一、失效分(fen)析的(de)定義 


  對(dui)裝備(bei)及其構件在使用(yong)過程(cheng)中(zhong)發生(sheng)各種形式(shi)失效(xiao)(xiao)(xiao)現(xian)象的特(te)征(zheng)及規律進行分析(xi)(xi)研究，從中(zhong)找出產生(sheng)失效(xiao)(xiao)(xiao)的主要(yao)原(yuan)因及防止(zhi)失效(xiao)(xiao)(xiao)的措施(shi)，稱(cheng)為失效(xiao)(xiao)(xiao)分析(xi)(xi)。 失效(xiao)(xiao)(xiao)分類(lei) 材料在各種工程(cheng)應用(yong)中(zhong)的失效(xiao)(xiao)(xiao)模式(shi)主要(yao)由(you)斷(duan)裂、腐(fu)蝕(shi)、磨損和變形等，其中(zhong)斷(duan)裂失效(xiao)(xiao)(xiao)的危害性最大。


 1. 彈性變形(xing)失效 


  當應力或溫(wen)度引起材料可恢復的彈性(xing)(xing)變形(xing)大到足(zu)以影響裝備正(zheng)常發(fa)揮預定的功能時，就出現彈性(xing)(xing)變形(xing)失效(xiao)。 


 2. 塑性變形(xing)失(shi)效 

 

  當受載荷的(de)材(cai)料產生不可恢復的(de)塑性變(bian)形大到(dao)足(zu)以影響裝備正(zheng)常發揮(hui)預定的(de)功能時，就(jiu)出(chu)現塑性變(bian)形失效。


 3. 韌性斷裂失效 


  材(cai)料在斷裂之前(qian)產生顯(xian)著(zhu)的(de)宏觀塑性變(bian)形的(de)斷裂稱為韌性斷裂失效。 


 4. 脆(cui)性(xing)斷裂失效 


  材料(liao)在斷(duan)裂之(zhi)前沒有發生或很少發生宏觀可見的塑性(xing)變(bian)形的斷(duan)裂稱為脆性(xing)斷(duan)裂失效。 


 5. 疲勞斷裂失效 


  材料(liao)在交變(bian)載荷作用下，經過一定的周期后所發生的斷裂(lie)稱為疲勞(lao)斷裂(lie)失效。 


 6. 腐蝕失效 


  腐(fu)蝕(shi)是(shi)材(cai)料(liao)表(biao)(biao)面(mian)與服役環境發(fa)生(sheng)(sheng)物理或(huo)化學的(de)(de)(de)反應(ying)，使材(cai)料(liao)發(fa)生(sheng)(sheng)損壞或(huo)變質的(de)(de)(de)現(xian)象(xiang)，材(cai)料(liao)發(fa)生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)使其不能(neng)發(fa)揮正常的(de)(de)(de)功(gong)能(neng)則稱為(wei)(wei)腐(fu)蝕(shi)失效。腐(fu)蝕(shi)有多(duo)種形式，有均(jun)勻遍及材(cai)料(liao)表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)(de)均(jun)勻腐(fu)蝕(shi)和只在局部(bu)地方出現(xian)的(de)(de)(de)局部(bu)腐(fu)蝕(shi)，局部(bu)腐(fu)蝕(shi)又分為(wei)(wei)點腐(fu)蝕(shi)、晶間腐(fu)蝕(shi)、縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)、應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)開(kai)裂、腐(fu)蝕(shi)疲勞(lao)等(deng)。 


 7. 磨損失(shi)效(xiao) 


  當材料(liao)表現相(xiang)互(hu)接觸(chu)或(huo)材料(liao)表面與(yu)流體(ti)接觸(chu)并作相(xiang)對運(yun)動時，由于物(wu)理(li)和化學的(de)作用(yong)，材料(liao)表面的(de)形(xing)狀、尺(chi)寸(cun)或(huo)質量發生變化的(de)過程，稱為磨(mo)損(sun)(sun)。由磨(mo)損(sun)(sun)而導致構件(jian)功(gong)能喪(sang)失，稱為磨(mo)損(sun)(sun)失效(xiao)。磨(mo)損(sun)(sun)有多種(zhong)形(xing)式，其中常見粘著(zhu)磨(mo)損(sun)(sun)、磨(mo)料(liao)磨(mo)損(sun)(sun)、沖(chong)擊磨(mo)損(sun)(sun)、微(wei)動磨(mo)損(sun)(sun)、腐(fu)蝕磨(mo)損(sun)(sun)、疲(pi)勞磨(mo)損(sun)(sun)等。 



二、失效(xiao)原(yuan)因分析 


 1. 設計(ji)不(bu)合理 


  其(qi)(qi)中結構(gou)或形(xing)狀(zhuang)不合(he)(he)(he)理(li)，材(cai)料存在缺口、小(xiao)圓弧(hu)轉角、不同(tong)形(xing)狀(zhuang)過渡區等高(gao)應(ying)(ying)力(li)(li)區，未能恰當設(she)計(ji)(ji)(ji)引起(qi)的(de)(de)失效(xiao)比較常(chang)見(jian)。總之，設(she)計(ji)(ji)(ji)中的(de)(de)過載荷、應(ying)(ying)力(li)(li)集中、結構(gou)選(xuan)擇不當、安(an)全系數過小(xiao)(追(zhui)求輕(qing)巧和(he)(he)高(gao)速(su)度(du)(du)(du))及配合(he)(he)(he)不合(he)(he)(he)適等都會導(dao)致構(gou)件及裝備失效(xiao)。構(gou)件及裝備的(de)(de)設(she)計(ji)(ji)(ji)要有足夠(gou)的(de)(de)強(qiang)度(du)(du)(du)、剛度(du)(du)(du)、穩(wen)定(ding)性，結構(gou)設(she)計(ji)(ji)(ji)要合(he)(he)(he)理(li)。 分(fen)(fen)析設(she)計(ji)(ji)(ji)原因(yin)引起(qi)的(de)(de)失效(xiao)尤其(qi)(qi)要注意：對復雜構(gou)件未作(zuo)(zuo)(zuo)可(ke)靠(kao)的(de)(de)應(ying)(ying)力(li)(li)計(ji)(ji)(ji)算；或對構(gou)件在服(fu)役(yi)中所承受(shou)的(de)(de)非正常(chang)工作(zuo)(zuo)(zuo)載荷的(de)(de)類型及大小(xiao)未作(zuo)(zuo)(zuo)考(kao)慮；甚至于對工作(zuo)(zuo)(zuo)載荷確定(ding)和(he)(he)應(ying)(ying)力(li)(li)分(fen)(fen)析準確的(de)(de)構(gou)件來說，如果只考(kao)慮拉伸(shen)強(qiang)度(du)(du)(du)和(he)(he)屈服(fu)強(qiang)度(du)(du)(du)數據的(de)(de)靜(jing)載荷能力(li)(li)，而忽視了脆性斷裂、低循(xun)環疲勞、應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)及腐蝕(shi)疲勞等機理(li)可(ke)能引起(qi)的(de)(de)失效(xiao)，都會在設(she)計(ji)(ji)(ji)上造成嚴重的(de)(de)錯誤(wu)。 


 2. 選材(cai)不當及材(cai)料缺陷 


  金屬裝備(bei)及(ji)(ji)構(gou)件的(de)(de)(de)(de)材(cai)料(liao)選(xuan)擇(ze)要遵(zun)循使(shi)用性(xing)(xing)(xing)(xing)原則(ze)、加工(gong)(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)原則(ze)及(ji)(ji)經濟性(xing)(xing)(xing)(xing)原則(ze)，首先要考(kao)(kao)慮遵(zun)循使(shi)用性(xing)(xing)(xing)(xing)原則(ze)。使(shi)在特定環境中的(de)(de)(de)(de)構(gou)件，對(dui)可(ke)(ke)預見(jian)的(de)(de)(de)(de)失(shi)效形式要為其選(xuan)擇(ze)足夠的(de)(de)(de)(de)抵抗失(shi)效的(de)(de)(de)(de)能(neng)力。如(ru)對(dui)韌性(xing)(xing)(xing)(xing)材(cai)料(liao)可(ke)(ke)能(neng)產生的(de)(de)(de)(de)屈服變形或斷裂，應該選(xuan)擇(ze)足夠的(de)(de)(de)(de)拉伸強(qiang)度(du)和(he)屈服強(qiang)度(du)；但(dan)對(dui)可(ke)(ke)能(neng)產生的(de)(de)(de)(de)脆性(xing)(xing)(xing)(xing)斷裂、疲勞及(ji)(ji)應力腐蝕(shi)開(kai)裂的(de)(de)(de)(de)環境條(tiao)件，高強(qiang)度(du)的(de)(de)(de)(de)材(cai)料(liao)往往適得其反。在符(fu)合使(shi)用性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)原則(ze)下(xia)選(xuan)取的(de)(de)(de)(de)結構(gou)材(cai)料(liao)，對(dui)構(gou)件的(de)(de)(de)(de)成形要有(you)好的(de)(de)(de)(de)加工(gong)(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)。在保(bao)證構(gou)件使(shi)用性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)、加工(gong)(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)要求的(de)(de)(de)(de)前(qian)題下(xia)，經濟性(xing)(xing)(xing)(xing)也是必須考(kao)(kao)慮。


 3. 制造工(gong)藝不合理 


  金屬裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)及其構件往(wang)(wang)往(wang)(wang)要(yao)經過(guo)機加(jia)工（車、銑、刨(bao)、磨、鉆等(deng)(deng)）、熱冷變形（沖、壓、卷、彎等(deng)(deng)）、焊(han)接(jie)、裝(zhuang)(zhuang)配等(deng)(deng)制(zhi)造工藝(yi)過(guo)程。若工藝(yi)規范制(zhi)訂不(bu)(bu)(bu)(bu)合理，則(ze)金屬設備(bei)(bei)(bei)或構件在(zai)這(zhe)些(xie)加(jia)工成形過(guo)程中(zhong)，往(wang)(wang)往(wang)(wang)會留(liu)下各(ge)種各(ge)樣(yang)的(de)(de)(de)(de)缺(que)(que)(que)陷(xian)。如機加(jia)工常出現的(de)(de)(de)(de)圓角過(guo)小、倒角尖(jian)銳、裂(lie)紋(wen)、劃(hua)痕；冷熱成形的(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)凹凸不(bu)(bu)(bu)(bu)平、不(bu)(bu)(bu)(bu)直度(du)、不(bu)(bu)(bu)(bu)圓度(du)和(he)(he)裂(lie)紋(wen)；在(zai)焊(han)接(jie)時可能產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)焊(han)縫表(biao)面(mian)缺(que)(que)(que)陷(xian)(咬邊、焊(han)縫凹陷(xian)、焊(han)縫過(guo)高)、焊(han)接(jie)裂(lie)紋(wen)、焊(han)縫內(nei)部缺(que)(que)(que)陷(xian)(未(wei)焊(han)透、氣孔、夾渣(zha))，焊(han)接(jie)的(de)(de)(de)(de)熱影響區(qu)更因(yin)在(zai)焊(han)接(jie)過(guo)程經受的(de)(de)(de)(de)溫度(du)不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)，使其發生(sheng)組織(zhi)轉變不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)，有可能產(chan)生(sheng)組織(zhi)脆化和(he)(he)裂(lie)紋(wen)等(deng)(deng)缺(que)(que)(que)陷(xian)；組裝(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)(de)錯位、不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)心度(du)、不(bu)(bu)(bu)(bu)對(dui)中(zhong)及強行組裝(zhuang)(zhuang)留(liu)下較大的(de)(de)(de)(de)內(nei)應力等(deng)(deng)。所有這(zhe)些(xie)缺(que)(que)(que)陷(xian)如超(chao)過(guo)限度(du)則(ze)會導致構件以及裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)早(zao)期失效(xiao)。 使用(yong)操(cao)(cao)作不(bu)(bu)(bu)(bu)當(dang)(dang)(dang)和(he)(he)維(wei)修不(bu)(bu)(bu)(bu)當(dang)(dang)(dang) 使用(yong)操(cao)(cao)作不(bu)(bu)(bu)(bu)當(dang)(dang)(dang)時金屬裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)失效(xiao)的(de)(de)(de)(de)重要(yao)原因(yin)之一，如違章操(cao)(cao)作，超(chao)載、超(chao)溫、超(chao)速；缺(que)(que)(que)乏經驗(yan)、判斷錯誤；無知和(he)(he)訓練不(bu)(bu)(bu)(bu)夠；主(zhu)觀臆測、責(ze)任(ren)心不(bu)(bu)(bu)(bu)強、粗(cu)心大意等(deng)(deng)都是(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)安全的(de)(de)(de)(de)行為。某時期統計(ji)260 次壓力容器和(he)(he)鍋爐事(shi)故(gu)中(zhong)，操(cao)(cao)作事(shi)故(gu)194 次，占74.5% 。裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)是(shi)要(yao)進(jin)行定期維(wei)修和(he)(he)保養的(de)(de)(de)(de)，如對(dui)裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)的(de)(de)(de)(de)檢查(cha)、檢修和(he)(he)更換(huan)不(bu)(bu)(bu)(bu)及時或沒有采取適當(dang)(dang)(dang)的(de)(de)(de)(de)修理、防(fang)護措(cuo)施，也會引起裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)早(zao)期失效(xiao)。