沧海一粟QC小组成果报告Word下载.docx
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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
组
员
温榜
男
29
助理研究员/副主任
周云
34
中级工
姚亮
28
助理研究员
彭艳华
研究实习员
冷茂林
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
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
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3μm和1μm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#
9μm
3μm
1μm
试样个数
3
2
1
时间(分钟)
20
压力(N)
30
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
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,浪费了金刚石悬浮液也消耗了时间;
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。
图5金相样品制备效率低原因分析
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,对于1μm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
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
磨/抛光盘的跨度太大
600#磨光后的划痕需要较长时间抛光
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
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
要因
对策
目标
措施
负责人
地点
完成日期
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
49-3Ⅰ段金相前区
2009.8.10
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
2009.9.15
更换抛光盘时,减少抛光盘底面的水
可以使3μm和1μm抛光同时进行3个样品
更换抛光盘前,进行空转
2009.9.28
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间,提高了工作效率。
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
1200#
空盘
—
40
35
2、对人员和机器的影响
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
840μSv
22天
改进后
470μSv
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
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