一、失效分析的定義 


  對(dui)裝備及(ji)其構(gou)件在(zai)使用過(guo)程中發生(sheng)各種形(xing)式失(shi)效現象的特(te)征(zheng)及(ji)規律進(jin)行(xing)分(fen)析研(yan)究，從中找出產(chan)生(sheng)失(shi)效的主要原因(yin)及(ji)防止失(shi)效的措施，稱(cheng)為失(shi)效分(fen)析。 失(shi)效分(fen)類 材料在(zai)各種工程應用中的失(shi)效模式主要由(you)斷裂(lie)(lie)、腐蝕、磨損和變形(xing)等，其中斷裂(lie)(lie)失(shi)效的危害性最大。


 1. 彈性變(bian)形失(shi)效 


  當應力或(huo)溫度引起(qi)材料可(ke)恢復的彈性變(bian)(bian)形大到足以影響(xiang)裝備正常發揮(hui)預定的功能時，就出現(xian)彈性變(bian)(bian)形失效。 


 2. 塑性變形失(shi)效 

 

  當受(shou)載荷(he)的材料產生(sheng)不可恢復的塑性(xing)變(bian)形大(da)到足以影響裝備正常發(fa)揮預定的功能時，就(jiu)出(chu)現塑性(xing)變(bian)形失(shi)效。


 3. 韌性斷裂(lie)失效 


  材料在斷(duan)裂(lie)之(zhi)前(qian)產生顯著(zhu)的(de)宏觀塑性變形的(de)斷(duan)裂(lie)稱為韌性斷(duan)裂(lie)失(shi)效。 


 4. 脆性(xing)斷裂失(shi)效 


  材料在斷(duan)裂(lie)之前沒(mei)有(you)發(fa)生或很少發(fa)生宏觀可見(jian)的塑性(xing)變形的斷(duan)裂(lie)稱為脆性(xing)斷(duan)裂(lie)失效。 


 5. 疲勞斷裂失效 


  材料在交變載荷作用(yong)下(xia)，經過一定(ding)的周期后(hou)所發生的斷裂稱為疲勞斷裂失(shi)效(xiao)。 


 6. 腐(fu)蝕失(shi)效 


  腐(fu)蝕是(shi)材料(liao)表(biao)面(mian)與服役環境發(fa)生(sheng)(sheng)物理(li)或化學的(de)(de)反(fan)應，使(shi)材料(liao)發(fa)生(sheng)(sheng)損壞或變質的(de)(de)現象(xiang)，材料(liao)發(fa)生(sheng)(sheng)的(de)(de)腐(fu)蝕使(shi)其(qi)不能發(fa)揮正常的(de)(de)功能則(ze)稱為(wei)腐(fu)蝕失效。腐(fu)蝕有多種形式，有均(jun)勻遍(bian)及(ji)材料(liao)表(biao)面(mian)的(de)(de)均(jun)勻腐(fu)蝕和只(zhi)在(zai)局部地(di)方出現的(de)(de)局部腐(fu)蝕，局部腐(fu)蝕又(you)分為(wei)點腐(fu)蝕、晶間腐(fu)蝕、縫(feng)隙腐(fu)蝕、應力腐(fu)蝕開裂、腐(fu)蝕疲(pi)勞等。 


 7. 磨損失效 


  當材(cai)(cai)料表現(xian)相互接(jie)觸或材(cai)(cai)料表面與流體接(jie)觸并作相對運(yun)動時，由(you)于物理和(he)化學的(de)作用，材(cai)(cai)料表面的(de)形(xing)狀、尺寸或質(zhi)量(liang)發(fa)生變化的(de)過程，稱(cheng)為磨(mo)(mo)(mo)損(sun)。由(you)磨(mo)(mo)(mo)損(sun)而導致構件功能喪(sang)失(shi)，稱(cheng)為磨(mo)(mo)(mo)損(sun)失(shi)效(xiao)。磨(mo)(mo)(mo)損(sun)有多種形(xing)式，其中常見粘著磨(mo)(mo)(mo)損(sun)、磨(mo)(mo)(mo)料磨(mo)(mo)(mo)損(sun)、沖擊磨(mo)(mo)(mo)損(sun)、微動磨(mo)(mo)(mo)損(sun)、腐蝕磨(mo)(mo)(mo)損(sun)、疲勞(lao)磨(mo)(mo)(mo)損(sun)等。 



二(er)、失效原因分析 


 1. 設(she)計不合理 


  其中(zhong)結構(gou)或形(xing)狀(zhuang)不合(he)理(li)(li)，材(cai)料存在缺口、小圓弧(hu)轉角、不同形(xing)狀(zhuang)過渡區(qu)(qu)等高應(ying)(ying)力區(qu)(qu)，未能(neng)(neng)恰當設(she)計(ji)(ji)(ji)引(yin)(yin)起的(de)(de)(de)失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)比較常見。總之(zhi)，設(she)計(ji)(ji)(ji)中(zhong)的(de)(de)(de)過載(zai)(zai)荷、應(ying)(ying)力集(ji)中(zhong)、結構(gou)選擇(ze)不當、安全系數過小(追(zhui)求輕巧和(he)高速度(du))及配合(he)不合(he)適等都(dou)(dou)會導致構(gou)件(jian)及裝(zhuang)備失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)。構(gou)件(jian)及裝(zhuang)備的(de)(de)(de)設(she)計(ji)(ji)(ji)要(yao)有(you)足夠的(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)度(du)、剛度(du)、穩定性，結構(gou)設(she)計(ji)(ji)(ji)要(yao)合(he)理(li)(li)。 分(fen)析(xi)設(she)計(ji)(ji)(ji)原因引(yin)(yin)起的(de)(de)(de)失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)尤其要(yao)注(zhu)意(yi)：對(dui)(dui)復(fu)雜構(gou)件(jian)未作可(ke)靠的(de)(de)(de)應(ying)(ying)力計(ji)(ji)(ji)算；或對(dui)(dui)構(gou)件(jian)在服役(yi)中(zhong)所(suo)承(cheng)受的(de)(de)(de)非正常工(gong)作載(zai)(zai)荷的(de)(de)(de)類型及大小未作考(kao)慮(lv)；甚(shen)至于對(dui)(dui)工(gong)作載(zai)(zai)荷確定和(he)應(ying)(ying)力分(fen)析(xi)準確的(de)(de)(de)構(gou)件(jian)來說(shuo)，如果只考(kao)慮(lv)拉伸強(qiang)(qiang)度(du)和(he)屈服強(qiang)(qiang)度(du)數據的(de)(de)(de)靜載(zai)(zai)荷能(neng)(neng)力，而(er)忽(hu)視(shi)了脆性斷裂、低循環疲勞、應(ying)(ying)力腐蝕及腐蝕疲勞等機理(li)(li)可(ke)能(neng)(neng)引(yin)(yin)起的(de)(de)(de)失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)，都(dou)(dou)會在設(she)計(ji)(ji)(ji)上造(zao)成嚴重的(de)(de)(de)錯誤(wu)。 


 2. 選(xuan)材不當(dang)及材料(liao)缺陷 


  金(jin)屬裝備及(ji)構(gou)(gou)件(jian)的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)選(xuan)擇要(yao)遵(zun)(zun)循(xun)使(shi)(shi)用(yong)性(xing)(xing)(xing)原則、加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝性(xing)(xing)(xing)能(neng)原則及(ji)經(jing)濟性(xing)(xing)(xing)原則，首先要(yao)考慮(lv)遵(zun)(zun)循(xun)使(shi)(shi)用(yong)性(xing)(xing)(xing)原則。使(shi)(shi)在(zai)特定環(huan)境(jing)(jing)中的(de)(de)(de)構(gou)(gou)件(jian)，對(dui)(dui)可預見的(de)(de)(de)失(shi)效形式要(yao)為其選(xuan)擇足(zu)夠的(de)(de)(de)抵抗(kang)失(shi)效的(de)(de)(de)能(neng)力(li)(li)。如對(dui)(dui)韌性(xing)(xing)(xing)材(cai)料(liao)(liao)可能(neng)產(chan)生的(de)(de)(de)屈服變形或(huo)斷(duan)裂(lie)，應該選(xuan)擇足(zu)夠的(de)(de)(de)拉伸強(qiang)度和屈服強(qiang)度；但對(dui)(dui)可能(neng)產(chan)生的(de)(de)(de)脆性(xing)(xing)(xing)斷(duan)裂(lie)、疲(pi)勞(lao)及(ji)應力(li)(li)腐蝕(shi)開裂(lie)的(de)(de)(de)環(huan)境(jing)(jing)條(tiao)件(jian)，高強(qiang)度的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)往(wang)往(wang)適(shi)得其反。在(zai)符(fu)合使(shi)(shi)用(yong)性(xing)(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)原則下(xia)選(xuan)取的(de)(de)(de)結構(gou)(gou)材(cai)料(liao)(liao)，對(dui)(dui)構(gou)(gou)件(jian)的(de)(de)(de)成形要(yao)有(you)好的(de)(de)(de)加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝性(xing)(xing)(xing)能(neng)。在(zai)保證構(gou)(gou)件(jian)使(shi)(shi)用(yong)性(xing)(xing)(xing)能(neng)、加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝性(xing)(xing)(xing)能(neng)要(yao)求(qiu)的(de)(de)(de)前題下(xia)，經(jing)濟性(xing)(xing)(xing)也是必須考慮(lv)。


 3. 制造工藝(yi)不合理 


  金(jin)屬裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備及其(qi)構件(jian)(jian)往(wang)往(wang)要(yao)經(jing)過(guo)(guo)(guo)機(ji)加工(gong)(gong)（車(che)、銑、刨、磨、鉆(zhan)等(deng)(deng)）、熱(re)(re)冷(leng)(leng)變形(xing)（沖(chong)、壓、卷(juan)、彎等(deng)(deng)）、焊接(jie)、裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)配等(deng)(deng)制造工(gong)(gong)藝(yi)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)(cheng)。若(ruo)工(gong)(gong)藝(yi)規范制訂(ding)不(bu)合(he)理，則金(jin)屬設備或(huo)構件(jian)(jian)在(zai)這些加工(gong)(gong)成(cheng)形(xing)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)，往(wang)往(wang)會(hui)留下各(ge)(ge)種各(ge)(ge)樣的缺(que)(que)陷(xian)。如(ru)機(ji)加工(gong)(gong)常出現的圓角過(guo)(guo)(guo)小、倒角尖(jian)銳、裂(lie)紋(wen)、劃(hua)痕；冷(leng)(leng)熱(re)(re)成(cheng)形(xing)的表(biao)(biao)面凹凸不(bu)平、不(bu)直度(du)、不(bu)圓度(du)和(he)(he)(he)裂(lie)紋(wen)；在(zai)焊接(jie)時(shi)可能產(chan)生(sheng)的焊縫表(biao)(biao)面缺(que)(que)陷(xian)(咬邊(bian)、焊縫凹陷(xian)、焊縫過(guo)(guo)(guo)高)、焊接(jie)裂(lie)紋(wen)、焊縫內(nei)部缺(que)(que)陷(xian)(未焊透(tou)、氣(qi)孔、夾渣)，焊接(jie)的熱(re)(re)影(ying)響區更因在(zai)焊接(jie)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)(cheng)經(jing)受(shou)的溫度(du)不(bu)同(tong)(tong)，使(shi)(shi)其(qi)發生(sheng)組織轉變不(bu)同(tong)(tong)，有可能產(chan)生(sheng)組織脆化(hua)和(he)(he)(he)裂(lie)紋(wen)等(deng)(deng)缺(que)(que)陷(xian)；組裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)的錯位、不(bu)同(tong)(tong)心度(du)、不(bu)對中(zhong)(zhong)及強行組裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)留下較大的內(nei)應力等(deng)(deng)。所有這些缺(que)(que)陷(xian)如(ru)超(chao)過(guo)(guo)(guo)限度(du)則會(hui)導致構件(jian)(jian)以及裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備早(zao)期(qi)(qi)失效(xiao)(xiao)。 使(shi)(shi)用(yong)操作(zuo)不(bu)當(dang)(dang)和(he)(he)(he)維修不(bu)當(dang)(dang) 使(shi)(shi)用(yong)操作(zuo)不(bu)當(dang)(dang)時(shi)金(jin)屬裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備失效(xiao)(xiao)的重要(yao)原因之(zhi)一，如(ru)違章操作(zuo)，超(chao)載、超(chao)溫、超(chao)速；缺(que)(que)乏經(jing)驗、判斷錯誤；無(wu)知和(he)(he)(he)訓練不(bu)夠(gou)；主觀(guan)臆(yi)測、責任心不(bu)強、粗心大意等(deng)(deng)都是不(bu)安全的行為。某時(shi)期(qi)(qi)統(tong)計260 次(ci)壓力容器和(he)(he)(he)鍋爐事故(gu)中(zhong)(zhong)，操作(zuo)事故(gu)194 次(ci)，占74.5% 。裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備是要(yao)進(jin)行定期(qi)(qi)維修和(he)(he)(he)保(bao)養的，如(ru)對裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備的檢查(cha)、檢修和(he)(he)(he)更換(huan)不(bu)及時(shi)或(huo)沒(mei)有采取適當(dang)(dang)的修理、防護(hu)措施，也會(hui)引起裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備早(zao)期(qi)(qi)失效(xiao)(xiao)。