一、失效分析的(de)定義
對裝(zhuang)備(bei)及(ji)其構件在(zai)使用過程(cheng)中發生各種(zhong)形(xing)式(shi)失(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)現(xian)象的特征(zheng)及(ji)規(gui)律進行(xing)分析(xi)研究，從中找出產生失(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)的主要原(yuan)因及(ji)防止(zhi)失(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)的措施，稱為失(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)分析(xi)。 失(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)分類 材料在(zai)各種(zhong)工程(cheng)應(ying)用中的失(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)模式(shi)主要由斷裂、腐蝕、磨損(sun)和變(bian)形(xing)等(deng)，其中斷裂失(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)的危害性最(zui)大。
1. 彈性變形失效
當應力或溫度引起(qi)材料可恢復的彈性(xing)變形大到足以影響裝(zhuang)備正常發揮預定的功能時，就出現彈性(xing)變形失效(xiao)。
2. 塑(su)性變形失效
當受載荷的(de)(de)材料產生不可恢復(fu)的(de)(de)塑性變(bian)形(xing)大(da)到足以(yi)影響裝備正(zheng)常(chang)發揮預(yu)定的(de)(de)功能時，就出現(xian)塑性變(bian)形(xing)失效(xiao)。
3. 韌性斷裂失效
材料在斷裂(lie)之前產生顯著的宏觀塑性變形的斷裂(lie)稱為韌(ren)性斷裂(lie)失效(xiao)。
4. 脆性斷裂失效
材料(liao)在斷裂(lie)之前(qian)沒有(you)發(fa)生或很少發(fa)生宏觀可見(jian)的塑性變形的斷裂(lie)稱為脆(cui)性斷裂(lie)失(shi)效。
5. 疲(pi)勞斷裂(lie)失(shi)效
材料(liao)在交(jiao)變載(zai)荷作用下，經過一定的周期后(hou)所發生的斷裂稱為疲勞斷裂失效。
6. 腐(fu)蝕失效
腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)是(shi)材(cai)(cai)料(liao)表(biao)面與服役環境發(fa)(fa)(fa)生(sheng)物(wu)理或化學的(de)(de)反(fan)應，使材(cai)(cai)料(liao)發(fa)(fa)(fa)生(sheng)損壞(huai)或變(bian)質的(de)(de)現象(xiang)，材(cai)(cai)料(liao)發(fa)(fa)(fa)生(sheng)的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)使其不能(neng)發(fa)(fa)(fa)揮正常(chang)的(de)(de)功能(neng)則稱為(wei)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)失效。腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)有多(duo)種形(xing)式，有均勻(yun)遍(bian)及材(cai)(cai)料(liao)表(biao)面的(de)(de)均勻(yun)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)和只在(zai)局(ju)部地方出現的(de)(de)局(ju)部腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)，局(ju)部腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)又分為(wei)點腐(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
當材(cai)料(liao)(liao)表(biao)現相互(hu)接(jie)觸(chu)或材(cai)料(liao)(liao)表(biao)面(mian)與(yu)流體接(jie)觸(chu)并作相對運(yun)動時，由于物理和化學的(de)(de)作用，材(cai)料(liao)(liao)表(biao)面(mian)的(de)(de)形狀、尺寸或質(zhi)量發生變化的(de)(de)過程，稱為(wei)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)。由磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)而(er)導致構件功能喪失，稱為(wei)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)失效(xiao)。磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)有多種形式，其中常見粘著磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)、磨(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)(liao)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)、沖擊(ji)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)、微動磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)、腐蝕(shi)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)、疲勞磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)等(deng)。
二、失(shi)效原因分析
1. 設計不合理
其中結構或形狀(zhuang)不(bu)合(he)(he)理(li)，材料存(cun)在(zai)缺口(kou)、小圓弧(hu)轉角、不(bu)同形狀(zhuang)過渡區等高應(ying)力(li)區，未能恰當(dang)設(she)(she)計引起的(de)失效(xiao)(xiao)比較(jiao)常見。總(zong)之，設(she)(she)計中的(de)過載(zai)(zai)荷、應(ying)力(li)集中、結構選擇不(bu)當(dang)、安全(quan)系數(shu)過小(追(zhui)求(qiu)輕(qing)巧和(he)(he)高速度)及(ji)(ji)配合(he)(he)不(bu)合(he)(he)適等都會(hui)導致(zhi)構件(jian)及(ji)(ji)裝備(bei)失效(xiao)(xiao)。構件(jian)及(ji)(ji)裝備(bei)的(de)設(she)(she)計要(yao)有足夠(gou)的(de)強(qiang)度、剛(gang)度、穩定性(xing)，結構設(she)(she)計要(yao)合(he)(he)理(li)。 分析設(she)(she)計原因(yin)引起的(de)失效(xiao)(xiao)尤其要(yao)注意：對(dui)復雜構件(jian)未作可靠的(de)應(ying)力(li)計算(suan)；或對(dui)構件(jian)在(zai)服役中所(suo)承(cheng)受的(de)非正(zheng)常工作載(zai)(zai)荷的(de)類型(xing)及(ji)(ji)大小未作考(kao)慮(lv)；甚(shen)至于對(dui)工作載(zai)(zai)荷確定和(he)(he)應(ying)力(li)分析準確的(de)構件(jian)來說，如果只考(kao)慮(lv)拉伸強(qiang)度和(he)(he)屈服強(qiang)度數(shu)據(ju)的(de)靜載(zai)(zai)荷能力(li)，而忽(hu)視了脆性(xing)斷(duan)裂、低循環疲勞(lao)、應(ying)力(li)腐(fu)蝕及(ji)(ji)腐(fu)蝕疲勞(lao)等機理(li)可能引起的(de)失效(xiao)(xiao)，都會(hui)在(zai)設(she)(she)計上造成嚴(yan)重的(de)錯誤。
2. 選材不當(dang)及材料(liao)缺陷
金屬裝備及構件的(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)料選(xuan)擇要(yao)遵循使用(yong)性(xing)原(yuan)(yuan)則、加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝(yi)性(xing)能(neng)(neng)原(yuan)(yuan)則及經濟(ji)性(xing)原(yuan)(yuan)則，首(shou)先要(yao)考慮遵循使用(yong)性(xing)原(yuan)(yuan)則。使在特定環(huan)境(jing)中的(de)(de)(de)(de)(de)構件，對(dui)(dui)(dui)可(ke)預見的(de)(de)(de)(de)(de)失(shi)效(xiao)形式要(yao)為其選(xuan)擇足夠(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)抵抗失(shi)效(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)力(li)(li)。如對(dui)(dui)(dui)韌性(xing)材(cai)(cai)料可(ke)能(neng)(neng)產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)屈(qu)服(fu)變形或斷(duan)(duan)裂(lie)，應該選(xuan)擇足夠(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)拉伸強度和(he)屈(qu)服(fu)強度；但(dan)對(dui)(dui)(dui)可(ke)能(neng)(neng)產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)脆性(xing)斷(duan)(duan)裂(lie)、疲勞及應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)開(kai)裂(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)環(huan)境(jing)條件，高強度的(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)料往往適得其反。在符合使用(yong)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)則下(xia)選(xuan)取的(de)(de)(de)(de)(de)結構材(cai)(cai)料，對(dui)(dui)(dui)構件的(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)形要(yao)有好的(de)(de)(de)(de)(de)加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝(yi)性(xing)能(neng)(neng)。在保證構件使用(yong)性(xing)能(neng)(neng)、加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝(yi)性(xing)能(neng)(neng)要(yao)求的(de)(de)(de)(de)(de)前題下(xia)，經濟(ji)性(xing)也是必須考慮。
3. 制造工藝不合(he)理
金屬(shu)裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)及(ji)其(qi)構件往往要經(jing)過(guo)(guo)機(ji)加(jia)工(gong)（車、銑、刨、磨、鉆等(deng)(deng)）、熱(re)冷(leng)變形(xing)(xing)(xing)（沖、壓、卷、彎等(deng)(deng)）、焊(han)接、裝(zhuang)(zhuang)配(pei)等(deng)(deng)制(zhi)造工(gong)藝過(guo)(guo)程(cheng)。若工(gong)藝規范制(zhi)訂不(bu)合(he)理，則金屬(shu)設備(bei)(bei)(bei)或(huo)構件在這(zhe)些(xie)加(jia)工(gong)成(cheng)形(xing)(xing)(xing)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)，往往會(hui)留下各(ge)種各(ge)樣的(de)(de)(de)(de)缺(que)陷(xian)。如(ru)機(ji)加(jia)工(gong)常出現(xian)的(de)(de)(de)(de)圓角過(guo)(guo)小、倒角尖銳、裂紋(wen)、劃痕；冷(leng)熱(re)成(cheng)形(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)表(biao)面凹凸不(bu)平、不(bu)直度(du)、不(bu)圓度(du)和(he)裂紋(wen)；在焊(han)接時(shi)可能產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)焊(han)縫(feng)表(biao)面缺(que)陷(xian)(咬邊、焊(han)縫(feng)凹陷(xian)、焊(han)縫(feng)過(guo)(guo)高)、焊(han)接裂紋(wen)、焊(han)縫(feng)內部缺(que)陷(xian)(未焊(han)透、氣孔、夾渣(zha))，焊(han)接的(de)(de)(de)(de)熱(re)影響區(qu)更因(yin)在焊(han)接過(guo)(guo)程(cheng)經(jing)受的(de)(de)(de)(de)溫度(du)不(bu)同(tong)(tong)，使其(qi)發生(sheng)組(zu)織轉變不(bu)同(tong)(tong)，有可能產生(sheng)組(zu)織脆化和(he)裂紋(wen)等(deng)(deng)缺(que)陷(xian)；組(zu)裝(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)(de)錯位、不(bu)同(tong)(tong)心(xin)度(du)、不(bu)對(dui)中(zhong)(zhong)及(ji)強(qiang)行組(zu)裝(zhuang)(zhuang)留下較大的(de)(de)(de)(de)內應(ying)力(li)等(deng)(deng)。所有這(zhe)些(xie)缺(que)陷(xian)如(ru)超(chao)過(guo)(guo)限度(du)則會(hui)導致構件以(yi)及(ji)裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)早(zao)期失(shi)效(xiao)。 使用操(cao)作不(bu)當(dang)(dang)和(he)維修不(bu)當(dang)(dang) 使用操(cao)作不(bu)當(dang)(dang)時(shi)金屬(shu)裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)失(shi)效(xiao)的(de)(de)(de)(de)重要原(yuan)因(yin)之一，如(ru)違章操(cao)作，超(chao)載、超(chao)溫、超(chao)速；缺(que)乏經(jing)驗、判斷錯誤；無知和(he)訓練不(bu)夠；主觀臆測、責任心(xin)不(bu)強(qiang)、粗心(xin)大意等(deng)(deng)都是不(bu)安全的(de)(de)(de)(de)行為。某(mou)時(shi)期統計260 次壓力(li)容器和(he)鍋(guo)爐(lu)事(shi)故中(zhong)(zhong)，操(cao)作事(shi)故194 次，占74.5% 。裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)是要進行定期維修和(he)保養(yang)的(de)(de)(de)(de)，如(ru)對(dui)裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)的(de)(de)(de)(de)檢查、檢修和(he)更換不(bu)及(ji)時(shi)或(huo)沒有采取適(shi)當(dang)(dang)的(de)(de)(de)(de)修理、防(fang)護措施，也會(hui)引起裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)早(zao)期失(shi)效(xiao)。
