風機高強度螺栓FAI（首件檢驗）的策劃與實施

張輝

（東方汽輪機有限公司，四川 德陽，618000）

0 引言

自2005年一系列風力發電鼓勵政策出臺以來，中國風電行業迅猛發展，公司緊跟時代步伐，在中國風電行業已占據重要的地位。由于公司風電零部件是利用社會資源在外采購、協作，存在較高的技術、質量風險，所以FAI（首件檢測）的重要性毋庸置疑。風機高強度螺栓是風力發電機上十分重要的零件，是連接各部件之間的橋梁，盡管高強度螺栓是標準件，但屬外部采購，所以對供方FAI進行策劃和實施是很有必要的。

1 FAI（首件檢驗）適用范圍及要求

1.1 FAI的定義

FAI（First Article Inspection）即是首件制造的檢驗。原則上當操作人員、設備、材料、工藝等方面發生了改變的零部件或工序也叫首件。FAI是對首件生產的人、機、料、法、環、測生產過程六要素的確認，也是對首次制造的零部件或工序從文件的準備、原材料的檢驗、制造過程、產品實物質量、完工報告等方面進行檢查，合格后方可進行后續產品生產，防止后期批量不合格品的發生。長期實踐經驗證明，首件檢驗是一項盡早發現問題、防止產品成批報廢的有效措施。通過首件檢驗，可以發現諸如工夾具嚴重磨損或安裝定位錯誤、測量儀器精度變差、看錯圖紙、投料或配方錯誤等系統性原因存在，從而采取糾正或改進措施，以防止批次性不合格品發生。

1.2 FAI 的適用范圍

（1）公司內首次生產或試制的新產品；

（2）用戶要求FAI的產品；

（3）首次采購、協作的產品；

（4）供方資格評審報告中評審結論或簽批意見明確要求對產品或工序做FAI；

（5）供方操作人員、檢驗人員發生改變；

（6）供方生產設備發生重大變動，如遷入異地、設備改造等；

（7）供方產品或工序的材料發生重大改變；

（8）供方產品或工序的設計或工藝結構有重大的改變，如新設計方法、新工藝或停產很長時間后重新恢復生產；

（9）其他文件或規范有特殊要求或明確規定，如采購規范、技術協議等。

1.3 FAI的要求

（1）FAI采用三檢制：自檢、專檢及監檢。

（2）三檢制：供方送檢的產品必須先由操作人員進行 “自檢”，然后由供方檢驗員 “專檢”，最后由公司首件檢測小組 （由質量、技術部門組成）進行 “監檢”，確定合格后方可繼續加工后續產品。

（3）首件檢驗后是否合格，最后應得到首件檢測小組的認可，檢驗員對檢驗合格的首件產品，應打上規定的標記，并保持到本班或一批產品加工完了為止 （所有首件產品必須留樣，留作后續產品對比之用，看過程是否發生變化，并用記號筆標記 “” 以示通過首件檢驗）。

（4）首件檢驗不合格，需查明原因、采取措施，排除故障后重新進行加工、進行三檢，直到合格后才可以定為首件。

1.4 FAI的實施流程

FAI的實施流程如圖1所示。

圖1 FAI實施的流程圖

2 風機高強度螺栓FAI策劃

2.1 高強度螺栓的特點及用途

高強度螺栓，指用高強度鋼制造的，或者需要施以較大預緊力的螺栓。高強度螺栓的性能等級在8.8級以上 （一般為8.8級、10.9級和12.9級等），不能重復使用，永久連接。高強度螺栓多用于橋梁、鋼軌、高壓及超高壓設備的連接，這種螺栓的斷裂多為脆性斷裂。

風機高強度螺栓常用于塔筒連接、機艙裝配連接、葉片連接等，8.8級螺栓原材料一般為35CrMoA，10.9級螺栓原材料一般為 42CrMoA。本文僅介紹42CrMoA的10.9級螺栓，如圖2所示。

圖2 10.9級的風機高強度螺栓

2.2 風機高強度螺栓的FAI的策劃

風機高強度螺栓盡管是標準件，但屬外部采購，且是以批次為單位生產制造，對批次的定義為供方同一時間制造，由同一批次的原材料經相同熱處理工藝和加工工藝制作的同一品種、形式、規格、產品等級和性能等級的緊固件。因此風機高強度螺栓的 “首件”即是 “首批次”。為嚴格控制供方高強度螺栓產品質量，防止發生批量報廢，對供方實施首件FAI非常必要。

下面根據高強度螺栓制造過程特點，策劃制定出風機高強度螺栓的 “首批次”FAI項目及檢驗要點。

2.2.1 人、機、料、法、環、測生產過程六要素確認

人——人員的能力、意識、操作，可以經過培訓有限提高。基本上所有崗位的人員在正式上崗前都需要進行培訓學習，特殊過程人員的培訓更為重要。特殊過程包括理化檢驗、鍛造、焊接、熱處理、無損探傷、表面處理等過程。其中，理化檢驗、焊接和無損探傷的人員需要有相應機構或單位系統培訓、考試，考試合格后并頒發國家認可的資格證書才能上崗作業或出具報告。鍛造、熱處理、表面處理等過程的人員則只需要供方內部培訓并授權才能上崗作業。

風機高強度螺栓屬成品采購，生產中涉及需要確認人員資格的過程有原材料的復驗、鋼料的鍛造、熱處理、無損探傷、表面處理、檢驗人員等。其中原材料的復驗人員、無損探傷人員必須具備國家認可的資格證書，其他過程涉及人員有供方內部資格授權書即可。風機高強度螺栓FAI時應對上述過程涉及到的人員資質進行確認。

機——即制造過程涉及的基礎設施。對于機械設備，應考慮：生產能力、設備保養、及時維修維護。此項在供方評審時是評審的主要項目，FAI時可以過程從簡，檢查一下設備的保養、維修、維護記錄即可。

料——生產原材料，形成產品的物資部分，應使用合格的或經過處理后能夠滿足產品要求的原料，避免因原料問題造成產品不合格。

在風機高強度螺栓FAI時，應要求供方提供首批次原材料鋼廠的質證書，以及供方對原材料化學成分、機械性能、力學性能等的復驗報告。部分供方對原材料還會進行超聲波探傷復驗，此時可要求供方提供首批次的超聲波探傷復驗報告。原材料都應做好批次標識、防護，避免混料及保證產品的可追溯性，如圖3所示。

圖3 原材料的堆放要有序，在端部要有標識

法——工藝方法，構成產品的技術成分，合理的工藝會降低產品成本，提高合格率，可以說合理的工藝加上正確的生產操作過程構成合格的產品。

因為風機高強度螺栓是標準件，又屬于成套采購，故螺栓的圖紙、工藝方法是由供方自行編制，但需得到公司的確認，FAI時需要對此類技術交底進行確認。

環——生產環境，通過對生產環境的監控，可以避免交叉污染，對于現場管理來講，規范的生產現場代表著安全生產、有序生產。

風機高強度螺栓的生產場所應盡量按照 “5S”管理嚴格要求，即SEIRI(整理)、SEITON(整頓)、SEISO(清掃)、 SEIKETSU(清潔)、 SHITSUKE(修養)。特別是對于螺栓后期表面處理后成品的堆放場所應整潔、清潔。螺栓在原材料、半成品、成品時均需要適當的保護措施，分區或分筐保存、轉運。嚴禁不同規格、材料的螺栓混亂擺放，圖4是嚴重不符合管理要求，螺栓混亂擺放。

圖4 不同規格、材料的螺栓混亂擺放

測——生產過程中對原材料、半成品、成品的檢測方法、檢測記錄。

風機高強度螺栓在原材料的復驗、鍛造、機加工、熱處理、無損探傷、表面處理全過程都應有以 “批次”為單位的檢測記錄，檢測記錄各項目 （螺栓批次號、爐號、螺栓型號等）齊全，并有自檢和專檢人員簽字記錄。

風機高強度螺栓在螺紋滾絲前應對螺桿進行校直，螺紋滾絲完成后要用專用檢測量具 （如環規等）對螺紋進行檢測，此時應注意檢查環規等量具的檢定記錄。

2.2.2 FAI檢驗要點

首件檢驗應從文件的準備、原材料的檢驗、制造過程、產品實物質量、完工報告等方面對首件產品進行全面檢測。

2.2.2.1 文件的準備

文件是指在生產之前需要準備、生產過程中需要用到文件，包括圖紙、工藝、標準，必要時還應有與公司簽訂的采購規范、技術協議等。高強度螺栓的圖紙、工藝、標準等都應按采購規范、技術協議要求經過公司相關人員確認簽字。現場生產應嚴格遵守 “三按”生產，即按圖紙，工藝，標準，必要時還應有與公司簽訂的采購規范、技術協議等。

生產過程中的過程記錄卡也是在生產之前需要準備、生產過程中需要用到的文件，記錄卡應清楚記錄每批次螺栓的批次號、材料、規格等，以利于提高產品的可追溯性。

2.2.2.2 原材料的檢驗

原材料進貨后，對化學成份、機械性能、表面缺陷等應按批次進行抽查，部分供方還會進行超聲波探傷復驗。對于化學成分，10.9級的高強度螺栓P、S的含量應分別≤0.02%，且P、S的含量總和應分別≤0.03%，這是驗收10.9級的高強度螺栓重要的一個化學成分指標，在原材料復驗時就應嚴格控制。供方應保證各項復驗完全合格才能投料進行下工序的生產，同時還須做好原材料的標識，避免混料。

2.2.2.3 制造過程

10.9 級高強度螺栓的制造涉及到的特殊過程有：鍛造、熱處理、無損檢驗、表面處理等，這些特殊過程會影響高強度螺栓的組織結構、性能等，需要特別嚴格控制。

鍛造過程應根據圖紙、螺栓工藝、標準等編制鍛造工藝文件、鍛造質量控制卡。因10.9級風機高強度螺栓通常采用熱鍛方式、流水鍛造，所以應定時有專人對鍛造溫度進行監控，確保實際鍛造溫度符合鍛造工藝文件要求。

標準件的熱處理供方普遍使用網帶爐流水化作業，但同樣需要注意網帶爐的爐溫均勻性控制等常見熱處理爐的控制項目。對熱處理工序應除具備精確控溫和保溫要求外，還應具備防止脫碳或滲碳的控制工藝，設備除應配置有碳分控制和溫度控制之外，還應有連續的溫度和碳分記錄。

10.9 級高強度螺栓應在校直后100%進行磁粉探傷，供方應至少具有兩人以上具備無損資格的人員，其中至少一人需取得國家認可的Ⅱ級證書對無損檢測報告進行審批。

10.9 級高強度螺栓的表面處理應以不影響螺栓的使用性能的前提下進行，有發黑處理、鍍鋅達克羅等方法，根據風場的實際情況會在技術協議、采購規范上做要求。發黑處理供方一般都能很好控制，鍍鋅達克羅大多數供方在表面處理時容易發生螺紋表面磕碰。鍍鋅達克羅不同供方會有不同設備、不同工藝，但應注意控制鍍鋅層的厚度。部分供方鍍鋅達克羅處理為外委處理，此時應檢查供方對二次外委供方的受控情況。

2.2.2.4 產品實物質量

風機高強度螺栓的實物質量分實物表面質量和螺栓性能。

螺栓表面應符合GB/T 5779.1和GB/T 5779.3的規定，表面應光滑，無毛刺、銹蝕及影響使用的裂紋、碰傷、劃痕等缺陷。螺栓表面端部標識應完整、清晰，除應符合GB/T 3098.1、GB/T 3098.2和各自標準規定的標識及供方規定的材料代號標識外，還應有能確保材料可追溯性和熱處理爐號標識。

風機高強度螺栓每批次隨機抽取1% （但不少于2件）的零件回公司檢驗，進行化學成分分析、機械和物理性能檢測。螺栓的性能應100%合格，否則認為此批次螺栓不合格。

2.2.2.5 完工報告

風機高強度螺栓在完工經檢查合格后，隨機發貨至公司的文件應包括原材料的合格證 （或材質證書）、熱處理報告、理化性能檢測報告及產品的合格證。

3 風機高強度螺栓的FAI的實施

根據風機高強度螺栓FAI檢驗要點，對山東高強緊固件有限公司為公司生產的風機高強度螺栓從人、機、料、法、環、測等六要素進行了確認，山東高強緊固件有限公司各崗位人員都經過了專業培訓，特殊崗位取得了相應資質的證書；設備情況能夠滿足批量生產風機高強度螺栓的需要；螺栓原材料通過正規渠道從鋼廠采購，管理規范；螺栓制造工藝通過公司工藝人員確認簽字；螺栓現場生產環境能達到產品符合要求所需；生產全過程檢測規范，并保持了記錄。

員工從文件的準備、原材料的檢驗、制造過程、產品實物質量、完工報告等方面對首批次螺栓進行全面檢驗，經驗證該首批次螺栓能滿足公司訂貨合同、技術協議、采購規范及相關技術標準要求，出具FAI結論報告，允許山東高強緊固件有限公司可繼續為公司生產后續的風機高強度螺栓。從后續產品質量情況來看，此次FAI有效控制了批量不合格事件的發生。

4 結束語

風機高強度螺栓及其FAI的重要性毋容置疑，通過對供方FAI的策劃及嚴格控制，對供方人、機、料、法、環、測生產過程六要素確認，從文件的準備、原材料的檢驗、制造過程、產品實物質量、完工報告等方面進行檢查，能夠盡早發現問題、防止產品成批報廢。一次FAI不合格后，供方能夠采取有效的糾正或改進措施，以防止批次性不合格品發生。

總之，通過對風機高強度螺栓FAI的控制，形成 “預防為主、檢驗把關”的思路，對風機高強度螺栓后期批量生產的質量保證具有重要意義。