1、PAGE PAGE 17編號：頁數：密級： 中國核動力研究究設計院QC小組成果報報告小組名稱： 滄海一粟 課題名稱： 熱室內金相相制樣工藝改改進 編 寫： 王斐 校 對： 溫榜 審 批： 劉榮 二OO九年十二二月一、簡介滄海一粟QC小小組于2009年年7月30日日成立，由中國國核動力研究究設計院一所所熱室的六名人員組成，本本QC小組的類型型屬于“現場場型”。由熱室物性組組長長王斐擔任小小組組長，由由熱室副主任任溫榜擔任技技術指導，其其成員有周云云、姚亮、彭彭艷華和冷茂茂林，均為物物性組成員。表1 滄海一一粟QC小組組成員表小組成員姓名性別年齡職稱/職務組長王 斐女25研究實習員/組組長組員溫

2、榜男29助理研究員/副副主任周 云男34中級工姚 亮男28助理研究員彭艷華女28研究實習員冷茂林男29研究實習員熱室（hot cell）是是進行高 HYPERLINK /view/66557.htm 放射射性試驗和操操作的屏蔽試試驗室，如圖圖1a所示。它和周周圍環境隔絕絕，以防止射射線輻射和放放射性污染。前墻上上裝有鉛玻璃璃或高密度液液體的窺視窗窗，裝有 HYPERLINK /view/81615.htm 機械械手可進行遠遠距離操作，見圖1b。熱室后墻裝有有鑄鐵門，必要要時可以進入入，清洗、安安裝和拆卸設設備。此外熱室還配備有有照明系統、運運輸系統、排風系系統、排水系系統等。運輸輸系統用于運送

3、物品品進出 HYPERLINK /view/1269130.htm 熱室，排風系統使熱熱室在使用時時內部保持 HYPERLINK /view/428277.htm 負負壓，防止放射性性 HYPERLINK /view/56336.htm 氣溶膠和 HYPERLINK /view/357522.htm 塵埃逸出造成操作前區區沾污。熱室常用于于反應堆燃料元元件輻照后檢驗與處理， HYPERLINK /view/115747.htm 材料的物理性性能測試、機機械性能測試試及微觀分析析， HYPERLINK /view/1160.htm 同位素分裝和放射 HYPERLINK /view/1176873

4、.htm 化學實驗驗等。熱室物性組主要要承擔核燃料料及材料輻照照后微觀分析析、密度測量量、輻照腫脹脹測量等工作作，其中金相相檢查是微觀觀分析中非常常重要的手段段之一。a） 熱室前前區b） 磨拋實實驗室圖1 中國核核動力研究設設計院熱室二、課題選擇金相檢查是核燃燃料及材料輻輻照后性能檢檢驗的主要方方法，制備合合格的樣品是是金相檢查的的關鍵環節，為提高金相相制樣的效率，加強小小組成員對于于過程控制和和數據分析的的理解，增強強質量意識，保保質保量完成成各項科研任任務，結合實際制樣樣過程中存在在的問題，選擇了熱室內金相相制樣工藝改改進作為QC小組組活動的課題題。三、現狀調查金相樣品的制備備流程如圖22

5、所示，金相樣樣品制備首先先用220#、600#金剛石磨盤盤依次磨光、再用9m、3m、1m的拋光盤拋光，在試樣的磨光過程中，需加水冷卻，拋光過程中需用相應粒度的金剛石懸浮液和潤滑液冷卻，在樣品制備完成后，用金相顯微鏡進行金相檢查，若制備合格即完成了該樣品的制備工作，若制備不合格則重新進行制備。在樣品制備過程中，需要用機械手裝夾樣品，在磨拋熱室、金相檢查熱室之間反復轉運，操作難度大，勞動強度高，需要消耗大量的時間；同時，核燃料及材料的輻照費用相當高，輻照后樣品顯得尤為珍貴，反復磨制、拋光有可能會造成樣品消耗殆盡，造成不可挽回的損失。制備不合格制備不合格金相樣品220#磨光1m拋光600#磨光9m拋

6、光3m拋光金相檢查圖2 金相樣樣品制備流程程圖圖3為合格樣品品和不合格樣樣品的照片，其其中圖3a為合格樣樣品的照片，在在制備完成后后，樣品表面面無大的劃痕痕，滿足金相相檢查要求，而而圖3b為不不合格樣品的的照片，樣品品表面劃痕較較大，不滿足足金相檢查要要求。a） 合格樣樣品b） 不合格格樣品圖3 合格和和不合格樣品品對比照片熱室司特爾磨拋拋機于20008年3月安安裝在10#熱室，控制制系統安裝在在金相前區，如如圖4所示。磨磨拋機可同時時對3個樣品品進行磨光和和拋光，樣品品制備的工藝藝參數如表22所示。司特特爾磨拋機的的磨光盤和拋拋光盤與驅動動盤的連接方方式為磁力吸吸附，經過長長時間的使用用發現

7、，在拋拋光過程中拋拋光盤經常打打滑，不能實實現對3個樣樣品同時進行行3m和11m的拋光光，制備3個個樣品的時間間需要2400分鐘。通過過對以往制備備樣品的記錄錄進行統計，制制備樣品的合合格率約為666%，也就就是每制備33個樣品時，有有一個樣品不不合格，因此此，制備3個個合格樣品需需要的時間為為320分鐘鐘，試樣制備效率率低，金相耗耗材消耗大，影影響了項目實實施的進度，同同時也加大了了成本。a） 熱室內內主機b） 前區控控制器圖4 熱室司司特爾磨拋機機表2 樣品制制備工藝參數數磨光拋光粒度220#600#9m3m3m1m1m1m試樣個數33321111時間（分鐘）202020202025252

8、5壓力（N）3030302525252525四、目標設定針對熱室金相制制樣工藝現狀狀，制備3個個合格樣品的的時間為3220分鐘，平平均每制備33個合格樣品品時，因不合合格樣品的返返工而造成的的無效工作時時間約為80分鐘，如果消除或或減少返工現現象，制樣效率便可可大幅度提高高，另外通過過改進，若能能實現3個樣樣品同時拋光光，可使樣品品制備時間提提高至1800分鐘制備3個合格格樣品。因此，設定定目標為由原原來240分分鐘制備3個個樣品（3220分鐘制備備3個合格樣樣品）提高至至180分鐘鐘制備3個合合格樣品，使使金相制樣效效率提高300%以上。五、原因分析目前，熱室內金金相樣品的制制備還存在一一些

9、問題，主主要是制樣效效率較低，金金相耗材消耗耗大，主要從從“法”、“環”、“ 機”、“人人”四個方面面進行了分析析：1、“法”：工工藝參數制定定不合理，使使樣品制備時時間長，效率率低。2、“環”：由由于熱室內特特殊的操作環環境，試樣制制備需要用機機械手操作，制制備過程只能能從窺視窗進進行觀察，因因此，在制備備過程中由于于清洗不徹底底造成粗砂粒粒帶到粒度較較小的磨光/拋光盤上，造造成試樣劃痕痕太深，延長長了后續工作作的時間。3、“機”：在在試樣的制備備過程中，拋拋光盤容易打打滑，這是由由于拋光盤底底面為不銹鋼鋼表面，摩擦擦力不夠，在在3m拋光時每每次只能拋光光2個樣品，11m拋光時每每次只能拋光

10、光一個樣品，浪浪費了金剛石石懸浮液也消消耗了時間；600#磨磨盤和9mm拋光盤之間間的跨度太大大，造成較大大的劃痕，延延長了后續工工作的時間。4、“人”：人人員操作時間長，使樣品清洗、更更換磨/拋光光盤的操作時間過長長。圖5 金相樣樣品制備效率率低原因分析析六、要因分析根據圖5中的原原因進行分析析，針對每一個原原因進行了試試驗，確定影影響熱室金相相制樣效率的的要因，具體體確定過程如如下：1、工藝參數的的調整在2009年88月18日針針對原來的樣品制制備工藝，進進行了第一次參數的的調整，由于于設定不合理理，樣品制備備未完成。在在2009年年8月27日日進行了第二二次工藝參數數的調整，樣樣品制備完

11、成成后，用金相相顯微鏡進行行檢查，檢查查結果如圖66所示，從圖圖中可以看出出仍有較大的的劃痕出現，說說明工藝參數數設定不合理理不是樣品制制備質量差、效效率低的主要要原因。圖6 調整工工藝參數后樣樣品形貌2、磨/拋光盤盤清洗不徹底底由于磨/拋光盤盤清洗不徹底底，有時砂粒粒會粘在拋光光盤的絨毛內內，在樣品表表面產生較大大、較深的劃劃痕，經過試試驗，在每道道磨/拋工序的最最后1分鐘，用水沖洗磨/拋光盤，制備完成后經顯微鏡檢查，樣品表面較大的劃痕減少如圖7所示，說明用流動的水沖洗磨拋盤，能有效的減少了砂粒粘在磨拋盤上，因此磨/拋盤清洗不徹底是造成樣品制備效率低的主要原因之一。圖7 徹底清清洗后樣品表面

12、形貌3、磨光/拋光光盤的跨度太太大在徹底清洗磨/拋光盤后樣樣品表面依然然有劃痕，經經課題組成員員分析，可能能是由于磨光光和拋光之間間的粒度相差差較大，因此此增加了12200#金剛剛石磨盤，有有效的減少了了試樣拋光的的時間和金剛剛石懸浮液的的使用量，制制備完成后經經顯微鏡檢查查，滿足金相相檢查的需要要（如圖8所示），說明磨/拋拋光盤的跨度度大也是造成成樣品制備效效率低的一個個主要原因。但金相制樣的效率還是比較低，制備3個合格樣品需要210分鐘。圖8 增加11200#磨磨盤后樣品表表面形貌4、拋光盤底面面太光滑針對拋光盤太光光滑的原因，經過反復試驗得出在安裝3m拋光盤時，先將驅動盤空轉1分鐘，放上

13、拋光盤，然后裝上2個樣品，拋光1分鐘后再裝上第3個樣品，對于1m的拋光盤操作步驟相同，但每次只裝1個樣品，用這樣的方法制備3個合格樣品的累計時間為180分鐘，大大提高了樣品制備的效率，說明拋光盤底面太光滑是造成樣品制備效率低的主要原因。5、人員操作時時間長操作人員嚴格按按照操作規程程進行，操作作時間與機械械手操作熟練練程度有關，可以通過培訓提高操作技能，不是造成不合格樣品和制樣效應低的主要原因。經過以上分析，得得出造成樣品品制備效率低低的主要原因因為表3所示示。表3 要因分析析表序號原因原因分析是否主要原因1磨/拋光盤清洗洗不徹底清洗不徹底，使使粗砂粒帶到到磨拋盤上，造造成樣品表面面較大較深的

14、的劃痕是2磨/拋光盤的跨跨度太大600#磨光后后的劃痕需要要較長時間拋拋光是3拋光盤底面太光光滑由于拋光盤經常常打滑，造成成試驗中斷，重重新進行試驗驗是七、對策制定針對導致制樣效效率低的主要要原因進行分分析，提出了了能夠實施的的對策，能提提高工作效率率。制訂的對對策表如表44。表4 對策表表序號要因對策目標措施負責人地點完成日期1磨/拋光盤清洗洗不徹底徹底清洗磨/拋拋光盤避免粗砂粒帶到到粒度較細的的磨/拋盤上上在每道工序最后后1分鐘用較較大流量的水水沖洗彭艷華49-3段金金相前區2009.8.102磨/拋光盤的跨跨度太大磨光盤和拋光盤盤之間增加11200#磨磨盤減少后續拋光時時間增加1200#

15、磨盤后明顯顯減少了后續續拋光時間王 斐49-3段金金相前區2009.9.153拋光盤底面太光光滑更換拋光盤時，減少拋光盤底面的水可以使3m和和1m拋光同時時進行3個樣樣品更換拋光盤前，進進行空轉周 云49-3段金金相前區2009.9.28八、實施對策2009年8月月1日，在磨磨光工序的最最后1分鐘，調調大冷卻水的的流量，用水水沖洗拋光盤盤，很大程度度的避免了粗粗的砂粒帶到到粒度較小的的磨/拋光盤盤上，制備完完成的樣品表表面較深、較較大的劃痕消消失。2009年9月月14日，磨磨光/拋光盤盤的跨度太大大，在磨光盤盤和拋光盤之之間增加12200#磨盤盤，制備完成成后，樣品表表面劃痕消失失，滿足金相相

16、檢查要求。2009年9月月25日，更更換3m和1m拋光盤前，對驅動盤進行行空轉甩干，然后再安裝拋拋光盤，實現現了3個樣品品同時拋光，有有效的減少了了樣品制備的的時間，提高高了工作效率。九、效果檢查1、操作時間對工藝參數進行行了更改，更更改后的工藝藝參數如表55所示，從表表中數據可以以看出，改進進后制備3個個合格的金相樣樣品需要1880分鐘，比改進前減減少了分鐘，使制制樣效率提高高了43%，完成了制制定的目標。表5 改進后后制樣工藝粒度磨光拋光220#600#1200#9m空盤3m3m3m空盤1m1m1m1m試樣個數33332331233時間（分鐘）2520202511125111125壓力（N

17、）403535303020202525202020252、對人員和機機器的影響熱室操作前區的的輻射水平為44.75Sv/h，每制備3個合格樣品可節節約140分鐘，以制備100個合格樣品為例，在人員員接受劑量、勞勞動強度和機機器磨損時間間改進前后的的對比如表66所示。表6 制樣工工藝改進前后后對人員和機機器的影響人員接受劑量人員勞動強度機器磨損時間改進前840Sv22天22天改進后470Sv13天13天3、經濟效益由于拋光時要使使用金剛石懸懸浮液和潤滑滑液，本次活活動成功實現現了3個樣品品同時拋光，節節省了60%的金剛石懸懸浮液和潤滑滑液；在試驗驗過程中，熱熱室通風、照照明系統必須須全部運行，本

18、本次活動后試試驗操作時間間節省了433%，可使熱熱室通風、照照明系統的運運行時間相應應減少，同時時減少了放射性廢物物的處理費用，制備1000個樣品可節節省生產成本60000元以上。4、自我評價QC小組成員從從自信心、QC知識、質質量意識、個個人能力和團團隊精神5個方面，在活活動前后進行行了自我評價價，各方面都都有了大幅度度的提高，雷達圖見圖99（各單項滿分55分）。圖9 活動前前后自我評價價雷達圖十、鞏固措施在本次活動完成成后，按照改進后的工藝，將司特爾磨拋拋機操作規程程進行升版，并對全組成員培訓升版后的司特爾磨拋機操作規程，使全組成員對金相樣品制備的方法熟化。對機械手不斷進進行操作練習習，在成功使使用機械手制制備樣品的同同時，組織全全組人員在模模擬熱室進行行機械手操作作比賽，使全全組人員在輕輕松的氛圍內內熟練掌握機械手操操作技能，達到了了預期的