{品质管理Q七大手法}沧海粟Q小组成果报告

1、品质管理 Q 七大手法沧 海粟 Q 小组成果报告 品质管理 Q 七大手法沧 海粟 Q 小组成果报告 编号： 页数： 密级： 中国核动力研究设计院中国核动力研究设计院 QC 小组成果报告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 小组成员姓名性别年龄职称/职务 组长王斐女25研究实习员/组长 温榜男29助理研究员/副主任 周云男34中级工 组 员 姚亮男28助理研究员 彭艳华女28研究实习员 冷茂林男29研究实习员 热室（hotcell）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

2、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， 必要时可以进入，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。 热室物性组主要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非常重要的手段之一。 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、课题选择二、课题选择 金相检查是核燃料及材料辐照后性能检验的主要方法，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，加强小组成员对于过程控制和数据 分析的理解，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，金相样品制备首先用 220#、600#金刚石磨 盘

3、依次磨光、再用 9m、3m、1m 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 量的时间；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珍贵， 反复磨制、抛光有可能会造成样品消耗殆尽，造成不可挽回的损失。 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， 控制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

4、的连接方式为磁力吸附，经 过长时间的使用发现，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 3m 和 1m 的抛光，制备 3 个样品的时间需要 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%，也就是每制备 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间为 320 分钟，试样制备 效率低，金相耗材消耗大，影响了项目实施的进度，同时也加大了成本。 a）热室内 主机 b）前区控 制器 图 4 热室司特尔磨抛机 表 2 样品制备工艺参数 磨光抛光 粒度220#600#9m3m3m1m1m1m 试样个数33321111 四、目标设定四、目标设定 针对热室金相制样工艺现状，制备 3 个合格样品的时间为 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间约为 80 分钟， 如果消除或减少返工现象，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，可使样品制备时间提高至 180 分钟制备 3 个合格样品。因此， 设定目标为由原来 240 分钟制备 3 个样品（320 分钟制备 3

5、 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、原因分析五、原因分析 目前，热室内金相样品的制备还存在一些问题，主要是制样效率较低，金相 耗材消耗大，主要从“法” 、“环” 、“机” 、“人”四个方面进行了分析： 1、“法”：工艺参数制定不合理，使样品制备时间长，效率低。 2、“环”：由于热室内特殊的操作环境，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察，因此，在制备过程中由于清洗不彻底造成粗砂粒 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间。 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 3m 抛光时每次只能抛光 2 个样品，1m 抛光 时每次只能抛光一个样品，浪费了金刚石悬浮液也消耗了时间 ； 600#磨盘和 9m 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间。 4、“人” ： 人员操作时间长，使样品清洗、更换磨/抛光盘的操作时间过长。 时间（分钟）2020202020252525 压力（N）3030302525252525 图 5 金

6、相样品制备效率低原因分析 六、要因分析六、要因分析 根据图 5 中的原因进行分析，针对每一个原因进行了试验，确定影响热室金 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 日针对原来的样品制备工艺，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 中可以看出仍有较大的划痕出现， 说明工艺参数设定不合理不是样品制备质量差、 效率低的主要原因。 图 6 调整工艺参数后样品形貌 2、磨/抛光盘清洗不彻底 由于磨/抛光盘清洗不彻底，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，经过试验，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， 说明用流动的水冲洗磨抛盘，能有效的减少了砂粒粘在磨抛盘上，因此磨/抛盘 清洗不彻底是造成样品制备效率低的主要原因之一。 图 7 彻底清洗后样品表面形貌 3、磨光/抛光盘的跨度太大 在彻底清洗磨/抛

7、光盘后样品表面依然有划痕，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 少了试样抛光的时间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 低的一个主要原因。但金相制样的效率还是比较低，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原因，经过反复试验得出在安装 3m 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，对于 1m 的抛光盘操作步骤相同，但每次只装 1 个样品，用这样的方 法制备 3 个合格样品的累计时间为 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主要原因。 5、人员操作时间长 操作人员严格按照操作规程进行，操作时间与机械手操作熟练程度有关，可 以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主要原因。 经过以上分析，得出造成样品制备效率低的主要

8、原因为表 3 所示。 表 3 要因分析表 序号原因原因分析是否主要原因 1 磨/抛光盘清洗不 彻底 清洗不彻底， 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 间抛光 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、对策制定七、对策制定 针对导致制样效率低的主要原因进行分析，提出了能够实施的对策，能提高 工作效率。制订的对策表如表 4。 表 4 对策表 序 号 要因对策目标措施负责人地点完成日期 1 磨/抛光 盘清洗不 彻底 彻底清洗 磨/抛光盘 避免粗砂 粒带到粒 度较细的 磨/抛盘上 在每道工序 最后 1 分钟 用较大流量 的水冲洗 彭艳华 49-3 段金相 前区 2009.8.10 2 磨/抛光 盘的跨度 太大 磨光盘和 抛光盘之 间增加 1200#磨盘 减少后续 抛光时间 增加 1200# 磨盘后明显 减少了后续 抛光时间 王斐 49-3 段金相 前区 2009.9.15 3 抛光盘底 面太光滑 更换抛光 盘时，减少 抛光盘底 面的水 可以使 3m 和 1m 抛光

9、同时进行 3 个样品 更换抛光盘 前，进行空 转 周云 49-3 段金相 前区 2009.9.28 八、实施对策八、实施对策 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，很大程度的避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、较大的划痕消失。 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，样品表面划痕消失，满足金相检查要求。 2009 年 9 月 25 日，更换 3m 和 1m 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间， 提高了工作效率。 九、效果检查九、效果检查 1、操作时间 对工艺参数进行了更改，更改后的工艺参数如表 5 所示，从表中数据可以看 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 磨光抛光 粒度 220#600#1200#9m 空 盘 3m3m3m 空 盘 1m1m1m1m 试样 个数 33332331233 时间 （分 钟） 2520202511125111125 压力 （N） 40353530302020252520202025 2、对人员和机器的影响 热室操作前区的辐射水平为 4.75Sv/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，在人员接受剂量、劳动强度和机器磨损时间改 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影响 人员接受剂量人员劳动强度机器磨损时间 改进前840Sv22 天22 天 改进后470Sv13 天13 天 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，节省了 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间节省了 43%，可使热室通风、照明 系统的运行时间相应减少，同时减少了放射性废物的处理费用，制备 100 个样品 可节省生产成本 6000 元以上。 4、自我评价

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