沧海一粟QC小组成果报告
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
海一粟QC小组成果报告
页数:
密级:
中国核动力研究设计院
QC小组成果报告
小组名称:沧海一粟
课题名称:热室内金相制样工艺改进
编写:王斐
校对:温榜
审批:刘荣
二OO九年十二月
一、简介
沧海一粟QC小组于2009年7月30日成立,由中国核动力研究设计院一所热室的六名人员组成,本QC小组的类型属于“现场型”。
由热室物性组组长王斐担任小组组长,由热室副主任温榜担任技术指导,其成员有周云、姚亮、彭艳华和冷茂林,均为物性组成员。
表1 沧海一粟QC小组成员表
热室(hot cell)是进行高放射性试验和操作的屏蔽试验室,如图1a所示。
它和周围环境隔绝,以防止射线辐射和放射性污染。
前墙上装有铅玻璃或高密度液体的窥视窗,装有机械手可进行远距离操作,见图1b。
热室后墙装有铸铁门,必要时能够进入,清洗、安装和拆卸设备。
此外热室还配备有照明系统、运输系统、排风系统、排水系统等。
运输系统用于运送物品进出热室,排风系统使热室在使用时内部保持负压,防止放射性气溶胶和尘埃逸出造成操作前区沾污。
热室常用于反应堆燃料元件辐照后检验与处理,材料的物理性能测试、机械性能测试及微观分析,同位素分装和放射化学实验等。
热室物性组要紧承担核燃料及材料辐照后微观分析、密度测量、辐照肿胀测量等工作,其中金相检查是微观分析中专门重要的手段之一。
a)热室前区b)磨抛实验室
图1 中国核动力研究设计院热室
二、课题选择
金相检查是核燃料及材料辐照后性能检验的要紧方法,制备合格的样品是金相检查的关键环节,为提高金相制样的效率,加强小组成员关于过程操纵和数据分析的明白得,增强质量意识,保质保量完成各项科研任务,结合实际制样过程中存在的问题,选择了《热室内金相制样工艺改进》作为QC小组活动的课题。
三、现状调查
金相样品的制备流程如图2所示,金相样品制备第一用220#、600#金刚石磨盘依次磨光、再用9μm、3μm、1μm的抛光盘抛光,在试样的磨光过程中,需加水冷却,抛光过程中需用相应粒度的金刚石悬浮液和润滑液冷却,在样品制备完成后,用金相显微镜进行金相检查,若制备合格即完成了该样品的制备工作,若制备不合格则重新进行制备。
在样品制备过程中,需要用机械手装夹样品,在磨抛热室、金相检查热室之间反复转运,操作难度大,劳动强度高,需要消耗大量的时刻;同时,核燃料及材料的辐照费用相当高,辐照后样品显得尤为宝贵,反复磨制、抛光有可能会造成样品消耗殆尽,造成不可挽回的缺失。
图2 金相样品制备流程图
图3为合格样品和不合格样品的照片,其中图3a 为合格样品的照片,在制备完成后,样品表面无大的划痕,满足金相检查要求,而图3b 为不合格样品的照片,样品表面划痕较大,不满足金相检查要求。
a ) 合格样品
b ) 不合格样品
图3 合格和不合格样品对比照片
热室司特尔磨抛机于2008年3月安装在10#热室,操纵系统安装在金相前区,如图4所示。
磨抛机可同时对3个样品进行磨光和抛光,样品制备的工艺参数如表2所示。
司特尔磨抛机的磨光盘和抛光盘与驱动盘的连接方式为磁力吸附,通过长时刻的使用发觉,在抛光过程中抛光盘经常打滑,不能实现对3个样品同时进行3μm 和1μm 的抛光,
制备不合格
金相样品
220#磨光
1μm 抛光
600#磨光
9μm 抛光
3μm 抛光
金相检查
制备3个样品的时刻需要240分钟。
通过对以往制备样品的记录进行统计,制备样品的合格率约为66%,也确实是每制备3个样品时,有一个样品不合格,因此,制备3个合格样品需要的时刻为320分钟,试样制备效率低,金相耗材消耗大,阻碍了项目实施的进度,同时也加大了成本。
a ) 热室内主机
b ) 前区操纵器
图4 热室司特尔磨抛机
表2 样品制备工艺参数
四、目标设定
针对热室金相制样工艺现状,制备3个合格样品的时刻为320分钟,平均每制备3个合格样品时,因不合格样品的返工而造成的无效工作时刻约为80分钟,假如排除或减少返工现象,制样效率便可大幅度提高,另外通过改进,若能实现3个样品同时抛光,可使样品制备时刻提高至180分钟制备3个合格样品。
因此,设定目标为由原先240分钟制备3个样品(320分钟制备3个合格样品)提高至180分钟制备3个合格样品,使金相制样效率提高30%以上。
五、缘故分析
磨光
抛光 粒度 220# 600# 9μm
3μm 3μm 1μm 1μm
1μm 试样个数 3 3 3 2 1 1 1 1 时刻(分钟) 20 20 20 20 20 25 25 25 压力(N ) 30 30
30
25
25 25
25 25
目前,热室内金相样品的制备还存在一些问题,要紧是制样效率较低,金相耗材消耗大,要紧从“法”、“环”、“机”、“人”四个方面进行了分析:
1、“法”:工艺参数制定不合理,使样品制备时刻长,效率低。
2、“环”:由于热室内专门的操作环境,试样制备需要用机械手操作,制备过程只能从窥视窗进行观看,因此,在制备过程中由于清洗不完全造成粗砂粒带到粒度较小的磨光/抛光盘上,造成试样划痕太深,延长了后续工作的时刻。
3、“机”:在试样的制备过程中,抛光盘容易打滑,这是由于抛光盘底面为不锈钢表面,摩擦力不够,在3μm抛光时每次只能抛光2个样品,1μm抛光时每次只能抛光一个样品,白费了金刚石悬浮液也消耗了时刻;600#磨盘和9μm抛光盘之间的跨度太大,造成较大的划痕,延长了后续工作的时刻。
4、“人”:人员操作时刻长,使样品清洗、更换磨/抛光盘的操作时刻过长。
样品制备效率低
图5 金相样品制备效率低缘故分析
六、要因分析
依照图5中的缘故进行分析,针对每一个缘故进行了试验,确定阻碍热室金相制样效率的要因,具体确定过程如下:
1、工艺参数的调整
在2009年8月18日针对原先的样品制备工艺,进行了第一次参数的调整,由于设定不合理,样品制备未完成。
在2009年8月27日进行了第二次工艺参数的调整,样品
制备完成后,用金相显微镜进行检查,检查结果如图6所示,从图中能够看出仍有较大的划痕显现,说明工艺参数设定不合理不是样品制备质量差、效率低的要紧缘故。
图6 调整工艺参数后样品形貌
2、磨/抛光盘清洗不完全
由于磨/抛光盘清洗不完全,有时砂粒会粘在抛光盘的绒毛内,在样品表面产生较大、较深的划痕,通过试验,在每道磨/抛工序的最后1分钟,用水冲洗磨/抛光盘,制备完成后经显微镜检查,样品表面较大的划痕减少如图7所示,说明用流淌的水冲洗磨抛盘,能有效的减少了砂粒粘在磨抛盘上,因此磨/抛盘清洗不完全是造成样品制备效率低的要紧缘故之一。
图7 完全清洗后样品表面形貌
3、磨光/抛光盘的跨度太大
在完全清洗磨/抛光盘后样品表面依旧有划痕,经课题组成员分析,可能是由于磨光和抛光之间的粒度相差较大,因此增加了1200#金刚石磨盘,有效的减少了试样抛光的时刻和金刚石悬浮液的使用量,制备完成后经显微镜检查,满足金相检查的需要(如图8所示),说明磨/抛光盘的跨度大也是造成样品制备效率低的一个要紧缘故。
但金相制样的效率依旧比较低,制备3个合格样品需要210分钟。
图8 增加1200#磨盘后样品表面形貌
4、抛光盘底面太光滑
针对抛光盘太光滑的缘故,通过反复试验得出在安装3μm抛光盘时,先将驱动盘空转1分钟,放上抛光盘,然后装上2个样品,抛光1分钟后再装上第3个样品,关于1μm的抛光盘操作步骤相同,但每次只装1个样品,用如此的方法制备3个合格样品的累计时刻为180分钟,大大提高了样品制备的效率,说明抛光盘底面太光滑是造成样品制备效率低的要紧缘故。
5、人员操作时刻长
操作人员严格按照操作规程进行,操作时刻与机械手操作熟练程度有关,能够通过培训提高操作技能,不是造成不合格样品和制样效应低的要紧缘故。
通过以上分析,得出造成样品制备效率低的要紧缘故为表3所示。
表3 要因分析表
序号缘故缘故分析是否要紧缘故
1 磨/抛光盘清洗不
完全
清洗不完全,使粗砂粒带到磨抛
盘上,造成样品表面较大较深的
划痕
是
2 磨/抛光盘的跨度
太大
600#磨光后的划痕需要较长时
刻抛光
是
3 抛光盘底面太光
滑
由于抛光盘经常打滑,造成试验
中断,重新进行试验
是
七、计策制定
针对导致制样效率低的要紧缘故进行分析,提出了能够实施的计策,能提高工作效率。
制订的计策表如表4。
表4 计策表
八、实施计策
2009年8月1日,在磨光工序的最后1分钟,调大冷却水的流量,用水冲洗抛光盘,专门大程度的幸免了粗的砂粒带到粒度较小的磨/抛光盘上,制备完成的样品表面较深、较大的划痕消逝。
2009年9月14日,磨光/抛光盘的跨度太大,在磨光盘和抛光盘之间增加1200#磨盘,制备完成后,样品表面划痕消逝,满足金相检查要求。
2009年9月25日,更换3μm和1μm抛光盘前,对驱动盘进行空转甩干,然后再安装抛光盘,实现了3个样品同时抛光,有效的减少了样品制备的时刻,提高了工作效率。
九、成效检查
1、操作时刻
对工艺参数进行了更换,更换后的工艺参数如表5所示,从表中数据能够看出,改进后制备3个合格的金相样品需要180分钟,比改进前减少了140分钟,使制样效率提高了43%,完成了制定的目标。
表5 改进后制样工艺
2、对人员和机器的阻碍
热室操作前区的辐射水平为4.75μSv/h,每制备3个合格样品可节约140分钟,以制备100个合格样品为例,在人员同意剂量、劳动强度和机器磨损时刻改进前后的对比如表6所示。
表6 制样工艺改进前后对人员和机器的阻碍
3、经济效益
由于抛光时要使用金刚石悬浮液和润滑液,本次活动成功实现了3个样品同时抛光,节约了60%的金刚石悬浮液和润滑液;在试验过程中,热室通风、照明系统必须全部运行,本次活动后试验操作时刻节约了43%,可使热室通风、照明系统的运行时刻相应减少,同时减少了放射性废物的处理费用,制备100个样品可节约生产成本6000元以上。
4、自我评判
QC小组成员从自信心、QC知识、质量意识、个人能力和团队精神5个方面,在活动前后进行了自我评判,各方面都有了大幅度的提高,雷达图见图9(各单项满分5分)。
图9 活动前后自我评判雷达图
十、巩固措施
在本次活动完成后,按照改进后的工艺,将司特尔磨抛机操作规程进行升版,并对全组成员培训升版后的司特尔磨抛机操作规程,使全组成员对金相样品制备的方法熟化。
对机械手不断进行操作练习,在成功使用机械手制备样品的同时,组织全组人员在模拟热室进行机械手操作竞赛,使全组人员在轻松的氛围内熟练把握机械手操作技能,达到了预期的成效。
目前差不多用改进后的工艺进行了XX燃料元件、XX元件导向管内辐照样品和Zr-4辐照样品等近100个样品的制备,经检查只有燃料元件包壳中一个样品制备不合格,其余均满足金相检查要求,各样品制备的合格率如图10所示,样品形貌如图11所示,用改进后的工艺制备样品大大提高了某燃料元件的科研任务进度。
图10 改进前后样品合格率对比
a)XX元件导向管内样品b)XX燃料元件
c)XX燃料元件焊缝检查d)Zr-4辐照样品
图11 改进后工艺制备样品的表面形貌
十一、总结和下一步打算
1、总结
本次开展的QC活动改进了热室内金相制样工艺,使金相制样时刻减少了43%,样品合格率提高了30%以上,完成了设定目标,提高了金相检查的效率;大大减少了操作人员的劳动强度和受照剂量;减少了放射性废物的产生量,节约了科研成本。
同时,全组成员共同进行讨论、商量,增强了解决难题的信心,增强了团队的凝聚力,关于试验过程操纵、试验记录的产生以及数据分析有了深入的明白得,增强了质量意识,有利于今后更好的完成各项科研任务。
2、下一步打算
扫描电镜分析是核燃料及材料辐照后显微分析的另一种方法,目前在电镜分析的过程中存在小尺寸样品不导电的问题,获得的形貌图片质量差,阻碍分析结果。
因此,考虑将小尺寸SEM分析样品的制备作为下一次活动的主题。