一、失效分析的定義 


  對裝(zhuang)備及其構件在使用過程(cheng)中發(fa)生(sheng)各(ge)(ge)種(zhong)形式(shi)失(shi)(shi)效(xiao)現象的(de)(de)特征及規律(lv)進行分(fen)析研(yan)究(jiu)，從中找(zhao)出產生(sheng)失(shi)(shi)效(xiao)的(de)(de)主要(yao)原(yuan)因及防止失(shi)(shi)效(xiao)的(de)(de)措施(shi)，稱為失(shi)(shi)效(xiao)分(fen)析。 失(shi)(shi)效(xiao)分(fen)類 材(cai)料(liao)在各(ge)(ge)種(zhong)工(gong)程(cheng)應用中的(de)(de)失(shi)(shi)效(xiao)模式(shi)主要(yao)由斷裂、腐蝕、磨損(sun)和(he)變形等，其中斷裂失(shi)(shi)效(xiao)的(de)(de)危(wei)害(hai)性最大。


 1. 彈性變形失(shi)效(xiao) 


  當應力或溫度引起材料(liao)可恢復的彈性變(bian)形(xing)大(da)到(dao)足以影響裝備正常發揮(hui)預定(ding)的功(gong)能(neng)時，就出現彈性變(bian)形(xing)失效。 


 2. 塑性變形失效 

 

  當受(shou)載(zai)荷的(de)材料產生不(bu)可恢復的(de)塑性變形(xing)大(da)到足以影響裝備正常發揮預定的(de)功能時，就出現塑性變形(xing)失效。


 3. 韌性斷裂失效 


  材(cai)料在斷(duan)裂之前產生顯(xian)著的宏觀塑性(xing)變形的斷(duan)裂稱為韌性(xing)斷(duan)裂失(shi)效。 


 4. 脆(cui)性斷裂(lie)失效 


  材料在斷裂(lie)之前(qian)沒有發生或很少發生宏(hong)觀可(ke)見的(de)塑性(xing)變形的(de)斷裂(lie)稱為脆性(xing)斷裂(lie)失效。 


 5. 疲勞(lao)斷裂失效(xiao) 


  材料在交變載荷作用下，經過一定(ding)的周期后所(suo)發(fa)生的斷(duan)裂稱(cheng)為疲勞(lao)斷(duan)裂失效。 


 6. 腐蝕失效 


  腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)是材(cai)料(liao)表面(mian)與服(fu)役(yi)環境發生物理或化(hua)學的(de)(de)反(fan)應(ying)，使材(cai)料(liao)發生損壞或變質的(de)(de)現象，材(cai)料(liao)發生的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)使其不能(neng)發揮正常(chang)的(de)(de)功能(neng)則稱為(wei)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)失(shi)效。腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)有(you)多種形(xing)式，有(you)均勻遍及材(cai)料(liao)表面(mian)的(de)(de)均勻腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)和只在局(ju)(ju)部(bu)地方出(chu)現的(de)(de)局(ju)(ju)部(bu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)，局(ju)(ju)部(bu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)又分(fen)為(wei)點腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、晶(jing)間腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、縫隙腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、應(ying)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(mo)損失效 


  當材料表現相(xiang)互(hu)接觸或材料表面與流體接觸并作(zuo)(zuo)相(xiang)對運動時，由于物理和(he)化學的作(zuo)(zuo)用，材料表面的形(xing)狀、尺寸(cun)或質量發(fa)生(sheng)變(bian)化的過(guo)程，稱為(wei)磨(mo)損(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)。由磨(mo)損(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)而導致構件功能喪(sang)失(shi)，稱為(wei)磨(mo)損(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)失(shi)效。磨(mo)損(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)有(you)多種形(xing)式(shi)，其中常見粘著磨(mo)損(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)、磨(mo)料磨(mo)損(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)、沖擊磨(mo)損(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)、微動磨(mo)損(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)、腐蝕(shi)磨(mo)損(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)、疲勞磨(mo)損(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)(sun)等。 



二、失(shi)效原因(yin)分(fen)析 


 1. 設計不(bu)合理(li) 


  其(qi)中(zhong)(zhong)結(jie)構(gou)(gou)(gou)或(huo)形狀(zhuang)不合(he)(he)理(li)，材料存(cun)在(zai)缺口、小(xiao)圓弧(hu)轉角、不同形狀(zhuang)過渡區等高(gao)應(ying)力(li)(li)區，未(wei)能恰(qia)當設(she)計(ji)引起的(de)(de)(de)失效(xiao)比較常見。總之，設(she)計(ji)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)過載(zai)荷(he)、應(ying)力(li)(li)集中(zhong)(zhong)、結(jie)構(gou)(gou)(gou)選(xuan)擇不當、安全系數過小(xiao)(追求輕巧和(he)高(gao)速度)及配合(he)(he)不合(he)(he)適(shi)等都會導致構(gou)(gou)(gou)件及裝備(bei)失效(xiao)。構(gou)(gou)(gou)件及裝備(bei)的(de)(de)(de)設(she)計(ji)要有足夠的(de)(de)(de)強(qiang)度、剛度、穩定(ding)性，結(jie)構(gou)(gou)(gou)設(she)計(ji)要合(he)(he)理(li)。 分(fen)析設(she)計(ji)原(yuan)因引起的(de)(de)(de)失效(xiao)尤其(qi)要注(zhu)意：對復雜構(gou)(gou)(gou)件未(wei)作可靠的(de)(de)(de)應(ying)力(li)(li)計(ji)算(suan)；或(huo)對構(gou)(gou)(gou)件在(zai)服(fu)役中(zhong)(zhong)所承受的(de)(de)(de)非正常工作載(zai)荷(he)的(de)(de)(de)類(lei)型及大小(xiao)未(wei)作考(kao)慮(lv)；甚至于(yu)對工作載(zai)荷(he)確定(ding)和(he)應(ying)力(li)(li)分(fen)析準確的(de)(de)(de)構(gou)(gou)(gou)件來說，如果只考(kao)慮(lv)拉伸強(qiang)度和(he)屈(qu)服(fu)強(qiang)度數據的(de)(de)(de)靜載(zai)荷(he)能力(li)(li)，而忽(hu)視了脆性斷裂、低(di)循(xun)環疲勞(lao)、應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)及腐(fu)蝕(shi)疲勞(lao)等機理(li)可能引起的(de)(de)(de)失效(xiao)，都會在(zai)設(she)計(ji)上造成嚴重的(de)(de)(de)錯(cuo)誤。 


 2. 選材不當(dang)及材料缺陷(xian) 


  金屬裝備及構件(jian)的(de)(de)(de)(de)材(cai)料選擇要(yao)(yao)遵循使(shi)用(yong)性(xing)原則(ze)、加工工藝性(xing)能(neng)原則(ze)及經(jing)濟性(xing)原則(ze)，首(shou)先要(yao)(yao)考慮(lv)遵循使(shi)用(yong)性(xing)原則(ze)。使(shi)在(zai)特定環境中的(de)(de)(de)(de)構件(jian)，對可預見的(de)(de)(de)(de)失效形(xing)(xing)式(shi)要(yao)(yao)為(wei)其選擇足夠的(de)(de)(de)(de)抵抗(kang)失效的(de)(de)(de)(de)能(neng)力。如(ru)對韌性(xing)材(cai)料可能(neng)產生的(de)(de)(de)(de)屈服(fu)變形(xing)(xing)或(huo)斷裂(lie)，應(ying)(ying)該選擇足夠的(de)(de)(de)(de)拉伸強(qiang)度(du)和屈服(fu)強(qiang)度(du)；但對可能(neng)產生的(de)(de)(de)(de)脆性(xing)斷裂(lie)、疲勞及應(ying)(ying)力腐(fu)蝕開裂(lie)的(de)(de)(de)(de)環境條件(jian)，高(gao)強(qiang)度(du)的(de)(de)(de)(de)材(cai)料往往適(shi)得其反。在(zai)符合使(shi)用(yong)性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)原則(ze)下選取的(de)(de)(de)(de)結構材(cai)料，對構件(jian)的(de)(de)(de)(de)成形(xing)(xing)要(yao)(yao)有好的(de)(de)(de)(de)加工工藝性(xing)能(neng)。在(zai)保證構件(jian)使(shi)用(yong)性(xing)能(neng)、加工工藝性(xing)能(neng)要(yao)(yao)求的(de)(de)(de)(de)前題下，經(jing)濟性(xing)也是必(bi)須考慮(lv)。


 3. 制(zhi)造工(gong)藝不合理 


  金(jin)屬(shu)裝備(bei)(bei)(bei)及其構件往(wang)往(wang)要(yao)經(jing)過(guo)機(ji)加(jia)工(gong)（車、銑、刨、磨、鉆等(deng)）、熱(re)(re)冷變形（沖、壓、卷、彎等(deng)）、焊(han)(han)(han)接(jie)、裝配(pei)等(deng)制造工(gong)藝(yi)過(guo)程(cheng)。若(ruo)工(gong)藝(yi)規范(fan)制訂不(bu)(bu)(bu)合理(li)，則金(jin)屬(shu)設備(bei)(bei)(bei)或構件在這些(xie)加(jia)工(gong)成形過(guo)程(cheng)中(zhong)，往(wang)往(wang)會(hui)留(liu)下(xia)各(ge)種各(ge)樣的(de)(de)(de)(de)缺陷(xian)。如機(ji)加(jia)工(gong)常出現的(de)(de)(de)(de)圓角過(guo)小、倒角尖銳、裂(lie)(lie)紋、劃痕；冷熱(re)(re)成形的(de)(de)(de)(de)表面凹(ao)凸不(bu)(bu)(bu)平、不(bu)(bu)(bu)直度(du)、不(bu)(bu)(bu)圓度(du)和(he)(he)(he)裂(lie)(lie)紋；在焊(han)(han)(han)接(jie)時可(ke)(ke)能產生的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)表面缺陷(xian)(咬邊、焊(han)(han)(han)縫(feng)凹(ao)陷(xian)、焊(han)(han)(han)縫(feng)過(guo)高(gao))、焊(han)(han)(han)接(jie)裂(lie)(lie)紋、焊(han)(han)(han)縫(feng)內部缺陷(xian)(未焊(han)(han)(han)透、氣孔、夾渣(zha))，焊(han)(han)(han)接(jie)的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)影響區更(geng)因在焊(han)(han)(han)接(jie)過(guo)程(cheng)經(jing)受的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)不(bu)(bu)(bu)同(tong)，使(shi)其發生組織轉變不(bu)(bu)(bu)同(tong)，有可(ke)(ke)能產生組織脆化和(he)(he)(he)裂(lie)(lie)紋等(deng)缺陷(xian)；組裝的(de)(de)(de)(de)錯位、不(bu)(bu)(bu)同(tong)心(xin)度(du)、不(bu)(bu)(bu)對中(zhong)及強行(xing)組裝留(liu)下(xia)較大的(de)(de)(de)(de)內應力(li)等(deng)。所有這些(xie)缺陷(xian)如超(chao)過(guo)限度(du)則會(hui)導致構件以及裝備(bei)(bei)(bei)早期失(shi)效。 使(shi)用操(cao)(cao)作(zuo)不(bu)(bu)(bu)當(dang)和(he)(he)(he)維修(xiu)不(bu)(bu)(bu)當(dang) 使(shi)用操(cao)(cao)作(zuo)不(bu)(bu)(bu)當(dang)時金(jin)屬(shu)裝備(bei)(bei)(bei)失(shi)效的(de)(de)(de)(de)重要(yao)原因之一，如違(wei)章操(cao)(cao)作(zuo)，超(chao)載、超(chao)溫(wen)、超(chao)速；缺乏(fa)經(jing)驗、判斷錯誤；無知和(he)(he)(he)訓練不(bu)(bu)(bu)夠；主觀臆測(ce)、責任心(xin)不(bu)(bu)(bu)強、粗心(xin)大意等(deng)都(dou)是(shi)不(bu)(bu)(bu)安全(quan)的(de)(de)(de)(de)行(xing)為。某時期統計260 次(ci)壓力(li)容器和(he)(he)(he)鍋爐事(shi)故中(zhong)，操(cao)(cao)作(zuo)事(shi)故194 次(ci)，占74.5% 。裝備(bei)(bei)(bei)是(shi)要(yao)進行(xing)定期維修(xiu)和(he)(he)(he)保(bao)養的(de)(de)(de)(de)，如對裝備(bei)(bei)(bei)的(de)(de)(de)(de)檢(jian)查、檢(jian)修(xiu)和(he)(he)(he)更(geng)換(huan)不(bu)(bu)(bu)及時或沒有采取適當(dang)的(de)(de)(de)(de)修(xiu)理(li)、防(fang)護措(cuo)施，也會(hui)引起裝備(bei)(bei)(bei)早期失(shi)效。