一、失效(xiao)分析的定義 


  對(dui)裝備及(ji)其(qi)構(gou)件在(zai)使用過程中(zhong)發生各種形式(shi)失(shi)(shi)效(xiao)現象的(de)特征及(ji)規律進行分析(xi)研究，從中(zhong)找出產生失(shi)(shi)效(xiao)的(de)主要(yao)原因及(ji)防止失(shi)(shi)效(xiao)的(de)措施，稱為(wei)失(shi)(shi)效(xiao)分析(xi)。 失(shi)(shi)效(xiao)分類(lei) 材料在(zai)各種工程應用中(zhong)的(de)失(shi)(shi)效(xiao)模式(shi)主要(yao)由斷裂、腐蝕(shi)、磨損和變形等(deng)，其(qi)中(zhong)斷裂失(shi)(shi)效(xiao)的(de)危害性最大。


 1. 彈(dan)性變形失效 


  當應力或溫度引起(qi)材料可恢復(fu)的彈性變形(xing)大到足(zu)以(yi)影響裝備正常發揮預定的功能時，就出現彈性變形(xing)失效。 


 2. 塑(su)性變形失(shi)效 

 

  當受(shou)載(zai)荷的材料產生不(bu)可(ke)恢復(fu)的塑性變形大(da)到足以(yi)影響裝備(bei)正常發揮預定(ding)的功能時(shi)，就出現(xian)塑性變形失效。


 3. 韌性(xing)斷裂失效(xiao) 


  材料在斷(duan)裂(lie)之前(qian)產(chan)生顯著的(de)宏觀塑性變(bian)形的(de)斷(duan)裂(lie)稱為韌性斷(duan)裂(lie)失(shi)效。 


 4. 脆性斷(duan)裂失效(xiao) 


  材料在斷(duan)裂之前(qian)沒有發生(sheng)或很少(shao)發生(sheng)宏觀可(ke)見的塑性(xing)變形的斷(duan)裂稱為(wei)脆性(xing)斷(duan)裂失效。 


 5. 疲勞斷裂(lie)失(shi)效(xiao) 


  材料(liao)在交變載荷作(zuo)用下，經過一定的(de)周期后所發生的(de)斷(duan)裂稱為疲勞斷(duan)裂失效(xiao)。 


 6. 腐蝕失效(xiao) 


  腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)是材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)表面(mian)與(yu)服役環境發(fa)(fa)生物(wu)理或化學的反應(ying)，使材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)發(fa)(fa)生損壞(huai)或變質(zhi)的現象，材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)發(fa)(fa)生的腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)使其(qi)不能發(fa)(fa)揮正常的功能則稱(cheng)為腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)失效。腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)有(you)多(duo)種形式，有(you)均勻遍及材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)表面(mian)的均勻腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)和只(zhi)在局(ju)部(bu)地方出現的局(ju)部(bu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)，局(ju)部(bu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)又分為點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、晶間(jian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、縫(feng)隙腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、應(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開裂、腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)疲勞(lao)等。 


 7. 磨損失效 


  當材(cai)料表(biao)(biao)(biao)現(xian)相互(hu)接(jie)觸(chu)或材(cai)料表(biao)(biao)(biao)面(mian)與流體(ti)接(jie)觸(chu)并(bing)作相對運(yun)動時(shi)，由于物理和化學(xue)的(de)作用，材(cai)料表(biao)(biao)(biao)面(mian)的(de)形(xing)狀、尺(chi)寸或質量發生變(bian)化的(de)過程，稱為磨(mo)損(sun)(sun)(sun)。由磨(mo)損(sun)(sun)(sun)而導致構件功(gong)能喪失，稱為磨(mo)損(sun)(sun)(sun)失效。磨(mo)損(sun)(sun)(sun)有多種(zhong)形(xing)式，其中(zhong)常見粘著磨(mo)損(sun)(sun)(sun)、磨(mo)料磨(mo)損(sun)(sun)(sun)、沖擊磨(mo)損(sun)(sun)(sun)、微動磨(mo)損(sun)(sun)(sun)、腐蝕磨(mo)損(sun)(sun)(sun)、疲(pi)勞(lao)磨(mo)損(sun)(sun)(sun)等。 



二、失(shi)效原因分(fen)析 


 1. 設計不合理(li) 


  其中(zhong)結構(gou)(gou)或(huo)形(xing)狀(zhuang)不(bu)(bu)合(he)理(li)，材料存(cun)在缺口、小圓弧轉角、不(bu)(bu)同形(xing)狀(zhuang)過(guo)(guo)渡(du)區(qu)(qu)等高應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)區(qu)(qu)，未(wei)能恰當(dang)設計(ji)引起的(de)(de)失(shi)效比較常(chang)見。總之，設計(ji)中(zhong)的(de)(de)過(guo)(guo)載(zai)(zai)荷(he)、應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)集中(zhong)、結構(gou)(gou)選擇不(bu)(bu)當(dang)、安全系數過(guo)(guo)小(追求輕巧和(he)高速度)及(ji)配合(he)不(bu)(bu)合(he)適(shi)等都會導致構(gou)(gou)件(jian)及(ji)裝備(bei)失(shi)效。構(gou)(gou)件(jian)及(ji)裝備(bei)的(de)(de)設計(ji)要有(you)足夠的(de)(de)強度、剛(gang)度、穩定性(xing)，結構(gou)(gou)設計(ji)要合(he)理(li)。 分析設計(ji)原因引起的(de)(de)失(shi)效尤其要注(zhu)意(yi)：對(dui)復雜(za)構(gou)(gou)件(jian)未(wei)作(zuo)可(ke)靠的(de)(de)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)計(ji)算；或(huo)對(dui)構(gou)(gou)件(jian)在服役(yi)中(zhong)所承受的(de)(de)非正常(chang)工(gong)作(zuo)載(zai)(zai)荷(he)的(de)(de)類型(xing)及(ji)大小未(wei)作(zuo)考(kao)慮(lv)；甚(shen)至于對(dui)工(gong)作(zuo)載(zai)(zai)荷(he)確定和(he)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)分析準(zhun)確的(de)(de)構(gou)(gou)件(jian)來說(shuo)，如(ru)果只考(kao)慮(lv)拉伸強度和(he)屈服強度數據(ju)的(de)(de)靜載(zai)(zai)荷(he)能力(li)(li)，而忽視了脆(cui)性(xing)斷裂、低循環(huan)疲(pi)勞、應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕及(ji)腐(fu)蝕疲(pi)勞等機理(li)可(ke)能引起的(de)(de)失(shi)效，都會在設計(ji)上造(zao)成嚴(yan)重的(de)(de)錯誤。 


 2. 選材不當及材料缺陷 


  金(jin)屬裝備及構件(jian)(jian)的(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)選擇(ze)要(yao)遵循使(shi)(shi)(shi)用(yong)性(xing)(xing)(xing)原(yuan)(yuan)(yuan)則(ze)(ze)、加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝(yi)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)原(yuan)(yuan)(yuan)則(ze)(ze)及經濟性(xing)(xing)(xing)原(yuan)(yuan)(yuan)則(ze)(ze)，首先要(yao)考慮遵循使(shi)(shi)(shi)用(yong)性(xing)(xing)(xing)原(yuan)(yuan)(yuan)則(ze)(ze)。使(shi)(shi)(shi)在(zai)特定環境中的(de)(de)構件(jian)(jian)，對(dui)可預見的(de)(de)失效(xiao)形(xing)(xing)(xing)式(shi)要(yao)為(wei)其選擇(ze)足夠(gou)的(de)(de)抵抗失效(xiao)的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)力。如對(dui)韌(ren)性(xing)(xing)(xing)材(cai)料(liao)(liao)可能(neng)(neng)(neng)產生的(de)(de)屈(qu)服變形(xing)(xing)(xing)或斷裂(lie)，應(ying)該選擇(ze)足夠(gou)的(de)(de)拉伸強度和屈(qu)服強度；但對(dui)可能(neng)(neng)(neng)產生的(de)(de)脆(cui)性(xing)(xing)(xing)斷裂(lie)、疲勞及應(ying)力腐(fu)蝕開裂(lie)的(de)(de)環境條(tiao)件(jian)(jian)，高(gao)強度的(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)往往適(shi)得其反。在(zai)符合使(shi)(shi)(shi)用(yong)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)則(ze)(ze)下(xia)選取的(de)(de)結(jie)構材(cai)料(liao)(liao)，對(dui)構件(jian)(jian)的(de)(de)成形(xing)(xing)(xing)要(yao)有好(hao)的(de)(de)加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝(yi)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。在(zai)保證構件(jian)(jian)使(shi)(shi)(shi)用(yong)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)、加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝(yi)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)要(yao)求的(de)(de)前題下(xia)，經濟性(xing)(xing)(xing)也是必須考慮。


 3. 制造(zao)工藝不合理 


  金屬(shu)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)(bei)及(ji)(ji)其構(gou)件(jian)往(wang)往(wang)要經(jing)過(guo)(guo)機加(jia)工(gong)(gong)（車、銑(xian)、刨、磨、鉆等(deng)(deng)(deng)）、熱(re)冷變(bian)形(xing)（沖、壓(ya)、卷、彎等(deng)(deng)(deng)）、焊(han)(han)接、裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)配等(deng)(deng)(deng)制(zhi)造工(gong)(gong)藝(yi)過(guo)(guo)程。若工(gong)(gong)藝(yi)規范制(zhi)訂不(bu)(bu)(bu)合(he)理，則(ze)金屬(shu)設備(bei)(bei)(bei)(bei)或(huo)構(gou)件(jian)在(zai)這(zhe)些(xie)加(jia)工(gong)(gong)成(cheng)形(xing)過(guo)(guo)程中，往(wang)往(wang)會(hui)留下各(ge)種各(ge)樣的缺(que)(que)(que)陷(xian)。如機加(jia)工(gong)(gong)常出現的圓(yuan)角(jiao)過(guo)(guo)小、倒角(jiao)尖銳、裂紋、劃痕；冷熱(re)成(cheng)形(xing)的表面(mian)凹凸不(bu)(bu)(bu)平、不(bu)(bu)(bu)直度、不(bu)(bu)(bu)圓(yuan)度和(he)(he)(he)(he)裂紋；在(zai)焊(han)(han)接時(shi)可能產(chan)生(sheng)的焊(han)(han)縫(feng)(feng)表面(mian)缺(que)(que)(que)陷(xian)(咬(yao)邊、焊(han)(han)縫(feng)(feng)凹陷(xian)、焊(han)(han)縫(feng)(feng)過(guo)(guo)高)、焊(han)(han)接裂紋、焊(han)(han)縫(feng)(feng)內部缺(que)(que)(que)陷(xian)(未焊(han)(han)透(tou)、氣孔(kong)、夾渣)，焊(han)(han)接的熱(re)影響區更因在(zai)焊(han)(han)接過(guo)(guo)程經(jing)受的溫度不(bu)(bu)(bu)同(tong)，使其發生(sheng)組織轉變(bian)不(bu)(bu)(bu)同(tong)，有可能產(chan)生(sheng)組織脆(cui)化和(he)(he)(he)(he)裂紋等(deng)(deng)(deng)缺(que)(que)(que)陷(xian)；組裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)的錯(cuo)位、不(bu)(bu)(bu)同(tong)心度、不(bu)(bu)(bu)對(dui)中及(ji)(ji)強行組裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)留下較大(da)的內應力等(deng)(deng)(deng)。所有這(zhe)些(xie)缺(que)(que)(que)陷(xian)如超過(guo)(guo)限度則(ze)會(hui)導致構(gou)件(jian)以及(ji)(ji)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)(bei)早期失效。 使用操(cao)作(zuo)不(bu)(bu)(bu)當和(he)(he)(he)(he)維(wei)修(xiu)(xiu)(xiu)不(bu)(bu)(bu)當 使用操(cao)作(zuo)不(bu)(bu)(bu)當時(shi)金屬(shu)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)(bei)失效的重要原因之一，如違章操(cao)作(zuo)，超載、超溫、超速(su)；缺(que)(que)(que)乏經(jing)驗(yan)、判斷錯(cuo)誤；無知和(he)(he)(he)(he)訓練不(bu)(bu)(bu)夠；主(zhu)觀臆(yi)測、責任心不(bu)(bu)(bu)強、粗(cu)心大(da)意等(deng)(deng)(deng)都是不(bu)(bu)(bu)安全的行為(wei)。某時(shi)期統計260 次(ci)(ci)壓(ya)力容器和(he)(he)(he)(he)鍋爐事故中，操(cao)作(zuo)事故194 次(ci)(ci)，占74.5% 。裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)(bei)是要進(jin)行定期維(wei)修(xiu)(xiu)(xiu)和(he)(he)(he)(he)保(bao)養的，如對(dui)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)(bei)的檢查、檢修(xiu)(xiu)(xiu)和(he)(he)(he)(he)更換不(bu)(bu)(bu)及(ji)(ji)時(shi)或(huo)沒(mei)有采取適當的修(xiu)(xiu)(xiu)理、防護措施，也會(hui)引起裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)(bei)早期失效。