一、失效分析(xi)的定(ding)義(yi) 


  對裝備及其(qi)構件在(zai)使(shi)用(yong)過程中發生各(ge)種(zhong)(zhong)形式失(shi)效(xiao)(xiao)現象的(de)(de)特征(zheng)及規律進行分(fen)析研究(jiu)，從中找出產生失(shi)效(xiao)(xiao)的(de)(de)主(zhu)要原因(yin)及防止失(shi)效(xiao)(xiao)的(de)(de)措施(shi)，稱(cheng)為失(shi)效(xiao)(xiao)分(fen)析。 失(shi)效(xiao)(xiao)分(fen)類 材料在(zai)各(ge)種(zhong)(zhong)工程應用(yong)中的(de)(de)失(shi)效(xiao)(xiao)模式主(zhu)要由斷(duan)裂、腐蝕、磨(mo)損(sun)和變形等，其(qi)中斷(duan)裂失(shi)效(xiao)(xiao)的(de)(de)危(wei)害性最(zui)大。


 1. 彈(dan)性變形失(shi)效 


  當應力或溫(wen)度引起(qi)材料(liao)可恢復的彈性變形大到(dao)足以(yi)影(ying)響裝備正常發揮預(yu)定的功能時，就出現彈性變形失效。 


 2. 塑性變形失效 

 

  當受(shou)載(zai)荷的材料產生不可(ke)恢復的塑性變(bian)形(xing)大到足以(yi)影響(xiang)裝備正常發揮預(yu)定(ding)的功能時，就出現(xian)塑性變(bian)形(xing)失(shi)效。


 3. 韌性斷裂(lie)失效 


  材(cai)料(liao)在斷(duan)裂之前(qian)產生顯著的宏觀塑性變形的斷(duan)裂稱為韌性斷(duan)裂失(shi)效。 


 4. 脆性斷裂失效 


  材(cai)料在斷裂之前沒有發(fa)生或很少(shao)發(fa)生宏觀(guan)可(ke)見的(de)塑性(xing)變形的(de)斷裂稱(cheng)為脆性(xing)斷裂失效。 


 5. 疲勞斷裂(lie)失(shi)效 


  材料在交變載(zai)荷作用(yong)下，經過一定的(de)周期后所發生(sheng)的(de)斷裂稱為(wei)疲勞斷裂失效(xiao)。 


 6. 腐蝕失(shi)效 


  腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)是(shi)材料表(biao)面與服役環境發(fa)(fa)生物理或(huo)化學的反(fan)應(ying)，使材料發(fa)(fa)生損壞或(huo)變質的現象，材料發(fa)(fa)生的腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)使其不能發(fa)(fa)揮正(zheng)常(chang)的功能則稱為腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)失效。腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)有多種(zhong)形式(shi)，有均(jun)勻(yun)(yun)遍及(ji)材料表(biao)面的均(jun)勻(yun)(yun)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)和只在局(ju)部(bu)地方出現的局(ju)部(bu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)，局(ju)部(bu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)又(you)分為點腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)、晶間(jian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)、縫隙(xi)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)、應(ying)力腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)開裂、腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)疲勞(lao)等。 


 7. 磨損(sun)失效 


  當(dang)材(cai)(cai)(cai)料(liao)表(biao)現相(xiang)(xiang)互接(jie)觸或(huo)(huo)材(cai)(cai)(cai)料(liao)表(biao)面與(yu)流(liu)體接(jie)觸并作相(xiang)(xiang)對(dui)運(yun)動時，由(you)于物理和化(hua)(hua)學(xue)的作用，材(cai)(cai)(cai)料(liao)表(biao)面的形狀(zhuang)、尺寸或(huo)(huo)質量發生(sheng)變化(hua)(hua)的過程，稱(cheng)為(wei)(wei)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)。由(you)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)而導致構(gou)件功(gong)能喪失(shi)(shi)，稱(cheng)為(wei)(wei)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)失(shi)(shi)效。磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)有多種形式，其中常(chang)見粘著磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)、磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)、沖(chong)擊磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)、微動磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)、腐(fu)蝕(shi)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)、疲勞磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)等。 



二、失效原因(yin)分(fen)析 


 1. 設(she)計不合理 


  其(qi)中(zhong)結構(gou)(gou)或形(xing)(xing)狀(zhuang)不(bu)(bu)合(he)理(li)，材(cai)料存在(zai)缺(que)口、小圓弧轉角、不(bu)(bu)同形(xing)(xing)狀(zhuang)過(guo)渡區等高(gao)應力區，未能恰當(dang)設計(ji)引起(qi)的(de)(de)(de)(de)失(shi)(shi)效比(bi)較常見。總之，設計(ji)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)過(guo)載荷(he)、應力集中(zhong)、結構(gou)(gou)選(xuan)擇不(bu)(bu)當(dang)、安全系數過(guo)小(追求輕巧(qiao)和(he)高(gao)速(su)度(du)(du)(du))及(ji)(ji)(ji)配合(he)不(bu)(bu)合(he)適(shi)等都會(hui)導致構(gou)(gou)件(jian)及(ji)(ji)(ji)裝備失(shi)(shi)效。構(gou)(gou)件(jian)及(ji)(ji)(ji)裝備的(de)(de)(de)(de)設計(ji)要(yao)有(you)足(zu)夠的(de)(de)(de)(de)強度(du)(du)(du)、剛度(du)(du)(du)、穩定性(xing)，結構(gou)(gou)設計(ji)要(yao)合(he)理(li)。 分析設計(ji)原因引起(qi)的(de)(de)(de)(de)失(shi)(shi)效尤其(qi)要(yao)注(zhu)意：對(dui)復雜構(gou)(gou)件(jian)未作可靠的(de)(de)(de)(de)應力計(ji)算；或對(dui)構(gou)(gou)件(jian)在(zai)服役中(zhong)所承受的(de)(de)(de)(de)非(fei)正常工作載荷(he)的(de)(de)(de)(de)類型及(ji)(ji)(ji)大小未作考慮；甚至于對(dui)工作載荷(he)確(que)定和(he)應力分析準確(que)的(de)(de)(de)(de)構(gou)(gou)件(jian)來說(shuo)，如果(guo)只考慮拉(la)伸強度(du)(du)(du)和(he)屈服強度(du)(du)(du)數據的(de)(de)(de)(de)靜載荷(he)能力，而忽視了脆性(xing)斷裂、低循環疲勞、應力腐蝕(shi)及(ji)(ji)(ji)腐蝕(shi)疲勞等機理(li)可能引起(qi)的(de)(de)(de)(de)失(shi)(shi)效，都會(hui)在(zai)設計(ji)上(shang)造成嚴重的(de)(de)(de)(de)錯(cuo)誤。 


 2. 選材不當及材料缺(que)陷 


  金屬(shu)裝備(bei)及構(gou)(gou)件(jian)(jian)的(de)(de)材料選(xuan)擇要遵循使用(yong)(yong)性(xing)原則(ze)(ze)、加(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)性(xing)能(neng)(neng)(neng)原則(ze)(ze)及經濟性(xing)原則(ze)(ze)，首先要考慮遵循使用(yong)(yong)性(xing)原則(ze)(ze)。使在特定環境(jing)中的(de)(de)構(gou)(gou)件(jian)(jian)，對可預見的(de)(de)失(shi)效形式要為(wei)其選(xuan)擇足(zu)夠(gou)的(de)(de)抵抗(kang)失(shi)效的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)力。如對韌(ren)性(xing)材料可能(neng)(neng)(neng)產(chan)生(sheng)的(de)(de)屈服變形或斷裂(lie)，應(ying)該選(xuan)擇足(zu)夠(gou)的(de)(de)拉伸強(qiang)度(du)和屈服強(qiang)度(du)；但對可能(neng)(neng)(neng)產(chan)生(sheng)的(de)(de)脆性(xing)斷裂(lie)、疲勞及應(ying)力腐蝕開裂(lie)的(de)(de)環境(jing)條件(jian)(jian)，高強(qiang)度(du)的(de)(de)材料往(wang)往(wang)適得(de)其反(fan)。在符合(he)使用(yong)(yong)性(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)原則(ze)(ze)下選(xuan)取的(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)材料，對構(gou)(gou)件(jian)(jian)的(de)(de)成形要有好的(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)性(xing)能(neng)(neng)(neng)。在保證構(gou)(gou)件(jian)(jian)使用(yong)(yong)性(xing)能(neng)(neng)(neng)、加(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)性(xing)能(neng)(neng)(neng)要求的(de)(de)前題下，經濟性(xing)也(ye)是必須(xu)考慮。


 3. 制(zhi)造工藝不合理 


  金屬(shu)裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)及(ji)其(qi)構件往(wang)往(wang)要(yao)經(jing)過(guo)(guo)機加工（車、銑、刨、磨、鉆等(deng)(deng)(deng)）、熱(re)冷(leng)變(bian)形（沖、壓、卷(juan)、彎等(deng)(deng)(deng)）、焊(han)接(jie)、裝(zhuang)(zhuang)配等(deng)(deng)(deng)制造工藝(yi)過(guo)(guo)程(cheng)。若工藝(yi)規范制訂不(bu)合(he)理，則金屬(shu)設備(bei)(bei)或構件在(zai)(zai)這些(xie)加工成形過(guo)(guo)程(cheng)中，往(wang)往(wang)會(hui)留下各種(zhong)各樣的(de)(de)缺(que)(que)陷(xian)。如(ru)機加工常出現的(de)(de)圓角過(guo)(guo)小、倒角尖銳(rui)、裂(lie)紋(wen)、劃痕；冷(leng)熱(re)成形的(de)(de)表面凹凸不(bu)平、不(bu)直(zhi)度、不(bu)圓度和(he)(he)(he)裂(lie)紋(wen)；在(zai)(zai)焊(han)接(jie)時(shi)可能(neng)產生的(de)(de)焊(han)縫表面缺(que)(que)陷(xian)(咬邊、焊(han)縫凹陷(xian)、焊(han)縫過(guo)(guo)高)、焊(han)接(jie)裂(lie)紋(wen)、焊(han)縫內部缺(que)(que)陷(xian)(未焊(han)透、氣(qi)孔、夾渣(zha))，焊(han)接(jie)的(de)(de)熱(re)影(ying)響區更因(yin)在(zai)(zai)焊(han)接(jie)過(guo)(guo)程(cheng)經(jing)受的(de)(de)溫(wen)度不(bu)同，使其(qi)發(fa)生組織轉變(bian)不(bu)同，有(you)(you)(you)可能(neng)產生組織脆化和(he)(he)(he)裂(lie)紋(wen)等(deng)(deng)(deng)缺(que)(que)陷(xian)；組裝(zhuang)(zhuang)的(de)(de)錯位、不(bu)同心(xin)(xin)度、不(bu)對中及(ji)強(qiang)行(xing)組裝(zhuang)(zhuang)留下較大(da)的(de)(de)內應(ying)力等(deng)(deng)(deng)。所有(you)(you)(you)這些(xie)缺(que)(que)陷(xian)如(ru)超(chao)過(guo)(guo)限度則會(hui)導致構件以及(ji)裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)早(zao)期失效。 使用操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)不(bu)當和(he)(he)(he)維(wei)修不(bu)當 使用操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)不(bu)當時(shi)金屬(shu)裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)失效的(de)(de)重要(yao)原因(yin)之一(yi)，如(ru)違章操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)，超(chao)載、超(chao)溫(wen)、超(chao)速；缺(que)(que)乏經(jing)驗、判斷錯誤；無知(zhi)和(he)(he)(he)訓練不(bu)夠；主觀臆測、責任心(xin)(xin)不(bu)強(qiang)、粗(cu)心(xin)(xin)大(da)意等(deng)(deng)(deng)都是不(bu)安全的(de)(de)行(xing)為。某時(shi)期統計260 次壓力容器和(he)(he)(he)鍋爐事(shi)故(gu)中，操(cao)(cao)(cao)作(zuo)(zuo)(zuo)事(shi)故(gu)194 次，占74.5% 。裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)是要(yao)進行(xing)定期維(wei)修和(he)(he)(he)保(bao)養的(de)(de)，如(ru)對裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)的(de)(de)檢查、檢修和(he)(he)(he)更換(huan)不(bu)及(ji)時(shi)或沒有(you)(you)(you)采取適當的(de)(de)修理、防護措(cuo)施(shi)，也會(hui)引起裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)早(zao)期失效。