一、失效分析的定(ding)義 


  對裝備及(ji)(ji)其構件在使用過程中(zhong)(zhong)發生(sheng)各種(zhong)形式失(shi)效(xiao)現象的(de)特征及(ji)(ji)規律進行分析(xi)研究(jiu)，從中(zhong)(zhong)找出產生(sheng)失(shi)效(xiao)的(de)主要(yao)原因及(ji)(ji)防止失(shi)效(xiao)的(de)措施，稱為失(shi)效(xiao)分析(xi)。 失(shi)效(xiao)分類 材料(liao)在各種(zhong)工程應用中(zhong)(zhong)的(de)失(shi)效(xiao)模式主要(yao)由(you)斷裂、腐蝕、磨損和變形等，其中(zhong)(zhong)斷裂失(shi)效(xiao)的(de)危害性最大(da)。


 1. 彈性變(bian)形失效 


  當應力或溫(wen)度引起(qi)材料可恢(hui)復(fu)的(de)彈性變(bian)形大到足以(yi)影響裝備正常發(fa)揮預定的(de)功能(neng)時(shi)，就(jiu)出現彈性變(bian)形失效。 


 2. 塑(su)性變形失(shi)效 

 

  當受載荷(he)的(de)材(cai)料(liao)產生不可恢(hui)復(fu)的(de)塑性變形大到足以影響裝備正常發揮預定(ding)的(de)功(gong)能時，就出現塑性變形失效。


 3. 韌性斷裂失效 


  材料在斷(duan)裂之前產生(sheng)顯著的宏(hong)觀塑性(xing)(xing)變(bian)形的斷(duan)裂稱為韌性(xing)(xing)斷(duan)裂失效(xiao)。 


 4. 脆性斷(duan)裂失(shi)效(xiao) 


  材料在斷(duan)裂(lie)之前沒有發生或很少發生宏觀可(ke)見的塑性(xing)變(bian)形的斷(duan)裂(lie)稱為脆性(xing)斷(duan)裂(lie)失效。 


 5. 疲(pi)勞斷裂(lie)失效(xiao) 


  材(cai)料(liao)在交變載(zai)荷作用下，經過一定的(de)周期后所發生(sheng)的(de)斷裂稱為疲勞斷裂失效。 


 6. 腐蝕失效(xiao) 


  腐(fu)蝕(shi)(shi)是材料(liao)表面與服(fu)役環(huan)境發生(sheng)物理或化學(xue)的(de)(de)反應，使(shi)(shi)材料(liao)發生(sheng)損壞(huai)或變質的(de)(de)現(xian)象，材料(liao)發生(sheng)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)使(shi)(shi)其不能發揮(hui)正常(chang)的(de)(de)功能則稱為腐(fu)蝕(shi)(shi)失效。腐(fu)蝕(shi)(shi)有多種(zhong)形式，有均勻(yun)遍(bian)及材料(liao)表面的(de)(de)均勻(yun)腐(fu)蝕(shi)(shi)和(he)只在局部(bu)地方出現(xian)的(de)(de)局部(bu)腐(fu)蝕(shi)(shi)，局部(bu)腐(fu)蝕(shi)(shi)又(you)分為點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)、晶間腐(fu)蝕(shi)(shi)、縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)、應力腐(fu)蝕(shi)(shi)開裂、腐(fu)蝕(shi)(shi)疲勞等。 


 7. 磨損失效(xiao) 


  當材(cai)料(liao)(liao)表(biao)現(xian)相互接觸或材(cai)料(liao)(liao)表(biao)面與流體接觸并作(zuo)相對運動時，由于物理和化(hua)學的(de)(de)作(zuo)用，材(cai)料(liao)(liao)表(biao)面的(de)(de)形狀、尺寸或質(zhi)量發生變化(hua)的(de)(de)過程，稱為磨(mo)(mo)損(sun)(sun)。由磨(mo)(mo)損(sun)(sun)而導致構件(jian)功能喪失，稱為磨(mo)(mo)損(sun)(sun)失效。磨(mo)(mo)損(sun)(sun)有多種形式，其中(zhong)常(chang)見(jian)粘著磨(mo)(mo)損(sun)(sun)、磨(mo)(mo)料(liao)(liao)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)、沖擊磨(mo)(mo)損(sun)(sun)、微動磨(mo)(mo)損(sun)(sun)、腐(fu)蝕(shi)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)、疲勞磨(mo)(mo)損(sun)(sun)等。 



二(er)、失效(xiao)原(yuan)因分(fen)析 


 1. 設計不合(he)理(li) 


  其中結(jie)構(gou)(gou)或(huo)形狀不(bu)(bu)合理，材料存在缺口、小(xiao)(xiao)圓弧(hu)轉角(jiao)、不(bu)(bu)同形狀過渡區(qu)等高應力區(qu)，未能恰當設(she)計(ji)(ji)(ji)引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)失效(xiao)(xiao)比較(jiao)常見。總之，設(she)計(ji)(ji)(ji)中的(de)(de)(de)過載(zai)(zai)荷、應力集中、結(jie)構(gou)(gou)選擇不(bu)(bu)當、安全(quan)系(xi)數(shu)過小(xiao)(xiao)(追求輕巧和高速度)及(ji)(ji)(ji)配合不(bu)(bu)合適等都會(hui)導致構(gou)(gou)件及(ji)(ji)(ji)裝(zhuang)(zhuang)備失效(xiao)(xiao)。構(gou)(gou)件及(ji)(ji)(ji)裝(zhuang)(zhuang)備的(de)(de)(de)設(she)計(ji)(ji)(ji)要(yao)有足夠的(de)(de)(de)強(qiang)度、剛度、穩定性，結(jie)構(gou)(gou)設(she)計(ji)(ji)(ji)要(yao)合理。 分(fen)析設(she)計(ji)(ji)(ji)原因引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)失效(xiao)(xiao)尤其要(yao)注(zhu)意(yi)：對復雜(za)構(gou)(gou)件未作(zuo)可(ke)靠的(de)(de)(de)應力計(ji)(ji)(ji)算；或(huo)對構(gou)(gou)件在服役中所承受的(de)(de)(de)非正常工作(zuo)載(zai)(zai)荷的(de)(de)(de)類型(xing)及(ji)(ji)(ji)大小(xiao)(xiao)未作(zuo)考慮；甚至于(yu)對工作(zuo)載(zai)(zai)荷確(que)定和應力分(fen)析準確(que)的(de)(de)(de)構(gou)(gou)件來說，如果只(zhi)考慮拉伸強(qiang)度和屈服強(qiang)度數(shu)據的(de)(de)(de)靜載(zai)(zai)荷能力，而忽視了脆性斷(duan)裂(lie)、低循(xun)環(huan)疲勞(lao)(lao)、應力腐(fu)蝕及(ji)(ji)(ji)腐(fu)蝕疲勞(lao)(lao)等機理可(ke)能引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)失效(xiao)(xiao)，都會(hui)在設(she)計(ji)(ji)(ji)上(shang)造成嚴重的(de)(de)(de)錯誤。 


 2. 選材(cai)不當(dang)及材(cai)料(liao)缺陷 


  金屬裝(zhuang)備(bei)及構件(jian)的(de)(de)(de)(de)材料(liao)選擇要(yao)(yao)遵循使(shi)(shi)(shi)用性(xing)(xing)(xing)(xing)原則、加工(gong)工(gong)藝(yi)性(xing)(xing)(xing)(xing)能原則及經(jing)濟性(xing)(xing)(xing)(xing)原則，首(shou)先(xian)要(yao)(yao)考慮(lv)遵循使(shi)(shi)(shi)用性(xing)(xing)(xing)(xing)原則。使(shi)(shi)(shi)在(zai)特定環(huan)境中的(de)(de)(de)(de)構件(jian)，對(dui)可預見的(de)(de)(de)(de)失效(xiao)形式(shi)要(yao)(yao)為其選擇足(zu)(zu)夠(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)抵抗失效(xiao)的(de)(de)(de)(de)能力。如對(dui)韌性(xing)(xing)(xing)(xing)材料(liao)可能產生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)屈(qu)服(fu)變形或斷裂(lie)，應該選擇足(zu)(zu)夠(gou)(gou)的(de)(de)(de)(de)拉伸(shen)強度和屈(qu)服(fu)強度；但對(dui)可能產生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)脆性(xing)(xing)(xing)(xing)斷裂(lie)、疲(pi)勞及應力腐蝕開裂(lie)的(de)(de)(de)(de)環(huan)境條件(jian)，高強度的(de)(de)(de)(de)材料(liao)往往適得其反。在(zai)符合使(shi)(shi)(shi)用性(xing)(xing)(xing)(xing)能的(de)(de)(de)(de)原則下選取(qu)的(de)(de)(de)(de)結構材料(liao)，對(dui)構件(jian)的(de)(de)(de)(de)成(cheng)形要(yao)(yao)有好(hao)的(de)(de)(de)(de)加工(gong)工(gong)藝(yi)性(xing)(xing)(xing)(xing)能。在(zai)保證構件(jian)使(shi)(shi)(shi)用性(xing)(xing)(xing)(xing)能、加工(gong)工(gong)藝(yi)性(xing)(xing)(xing)(xing)能要(yao)(yao)求的(de)(de)(de)(de)前(qian)題下，經(jing)濟性(xing)(xing)(xing)(xing)也是必須(xu)考慮(lv)。


 3. 制(zhi)造工藝不合理 


  金(jin)屬裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)及其(qi)構件往(wang)(wang)往(wang)(wang)要(yao)經(jing)過(guo)機加(jia)工（車(che)、銑、刨、磨、鉆等(deng)）、熱(re)冷(leng)(leng)變形(xing)（沖、壓、卷、彎等(deng)）、焊(han)(han)(han)接、裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)配等(deng)制(zhi)造工藝(yi)過(guo)程(cheng)。若(ruo)工藝(yi)規范(fan)制(zhi)訂不(bu)(bu)(bu)(bu)合理，則金(jin)屬設備(bei)或構件在(zai)這(zhe)些加(jia)工成形(xing)過(guo)程(cheng)中，往(wang)(wang)往(wang)(wang)會(hui)留下各種各樣(yang)的(de)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)。如(ru)機加(jia)工常出現的(de)圓(yuan)角(jiao)過(guo)小、倒角(jiao)尖銳、裂紋(wen)、劃痕；冷(leng)(leng)熱(re)成形(xing)的(de)表面凹凸不(bu)(bu)(bu)(bu)平、不(bu)(bu)(bu)(bu)直(zhi)度(du)、不(bu)(bu)(bu)(bu)圓(yuan)度(du)和(he)(he)裂紋(wen)；在(zai)焊(han)(han)(han)接時(shi)(shi)可能產生(sheng)的(de)焊(han)(han)(han)縫表面缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)(咬邊、焊(han)(han)(han)縫凹陷(xian)(xian)(xian)、焊(han)(han)(han)縫過(guo)高)、焊(han)(han)(han)接裂紋(wen)、焊(han)(han)(han)縫內(nei)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)(未焊(han)(han)(han)透、氣孔、夾(jia)渣(zha))，焊(han)(han)(han)接的(de)熱(re)影響區更(geng)因(yin)(yin)在(zai)焊(han)(han)(han)接過(guo)程(cheng)經(jing)受的(de)溫度(du)不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)，使其(qi)發生(sheng)組織轉變不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)，有(you)可能產生(sheng)組織脆(cui)化和(he)(he)裂紋(wen)等(deng)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)；組裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)的(de)錯(cuo)位(wei)、不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)心度(du)、不(bu)(bu)(bu)(bu)對(dui)中及強行組裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)留下較大的(de)內(nei)應力等(deng)。所有(you)這(zhe)些缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)如(ru)超過(guo)限度(du)則會(hui)導致(zhi)構件以及裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)早期失效(xiao)。 使用(yong)操作(zuo)不(bu)(bu)(bu)(bu)當(dang)和(he)(he)維修(xiu)不(bu)(bu)(bu)(bu)當(dang) 使用(yong)操作(zuo)不(bu)(bu)(bu)(bu)當(dang)時(shi)(shi)金(jin)屬裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)失效(xiao)的(de)重要(yao)原因(yin)(yin)之一(yi)，如(ru)違章操作(zuo)，超載、超溫、超速；缺(que)(que)乏經(jing)驗、判斷錯(cuo)誤；無知和(he)(he)訓練不(bu)(bu)(bu)(bu)夠；主觀(guan)臆測、責任心不(bu)(bu)(bu)(bu)強、粗心大意(yi)等(deng)都是不(bu)(bu)(bu)(bu)安(an)全的(de)行為。某時(shi)(shi)期統(tong)計(ji)260 次壓力容(rong)器和(he)(he)鍋爐事故中，操作(zuo)事故194 次，占(zhan)74.5% 。裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)是要(yao)進(jin)行定期維修(xiu)和(he)(he)保養(yang)的(de)，如(ru)對(dui)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)的(de)檢(jian)查、檢(jian)修(xiu)和(he)(he)更(geng)換不(bu)(bu)(bu)(bu)及時(shi)(shi)或沒有(you)采取適當(dang)的(de)修(xiu)理、防護措施，也(ye)會(hui)引起(qi)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)早期失效(xiao)。