一、失效分析的(de)定(ding)義 


  對裝備及其構件(jian)在使用(yong)過程(cheng)中(zhong)發(fa)生各(ge)種(zhong)形(xing)式(shi)失(shi)(shi)效(xiao)現象的(de)特征(zheng)及規律(lv)進行分(fen)(fen)析研究，從中(zhong)找(zhao)出產生失(shi)(shi)效(xiao)的(de)主(zhu)要(yao)原(yuan)因及防止失(shi)(shi)效(xiao)的(de)措施(shi)，稱(cheng)為失(shi)(shi)效(xiao)分(fen)(fen)析。 失(shi)(shi)效(xiao)分(fen)(fen)類 材料在各(ge)種(zhong)工(gong)程(cheng)應用(yong)中(zhong)的(de)失(shi)(shi)效(xiao)模式(shi)主(zhu)要(yao)由斷(duan)裂(lie)、腐蝕、磨損和變形(xing)等，其中(zhong)斷(duan)裂(lie)失(shi)(shi)效(xiao)的(de)危害性最大。


 1. 彈性變形(xing)失效 


  當應(ying)力或溫度引起材(cai)料可恢(hui)復(fu)的(de)彈性(xing)變形大到(dao)足以(yi)影響(xiang)裝備正(zheng)常發揮預定的(de)功能(neng)時(shi)，就出現彈性(xing)變形失效。 


 2. 塑(su)性變形失(shi)效 

 

  當受載荷的材料產生(sheng)不可恢復(fu)的塑性(xing)變形大到足以影響裝備正常發(fa)揮預定的功能時，就出現塑性(xing)變形失效。


 3. 韌性斷裂失效 


  材料在斷裂之前產生顯(xian)著的宏觀(guan)塑性(xing)變形的斷裂稱為韌性(xing)斷裂失效。 


 4. 脆性斷(duan)裂失效(xiao) 


  材(cai)料在斷(duan)(duan)裂(lie)之前沒有發生或很少(shao)發生宏觀可見的(de)塑性變形的(de)斷(duan)(duan)裂(lie)稱為脆性斷(duan)(duan)裂(lie)失效。 


 5. 疲勞斷裂(lie)失效 


  材料在交變(bian)載荷作(zuo)用下，經過(guo)一定的周(zhou)期后(hou)所發生的斷(duan)裂稱(cheng)為疲(pi)勞斷(duan)裂失效。 


 6. 腐蝕失(shi)效 


  腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)是材(cai)(cai)料表(biao)面與(yu)服(fu)役環(huan)境(jing)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)物理或化學的(de)反應(ying)，使(shi)材(cai)(cai)料發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)損壞(huai)或變質的(de)現象，材(cai)(cai)料發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)使(shi)其(qi)不能(neng)發(fa)(fa)揮正常(chang)的(de)功(gong)能(neng)則(ze)稱為腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)失效。腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)有(you)多種形式，有(you)均(jun)勻(yun)遍及材(cai)(cai)料表(biao)面的(de)均(jun)勻(yun)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)和(he)只在局部地方出現的(de)局部腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)，局部腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)又分為點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)、晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)、縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)、應(ying)力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)開(kai)裂、腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)疲勞等。 


 7. 磨(mo)損失(shi)效(xiao) 


  當材料(liao)表現相互接(jie)觸或材料(liao)表面與流體接(jie)觸并作(zuo)相對運動時，由(you)于物理(li)和化(hua)學的(de)作(zuo)用，材料(liao)表面的(de)形狀、尺寸或質(zhi)量(liang)發生變化(hua)的(de)過程，稱(cheng)為磨損(sun)。由(you)磨損(sun)而導致(zhi)構件功能喪(sang)失，稱(cheng)為磨損(sun)失效(xiao)。磨損(sun)有(you)多種形式，其中常(chang)見粘著(zhu)磨損(sun)、磨料(liao)磨損(sun)、沖擊(ji)磨損(sun)、微動磨損(sun)、腐蝕磨損(sun)、疲勞(lao)磨損(sun)等。 



二、失效(xiao)原因(yin)分析 


 1. 設計不合理 


  其中(zhong)結構(gou)(gou)或形狀(zhuang)不(bu)(bu)合(he)理，材料存在缺口、小(xiao)圓弧轉(zhuan)角、不(bu)(bu)同形狀(zhuang)過(guo)(guo)渡區等(deng)高應(ying)力(li)區，未能(neng)恰當設(she)計引起(qi)的失(shi)效比較常(chang)見。總之，設(she)計中(zhong)的過(guo)(guo)載(zai)荷、應(ying)力(li)集中(zhong)、結構(gou)(gou)選擇不(bu)(bu)當、安全系(xi)數(shu)過(guo)(guo)小(xiao)(追求輕巧和高速度(du))及配合(he)不(bu)(bu)合(he)適等(deng)都會導致構(gou)(gou)件(jian)(jian)及裝(zhuang)備失(shi)效。構(gou)(gou)件(jian)(jian)及裝(zhuang)備的設(she)計要(yao)有足夠的強(qiang)度(du)、剛度(du)、穩定(ding)性，結構(gou)(gou)設(she)計要(yao)合(he)理。 分(fen)析(xi)設(she)計原因引起(qi)的失(shi)效尤其要(yao)注意：對復雜構(gou)(gou)件(jian)(jian)未作(zuo)可靠(kao)的應(ying)力(li)計算；或對構(gou)(gou)件(jian)(jian)在服役中(zhong)所承受的非(fei)正常(chang)工作(zuo)載(zai)荷的類型(xing)及大小(xiao)未作(zuo)考慮；甚至于對工作(zuo)載(zai)荷確定(ding)和應(ying)力(li)分(fen)析(xi)準確的構(gou)(gou)件(jian)(jian)來說(shuo)，如(ru)果(guo)只考慮拉伸強(qiang)度(du)和屈服強(qiang)度(du)數(shu)據的靜載(zai)荷能(neng)力(li)，而忽視了脆性斷裂、低循環疲勞、應(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)及腐蝕(shi)(shi)疲勞等(deng)機理可能(neng)引起(qi)的失(shi)效，都會在設(she)計上造成嚴重的錯誤。 


 2. 選材(cai)不(bu)當(dang)及材(cai)料(liao)缺(que)陷(xian) 


  金屬裝備及構(gou)件(jian)(jian)的(de)材(cai)料(liao)選(xuan)(xuan)擇(ze)要(yao)遵(zun)循使用(yong)(yong)性(xing)(xing)(xing)(xing)原(yuan)(yuan)則、加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝(yi)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)原(yuan)(yuan)則及經(jing)濟(ji)性(xing)(xing)(xing)(xing)原(yuan)(yuan)則，首先要(yao)考(kao)慮遵(zun)循使用(yong)(yong)性(xing)(xing)(xing)(xing)原(yuan)(yuan)則。使在(zai)特定環境中(zhong)的(de)構(gou)件(jian)(jian)，對可(ke)(ke)預見的(de)失(shi)效(xiao)形(xing)(xing)式(shi)要(yao)為其選(xuan)(xuan)擇(ze)足(zu)夠(gou)的(de)抵抗失(shi)效(xiao)的(de)能(neng)(neng)(neng)力。如對韌性(xing)(xing)(xing)(xing)材(cai)料(liao)可(ke)(ke)能(neng)(neng)(neng)產(chan)生(sheng)的(de)屈服變形(xing)(xing)或斷裂(lie)，應該選(xuan)(xuan)擇(ze)足(zu)夠(gou)的(de)拉伸強(qiang)(qiang)度和(he)屈服強(qiang)(qiang)度；但對可(ke)(ke)能(neng)(neng)(neng)產(chan)生(sheng)的(de)脆性(xing)(xing)(xing)(xing)斷裂(lie)、疲勞(lao)及應力腐蝕開裂(lie)的(de)環境條件(jian)(jian)，高強(qiang)(qiang)度的(de)材(cai)料(liao)往往適得其反。在(zai)符合使用(yong)(yong)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)原(yuan)(yuan)則下選(xuan)(xuan)取的(de)結構(gou)材(cai)料(liao)，對構(gou)件(jian)(jian)的(de)成形(xing)(xing)要(yao)有好的(de)加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝(yi)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。在(zai)保(bao)證(zheng)構(gou)件(jian)(jian)使用(yong)(yong)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)、加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝(yi)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)要(yao)求的(de)前(qian)題下，經(jing)濟(ji)性(xing)(xing)(xing)(xing)也是必須考(kao)慮。


 3. 制造工藝不合理 


  金屬裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)及(ji)(ji)其構件(jian)往往要(yao)經(jing)(jing)過(guo)(guo)機加工(gong)（車、銑、刨、磨(mo)、鉆等）、熱冷變(bian)形(xing)（沖(chong)、壓(ya)、卷、彎等）、焊(han)(han)接(jie)、裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)配等制(zhi)造工(gong)藝過(guo)(guo)程。若(ruo)工(gong)藝規范制(zhi)訂不(bu)(bu)(bu)合(he)理，則金屬設備(bei)(bei)或(huo)構件(jian)在(zai)這些加工(gong)成形(xing)過(guo)(guo)程中(zhong)，往往會(hui)留下各(ge)種各(ge)樣的(de)(de)(de)缺陷(xian)。如機加工(gong)常出(chu)現的(de)(de)(de)圓角過(guo)(guo)小、倒角尖銳(rui)、裂(lie)紋、劃痕；冷熱成形(xing)的(de)(de)(de)表面凹凸不(bu)(bu)(bu)平(ping)、不(bu)(bu)(bu)直度、不(bu)(bu)(bu)圓度和(he)(he)(he)(he)裂(lie)紋；在(zai)焊(han)(han)接(jie)時(shi)可(ke)能產生(sheng)的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)表面缺陷(xian)(咬(yao)邊、焊(han)(han)縫(feng)凹陷(xian)、焊(han)(han)縫(feng)過(guo)(guo)高)、焊(han)(han)接(jie)裂(lie)紋、焊(han)(han)縫(feng)內(nei)部(bu)缺陷(xian)(未焊(han)(han)透、氣孔(kong)、夾(jia)渣)，焊(han)(han)接(jie)的(de)(de)(de)熱影響區更因在(zai)焊(han)(han)接(jie)過(guo)(guo)程經(jing)(jing)受的(de)(de)(de)溫度不(bu)(bu)(bu)同，使其發生(sheng)組織(zhi)轉變(bian)不(bu)(bu)(bu)同，有可(ke)能產生(sheng)組織(zhi)脆化和(he)(he)(he)(he)裂(lie)紋等缺陷(xian)；組裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)錯(cuo)位、不(bu)(bu)(bu)同心(xin)度、不(bu)(bu)(bu)對中(zhong)及(ji)(ji)強行組裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)留下較大(da)的(de)(de)(de)內(nei)應力(li)等。所(suo)有這些缺陷(xian)如超過(guo)(guo)限度則會(hui)導致構件(jian)以及(ji)(ji)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)早(zao)期(qi)(qi)失效(xiao)。 使用操(cao)作不(bu)(bu)(bu)當和(he)(he)(he)(he)維(wei)(wei)修(xiu)不(bu)(bu)(bu)當 使用操(cao)作不(bu)(bu)(bu)當時(shi)金屬裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)失效(xiao)的(de)(de)(de)重要(yao)原因之一，如違(wei)章操(cao)作，超載、超溫、超速；缺乏經(jing)(jing)驗、判斷錯(cuo)誤；無知(zhi)和(he)(he)(he)(he)訓練不(bu)(bu)(bu)夠；主觀(guan)臆測、責任(ren)心(xin)不(bu)(bu)(bu)強、粗(cu)心(xin)大(da)意等都是不(bu)(bu)(bu)安全的(de)(de)(de)行為。某時(shi)期(qi)(qi)統計260 次壓(ya)力(li)容器(qi)和(he)(he)(he)(he)鍋(guo)爐事故中(zhong)，操(cao)作事故194 次，占74.5% 。裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)是要(yao)進行定期(qi)(qi)維(wei)(wei)修(xiu)和(he)(he)(he)(he)保(bao)養的(de)(de)(de)，如對裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)的(de)(de)(de)檢查、檢修(xiu)和(he)(he)(he)(he)更換(huan)不(bu)(bu)(bu)及(ji)(ji)時(shi)或(huo)沒有采取適當的(de)(de)(de)修(xiu)理、防護措施，也會(hui)引起裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)早(zao)期(qi)(qi)失效(xiao)。