一、失效分析的定義(yi) 


  對裝備及(ji)其構(gou)件在使用過程(cheng)中(zhong)發生各(ge)種(zhong)形(xing)式(shi)失(shi)效現象的(de)(de)特征及(ji)規(gui)律進行分(fen)(fen)析研究，從中(zhong)找出(chu)產生失(shi)效的(de)(de)主要原(yuan)因及(ji)防止失(shi)效的(de)(de)措施，稱為失(shi)效分(fen)(fen)析。 失(shi)效分(fen)(fen)類 材料在各(ge)種(zhong)工(gong)程(cheng)應(ying)用中(zhong)的(de)(de)失(shi)效模式(shi)主要由(you)斷(duan)裂(lie)(lie)、腐蝕、磨損(sun)和變形(xing)等，其中(zhong)斷(duan)裂(lie)(lie)失(shi)效的(de)(de)危(wei)害性(xing)最大。


 1. 彈性變形失效(xiao) 


  當應力或溫度引起(qi)材料可恢復的彈性變(bian)(bian)形大到(dao)足以影響裝備(bei)正常發揮預(yu)定的功能時，就出現彈性變(bian)(bian)形失效。 


 2. 塑(su)性變形失效 

 

  當受載荷的(de)材料產生不可恢復(fu)的(de)塑性(xing)變(bian)形(xing)(xing)大到(dao)足以影響裝備正常發揮預(yu)定的(de)功能時，就出現塑性(xing)變(bian)形(xing)(xing)失(shi)效。


 3. 韌性斷裂失(shi)效 


  材料(liao)在斷裂之前(qian)產生(sheng)顯著的宏(hong)觀塑性變(bian)形的斷裂稱(cheng)為韌(ren)性斷裂失效。 


 4. 脆性斷(duan)裂失效 


  材料在(zai)斷(duan)裂之前沒有發生或(huo)很少發生宏觀可見的(de)塑性變形的(de)斷(duan)裂稱為脆性斷(duan)裂失效。 


 5. 疲勞斷(duan)裂失效 


  材(cai)料在交變載(zai)荷作(zuo)用下，經過(guo)一定的周期后所發生的斷裂稱(cheng)為(wei)疲勞斷裂失效。 


 6. 腐蝕失效 


  腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)是材(cai)料(liao)表面(mian)與服役(yi)環境發生物理或化學的(de)(de)(de)反(fan)應，使(shi)材(cai)料(liao)發生損壞或變質的(de)(de)(de)現象，材(cai)料(liao)發生的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)使(shi)其不能(neng)發揮正常的(de)(de)(de)功能(neng)則稱為腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)失效。腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)有多種形(xing)式，有均勻遍及材(cai)料(liao)表面(mian)的(de)(de)(de)均勻腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)和只(zhi)在局部地(di)方出(chu)現的(de)(de)(de)局部腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)，局部腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)又分為點腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、晶間腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、縫隙(xi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、應力腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開裂、腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)疲勞等。 


 7. 磨(mo)損失效 


  當材料(liao)表(biao)現(xian)相互接觸(chu)或材料(liao)表(biao)面與流體接觸(chu)并作(zuo)相對運(yun)動時，由于物理和化學的作(zuo)用，材料(liao)表(biao)面的形狀(zhuang)、尺寸或質量發(fa)生(sheng)變化的過程(cheng)，稱為磨(mo)(mo)損(sun)(sun)。由磨(mo)(mo)損(sun)(sun)而(er)導(dao)致構件功能(neng)喪(sang)失(shi)，稱為磨(mo)(mo)損(sun)(sun)失(shi)效。磨(mo)(mo)損(sun)(sun)有多種形式，其中(zhong)常(chang)見(jian)粘(zhan)著磨(mo)(mo)損(sun)(sun)、磨(mo)(mo)料(liao)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)、沖(chong)擊(ji)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)、微(wei)動磨(mo)(mo)損(sun)(sun)、腐蝕磨(mo)(mo)損(sun)(sun)、疲勞(lao)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)等。 



二、失效(xiao)原因分析 


 1. 設(she)計(ji)不合理 


  其(qi)(qi)中(zhong)結構(gou)(gou)或(huo)形(xing)狀不合(he)(he)理(li)，材料存在(zai)缺口(kou)、小(xiao)圓弧(hu)轉角、不同形(xing)狀過(guo)(guo)渡區等(deng)高應(ying)(ying)力區，未能(neng)恰(qia)當(dang)設(she)計(ji)(ji)引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)(de)失(shi)效(xiao)比較常(chang)見。總(zong)之，設(she)計(ji)(ji)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)過(guo)(guo)載(zai)荷(he)、應(ying)(ying)力集中(zhong)、結構(gou)(gou)選擇不當(dang)、安(an)全系數(shu)過(guo)(guo)小(xiao)(追(zhui)求輕巧和高速度(du))及(ji)配合(he)(he)不合(he)(he)適等(deng)都(dou)會導致構(gou)(gou)件及(ji)裝備失(shi)效(xiao)。構(gou)(gou)件及(ji)裝備的(de)(de)(de)(de)設(she)計(ji)(ji)要(yao)(yao)有足(zu)夠(gou)的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)、剛度(du)、穩(wen)定(ding)性(xing)，結構(gou)(gou)設(she)計(ji)(ji)要(yao)(yao)合(he)(he)理(li)。 分(fen)析設(she)計(ji)(ji)原(yuan)因(yin)引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)(de)失(shi)效(xiao)尤其(qi)(qi)要(yao)(yao)注意：對復雜構(gou)(gou)件未作(zuo)可(ke)靠的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)力計(ji)(ji)算(suan)；或(huo)對構(gou)(gou)件在(zai)服役中(zhong)所承(cheng)受的(de)(de)(de)(de)非正常(chang)工(gong)作(zuo)載(zai)荷(he)的(de)(de)(de)(de)類型及(ji)大小(xiao)未作(zuo)考慮；甚至于對工(gong)作(zuo)載(zai)荷(he)確定(ding)和應(ying)(ying)力分(fen)析準確的(de)(de)(de)(de)構(gou)(gou)件來說，如果只考慮拉伸強(qiang)度(du)和屈服強(qiang)度(du)數(shu)據的(de)(de)(de)(de)靜載(zai)荷(he)能(neng)力，而忽(hu)視了脆性(xing)斷裂、低循環(huan)疲勞、應(ying)(ying)力腐蝕及(ji)腐蝕疲勞等(deng)機理(li)可(ke)能(neng)引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)(de)失(shi)效(xiao)，都(dou)會在(zai)設(she)計(ji)(ji)上(shang)造成(cheng)嚴(yan)重的(de)(de)(de)(de)錯誤。 


 2. 選(xuan)材不(bu)當及材料(liao)缺陷 


  金屬裝備及構(gou)件(jian)的(de)材(cai)料選擇(ze)要(yao)(yao)遵(zun)循使(shi)用性(xing)(xing)原則(ze)、加(jia)工(gong)工(gong)藝(yi)性(xing)(xing)能(neng)原則(ze)及經濟性(xing)(xing)原則(ze)，首先要(yao)(yao)考慮(lv)遵(zun)循使(shi)用性(xing)(xing)原則(ze)。使(shi)在特定環境中的(de)構(gou)件(jian)，對可預(yu)見的(de)失效(xiao)形(xing)式(shi)要(yao)(yao)為其選擇(ze)足夠的(de)抵(di)抗失效(xiao)的(de)能(neng)力(li)。如對韌性(xing)(xing)材(cai)料可能(neng)產(chan)生(sheng)的(de)屈服變形(xing)或(huo)斷(duan)裂(lie)，應該選擇(ze)足夠的(de)拉伸(shen)強度和屈服強度；但(dan)對可能(neng)產(chan)生(sheng)的(de)脆(cui)性(xing)(xing)斷(duan)裂(lie)、疲(pi)勞及應力(li)腐蝕開裂(lie)的(de)環境條件(jian)，高強度的(de)材(cai)料往往適得其反。在符合使(shi)用性(xing)(xing)能(neng)的(de)原則(ze)下(xia)選取(qu)的(de)結構(gou)材(cai)料，對構(gou)件(jian)的(de)成形(xing)要(yao)(yao)有好(hao)的(de)加(jia)工(gong)工(gong)藝(yi)性(xing)(xing)能(neng)。在保證構(gou)件(jian)使(shi)用性(xing)(xing)能(neng)、加(jia)工(gong)工(gong)藝(yi)性(xing)(xing)能(neng)要(yao)(yao)求的(de)前(qian)題(ti)下(xia)，經濟性(xing)(xing)也(ye)是必須考慮(lv)。


 3. 制造工藝不合理(li) 


  金屬(shu)裝(zhuang)備(bei)(bei)及其構件(jian)(jian)往(wang)往(wang)要(yao)經過(guo)機加(jia)工(gong)（車(che)、銑、刨、磨、鉆(zhan)等）、熱(re)(re)冷變(bian)形(xing)(xing)（沖、壓、卷(juan)、彎(wan)等）、焊接(jie)(jie)、裝(zhuang)配等制造(zao)工(gong)藝過(guo)程(cheng)(cheng)。若(ruo)工(gong)藝規范制訂不(bu)(bu)(bu)合理，則(ze)金屬(shu)設備(bei)(bei)或構件(jian)(jian)在這些(xie)加(jia)工(gong)成形(xing)(xing)過(guo)程(cheng)(cheng)中，往(wang)往(wang)會留下各種各樣(yang)的(de)缺(que)陷。如(ru)(ru)機加(jia)工(gong)常出現(xian)的(de)圓角(jiao)過(guo)小、倒角(jiao)尖銳(rui)、裂(lie)紋、劃痕；冷熱(re)(re)成形(xing)(xing)的(de)表面凹(ao)凸不(bu)(bu)(bu)平(ping)、不(bu)(bu)(bu)直度(du)、不(bu)(bu)(bu)圓度(du)和(he)裂(lie)紋；在焊接(jie)(jie)時(shi)可(ke)能產(chan)生的(de)焊縫表面缺(que)陷(咬邊、焊縫凹(ao)陷、焊縫過(guo)高)、焊接(jie)(jie)裂(lie)紋、焊縫內(nei)部(bu)缺(que)陷(未焊透、氣(qi)孔、夾渣)，焊接(jie)(jie)的(de)熱(re)(re)影響區更因(yin)在焊接(jie)(jie)過(guo)程(cheng)(cheng)經受的(de)溫(wen)度(du)不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)，使其發生組(zu)織轉(zhuan)變(bian)不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)，有(you)可(ke)能產(chan)生組(zu)織脆化和(he)裂(lie)紋等缺(que)陷；組(zu)裝(zhuang)的(de)錯位、不(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)心度(du)、不(bu)(bu)(bu)對中及強行(xing)組(zu)裝(zhuang)留下較大的(de)內(nei)應力等。所有(you)這些(xie)缺(que)陷如(ru)(ru)超過(guo)限度(du)則(ze)會導致(zhi)構件(jian)(jian)以及裝(zhuang)備(bei)(bei)早期失效(xiao)。 使用(yong)操(cao)作(zuo)不(bu)(bu)(bu)當和(he)維修(xiu)不(bu)(bu)(bu)當 使用(yong)操(cao)作(zuo)不(bu)(bu)(bu)當時(shi)金屬(shu)裝(zhuang)備(bei)(bei)失效(xiao)的(de)重要(yao)原因(yin)之一，如(ru)(ru)違章操(cao)作(zuo)，超載、超溫(wen)、超速；缺(que)乏經驗、判斷(duan)錯誤；無知和(he)訓練(lian)不(bu)(bu)(bu)夠；主觀(guan)臆測、責任心不(bu)(bu)(bu)強、粗(cu)心大意(yi)等都(dou)是不(bu)(bu)(bu)安全的(de)行(xing)為。某(mou)時(shi)期統計260 次壓力容器和(he)鍋(guo)爐事故中，操(cao)作(zuo)事故194 次，占74.5% 。裝(zhuang)備(bei)(bei)是要(yao)進(jin)行(xing)定(ding)期維修(xiu)和(he)保養的(de)，如(ru)(ru)對裝(zhuang)備(bei)(bei)的(de)檢查、檢修(xiu)和(he)更換不(bu)(bu)(bu)及時(shi)或沒有(you)采取適當的(de)修(xiu)理、防護措(cuo)施，也會引起裝(zhuang)備(bei)(bei)早期失效(xiao)。