一(yi)、失效分析的(de)定義 


  對裝備及其構件在(zai)(zai)使用過程中發生各種形(xing)式失效(xiao)現象的(de)(de)特征及規律進行分析研究，從中找出(chu)產生失效(xiao)的(de)(de)主要(yao)原因及防止失效(xiao)的(de)(de)措施，稱為失效(xiao)分析。 失效(xiao)分類 材料在(zai)(zai)各種工(gong)程應(ying)用中的(de)(de)失效(xiao)模式主要(yao)由斷裂、腐蝕、磨(mo)損和變形(xing)等(deng)，其中斷裂失效(xiao)的(de)(de)危(wei)害性最大。


 1. 彈性變形失效(xiao) 


  當應力或溫度引起材料(liao)可恢復(fu)的彈性變形(xing)大到(dao)足以影響裝備正常(chang)發揮預定的功能時，就出現彈性變形(xing)失效。 


 2. 塑性變形(xing)失效(xiao) 

 

  當受載荷的(de)材料產生(sheng)不可恢復的(de)塑(su)性(xing)(xing)變形(xing)大到(dao)足以(yi)影響裝備正常(chang)發揮預定的(de)功能時，就出現塑(su)性(xing)(xing)變形(xing)失效。


 3. 韌性斷裂失效(xiao) 


  材料在斷裂之前產生顯著的宏觀塑性(xing)變形的斷裂稱為(wei)韌性(xing)斷裂失(shi)效。 


 4. 脆性斷裂失(shi)效 


  材料在斷(duan)(duan)裂之前沒有(you)發生(sheng)或很少發生(sheng)宏(hong)觀可見的塑(su)性變形的斷(duan)(duan)裂稱(cheng)為脆性斷(duan)(duan)裂失(shi)效。 


 5. 疲勞斷裂(lie)失效(xiao) 


  材(cai)料在交變載荷作用下(xia)，經過一定的(de)周期后所(suo)發生的(de)斷(duan)裂稱為疲勞斷(duan)裂失效。 


 6. 腐蝕失效 


  腐(fu)(fu)蝕是材料表面與服役環境發(fa)生物(wu)理(li)或化學的(de)反(fan)應(ying)，使材料發(fa)生損壞或變(bian)質的(de)現象，材料發(fa)生的(de)腐(fu)(fu)蝕使其不能(neng)發(fa)揮正常的(de)功(gong)能(neng)則稱(cheng)為(wei)(wei)腐(fu)(fu)蝕失(shi)效。腐(fu)(fu)蝕有多種形(xing)式，有均(jun)勻(yun)(yun)遍及材料表面的(de)均(jun)勻(yun)(yun)腐(fu)(fu)蝕和只(zhi)在局部地方出現的(de)局部腐(fu)(fu)蝕，局部腐(fu)(fu)蝕又分為(wei)(wei)點腐(fu)(fu)蝕、晶(jing)間腐(fu)(fu)蝕、縫隙腐(fu)(fu)蝕、應(ying)力腐(fu)(fu)蝕開裂、腐(fu)(fu)蝕疲勞等。 


 7. 磨損失效 


  當(dang)材(cai)料表現(xian)相互(hu)接觸(chu)(chu)或材(cai)料表面(mian)與流(liu)體接觸(chu)(chu)并作相對運動時，由(you)于物理(li)和化學的(de)作用，材(cai)料表面(mian)的(de)形狀、尺寸或質量發生變化的(de)過程，稱為(wei)磨(mo)(mo)損。由(you)磨(mo)(mo)損而導致構件功(gong)能喪(sang)失，稱為(wei)磨(mo)(mo)損失效(xiao)。磨(mo)(mo)損有(you)多(duo)種形式，其中(zhong)常見粘著磨(mo)(mo)損、磨(mo)(mo)料磨(mo)(mo)損、沖擊磨(mo)(mo)損、微動磨(mo)(mo)損、腐蝕磨(mo)(mo)損、疲勞磨(mo)(mo)損等。 



二、失(shi)效原(yuan)因(yin)分析 


 1. 設計(ji)不合理 


  其中(zhong)結構或形狀不(bu)(bu)合(he)理，材料存(cun)在(zai)缺口、小(xiao)圓弧轉角、不(bu)(bu)同形狀過渡區等(deng)(deng)高應(ying)力(li)(li)區，未能(neng)恰當設(she)計引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)失效(xiao)(xiao)比較常(chang)見(jian)。總之，設(she)計中(zhong)的(de)(de)(de)過載荷、應(ying)力(li)(li)集(ji)中(zhong)、結構選(xuan)擇不(bu)(bu)當、安全系(xi)數過小(xiao)(追求輕(qing)巧和(he)高速度(du))及配合(he)不(bu)(bu)合(he)適等(deng)(deng)都(dou)會導致構件(jian)(jian)及裝備(bei)失效(xiao)(xiao)。構件(jian)(jian)及裝備(bei)的(de)(de)(de)設(she)計要(yao)有(you)足夠(gou)的(de)(de)(de)強(qiang)度(du)、剛度(du)、穩定性，結構設(she)計要(yao)合(he)理。 分(fen)析設(she)計原因引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)失效(xiao)(xiao)尤其要(yao)注(zhu)意：對(dui)復雜構件(jian)(jian)未作(zuo)(zuo)可(ke)靠的(de)(de)(de)應(ying)力(li)(li)計算(suan)；或對(dui)構件(jian)(jian)在(zai)服(fu)役(yi)中(zhong)所承受的(de)(de)(de)非正常(chang)工作(zuo)(zuo)載荷的(de)(de)(de)類型及大小(xiao)未作(zuo)(zuo)考慮(lv)；甚(shen)至于對(dui)工作(zuo)(zuo)載荷確定和(he)應(ying)力(li)(li)分(fen)析準確的(de)(de)(de)構件(jian)(jian)來說，如果只考慮(lv)拉伸強(qiang)度(du)和(he)屈服(fu)強(qiang)度(du)數據的(de)(de)(de)靜載荷能(neng)力(li)(li)，而忽視(shi)了脆性斷裂、低循環疲勞、應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕及腐(fu)蝕疲勞等(deng)(deng)機(ji)理可(ke)能(neng)引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)失效(xiao)(xiao)，都(dou)會在(zai)設(she)計上造成(cheng)嚴重(zhong)的(de)(de)(de)錯誤。 


 2. 選(xuan)材不(bu)當及材料缺陷 


  金屬裝(zhuang)備及(ji)構(gou)(gou)件的(de)材(cai)料(liao)選(xuan)擇(ze)(ze)要遵循(xun)使(shi)用(yong)(yong)性(xing)(xing)(xing)原(yuan)則、加工(gong)工(gong)藝(yi)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)原(yuan)則及(ji)經(jing)濟性(xing)(xing)(xing)原(yuan)則，首先要考慮遵循(xun)使(shi)用(yong)(yong)性(xing)(xing)(xing)原(yuan)則。使(shi)在(zai)特定環境(jing)中的(de)構(gou)(gou)件，對可預見的(de)失(shi)效形(xing)(xing)式(shi)要為(wei)其選(xuan)擇(ze)(ze)足夠(gou)的(de)抵抗失(shi)效的(de)能(neng)(neng)(neng)力(li)。如對韌性(xing)(xing)(xing)材(cai)料(liao)可能(neng)(neng)(neng)產生(sheng)(sheng)的(de)屈服變形(xing)(xing)或(huo)斷(duan)裂，應該選(xuan)擇(ze)(ze)足夠(gou)的(de)拉伸(shen)強度(du)和屈服強度(du)；但(dan)對可能(neng)(neng)(neng)產生(sheng)(sheng)的(de)脆性(xing)(xing)(xing)斷(duan)裂、疲勞及(ji)應力(li)腐蝕開(kai)裂的(de)環境(jing)條件，高強度(du)的(de)材(cai)料(liao)往往適得其反。在(zai)符(fu)合使(shi)用(yong)(yong)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)原(yuan)則下選(xuan)取的(de)結構(gou)(gou)材(cai)料(liao)，對構(gou)(gou)件的(de)成(cheng)形(xing)(xing)要有(you)好的(de)加工(gong)工(gong)藝(yi)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。在(zai)保證構(gou)(gou)件使(shi)用(yong)(yong)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)、加工(gong)工(gong)藝(yi)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)要求的(de)前題下，經(jing)濟性(xing)(xing)(xing)也是(shi)必須(xu)考慮。


 3. 制造工藝不合(he)理 


  金屬裝(zhuang)(zhuang)備(bei)及其構件往往要(yao)經(jing)過(guo)機(ji)加(jia)工(gong)（車(che)、銑(xian)、刨、磨、鉆(zhan)等(deng)）、熱(re)冷(leng)變形（沖(chong)、壓、卷、彎(wan)等(deng)）、焊(han)接(jie)(jie)、裝(zhuang)(zhuang)配等(deng)制造工(gong)藝過(guo)程。若工(gong)藝規范制訂不合(he)理(li)，則金屬設備(bei)或(huo)構件在這些加(jia)工(gong)成形過(guo)程中(zhong)(zhong)，往往會(hui)(hui)留(liu)(liu)下各種各樣(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)缺陷。如(ru)機(ji)加(jia)工(gong)常出現的(de)(de)(de)(de)(de)圓角(jiao)過(guo)小(xiao)、倒角(jiao)尖(jian)銳、裂紋(wen)、劃痕；冷(leng)熱(re)成形的(de)(de)(de)(de)(de)表面凹(ao)凸(tu)不平、不直度、不圓度和(he)(he)裂紋(wen)；在焊(han)接(jie)(jie)時(shi)可能(neng)產生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)縫表面缺陷(咬(yao)邊、焊(han)縫凹(ao)陷、焊(han)縫過(guo)高)、焊(han)接(jie)(jie)裂紋(wen)、焊(han)縫內部缺陷(未焊(han)透、氣(qi)孔(kong)、夾渣(zha))，焊(han)接(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)影響區(qu)更因(yin)在焊(han)接(jie)(jie)過(guo)程經(jing)受(shou)的(de)(de)(de)(de)(de)溫度不同，使(shi)其發生(sheng)(sheng)組織轉變不同，有(you)可能(neng)產生(sheng)(sheng)組織脆化和(he)(he)裂紋(wen)等(deng)缺陷；組裝(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)錯位、不同心度、不對中(zhong)(zhong)及強(qiang)行(xing)組裝(zhuang)(zhuang)留(liu)(liu)下較(jiao)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)內應(ying)力(li)等(deng)。所有(you)這些缺陷如(ru)超(chao)過(guo)限度則會(hui)(hui)導(dao)致構件以及裝(zhuang)(zhuang)備(bei)早(zao)(zao)期(qi)失(shi)效。 使(shi)用操作(zuo)不當(dang)和(he)(he)維(wei)(wei)修不當(dang) 使(shi)用操作(zuo)不當(dang)時(shi)金屬裝(zhuang)(zhuang)備(bei)失(shi)效的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)原因(yin)之一，如(ru)違章(zhang)操作(zuo)，超(chao)載(zai)、超(chao)溫、超(chao)速(su)；缺乏經(jing)驗、判斷(duan)錯誤；無知和(he)(he)訓練不夠；主(zhu)觀臆測(ce)、責(ze)任心不強(qiang)、粗心大(da)意等(deng)都是不安全的(de)(de)(de)(de)(de)行(xing)為。某時(shi)期(qi)統計260 次壓力(li)容器(qi)和(he)(he)鍋爐事(shi)故(gu)中(zhong)(zhong)，操作(zuo)事(shi)故(gu)194 次，占74.5% 。裝(zhuang)(zhuang)備(bei)是要(yao)進行(xing)定期(qi)維(wei)(wei)修和(he)(he)保(bao)養的(de)(de)(de)(de)(de)，如(ru)對裝(zhuang)(zhuang)備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)檢(jian)查、檢(jian)修和(he)(he)更換不及時(shi)或(huo)沒有(you)采取適當(dang)的(de)(de)(de)(de)(de)修理(li)、防護(hu)措施(shi)，也會(hui)(hui)引起裝(zhuang)(zhuang)備(bei)早(zao)(zao)期(qi)失(shi)效。