一、失效分析的定義
對裝備及(ji)其構件在使用過(guo)程中(zhong)發生各(ge)種(zhong)形(xing)式(shi)失(shi)(shi)效(xiao)現象的(de)特征及(ji)規律進行分析(xi)(xi)研究(jiu)，從(cong)中(zhong)找出產(chan)生失(shi)(shi)效(xiao)的(de)主(zhu)要(yao)原因及(ji)防止失(shi)(shi)效(xiao)的(de)措施，稱為失(shi)(shi)效(xiao)分析(xi)(xi)。 失(shi)(shi)效(xiao)分類 材料在各(ge)種(zhong)工程應用中(zhong)的(de)失(shi)(shi)效(xiao)模式(shi)主(zhu)要(yao)由(you)斷裂、腐蝕、磨損和變(bian)形(xing)等(deng)，其中(zhong)斷裂失(shi)(shi)效(xiao)的(de)危(wei)害性最大(da)。
1. 彈性變(bian)形失效
當應力或溫度引起(qi)材料可恢復(fu)的(de)彈性(xing)變形大到足以影響裝備正常發(fa)揮預定的(de)功能時，就(jiu)出現彈性(xing)變形失效。
2. 塑性變形失效
當受載荷的材料產生不可恢(hui)復的塑性變形(xing)大到足以影(ying)響裝備(bei)正常發揮預定(ding)的功能時，就出(chu)現塑性變形(xing)失(shi)效。
3. 韌性(xing)斷裂失效
材料在斷裂(lie)(lie)之前產生顯著的宏(hong)觀塑性變形的斷裂(lie)(lie)稱為韌(ren)性斷裂(lie)(lie)失效。
4. 脆性斷裂失(shi)效
材料(liao)在斷(duan)裂之(zhi)前沒有發(fa)生或很(hen)少發(fa)生宏(hong)觀可見(jian)的塑性(xing)變形的斷(duan)裂稱為脆(cui)性(xing)斷(duan)裂失(shi)效。
5. 疲勞斷裂失效(xiao)
材料在交變載荷作用下(xia)，經過(guo)一(yi)定的(de)周期后所發生的(de)斷裂(lie)稱為(wei)疲勞斷裂(lie)失效(xiao)。
6. 腐(fu)蝕失效
腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)是材料(liao)表面(mian)與服役環境發生(sheng)物理(li)或化(hua)學的反(fan)應，使材料(liao)發生(sheng)損壞(huai)或變質的現象，材料(liao)發生(sheng)的腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)使其不能發揮正常的功(gong)能則稱為腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)失效。腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)有(you)多種(zhong)形式，有(you)均勻遍(bian)及(ji)材料(liao)表面(mian)的均勻腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)和只在局(ju)部地方出(chu)現的局(ju)部腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)，局(ju)部腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)又分為點腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、晶間腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、縫(feng)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(lao)等。
7. 磨(mo)損(sun)失效
當(dang)材料(liao)(liao)表(biao)(biao)現(xian)相互接觸或材料(liao)(liao)表(biao)(biao)面與流體接觸并作(zuo)相對運動時，由于物理(li)和(he)化學的作(zuo)用，材料(liao)(liao)表(biao)(biao)面的形狀、尺寸或質量發生(sheng)變(bian)化的過(guo)程(cheng)，稱為(wei)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)。由磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)而導致構件功能喪失，稱為(wei)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)失效。磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)有多種形式，其中(zhong)常見粘著磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)、磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)(liao)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)、沖(chong)擊磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)、微動磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)、腐蝕磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)、疲勞磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)等。
二、失效原因分析(xi)
1. 設計不合理(li)
其中(zhong)(zhong)結構(gou)或形(xing)狀(zhuang)(zhuang)不(bu)(bu)合(he)理，材料存在缺(que)口、小(xiao)圓弧(hu)轉角、不(bu)(bu)同形(xing)狀(zhuang)(zhuang)過渡區(qu)等(deng)高(gao)應力(li)(li)區(qu)，未能恰當(dang)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)引(yin)起(qi)(qi)的失效比較常見。總之，設(she)(she)(she)計(ji)(ji)中(zhong)(zhong)的過載(zai)荷(he)(he)、應力(li)(li)集中(zhong)(zhong)、結構(gou)選擇(ze)不(bu)(bu)當(dang)、安全系數過小(xiao)(追求輕(qing)巧和高(gao)速度)及(ji)配合(he)不(bu)(bu)合(he)適等(deng)都會導(dao)致構(gou)件及(ji)裝(zhuang)備失效。構(gou)件及(ji)裝(zhuang)備的設(she)(she)(she)計(ji)(ji)要(yao)有足夠的強度、剛度、穩(wen)定性，結構(gou)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)要(yao)合(he)理。 分析(xi)(xi)設(she)(she)(she)計(ji)(ji)原因引(yin)起(qi)(qi)的失效尤其要(yao)注意：對復(fu)雜構(gou)件未作(zuo)(zuo)(zuo)可(ke)靠(kao)的應力(li)(li)計(ji)(ji)算；或對構(gou)件在服(fu)役中(zhong)(zhong)所承受的非正常工作(zuo)(zuo)(zuo)載(zai)荷(he)(he)的類型及(ji)大小(xiao)未作(zuo)(zuo)(zuo)考慮(lv)；甚至于(yu)對工作(zuo)(zuo)(zuo)載(zai)荷(he)(he)確定和應力(li)(li)分析(xi)(xi)準確的構(gou)件來說，如果只(zhi)考慮(lv)拉伸強度和屈服(fu)強度數據(ju)的靜載(zai)荷(he)(he)能力(li)(li)，而忽(hu)視了脆性斷裂、低(di)循環疲(pi)勞、應力(li)(li)腐(fu)蝕及(ji)腐(fu)蝕疲(pi)勞等(deng)機理可(ke)能引(yin)起(qi)(qi)的失效，都會在設(she)(she)(she)計(ji)(ji)上造成嚴重的錯誤。
2. 選材不當(dang)及材料缺陷(xian)
金屬(shu)裝備及(ji)(ji)構(gou)件(jian)的(de)(de)(de)材(cai)(cai)(cai)料選(xuan)(xuan)擇要遵循使(shi)用(yong)性(xing)原(yuan)則(ze)、加工(gong)工(gong)藝性(xing)能原(yuan)則(ze)及(ji)(ji)經(jing)濟性(xing)原(yuan)則(ze)，首先(xian)要考慮遵循使(shi)用(yong)性(xing)原(yuan)則(ze)。使(shi)在(zai)(zai)特定(ding)環境(jing)(jing)中(zhong)的(de)(de)(de)構(gou)件(jian)，對可(ke)(ke)預見(jian)的(de)(de)(de)失(shi)效形式要為其選(xuan)(xuan)擇足(zu)夠的(de)(de)(de)抵抗失(shi)效的(de)(de)(de)能力。如對韌性(xing)材(cai)(cai)(cai)料可(ke)(ke)能產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)屈服變形或斷(duan)裂(lie)，應(ying)該(gai)選(xuan)(xuan)擇足(zu)夠的(de)(de)(de)拉(la)伸強度和(he)屈服強度；但(dan)對可(ke)(ke)能產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)脆性(xing)斷(duan)裂(lie)、疲勞及(ji)(ji)應(ying)力腐(fu)蝕開裂(lie)的(de)(de)(de)環境(jing)(jing)條件(jian)，高強度的(de)(de)(de)材(cai)(cai)(cai)料往(wang)往(wang)適得其反。在(zai)(zai)符(fu)合使(shi)用(yong)性(xing)能的(de)(de)(de)原(yuan)則(ze)下選(xuan)(xuan)取的(de)(de)(de)結構(gou)材(cai)(cai)(cai)料，對構(gou)件(jian)的(de)(de)(de)成形要有(you)好的(de)(de)(de)加工(gong)工(gong)藝性(xing)能。在(zai)(zai)保證構(gou)件(jian)使(shi)用(yong)性(xing)能、加工(gong)工(gong)藝性(xing)能要求的(de)(de)(de)前(qian)題下，經(jing)濟性(xing)也(ye)是必(bi)須考慮。
3. 制(zhi)造工藝不合理
金(jin)屬(shu)裝備及(ji)其構件往往要經(jing)過機加工(gong)(gong)（車、銑、刨、磨、鉆(zhan)等(deng)）、熱冷(leng)變(bian)形(xing)（沖、壓、卷、彎等(deng)）、焊(han)接、裝配等(deng)制造(zao)工(gong)(gong)藝(yi)過程(cheng)。若工(gong)(gong)藝(yi)規范制訂不(bu)(bu)(bu)(bu)合理(li)，則金(jin)屬(shu)設備或構件在這(zhe)些加工(gong)(gong)成形(xing)過程(cheng)中，往往會(hui)留(liu)下(xia)各種各樣的(de)缺(que)陷(xian)。如機加工(gong)(gong)常出現的(de)圓(yuan)角(jiao)過小、倒角(jiao)尖銳(rui)、裂(lie)紋(wen)、劃痕；冷(leng)熱成形(xing)的(de)表(biao)面凹(ao)凸不(bu)(bu)(bu)(bu)平、不(bu)(bu)(bu)(bu)直度(du)、不(bu)(bu)(bu)(bu)圓(yuan)度(du)和裂(lie)紋(wen)；在焊(han)接時(shi)可能(neng)產生的(de)焊(han)縫表(biao)面缺(que)陷(xian)(咬邊、焊(han)縫凹(ao)陷(xian)、焊(han)縫過高)、焊(han)接裂(lie)紋(wen)、焊(han)縫內部(bu)缺(que)陷(xian)(未(wei)焊(han)透、氣(qi)孔(kong)、夾渣)，焊(han)接的(de)熱影響區更因在焊(han)接過程(cheng)經(jing)受的(de)溫度(du)不(bu)(bu)(bu)(bu)同，使(shi)其發生組織(zhi)轉變(bian)不(bu)(bu)(bu)(bu)同，有可能(neng)產生組織(zhi)脆化(hua)和裂(lie)紋(wen)等(deng)缺(que)陷(xian)；組裝的(de)錯位(wei)、不(bu)(bu)(bu)(bu)同心(xin)度(du)、不(bu)(bu)(bu)(bu)對(dui)中及(ji)強行組裝留(liu)下(xia)較大的(de)內應力(li)等(deng)。所有這(zhe)些缺(que)陷(xian)如超(chao)(chao)過限(xian)度(du)則會(hui)導致構件以及(ji)裝備早期(qi)失(shi)效。 使(shi)用操(cao)作不(bu)(bu)(bu)(bu)當和維(wei)修(xiu)不(bu)(bu)(bu)(bu)當 使(shi)用操(cao)作不(bu)(bu)(bu)(bu)當時(shi)金(jin)屬(shu)裝備失(shi)效的(de)重要原因之一，如違章操(cao)作，超(chao)(chao)載(zai)、超(chao)(chao)溫、超(chao)(chao)速；缺(que)乏經(jing)驗、判斷錯誤(wu)；無知(zhi)和訓(xun)練不(bu)(bu)(bu)(bu)夠(gou)；主觀臆測、責任心(xin)不(bu)(bu)(bu)(bu)強、粗心(xin)大意等(deng)都是不(bu)(bu)(bu)(bu)安全(quan)的(de)行為。某時(shi)期(qi)統計260 次(ci)壓力(li)容器和鍋爐事(shi)故(gu)中，操(cao)作事(shi)故(gu)194 次(ci)，占74.5% 。裝備是要進行定期(qi)維(wei)修(xiu)和保養(yang)的(de)，如對(dui)裝備的(de)檢(jian)(jian)查、檢(jian)(jian)修(xiu)和更換不(bu)(bu)(bu)(bu)及(ji)時(shi)或沒有采取(qu)適當的(de)修(xiu)理(li)、防(fang)護措施，也會(hui)引(yin)起(qi)裝備早期(qi)失(shi)效。
