Vergeet De Kwaliteit Niet!

Vergeet de kwaliteit niet ! Dr. ir. Frans Vos, Materials Consult bvba Waversebaan 164 bus 2 3001 Heverlee Tel. +32.473.38.06.98 Fax +32.2.416.64.20 frans.vos@materialsconsult.be Samenvatting “Het moet sneller”, “het moet goedkoper”, economische verwachtingen sinds lange tijd. Ontwerp, materiaalcontrole en/of productie zijn er niet steeds mee gebaat. De voordracht is geen presentatie van cijfers, maar een puur kwalitatieve, op cases gebaseerde zoektocht naar het spanningsveld tussen efficiëntieverhoging, kostprijsverlaging en het garanderen van een technisch hoogstaande kwaliteit. Situering Tegenwoordig wordt met recht en rede een grote aandacht besteed aan het behalen van een ISO 9000 kwaliteitscertificatie. Het garanderen van kwaliteit is een belangrijk marketinginstrument geworden. In verschillende sectoren is het bezitten van een ISO 9000 certificatie zelfs een voorwaarde om een behoorlijk marktaandeel te verwerven. De vraag of het bezit van een ISO 9000 certificaat ook een garantie is voor de levering van een ‘hoogstaande’ kwaliteit kan echter niet altijd met een volmondig ‘ja’ worden beantwoord. Het ISO 9000 systeem garandeert immers enkel dat de kwaliteit “constant” is, maar niet noodzakelijk dat zij ook “hoogstaand” is. In een aantal sectoren, zoals in de transportindustrie, de petrochemie en de laboratoriumwereld, werd deze lacune opgevangen door de invoering van specifieke certificatiesystemen. Het al dan niet behalen van het begeerde kwaliteitscertificaat is in deze sectoren niet enkel afhankelijk van criteria in verband met kwaliteitsmanagement, maar ook van technische audits die specifiek nagaan of de geproduceerde goederen en/of diensten ook van een technisch hoogstaande kwaliteit zijn. Deze praktijk is echter nog niet doorgedrongen in alle sectoren, met het gevolg dat zeer regelmatig nog ernstige technische fouten optreden, nog teveel onder druk van de economische begrippen “efficiëntie en kostenverlaging”. Kostenverlaging, efficiëntie en rendabiliteit gaan niet steeds hand in hand. Als men onder het mom van kostenverlaging te veel druk op het personeel zet, ongeschikte materialen gebruikt, de leveranciers niet meer controleert enz., dan dreigen de goede bedoelingen van de ISO 9000 certificatie door de techniek te worden achterhaald en teniet gedaan. De kostenverlaging kan dan al snel omslaan in een aanzienlijke kostenverhoging. Enkele voorbeelden …

Een hoogstaande technische kwaliteit, van ontwerp tot nazorg Ontwerp Buiten de klassieke voorbeelden in verband met te kleine afrondingsstralen van mechanisch bewerkte onderdelen, de positie van afvoerleidingen in een vat of het voorschrijven van de correcte lasprocedure, wordt bij het ontwerp van installaties en machines de materiaalkeuze nog te veel vanuit een louter mechanisch standpunt bekeken. De resistentie van originele en gelaste materialen in verhouding tot het milieu waarin zij gaan opereren, wordt veelal nog stiefmoederlijk behandeld. Een verregaand voorbeeld van de gevolgen van deze handelswijze: Op advies van het ontwerpbureau bestelde een bedrijf een nieuwe bezinkingstank in roestvast staal 304L. De bezinkingstank zou deel gaan uitmaken van de reinigingsinstallatie voor hun industrieel afvalwater. Hierbij werd door het ontwerpbureau echter één belangrijk detail over het hoofd gezien: het te behandelen afvalwater was sterk chloorhoudend. De materiaalkeuze hield wel rekening met de corrosieresistentie van de lasverbindingen, maar roestvast stalen van het 304L type vertonen een vrij hoog risico op putcorrosie indien een bepaalde kritische chloorconcentratie wordt overschreden. Ondanks dat het ontwerpbureau over een grote ervaring in de sector van de afvalwaterbehandeling beschikte, was dit niet onbelangrijk detail genegeerd; het was routine om voor bezinkingstanks het gebruik van roestvast staal 304L voorop te stellen, wat voor gewone afvalwaters veelal voldoet. Toen een bezoeker zijn twijfels formuleerde ten aanzien van de materiaalkeuze voor dit specifieke milieu, werd door het bedrijf bijkomend advies ingewonnen. Het gevolg was dat de reeds geïnstalleerde bezinkingstank diende te worden gecoat met een chloorresistente bekleding. Of hoe routine uiteindelijk resulteerde in een eenvoudig te vermijden kostprijsverhoging. Ontwerp en inspectie Een ander voorbeeld waar het ontwerp bijna leidde tot een catastrofe is het zogenaamde Aloha incident. In volle vlucht verloor een passagiersvliegtuig een gedeelte van zijn romp; de piloten slaagden er toch nog in het toestel aan de grond te zetten met overleving van alle passagiers (figuur 1). De aluminium panelen van vliegtuigrompen worden overlappend verlijmd en vervolgens van een dubbele rij klinknagels voorzien Figuur 1 : De Aloha vlucht na landing - afscheuring (figuur 2). Bij nader onderzoek bleek de van een cabinegedeelte gebruikte epoxylijm niet bestand te zijn tegen de combinatie van hoge temperaturen, een hoge luchtvochtigheid en een maritiem klimaat. Het betrokken vliegtuig werd vooral gebruikt voor korte vluchten binnen de eilandengroep rond Hawaï, waar deze omgevingscondities veelvuldig optreden. Daar waar het gekozen lijmtype in de meeste klimaten perfect voldeed, ondervond de lijm Figuur 2 : Overlappende montage van de in deze bijzondere omstandigheden echter een aluminiumpanelen

geleidelijke ontbinding, waardoor vocht in de spleet tussen de aluminium panelen kon doordringen en spleetcorrosie initieerde. Corrosieproducten hebben een lagere dichtheid dan het oorspronkelijke metaal, waardoor het materiaalvolume in de spleet toenam en de klinknagels geleidelijk aan werden overbelast. In combinatie met de wisselende inwendige druk die op de omhulling werkt, leidde dit uiteindelijk tot vermoeiingsbreuk van de klinknagels. In eerste orde lag de oorzaak van dit falen bij het ongeschikte karakter van de lijm, maar verder onderzoek leerde dat ook de inspectiediensten een aanzienlijke verantwoordelijkheid droegen. Op nog niet opengebroken panelen bleken zich vanuit de klinknagelgaten microscheuren te ontwikkelen, zelfs in die mate dat de bevoegde inspectiediensten deze al geruime tijd voor het incident hadden moeten detecteren (figuur 2). Ingangscontrole Inspectie betreft niet enkel de controle van het eindproduct, zoals bijvoorbeeld bij het Aloha incident. Inspectie is in eerste instantie een reflex die bij iedereen en in alle geledingen van een bedrijf hoog op de prioriteitenagenda zou moeten staan. Inspectie is ook een bedrijfsaspect dat meer en meer wordt afgeschoven op de toenemende certificatiegolf van producten en diensten. Ten onrechte, zo blijkt. Een sprekend voorbeeld is de dalende tendens in de ingangscontrole op halffabricaten zoals staalplaten, lasmaterialen, boutmaterialen enz. Bij de bestelling van materialen voor bijvoorbeeld een opslagvat wordt door de constructeur gespecificeerd dat de materialen van een bepaalde kwaliteit (samenstelling, mechanische eigenschappen, …) moeten zijn, waarbij in vele gevallen niet meer gecontroleerd wordt of de geleverde producten werkelijk aan de gestelde criteria voldoen. Indien de materiaalleverancier conform specificatie een materiaalcertificaat heeft afgeleverd waaraan het materiaal achteraf niet blijkt te voldoen, heeft de constructeur weliswaar een punt, maar vele problemen en kosten hadden kunnen worden vermeden indien hij een eenvoudige ingangscontrole had gedaan. Nog acuter is het probleem waarbij materialen zonder materiaalcertificaat worden besteld; “die certificatiekosten maken het allemaal veel te duur meneer”. Inderdaad, certificatie brengt kosten met zich mee, maar anderzijds is de kwaliteit van niet-gecertificeerde materialen niet gegarandeerd. Indien er geen ingangscontrole wordt uitgevoerd op niet gecertificeerde materialen, zal het achteraf veel moeilijker te bewijzen zijn dat de materiaalleverancier buiten specificatie heeft geleverd. Inmiddels werd het materiaal veelal al gelast, heeft het mogelijk een nagloeibehandeling ondergaan en/of is het al aan het milieu blootgesteld geweest, zodat het zijn oorspronkelijk karakteristieken deels of volledig heeft verloren en de originele eigenschappen dus nog moeilijk verifieerbaar zijn. Alleen materialen bestellen “met materiaalcertificaat” is dus een goede start om uw eigen productkwaliteit te garanderen. Als u daaraan ook nog een ingangscontrole koppelt bent u nog geruster. Indien materialen worden besteld bij een nieuwe leverancier of indien de oorsprong van de materialen moeilijk te controleren is, zou ingangscontrole zelfs de normale gang van zaken moeten zijn. Productie Een perfect ontwerp en een geoptimaliseerde ingangscontrole zijn nog geen garantie voor de levering van een product met hoogstaande kwaliteit. De praktijk wijst uit dat de meeste problemen ontstaan omwille van een verkeerde productiemethode, bv. het hanteren van een minder geschikte lasprocedure, of het verkeerd uitvoeren van een op papier correcte productiemethode. Onzorgvuldige voorbereiding van laswerkzaamheden, het lassen met andere dan de voorgeschreven parameters, overslaan van

bepaalde productiestappen die voor een niet-materiaalkundige ogenschijnlijk onbelangrijk lijken; de economische druk dwingt bedrijven sneller en goedkoper te werken, maar er zijn limieten. Het overschrijden van bepaalde technische en menselijke limieten leidt op korte termijn misschien tot kostenbesparing en snelle levering, maar garandeert zelden een lange levenstijd van de onder onredelijke eisen geproduceerde goederen. Een sprekend voorbeeld: Een nieuwe sanitaire warm waterinstallatie vertoont na enkele maanden lekkages ter hoogte van een aantal bochten en T-verbindingen. Het leidingnetwerk was uitgevoerd in gesoldeerd koper. De lekkages situeerden zich steeds aan de uiteinden van de rechte leidingstukken, ingeschoven in de bochten T- stukken met een lokaal grotere diameter t.o.v. de rechte leidingstukken – figuren 3 en 4. Bij verdere analyse bleken de lekkages te wijten te zijn aan cavitatie en spleetcorrosie ter hoogte van de inwendige richels gevormd door de uiteinden van de rechte leidingstukken – figuren 5 en 6. Het optreden van spleetcorrosie kon eenduidig worden gerelateerd aan de onzorgvuldige uitvoering van de verbinding. De goede praktijk houdt onder andere in dat de afgezaagde buisuiteinden moeten worden afgerond, bij voorkeur afgeschuind, en ontdaan van bramen alvorens in elkaar te worden geschoven. De soldeertemperatuur moet zo worden gekozen dat het soldeermiddel de spleet tussen beide buisuiteinden volledig vult; het soldeermiddel mag tijdens aanbrengen niet te taai (onvolledige vulling), noch te recht leidingstuk LEK lopend zijn (vloeien van het soldeermiddel aanzet bocht- tot in de buis). Zoals het visuele uitzicht of T-stuk laat vermoeden, was het soldeermiddel te vloeiend tijdens het aanbrengen, met uitloop in de buizen en een onvoldoende soldeerverbinding vulling van de spleet tussen beide buisuiteinden en een slechte hechting tussen beide buisstukken tot gevolg; Figuur 3 : positie van de lekken in een gesoldeerd koperen bovendien bleken verschillende inwendige leidingnetwerk uiteinden van de rechte buizen niet te zijn afgerond en ontbraamd. Omwille van de opstapeling van verontreinigingen aan en in de niet volledig door soldeermiddel gevulde spleten werd dan spleetcorrosie geïnduceerd De cavitatie werd veroorzaakt door een combinatie van twee factoren. Bruuske richtingswijzigingen, zoals bijvoorbeeld bij haakse buisovergangen – cf. super – werken cavitatie in de hand. Bovendien bleek ook de beschermende groene patina in de rechte buisuiteinden te worden aangetast. Een controle van temperatuur, druk en stroomsnelheid toonde aan dat de pompen niet conform specificaties waren afgesteld, hetgeen erosie van de patina en cavitatie bewerkstelligde. Figuur 4 : lekken in een bochtstuk ter hoogte van het uiteinde van het ingestoken rechte buisuiteinde

Figuur 5 : doorsnede / cavitatie en spleetcorrosie Figuur 6 : vuilophoping en spleetcorrosie aan naast en onder een inwendige richel een onafgewerkte inwendige richel Waarom in dit bepaald geval een hele reeks technische limieten werden overschreden, is tot op heden niet duidelijk. Werden er onvoldoende of onvoldoend geschoolde arbeiders ingezet omwille van een tekort aan geschoolde vaktechnici op de arbeidsmarkt? Werd er onder een te hoge tijdsdruk gewerkt wegens laattijdige bestelling of oplevering? De gemaakte fouten zijn alleszins van die aard dat zij niet zouden mogen optreden indien geschoolde vaktechnici de installatie voltooien aan een technisch verantwoord productieritme. Een combinatie van factoren Bij de voorgaande voorbeelden kon de oorzaak van het falen worden gekoppeld aan een beperkt aantal technische oorzaken. In vele gevallen wordt het falen echter geïnduceerd door een combinatie van vele technische factoren, waarbij deze factoren hun oorsprong kunnen kennen in verschillende stadia van de productlevenscyclus, van ontwerp, over productie naar inspectie en gebruik. Een concreet voorbeeld ter verduidelijking: Bij een conservenbedrijf wordt beroep gedaan op autoclaven om de ingeblikte voeding te steriliseren. Hiertoe worden de blikken in de autoclaven gebracht en gedurende een bepaalde tijd onder stoomdruk gezet. Het cilindrisch gedeelte van de autoclaven was samengesteld uit 3 aan elkaar gelaste roestvast stalen ringen, waarbij door het ontwerpbureau werd geopteerd voor een roestvast staal type 304. Na enkele jaren wordt plots een ernstige stoomlekkage vastgesteld. Bij nader onderzoek bleken de rondlassen en hun omgeving een blauwe verkleuring te vertonen, zowel aan de binnen- als aan de buitenzijde. Aan de binnenzijde werd eenzelfde blauwe verkleuring teruggevonden ter hoogte van de uitwendig opgelaste steunpunten. In de hittebeïnvloede zones werd een ernstige interkristallijne corrosie vastgesteld (figuur 7) en zelfs in die mate dat de autoclaaf volgens de drukreglementering niet verder kon worden gebruikt. De kosten en het productieverlies bleven daarbij niet beperkt tot één autoclaaf; gealarmeerd door de voorgaande bevindingen werden alle gelijkaardige autoclaven aan een onderzoek onderworpen en moeilijk tot niet herstelbaar bevonden.

Figuur 7 : interkristallijne corrosie van roestvast stalen Na een uitgebreid onderzoek bleek de oorzaak van deze problemen te kunnen worden gerelateerd aan het niet naleven van verschillende specificaties: o In de eerste plaats wees de blauwe verkleuring op een oververhitting tijdens het lassen en/of een gebrekkige passivatie na lassen. o De oververhitting werd aangetoond door het microscopisch onderzoek, waarbij een overmatige carbideprecipitatie op de korrelgrenzen werd teruggevonden. o De overmatige carbideprecipitatie werd onder meer in de hand gewerkt door een minder gunstige materiaalkeuze. Roestvast staal van het type 304 bevat een relatief hoog koolstofgehalte, hetgeen carbidevorming bewerkstelligd. In deze toepassing was het beter geweest om voor een L-type roestvast staal te opteren aangezien deze types aanzienlijk lagere koolstofgehaltes bevatten. o Rekening houdend met de hoge chloorconcentraties en de putcorrosie die in de nabijheid van de scheurgebieden werden teruggevonden, zou een keuze voor een 316L type roestvaststaal gunstiger zijn geweest. Chloorionen zijn sterke corrosie-initiators en –propagators waarvan de aanwezigheid in dergelijke installaties tot een minimum dient te worden beperkt. Hun overmatige aanwezigheid kon worden gerelateerd aan het verkeerd gebruik van de installatie, met name aan een gebrekkige afregeling van de demineralisatie. o Naast chlorides werd eveneens natrium (Na) teruggevonden als corrosiebevorderend element. De aanwezigheid van natrium kan mogelijk gerelateerd zijn aan de gebrekkige demineralisatie (cf. super) en/of aan het gebruik van natriumhydroxide (NaOH) voor de reiniging van de autoclaven. Het gebruik van natriumhydroxide in de reinigingsprocedure diende te worden herbekeken.

Uit voorgaande blijkt dat corrosie is kunnen optreden dankzij een veelheid van factoren: materiaal, een gebrekkige uitvoering van de lassen en een aantal gebruikstechnische gebreken. In welke mate elk van deze factoren tot de totstandkoming van de faling heeft bijgedragen, is veelal moeilijk uit te maken. In feite hadden zij allemaal moeten worden voorkomen en is daarmee geïllustreerd dat elke stap in een productlevenscyclus van belang is, van ontwerp, over productie en gebruik, tot de eventuele nazorg. Nazorg Onder nazorg wordt hier niet alleen een correct gebruik van het product verstaan - zie voorgaand voorbeeld - maar eveneens eventuele herstellingen die achteraf aan het product worden uitgevoerd. Het aantal defecten dat te wijten is aan een gebrekkige herstelling is de laatste jaren sterk toegenomen. Ook hier kunnen economische factoren zoals tijdsdruk en kostprijs meer en meer met de vinger worden gewezen. Omwille van plaatsgebrek en de hoge opslagkosten hebben bedrijven minder en minder reserveonderdelen in voorraad. Bovendien is herstelling soms sneller en schijnbaar efficiënter dan vervanging, hetgeen toelaat om de dure tijd te beperken gedurende dewelke producten of installaties onbeschikbaar zijn. Er stelt zich zelden een probleem wanneer de herstellingen oordeelkundig worden voorbereid en binnen een technisch haalbare planning worden uitgevoerd door gespecialiseerde vaklui. Vanaf het ogenblik dat snelheid echter synoniem staat voor het overslaan van cruciale nabehandelingen en/of het gebruik van weinig doordachte “kunstgrepen” kunnen, al dan niet lange tijd na herstelling, onvermoede problemen optreden. Twee willekeurig gekozen voorbeelden: o Een vaak voorkomend probleem is het ontstaan van corrosie omwille van het ontbreken van een passivatiebehandeling na het herstellassen van een gescheurde roestvast stalen leiding, drukvat of opslagvat. Afhankelijk van diverse andere parameters kan de corrosie al dan niet nefast zijn voor de structurele integriteit van de installatie of de productkwaliteit van het opgeslagen medium, maar feit is dat de corrosie op eenvoudige manier had kunnen worden vermeden via een correcte nabehandeling. o Naar aanleiding van de vervanging van twee lamellen in een lamellenhaak werd gevraagd na te gaan wat de metallurgische impact en dito scheurrisico’s waren die mogelijk via de vervanging waren geïntroduceerd. Teneinde de globale draagkracht van de lamellenhaak te verhogen, had men de nieuwe lamellen uitgevoerd in een hoge sterkte staal, terwijl de oorspronkelijke lamellen in een klassieke staalsoort waren uitgevoerd. Bovendien werden ter versterking enkele lijfplaten toegevoegd. Een eerste probleem was gesitueerd bij de positie van de twee nieuwe lamellen die beide werden gepositioneerd aan dezelfde zijde van de lamellenhaak in plaats van symmetrisch ten opzichte van elkaar (figuur 8). Aangezien de twee nieuwe lamellen van een ander materiaaltype waren dan de oude lamellen, kon redelijkerwijze worden aangenomen dat de krachtverdeling in de herstelde lamellenhaak niet in balans was. Bijkomende problemen stelden zich bij de montage van de zijdelingse lijfplaten en de korte lasrupsen die tussen de lamellen werden gelegd teneinde de montage van de nieuwe lamellen te ondersteunen (figuur 8). Deze ingrepen beïnvloedden op een nadelige wijze de originele krachtverdeling in de lamellenhaak en de dito vervormingmogelijkheden, waardoor het risico op scheurinitiatie in de lamellenhaak drastisch toenam. Tenslotte bleken de hardheden in de hittebeïnvloede zones van de korte lasrupsen zeer hoog te zijn, een lokale aanwezigheid van martensiet en een dito sterk verhoogd scheurrisico implicerend.

In plaats van aan draagkracht te hebben gewonnen, had de herstelde lamellenhaak dus minder draagkracht en bovendien was een sterk scheurrisico ontstaan. De herstelde lamellenhaak is nooit in productie genomen; noodgedwongen werd een volledig nieuwe lamellenhaak besteld. Figuur 8 : schematische voorstelling van de aan de lamellenhaak uitgevoerde herstellingen Besluit De in deze publicatie gerapporteerde schadegevallen en situaties zijn inderdaad extreem te noemen. Dagdagelijks waken vele actoren over de goede technische kwaliteit van onze producten. De kwaliteit die door de grote meerderheid van onze bedrijven wordt geleverd is zonder meer hoogstaand te noemen en getuigt van de uitzonderlijke vakkennis waarover zowel het leidinggevend als het uitvoerend personeel in onze bedrijven beschikt. Via onze overheden verschijnen regelmatig nieuwe normen die de kwaliteit van lassen en producten naar een hoger niveau tillen. In samenwerking met de overheden en hun industriële partners ondersteunen het Belgisch Instituut voor Lastechniek en het Nederlands Instituut voor Lastechniek (BIL en NIL) deze ontwikkelingen via allerhande projecten. Onder andere via automatisatie, geoptimaliseerde procesvoering, het optimaliseren van materiaaleigenschappen enz. leiden deze projecten tot een continue verbetering van de technische kwaliteit van gelaste verbindingen. Dankzij deze en vele andere mensen en diensten kunnen wij van hoogstaande productiefaciliteiten, goede producten en dus van een toenemende welvaart genieten.

Allemaal voelen we echter de soms gevaarlijke en toenemende druk van economische begrippen zoals kosten, efficiëntie en rendabiliteit. De gegeven voorbeelden zijn uitingen van hoe deze druk in uitzonderlijke gevallen heeft geleid tot een onacceptabele overschrijding van de technische limieten waaraan ontwerp, materialen, productiemethodes en/of de mens kunnen voldoen. De oproep tot een continue waakzaamheid ten aanzien van onze technische kwaliteit is ingegeven door het toenemend aantal schadegevallen dat aan economische druk blijkt te wijten te zijn. Kwaliteit leidt enkel dan tot economische groei indien ook een technisch hoogstaande kwaliteit wordt gegarandeerd. Enkel die weg leidt tot duurzaamheid, een ander belangrijk technisch “en” economisch begrip.

Vergeet De Kwaliteit Niet!

by Frans Vos on Jul 02, 2009

Accessibility

Categories

Tags

Upload Details

Usage Rights

1 Embed 2

Statistics

Vergeet De Kwaliteit Niet! — Document Transcript