→投诉→协商→标准→异议”的循环之中。感性认识指标具有一定的灵活性，需要专业技术人员和销售团队集体攻关。对内，加强细节管控，对外，与客户积极沟通，了解客户抱怨的真实原因和期望，有针对性解决问题。3.关于质量瑕疵的总结：（1）所有的工业产品都可以找到瑕疵，铝型材产品更加容易找到，面对问题先有足够的心理承受能力，才有解决问题的思路；（2）所有客户都是可以沟通的，关键是沟通的人和方法，遇到阻力，需要综合分析多层次的原因；（3）质量瑕疵的成本不能高于过程制造成本，企业不是科研单位，解决问题的管理方案是受成本限制的；（4）企业发展战略很重要，产品质量瑕疵的和处理是为企业战略服务的；（5）质量瑕疵有很强的时效性，不同阶段客户的关注点是会发生变化。六、结束语：经过四十多年的和宣传，中国的质量管理进入一个相对成熟的阶段，产品质量有了大幅度的提高，市场也是与时俱进，对于产品质量有更高的预期。铝加工产品也是如此。持续改进成为质量的永恒主题。明确质量缺陷和质量瑕疵的分类，坚决防止有缺陷的产品出厂，严格控制有瑕疵的产品流入敏感客户手中，是铝加工质量管理重点。企业经营看结果，结果源于过程。认真研究过程中的相关要素，分别给与适当的关注和管控，才是解决问题的根本。小技巧改变的是局部，大智慧决定的是根基，只有踏踏实实做好现场基础工作，才能从根本上扭转铝型材行业质量管理现状。