一、失(shi)效分析的(de)定義 


  對(dui)裝備及其構件在使(shi)用過程中(zhong)發生(sheng)各(ge)種(zhong)形(xing)式(shi)失(shi)(shi)(shi)效現象的(de)特(te)征及規律(lv)進(jin)行(xing)分(fen)析研究，從(cong)中(zhong)找出(chu)產生(sheng)失(shi)(shi)(shi)效的(de)主要原因(yin)及防止失(shi)(shi)(shi)效的(de)措施(shi)，稱為失(shi)(shi)(shi)效分(fen)析。 失(shi)(shi)(shi)效分(fen)類 材料在各(ge)種(zhong)工程應用中(zhong)的(de)失(shi)(shi)(shi)效模式(shi)主要由斷裂、腐蝕、磨損和變形(xing)等，其中(zhong)斷裂失(shi)(shi)(shi)效的(de)危害性最大。


 1. 彈性變形失(shi)效 


  當應力或溫度引起材料可恢復的(de)彈性變(bian)形(xing)大到足以影(ying)響裝(zhuang)備正常發揮預定(ding)的(de)功能時，就出現彈性變(bian)形(xing)失效。 


 2. 塑性(xing)變形失效 

 

  當(dang)受載荷(he)的(de)材料產生不可恢(hui)復(fu)的(de)塑(su)(su)性變(bian)形大到足以影響裝備(bei)正常(chang)發揮預定的(de)功能時，就出現塑(su)(su)性變(bian)形失效。


 3. 韌(ren)性斷裂失效 


  材(cai)料在斷裂(lie)之前產生(sheng)顯(xian)著的宏(hong)觀塑性變(bian)形的斷裂(lie)稱(cheng)為韌性斷裂(lie)失效。 


 4. 脆性斷裂(lie)失效 


  材料在斷裂(lie)之前沒有發(fa)生(sheng)或很(hen)少發(fa)生(sheng)宏觀可見的塑(su)性變(bian)形的斷裂(lie)稱為脆性斷裂(lie)失效(xiao)。 


 5. 疲勞斷裂(lie)失效 


  材料在交(jiao)變載荷作用下，經過一定的周期后所發生(sheng)的斷(duan)裂稱為疲(pi)勞斷(duan)裂失效(xiao)。 


 6. 腐蝕(shi)失效 


  腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)是材(cai)料(liao)表面與(yu)服役環境發生物(wu)理(li)或化(hua)學的(de)(de)反應，使材(cai)料(liao)發生損壞或變(bian)質(zhi)的(de)(de)現象，材(cai)料(liao)發生的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)使其不能發揮正常的(de)(de)功能則稱為腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)失效(xiao)。腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)有多種形式(shi)，有均(jun)勻(yun)遍及材(cai)料(liao)表面的(de)(de)均(jun)勻(yun)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)和只(zhi)在(zai)局(ju)部地方(fang)出(chu)現的(de)(de)局(ju)部腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)，局(ju)部腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)又分為點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)、晶間腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)、縫(feng)隙(xi)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)、應力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)開裂、腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)疲勞(lao)等(deng)。 


 7. 磨(mo)損(sun)失效 


  當材(cai)料(liao)表現相(xiang)互接(jie)觸或材(cai)料(liao)表面(mian)與流(liu)體(ti)接(jie)觸并作相(xiang)對運動(dong)時，由(you)于物理(li)和(he)化(hua)(hua)學的作用(yong)，材(cai)料(liao)表面(mian)的形(xing)狀、尺寸或質量發生(sheng)變化(hua)(hua)的過程，稱為磨(mo)(mo)損(sun)(sun)。由(you)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)而導致構件功(gong)能喪失，稱為磨(mo)(mo)損(sun)(sun)失效。磨(mo)(mo)損(sun)(sun)有多種形(xing)式，其(qi)中常見粘著磨(mo)(mo)損(sun)(sun)、磨(mo)(mo)料(liao)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)、沖擊磨(mo)(mo)損(sun)(sun)、微動(dong)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、失效原(yuan)因分析 


 1. 設(she)計不合(he)理 


  其中結(jie)構(gou)或形(xing)狀(zhuang)不(bu)合(he)理(li)，材料存在(zai)缺口、小(xiao)圓弧轉(zhuan)角、不(bu)同形(xing)狀(zhuang)過(guo)渡區(qu)等(deng)高應(ying)力(li)區(qu)，未能(neng)恰當設(she)計引(yin)起的(de)(de)(de)(de)失效(xiao)比較(jiao)常見。總之，設(she)計中的(de)(de)(de)(de)過(guo)載荷(he)、應(ying)力(li)集中、結(jie)構(gou)選擇(ze)不(bu)當、安全系數過(guo)小(xiao)(追求輕(qing)巧和(he)高速(su)度(du))及配合(he)不(bu)合(he)適等(deng)都會導(dao)致構(gou)件及裝(zhuang)(zhuang)備失效(xiao)。構(gou)件及裝(zhuang)(zhuang)備的(de)(de)(de)(de)設(she)計要(yao)有足夠的(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)度(du)、剛度(du)、穩定性，結(jie)構(gou)設(she)計要(yao)合(he)理(li)。 分(fen)析設(she)計原因引(yin)起的(de)(de)(de)(de)失效(xiao)尤其要(yao)注意：對復雜(za)構(gou)件未作可靠的(de)(de)(de)(de)應(ying)力(li)計算；或對構(gou)件在(zai)服役中所承受的(de)(de)(de)(de)非正常工作載荷(he)的(de)(de)(de)(de)類型及大(da)小(xiao)未作考(kao)(kao)慮；甚至于對工作載荷(he)確定和(he)應(ying)力(li)分(fen)析準確的(de)(de)(de)(de)構(gou)件來說，如(ru)果只(zhi)考(kao)(kao)慮拉伸(shen)強(qiang)(qiang)度(du)和(he)屈服強(qiang)(qiang)度(du)數據的(de)(de)(de)(de)靜(jing)載荷(he)能(neng)力(li)，而忽視了脆(cui)性斷(duan)裂、低循(xun)環疲勞、應(ying)力(li)腐蝕及腐蝕疲勞等(deng)機理(li)可能(neng)引(yin)起的(de)(de)(de)(de)失效(xiao)，都會在(zai)設(she)計上造成嚴重(zhong)的(de)(de)(de)(de)錯誤。 


 2. 選材不當及(ji)材料缺陷 


  金屬裝備及構(gou)(gou)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)選擇要遵循使(shi)(shi)用性(xing)原(yuan)則(ze)(ze)、加工(gong)工(gong)藝(yi)(yi)性(xing)能原(yuan)則(ze)(ze)及經(jing)濟性(xing)原(yuan)則(ze)(ze)，首先(xian)要考慮遵循使(shi)(shi)用性(xing)原(yuan)則(ze)(ze)。使(shi)(shi)在特定(ding)環境中的(de)(de)構(gou)(gou)件(jian)(jian)(jian)，對(dui)可(ke)預(yu)見的(de)(de)失(shi)效(xiao)形式(shi)要為其(qi)選擇足(zu)夠的(de)(de)抵(di)抗(kang)失(shi)效(xiao)的(de)(de)能力。如對(dui)韌性(xing)材(cai)料(liao)(liao)可(ke)能產(chan)生(sheng)的(de)(de)屈(qu)服(fu)變(bian)形或斷(duan)裂，應該選擇足(zu)夠的(de)(de)拉伸強度和屈(qu)服(fu)強度；但對(dui)可(ke)能產(chan)生(sheng)的(de)(de)脆性(xing)斷(duan)裂、疲勞(lao)及應力腐(fu)蝕(shi)開(kai)裂的(de)(de)環境條(tiao)件(jian)(jian)(jian)，高強度的(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)往往適(shi)得其(qi)反。在符合(he)使(shi)(shi)用性(xing)能的(de)(de)原(yuan)則(ze)(ze)下選取的(de)(de)結構(gou)(gou)材(cai)料(liao)(liao)，對(dui)構(gou)(gou)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)成形要有好的(de)(de)加工(gong)工(gong)藝(yi)(yi)性(xing)能。在保證構(gou)(gou)件(jian)(jian)(jian)使(shi)(shi)用性(xing)能、加工(gong)工(gong)藝(yi)(yi)性(xing)能要求的(de)(de)前(qian)題下，經(jing)濟性(xing)也是必須考慮。


 3. 制造工藝不合(he)理(li) 


  金(jin)屬裝(zhuang)備(bei)及(ji)其構件(jian)往(wang)(wang)往(wang)(wang)要經過(guo)機(ji)加工（車、銑(xian)、刨、磨、鉆等）、熱冷變形(xing)（沖(chong)、壓(ya)(ya)、卷、彎等）、焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)、裝(zhuang)配等制造工藝(yi)過(guo)程。若工藝(yi)規范制訂不(bu)合理，則金(jin)屬設備(bei)或構件(jian)在這(zhe)些加工成形(xing)過(guo)程中(zhong)，往(wang)(wang)往(wang)(wang)會(hui)留(liu)下(xia)各種各樣的(de)(de)缺(que)(que)陷(xian)。如機(ji)加工常出現的(de)(de)圓角過(guo)小、倒(dao)角尖銳、裂(lie)(lie)紋(wen)、劃痕；冷熱成形(xing)的(de)(de)表面凹凸不(bu)平、不(bu)直度(du)(du)(du)、不(bu)圓度(du)(du)(du)和(he)裂(lie)(lie)紋(wen)；在焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)時可(ke)能產(chan)(chan)生的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)表面缺(que)(que)陷(xian)(咬邊、焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)凹陷(xian)、焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)過(guo)高)、焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)裂(lie)(lie)紋(wen)、焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)內(nei)部缺(que)(que)陷(xian)(未(wei)焊(han)(han)(han)(han)透、氣(qi)孔、夾渣)，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)的(de)(de)熱影響區更因在焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)過(guo)程經受(shou)的(de)(de)溫(wen)度(du)(du)(du)不(bu)同，使其發生組(zu)(zu)織轉變不(bu)同，有(you)可(ke)能產(chan)(chan)生組(zu)(zu)織脆化和(he)裂(lie)(lie)紋(wen)等缺(que)(que)陷(xian)；組(zu)(zu)裝(zhuang)的(de)(de)錯(cuo)(cuo)位、不(bu)同心(xin)度(du)(du)(du)、不(bu)對中(zhong)及(ji)強行組(zu)(zu)裝(zhuang)留(liu)下(xia)較大的(de)(de)內(nei)應力等。所有(you)這(zhe)些缺(que)(que)陷(xian)如超(chao)過(guo)限度(du)(du)(du)則會(hui)導(dao)致構件(jian)以及(ji)裝(zhuang)備(bei)早期(qi)失效(xiao)。 使用(yong)操(cao)作(zuo)(zuo)不(bu)當(dang)和(he)維修(xiu)(xiu)不(bu)當(dang) 使用(yong)操(cao)作(zuo)(zuo)不(bu)當(dang)時金(jin)屬裝(zhuang)備(bei)失效(xiao)的(de)(de)重要原因之一，如違(wei)章操(cao)作(zuo)(zuo)，超(chao)載、超(chao)溫(wen)、超(chao)速；缺(que)(que)乏(fa)經驗、判斷錯(cuo)(cuo)誤；無知(zhi)和(he)訓練不(bu)夠；主觀臆測、責(ze)任心(xin)不(bu)強、粗(cu)心(xin)大意(yi)等都是(shi)不(bu)安全的(de)(de)行為。某時期(qi)統計260 次(ci)壓(ya)(ya)力容器(qi)和(he)鍋爐事(shi)故中(zhong)，操(cao)作(zuo)(zuo)事(shi)故194 次(ci)，占74.5% 。裝(zhuang)備(bei)是(shi)要進(jin)行定期(qi)維修(xiu)(xiu)和(he)保養(yang)的(de)(de)，如對裝(zhuang)備(bei)的(de)(de)檢查、檢修(xiu)(xiu)和(he)更換不(bu)及(ji)時或沒有(you)采取適當(dang)的(de)(de)修(xiu)(xiu)理、防護措施(shi)，也會(hui)引(yin)起(qi)裝(zhuang)備(bei)早期(qi)失效(xiao)。