CQI-9 – ocena procesu obróbki cieplnej w automotive

CQI-9 4. Edycja – struktura i zastosowanie standardu

CQI-9 to opracowany przez organizację AIAG (Automotive Industry Action Group) standard, definiujący wymagania dla kompleksowej oceny systemu zarządzania procesami obróbki cieplnej w przemyśle motoryzacyjnym.

Do kluczowych założeń standardu CQI-9 zaliczamy:

• podejście prewencyjne oparte na pirometrii i monitorowaniu parametrów procesu
• zapewnienie spójnych wymagań dla branży automotive, zarówno dla organizacji produkcyjnych, jak i naprawczych

Warto wiedzieć! CQI-9 nie jest obowiązkowy dla producentów surowego materiału oraz pośrednich operacji obróbki cieplnej, które nie wpływają na finalne właściwości produktu.

CQI-9 to wyłącznie jeden ze standardów oceniających procesy specjalne w branży automotive. Cały ekosystem, opracowany przez AIAG, obejmuje:

• CQI-9 – Obróbka cieplna (Heat Treat System Assessment) – obejmuje przede wszystkim procesy obróbki cieplnej zwykłej i cieplno-chemicznej
• CQI-11 – Pokrycia galwaniczne (Plating System Assessment) – ocenia procesy elektrochemiczne oraz bezprądowe
• CQI-12 – Powłoki (Coating System Assessment) – dotyczy oceny systemu nakładania powłok lakierniczych, anodowania oraz powłok konwersyjnych
• CQI-15 – Spawanie (Welding System Assessment) – określa wymagania dla procesów spawalniczych
• CQI-17 – Lutowanie miękkie (Soldering System Assessment) – skupia się na lutowaniu urządzeń elektronicznych oraz elektromechanicznych w temperaturze poniżej 450°C
• CQI-23 – Wtryskiwanie tworzyw sztucznych (Molding System Assessment) – służy do oceny systemu procesów związanych z tworzywami sztucznymi.
• CQI-27 – Odlewanie (Casting System Assessment) – definiuje wymagania dla procesów odlewniczych
• CQI-29 – Lutowanie twarde (Brazing System Assessment) – obejmuje lutowanie piecowe w temperaturze powyżej 450°C
• CQI-30 – Obróbka gumy (Rubber Molding System Assessment) – zapewnia wytyczne dla systemów mieszania i formowania przy przetwórstwie gumy.

Obecnie obowiązująca jest, wydana w 2020 roku, 4. edycja CQI-9. Nowej rewizji spodziewać możemy w drugiej połowie 2026 roku.

Strukturę HTSA (Heat Treat System Assessment) tworzą:

• Karta informacyjna oceny procesów obróbki cieplnej
• Sekcja 1: Odpowiedzialność kierownictwa oraz planowanie jakości
• Sekcja 2: Nadzór nad materiałem na hali produkcyjnej
• Sekcja 3: Wyposażenie
• Sekcja 4: Job audit w oparciu o tabele procesowe

Dla dociekliwych! W kontekście pirometrii, odpowiednikiem CQI-9 w branży lotniczej jest norma AMS2750, która mimo, że w wielu kwestiach posiada dość zbliżone wymagania, to jest jednak dużo bardziej rygorystycznym standardem. Natomiast ocena procesów obróbki cieplnej oparta jest o akredytację Nadcap.

Jakie procesy obróbki cieplnej obejmuje CQI-9?

Standard CQI-9 zawiera 9 tabel definiujących kryteria dla poszczególnych procesów obróbki cieplnej:

• Tabela A – Obróbka cieplna stali – Obejmuje procesy takie jak nawęglanie (carburizing), węgloazotowanie (carbonitriding), nawęglanie odtwarzające (carbon restoration), hartowanie (hardening), hartowanie bainityczne (austempering), hartowanie martenzytyczne (martempering), odpuszczanie (tempering) oraz utwardzanie wydzieleniowe (precipitation hardening), starzenie (aging).
• Tabela B – Procesy dyfuzyjne stali – Dedykowana dla azotowania gazowego (nitriding) oraz węgloazotowania ferrytycznego (ferritic nitrocarburizing).
• Tabela C – Obróbka cieplna aluminium (Aluminum Heat Treating) – Dotyczy procesów przesycania, starzenia oraz wyżarzania elementów wykonanych ze stopów aluminium.
• Tabela D – Hartowanie indukcyjne (Induction Heat Treating) – Obejmuje wszystkie procesy obróbki cieplnej realizowane przy użyciu nagrzewania indukcyjnego.
• Tabela E – Wyżarzanie, normalizacja i odprężanie (Annealing, Normalizing, and Stress Relieving) – Przeznaczona dla procesów wyżarzania, normalizowania oraz usuwania naprężeń wewnętrznych m.in. po obróbce mechanicznej.
• Tabela F – Obróbka niskociśnieniowa (Low Pressure Processing) – Dedykowana dla procesów realizowanych w piecach próżniowych, w tym nawęglania (carburizing), węgloazotowanie (carbonitriding) oraz hartowania w atmosferze obojętnej (neutral hardening).
• Tabela G – Hartowanie spieków (Sinter Hardening) – Określa wymagania dla procesów utwardzania i hartowania elementów ze spieków proszkowych.
• Tabela H – Azotowanie jonowe (Ion Nitriding) – Skupia się na procesach azotowania jonowego.
• Tabela I – Tłoczenie na gorąco (Hot Stamping) – Obejmuje coraz popularniejsze w motoryzacji procesy formowania i hartowania w prasie.

Warto wiedzieć! Autorzy CQI-9 podkreślają, że zapisy standardu są podrzędne w stosunku do wymagań klienta. Oznacza to, że każde bardziej rygorystyczne wymaganie zdefiniowane przez klienta, automatycznie zastępuje poszczególne zapisy CQI-9.

Obróbka cieplna jako proces specjalny

Procesy obróbki cieplnej zaliczane są do grona procesów specjalnych. Oznacza to, że pełne potwierdzenie zgodności uzyskanych parametrów nie jest możliwe bez wykonania badań niszczących produkt (np. metalografii). Aby tego uniknąć opracowany został szereg założeń, które umożliwiają akceptację wykonanego procesu przy użyciu metod pośrednich:

• nadzorowania urządzeń wykorzystywanych w procesie (pirometria)
• monitorowanie bieżących parametrów procesu (temperatura, właściwy czas procesu, czas przejazdu podczas hartowania, czas pomiędzy poszczególnymi operacjami)
• wykonywanie testów niszczących na próbkach – świadkach (wytrzymałość na rozciąganie i właściwości plastyczne materiału, wytrzymałość na ściskanie, odwęglenie, udarność)
• wykonywanie dopuszczalnych testów niszczących na częściach (twardość)
• certyfikację personelu

Jakościowiec teraz także na LinkedIn!

Kto może zostać audytorem CQI-9?

Standard CQI-9 jasno definiuje wymagania odnoszące się do kwalifikacji i kompetencji osoby, która może oceniać system zarządzania procesami obróbki cieplnej.

Osoba oceniająca powinna posiadać:

• minimum 5 lat praktycznego doświadczenia w obszarze obróbki cieplnej. Wymóg ten może zostać skrócony jeśli kandydat posiada ukończone studia metalurgiczne, ale sumaryczny czas uwzględniając doświadczenie praktycznie nie może być krótszy niż 5 lat.
• wiedzę na temat Systemów Zarządzania Jakością stosowanych w ocenianym obszarze (np. ISO 9001, IATF 16949 lub VDA)
• wiedzę na temat stosowanych w branży automotive Core Tools

Jak często należy dokonywać oceny procesów obróbki cieplnej wg CQI-9?

Wewnętrzna ocena systemu zarządzania procesami obróbki cieplnej, według wymagań standardu CQI-9, powinna być przeprowadzana co najmniej raz w roku. Co ważne, realizacja takiej oceny przez klienta, nie zwalnia danej organizacji z obowiązku wykonania samooceny.

W trakcie każdej oceny należy przeprowadzić co najmniej jeden Job Audit (audit procesu specjalnego).

HTSA – Ocena systemowych ram nadzoru nad obróbką cieplną

Pierwsze trzy sekcje arkusza HTSA koncentrują się na systemowych i operacyjnych ramach zarządzania obróbką cieplną w organizacji. To właśnie w tym miejscu audytor weryfikuje, czy firma potrafi skutecznie zidentyfikować ryzyko technologiczne czy też utrzymywać park maszynowy w optymalnej kondycji.

Sekcja 1: Odpowiedzialność kierownictwa oraz planowanie jakości

Na pierwszy ogień idzie ocena zdolności organizacji do wczesnego identyfikowania zagrożeń i planowania jakości zgodnie z podręcznikami Core Tools. Elementem przeglądu będą zatem:

• APQP
• FMEA
• Plan Kontroli

Co więcej, w trakcie oceny sprawdzane są tak podstawowe elementy jak potwierdzenie, czy organizacja wyznaczyła osobę odpowiedzialną za proces obróbki cieplnej. Nie może być to jednak ktoś przypadkowy, bowiem już w pierwszym pytaniu audytor zweryfikuje jej kwalifikacje pod kątem metalurgicznym oraz procesowym.

Sekcja 2: Nadzór nad materiałem na hali produkcyjnej

W drugiej sekcji HTSA celem audytora będzie potwierdzenie, że organizacja jest zdolna zapewnić prawidłowy przepływ produktu przez proces obróbki cieplnej. Z tego punktu widzenia istotnymi elementami będzie między innymi zapewnienie:

• identyfikacji i statusu każdej części przez cały proces
• efektywnego procesu zarządzania wyrobem niezgodnym
• czystości na obszarze obróbki cieplnej
• monitorowania i nadzoru nad olejami, kąpielami i cieczami hartowniczymi

Krytycznym elementem, który jest weryfikowany w trakcie tego etapu, jest weryfikacja metod czyszczenia części przed procesem obróbki cieplnej.

Sekcja 3: Wyposażenie

W trzeciej i zarazem ostatniej części tego etapu oceny HTSA audytor skupi się na wyposażeniu wykorzystywanym w procesie obróbki cieplnej: pieców, generatorów atmosfery czy też systemów hartowniczych. W takim wypadku ważne będzie sprawdzenie czy:

• zainstalowane jest kompletne wyposażenie zgodnie z wymaganiami CQI-9 (m.in. oprzyrządowanie, termopary, przepływomierze)
• czy oprzyrządowanie i termopary posiadają ważne świadectwa kalibracji
• czy badania SAT i TUS wykonywane są zgodnie z wymaganiami
• czy medium do hartowania jest badane

Jakościowiec to blog non-profit. Jeśli podobają Ci się moje treści, wesprzyj rozwój portalu.

5 zł 10 zł 15 zł

Pirometria według wymagań CQI-9

Pirometria jest to kompleksowy system nadzoru i potwierdzania wiarygodności pomiarów temperatury w urządzeniach cieplnych. Stanowi nieodłączny element prawidłowo realizowanego procesu obróbki cieplnej, ale spotkamy się z nim także w przypadku pokryć galwanicznych czy nawet wykonując badania nieniszczące.

Do podstawowych filarów tworzących system pirometryczny według wymagań CQI-9 zaliczamy:

• kalibrację termopar
• kalibrację oprzyrządowania piecowego oraz wyższego rzędu
• dokładność systemu pomiarowego – SAT (System Accuracy Testing)
• badanie jednorodności rozkładu temperatury – TUS (Temperature Uniformity Survey)

Co to jest termopara i jaki podział termopar stosowany jest w obróbce cieplnej?

Termopara to czujnik pomiaru temperatury bazujący na bezpośredniej zamianie różnicy temperatur na napięcie elektryczne. Zbudowana jest z dwóch drutów wykonanych z różnych stopów (tzw. termoelektrod). Na jednym końcu są one ze sobą połączone spoiną pomiarową i wystawione na ekspozycję temperatury, na drugim zaś podłączone do aparatury pomiarowej.

Warto wiedzieć! Według wymagań CQI-9, każda termopara stosowana do pomiaru temperatury, powinna posiadać świadectwo kalibracji z akredytowanego laboratorium zgodnie z ISO/IEC 17025.

Wyróżnia się kilka typów termopar:

• termopary pierwszego i drugiego rzędu – stosowane jako wzorce do kalibracji termopar testowych, wsadowych oraz kontrolnych
• termopary testowe – wykorzystywane do badań SAT oraz TUS a także do kalibracji oprzyrządowania
• termopary wsadowe – fizycznie stykające się z obrabianą częścią, mogą być przymocowane do powierzchni lub umieszczone w nawierconym otworze mierząc temperaturę rdzenia detalu
• termopary kontrolne – stosowane do monitorowania i rejestrowania temperatury w trakcie realizacji procesu obróbki cieplnej

Jakie są rodzaje oprzyrządowania według CQI-9?

CQI-9 definiuje następujący podział oprzyrządowania stosowanego w pirometrii:

• wzorzec odniesienia – kalibrowany w odniesieniu do NIST (Narodowy Instytut Norm i Technologii) lub wzorca narodowego, stosowany wyłącznie do kalibracji oprzyrządowania pierwszego rzędu
• oprzyrządowanie pierwszego rzędu – służy do kalibracji oprzyrządowania drugiego rzędu oraz testowego
• oprzyrządowanie drugiego rzędu – stosowany do kalibracji oprzyrządowania terenowego
• terenowe oprzyrządowanie testowe – wykorzystywany do kalibracji oprzyrządowania piecowego oraz wykonywania badań SAT i TUS
• oprzyrządowanie piecowe – stosowane do pomiaru, monitorowania oraz rejestracji temperatury procesu

Co jest sprawdzane w badaniu SAT?

Badanie dokładności systemu pomiarowego (SAT) weryfikuje dokładność toru pomiarowego urządzenia grzewczego w rzeczywistych warunkach pracy.

Według wymagań CQI-9 SAT powinien być wykonywany dla wszystkich termopar kontrolnych, monitorujących oraz zapisujących.

SAT może być wykonywany na jeden z trzech poniższych sposobów:

• Metoda A (Probe Method A) – badanie wykonywane poprzez wprowadzenie niezależnej termopary testowej podłączonej do oprzyrządowania testowego. Wynik SAT otrzymujemy poprzez porównanie nieskorygowanych wartości wskazanych przez urządzenie piecowe oraz skorygowanych wartości urządzenia testowego.
• Metoda B (Probe Method B) – analogicznie jak w Metodzie A, do komory urządzenia grzejnego wprowadzamy niezależny czujnik podpięty do oprzyrządowania testowego. Natomiast drugie urządzenie testowe podpinamy pod termoparę piecową. Wynik SAT otrzymujemy poprzez porównanie nieskorygowanych wartości wskazanych przez urządzenie testowe z podpiętą termoparą piecową oraz skorygowane wartości otrzymane z urządzenia testowego z termoparą testową.
• Metoda porównawcza – nie wymaga zastosowania dodatkowego oprzyrządowania testowego. Badanie składa się z dwóch etapów. W pierwszym porównujemy nieskorygowane wyniki z urządzenia kontrolnego, monitorującego lub rejestrującego z wynikami innego urządzenia na stałe zamontowanego w piecu (np. regulatora zabezpieczającego). A następnie obliczamy różnicę między wynikiem:
  • ostatniego zgodnego SAT wcześniej wybranego innego urządzenia piecowego
  • ostatniego zgodnego SAT urządzenia kontrolnego, monitorującego lub rejestrującego
  • wynikiem otrzymanym w pierwszym etapie badania

Warto wiedzieć! W przypadku branży automotive najczęściej spotkamy się z realizacją badania SAT za pomocą Metody A.

Co to jest badanie TUS?

Badanie jednorodności rozkładu temperatury (TUS) ma na celu potwierdzenie, że różnice temperatur występujące w poszczególnych obszarach kwalifikowanej strefy roboczej urządzenia mieszczą się w ramach określonej tolerancji.

Wykonując TUS:

• kwalifikujemy strefę roboczą urządzenia do obróbki cieplnej
• dokonujemy walidacji urządzenia w określonym zakresie temperaturowym
• definiujemy klasę pieca, która ściśle związana jest z tolerancją temperatury

W trakcie badania TUS wykorzystywane jest najczęściej od kilku do nawet kilkunastu kalibrowanych termopar. Dzięki czemu dostajemy pełny obraz mówiący nam jak rozkłada się temperatura wewnątrz urządzenia. Kluczowe będą dwa obszary:

• najgorętszy
• najzimniejszy

To one odpowiadają za zapewnienie, że dane urządzenie mieści się w określonym przedziale tolerancji. A to jaki ma on być mówią tabele dla poszczególnych procesów.

Ważne! Tolerancja pieca zdefiniowana w trakcie TUS nie jest równoważna tolerancji procesu. Przykładowo dla hartowania:

• TUS powinien mieścić się w tolerancji ± 15°C
• proces powinien być kontrolowany w przedziale ± 10°C od punktu nastawy

Czym jest kwalifikowana strefa robocza w obróbce cieplnej?

Kwalifikowana strefa robocza urządzenia do obróbki cieplnej to trójwymiarowa przestrzeń, dla której wykonane zostało badanie TUS oraz udowodnione, że temperatura utrzymuje się w ściśle określonej tolerancji. W zależności od typu i rozmiaru urządzenia może w nim występować jedna lub więcej stref roboczych.

Warto wiedzieć! Realizując proces obróbki cieplnej cały wsad produkcyjny musi znajdować się wewnątrz kwalifikowanej strefy roboczej. Audytorzy często zwracają uwagę na zabezpieczenia zapewniające spełnienie tego wymagania.

Wymagania CQI-9 a analiza ryzyka – materiały dodatkowe dla czytelników newslettera

CQI-9 może stanowić potężne narzędzie dla danych wyjściowych do analizy ryzyka (PFMEA). Chciałbyś poszerzyć swoją wiedzę z tego zakresu i poznać więcej praktycznych rozwiązań? Nic trudnego

Dołącz do czytelników newslettera Jakościowca, dzięki któremu:

• będziesz na bieżąco informowany o nowych artykułach na blogu, co pozwoli Ci na ciągły rozwój swoich kompetencji
• uzyskasz dostęp do wielu gotowych narzędzi opartych o arkusze Excel
• dzięki dodatkowym materiałom poznasz praktyczne porady związane z tematyką bloga

Podsumowanie

CQI-9 to standard określający ramy oceny systemu zarządzania procesami obróbki cieplnej w branży automotive. Obejmuje swoim zakresem szereg operacji, do których zaliczyć możemy przede wszystkim:

• obróbkę cieplną zwykłą – hartowanie (w tym indukcyjne), odpuszczanie, przesycanie, starzenie, wyżarzanie
• obróbkę cieplno-chemiczną – nawęglanie, azotowanie, węgloazotowanie

Kluczowym elementem standardu jest pirometria, której celem jest weryfikacja wyposażenia poprzez:

• kalibrację termopar
• kalibrację oprzyrządowania
• SAT – dokładność systemu pomiarowego
• TUS – badanie jednorodności rozkładu temperatury

Udało nam się przejść przez dość skomplikowany temat związany z wymaganiami CQI-9. Pirometria, sama w sobie, jest często uznawana za najtrudniejszy obszar powiązany z procesami specjalnymi – i to niezależnie od branży. Mam nadzieję, że po zapoznaniu się z tym artykułem i materiałami dodatkowymi dużo łatwiej będzie Wam zrozumieć związane z nią zagadnienia. Zachęcam do pozostawienia śladu w sekcji komentarzy pod artykułem. Do zobaczenia następnym razem!

FAQ, czyli najczęściej zadawane pytania