一(yi)、失效分析的定(ding)義
對裝備(bei)及其(qi)構件在使用過程中發生各種形式失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)現象的(de)特征(zheng)及規律進行分析研(yan)究，從中找出產(chan)生失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)的(de)主(zhu)要原(yuan)因(yin)及防止失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)的(de)措施，稱為(wei)失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)分析。 失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)分類 材(cai)料在各種工(gong)程應用中的(de)失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)模式主(zhu)要由斷(duan)裂(lie)、腐蝕、磨損和變形等，其(qi)中斷(duan)裂(lie)失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)的(de)危害性最(zui)大。
1. 彈性變形失效
當(dang)應力(li)或溫度引起材料可(ke)恢復的彈性變形大到足以(yi)影響裝(zhuang)備正常(chang)發揮預定(ding)的功能時(shi)，就出現彈性變形失效。
2. 塑性(xing)變形(xing)失效(xiao)
當受載荷的(de)材(cai)料產生不可恢復的(de)塑(su)(su)性(xing)變(bian)形大到足以影響裝(zhuang)備正常發揮預(yu)定(ding)的(de)功能時(shi)，就出現塑(su)(su)性(xing)變(bian)形失(shi)效(xiao)。
3. 韌性斷(duan)裂失效
材(cai)料在(zai)斷裂(lie)之(zhi)前(qian)產生顯(xian)著的(de)宏觀塑性(xing)變形的(de)斷裂(lie)稱為韌性(xing)斷裂(lie)失效。
4. 脆性斷裂(lie)失效(xiao)
材料在斷(duan)裂(lie)(lie)之前沒(mei)有發生(sheng)或(huo)很少發生(sheng)宏觀可見的(de)塑性變形的(de)斷(duan)裂(lie)(lie)稱為(wei)脆性斷(duan)裂(lie)(lie)失(shi)效。
5. 疲勞(lao)斷裂失效
材料在交變載荷作(zuo)用下，經過一定的周(zhou)期后所發(fa)生的斷裂(lie)稱為疲勞斷裂(lie)失效。
6. 腐蝕失(shi)效(xiao)
腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)是(shi)材料表面(mian)與服役環境發(fa)生物理(li)或化學(xue)的(de)反應(ying)，使(shi)材料發(fa)生損壞或變質的(de)現(xian)象，材料發(fa)生的(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)使(shi)其(qi)不能發(fa)揮正常的(de)功能則稱為(wei)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)失效。腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)有多種形式，有均勻遍及材料表面(mian)的(de)均勻腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)和只在局部地(di)方出現(xian)的(de)局部腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)，局部腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)又分為(wei)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、晶間(jian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、縫隙(xi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、應(ying)力腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開裂、腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)疲勞等(deng)。
7. 磨損失效
當(dang)材(cai)料表現相(xiang)互接(jie)觸或材(cai)料表面與流體接(jie)觸并作(zuo)相(xiang)對(dui)運動時，由于物理和化(hua)學的作(zuo)用，材(cai)料表面的形(xing)(xing)狀、尺寸或質量發生變化(hua)的過程，稱(cheng)為磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)。由磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)而導致構件(jian)功能喪失，稱(cheng)為磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)失效。磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)有多種形(xing)(xing)式，其中(zhong)常見(jian)粘著磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)、磨(mo)(mo)(mo)(mo)料磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)、沖擊磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)、微動磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)、腐蝕磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)、疲(pi)勞磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)等(deng)。
二、失效原(yuan)因分析(xi)
1. 設計不(bu)合(he)理
其(qi)(qi)中結(jie)(jie)構(gou)或形狀(zhuang)(zhuang)不合(he)(he)理，材料(liao)存在缺口、小圓(yuan)弧轉(zhuan)角、不同形狀(zhuang)(zhuang)過(guo)渡區等高應力(li)(li)區，未(wei)(wei)能恰當(dang)設(she)計(ji)(ji)引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)失(shi)效(xiao)比(bi)較常見。總之(zhi)，設(she)計(ji)(ji)中的(de)(de)(de)過(guo)載(zai)(zai)荷、應力(li)(li)集(ji)中、結(jie)(jie)構(gou)選擇不當(dang)、安全系(xi)數過(guo)小(追求輕巧(qiao)和高速度)及(ji)配合(he)(he)不合(he)(he)適等都會(hui)導(dao)致構(gou)件及(ji)裝(zhuang)備失(shi)效(xiao)。構(gou)件及(ji)裝(zhuang)備的(de)(de)(de)設(she)計(ji)(ji)要(yao)有足夠的(de)(de)(de)強度、剛(gang)度、穩定性，結(jie)(jie)構(gou)設(she)計(ji)(ji)要(yao)合(he)(he)理。 分(fen)析設(she)計(ji)(ji)原因引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)失(shi)效(xiao)尤(you)其(qi)(qi)要(yao)注意(yi)：對復雜(za)構(gou)件未(wei)(wei)作可靠的(de)(de)(de)應力(li)(li)計(ji)(ji)算；或對構(gou)件在服役中所(suo)承受的(de)(de)(de)非正(zheng)常工作載(zai)(zai)荷的(de)(de)(de)類型(xing)及(ji)大小未(wei)(wei)作考慮；甚至于對工作載(zai)(zai)荷確定和應力(li)(li)分(fen)析準(zhun)確的(de)(de)(de)構(gou)件來說，如果只考慮拉(la)伸強度和屈服強度數據的(de)(de)(de)靜載(zai)(zai)荷能力(li)(li)，而(er)忽(hu)視了脆(cui)性斷(duan)裂、低循環(huan)疲勞、應力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕及(ji)腐(fu)(fu)蝕疲勞等機理可能引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)失(shi)效(xiao)，都會(hui)在設(she)計(ji)(ji)上造(zao)成嚴重(zhong)的(de)(de)(de)錯誤。
2. 選材不(bu)當及材料缺陷
金屬裝備及(ji)構件(jian)(jian)的(de)(de)(de)材料(liao)選擇要(yao)遵循(xun)使用性(xing)(xing)(xing)原(yuan)(yuan)則(ze)、加(jia)工(gong)工(gong)藝性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)原(yuan)(yuan)則(ze)及(ji)經濟性(xing)(xing)(xing)原(yuan)(yuan)則(ze)，首(shou)先要(yao)考慮(lv)遵循(xun)使用性(xing)(xing)(xing)原(yuan)(yuan)則(ze)。使在特(te)定環境(jing)中的(de)(de)(de)構件(jian)(jian)，對(dui)(dui)可預見的(de)(de)(de)失效(xiao)形式要(yao)為其選擇足夠的(de)(de)(de)抵抗失效(xiao)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)(neng)力。如對(dui)(dui)韌(ren)性(xing)(xing)(xing)材料(liao)可能(neng)(neng)(neng)產生的(de)(de)(de)屈服變形或斷裂(lie)，應(ying)該選擇足夠的(de)(de)(de)拉伸強(qiang)度(du)和屈服強(qiang)度(du)；但對(dui)(dui)可能(neng)(neng)(neng)產生的(de)(de)(de)脆性(xing)(xing)(xing)斷裂(lie)、疲勞及(ji)應(ying)力腐蝕開裂(lie)的(de)(de)(de)環境(jing)條件(jian)(jian)，高強(qiang)度(du)的(de)(de)(de)材料(liao)往(wang)往(wang)適得其反。在符合使用性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)則(ze)下(xia)選取的(de)(de)(de)結(jie)構材料(liao)，對(dui)(dui)構件(jian)(jian)的(de)(de)(de)成形要(yao)有好的(de)(de)(de)加(jia)工(gong)工(gong)藝性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。在保(bao)證構件(jian)(jian)使用性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)、加(jia)工(gong)工(gong)藝性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)要(yao)求(qiu)的(de)(de)(de)前題下(xia)，經濟性(xing)(xing)(xing)也(ye)是必須考慮(lv)。
3. 制造工藝不合理(li)
金屬裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備及(ji)其構(gou)件(jian)往(wang)(wang)(wang)往(wang)(wang)(wang)要經過(guo)(guo)機加(jia)(jia)工(gong)（車、銑、刨、磨、鉆等(deng)）、熱(re)冷(leng)變形（沖、壓(ya)、卷、彎等(deng)）、焊(han)(han)接(jie)、裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)配(pei)等(deng)制造工(gong)藝(yi)過(guo)(guo)程(cheng)。若工(gong)藝(yi)規范制訂不(bu)(bu)(bu)(bu)合理(li)，則(ze)金屬設(she)備或構(gou)件(jian)在(zai)(zai)這(zhe)些(xie)加(jia)(jia)工(gong)成(cheng)形過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)，往(wang)(wang)(wang)往(wang)(wang)(wang)會留下各種各樣(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)缺(que)陷。如(ru)(ru)機加(jia)(jia)工(gong)常出(chu)現的(de)(de)(de)(de)(de)(de)圓(yuan)角過(guo)(guo)小、倒角尖銳、裂(lie)紋、劃痕；冷(leng)熱(re)成(cheng)形的(de)(de)(de)(de)(de)(de)表面(mian)凹凸(tu)不(bu)(bu)(bu)(bu)平、不(bu)(bu)(bu)(bu)直度、不(bu)(bu)(bu)(bu)圓(yuan)度和(he)裂(lie)紋；在(zai)(zai)焊(han)(han)接(jie)時(shi)可能產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)表面(mian)缺(que)陷(咬邊、焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)凹陷、焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)過(guo)(guo)高)、焊(han)(han)接(jie)裂(lie)紋、焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)內(nei)部缺(que)陷(未焊(han)(han)透、氣孔、夾(jia)渣)，焊(han)(han)接(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)影響區(qu)更因在(zai)(zai)焊(han)(han)接(jie)過(guo)(guo)程(cheng)經受的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫度不(bu)(bu)(bu)(bu)同，使其發生(sheng)組織(zhi)(zhi)轉(zhuan)變不(bu)(bu)(bu)(bu)同，有(you)(you)可能產(chan)生(sheng)組織(zhi)(zhi)脆化和(he)裂(lie)紋等(deng)缺(que)陷；組裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)錯位、不(bu)(bu)(bu)(bu)同心(xin)(xin)度、不(bu)(bu)(bu)(bu)對中(zhong)及(ji)強行(xing)組裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)留下較大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)內(nei)應力(li)等(deng)。所(suo)有(you)(you)這(zhe)些(xie)缺(que)陷如(ru)(ru)超(chao)過(guo)(guo)限度則(ze)會導致構(gou)件(jian)以(yi)及(ji)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備早期(qi)失(shi)(shi)效。 使用操作(zuo)不(bu)(bu)(bu)(bu)當(dang)和(he)維修不(bu)(bu)(bu)(bu)當(dang) 使用操作(zuo)不(bu)(bu)(bu)(bu)當(dang)時(shi)金屬裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備失(shi)(shi)效的(de)(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)要原(yuan)因之(zhi)一(yi)，如(ru)(ru)違(wei)章(zhang)操作(zuo)，超(chao)載、超(chao)溫、超(chao)速；缺(que)乏(fa)經驗、判斷錯誤(wu)；無(wu)知(zhi)和(he)訓練不(bu)(bu)(bu)(bu)夠；主觀臆(yi)測、責任心(xin)(xin)不(bu)(bu)(bu)(bu)強、粗心(xin)(xin)大(da)意等(deng)都是不(bu)(bu)(bu)(bu)安(an)全的(de)(de)(de)(de)(de)(de)行(xing)為(wei)。某時(shi)期(qi)統計260 次(ci)壓(ya)力(li)容器和(he)鍋爐(lu)事(shi)故中(zhong)，操作(zuo)事(shi)故194 次(ci)，占74.5% 。裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備是要進行(xing)定(ding)期(qi)維修和(he)保養(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，如(ru)(ru)對裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備的(de)(de)(de)(de)(de)(de)檢查、檢修和(he)更換不(bu)(bu)(bu)(bu)及(ji)時(shi)或沒有(you)(you)采取(qu)適當(dang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)修理(li)、防(fang)護措施，也會引起(qi)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備早期(qi)失(shi)(shi)效。
