一、失效分析的定(ding)義(yi)
對裝備及其(qi)構件(jian)在使用(yong)過程中發生各(ge)種形式失(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)現象的(de)特征及規律進行分析研究，從中找(zhao)出產生失(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)的(de)主要(yao)原因及防止失(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)的(de)措(cuo)施，稱為失(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)分析。 失(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)分類(lei) 材料(liao)在各(ge)種工程應用(yong)中的(de)失(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)模式主要(yao)由(you)斷(duan)裂、腐蝕、磨(mo)損和變形等，其(qi)中斷(duan)裂失(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)的(de)危害(hai)性(xing)最大。
1. 彈性變(bian)形失效
當(dang)應力或(huo)溫度引起材料可恢復的彈性變形大到足以影響裝備正常(chang)發揮(hui)預(yu)定的功能時(shi)，就出現彈性變形失效。
2. 塑性變形失效
當受載荷的(de)材料產生不可恢復的(de)塑(su)性變(bian)形(xing)大到足以(yi)影(ying)響裝備正常發揮預定的(de)功能時(shi)，就出(chu)現塑(su)性變(bian)形(xing)失效(xiao)。
3. 韌性(xing)斷裂(lie)失效(xiao)
材料在斷(duan)裂(lie)之前產生顯(xian)著的宏(hong)觀塑性變形的斷(duan)裂(lie)稱為韌性斷(duan)裂(lie)失效。
4. 脆性(xing)斷裂失(shi)效
材料在斷(duan)裂之前沒有發生或很少發生宏觀(guan)可見(jian)的(de)塑性(xing)變形的(de)斷(duan)裂稱為(wei)脆性(xing)斷(duan)裂失效(xiao)。
5. 疲(pi)勞斷裂失效
材料在交變載荷作用下，經(jing)過(guo)一定的周期后所發生的斷裂稱為疲勞斷裂失效。
6. 腐蝕失效
腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)是材料(liao)表(biao)(biao)面與服役環境發(fa)生(sheng)物(wu)理或化學的(de)反應，使材料(liao)發(fa)生(sheng)損壞或變(bian)質(zhi)的(de)現象，材料(liao)發(fa)生(sheng)的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)使其不(bu)能(neng)發(fa)揮正常的(de)功能(neng)則稱為腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)失效。腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)有多種形(xing)式，有均勻遍及(ji)材料(liao)表(biao)(biao)面的(de)均勻腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)和只在局部(bu)地方出(chu)現的(de)局部(bu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)，局部(bu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)又分(fen)為點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、晶間(jian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、縫(feng)隙腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、應力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)開裂、腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)疲(pi)勞等。
7. 磨損失(shi)效
當材料(liao)表(biao)(biao)現相互接觸或(huo)材料(liao)表(biao)(biao)面與流體接觸并(bing)作(zuo)相對運動(dong)時(shi)，由(you)于(yu)物理(li)和化學的作(zuo)用(yong)，材料(liao)表(biao)(biao)面的形狀、尺寸或(huo)質量發(fa)生變化的過程，稱(cheng)為(wei)(wei)磨(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)。由(you)磨(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)而導致構件(jian)功能喪失(shi)，稱(cheng)為(wei)(wei)磨(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)失(shi)效。磨(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)有多種形式，其中(zhong)常見粘著磨(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)、磨(mo)(mo)(mo)料(liao)磨(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)、沖擊磨(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)、微(wei)動(dong)磨(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)、腐蝕磨(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)、疲勞磨(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)等。
二、失效原因分析
1. 設(she)計不合理
其中(zhong)(zhong)(zhong)結構或形(xing)(xing)狀不(bu)合(he)理(li)，材料存在(zai)缺口、小(xiao)圓弧轉角、不(bu)同形(xing)(xing)狀過(guo)渡區(qu)等(deng)(deng)高(gao)(gao)應力(li)區(qu)，未能恰當設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)引起(qi)的(de)(de)(de)失(shi)效(xiao)(xiao)比較常(chang)見。總之，設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)過(guo)載(zai)(zai)荷(he)、應力(li)集(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)、結構選擇不(bu)當、安全(quan)系(xi)數過(guo)小(xiao)(追求輕(qing)巧和高(gao)(gao)速度(du))及(ji)(ji)配合(he)不(bu)合(he)適等(deng)(deng)都會導致構件(jian)及(ji)(ji)裝備失(shi)效(xiao)(xiao)。構件(jian)及(ji)(ji)裝備的(de)(de)(de)設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)要(yao)有足夠(gou)的(de)(de)(de)強度(du)、剛度(du)、穩(wen)定性(xing)，結構設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)要(yao)合(he)理(li)。 分(fen)析設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)原因引起(qi)的(de)(de)(de)失(shi)效(xiao)(xiao)尤其要(yao)注意：對(dui)(dui)復雜構件(jian)未作(zuo)(zuo)可靠的(de)(de)(de)應力(li)計(ji)(ji)(ji)算；或對(dui)(dui)構件(jian)在(zai)服役中(zhong)(zhong)(zhong)所(suo)承(cheng)受的(de)(de)(de)非(fei)正常(chang)工(gong)作(zuo)(zuo)載(zai)(zai)荷(he)的(de)(de)(de)類(lei)型及(ji)(ji)大小(xiao)未作(zuo)(zuo)考慮；甚至(zhi)于對(dui)(dui)工(gong)作(zuo)(zuo)載(zai)(zai)荷(he)確(que)定和應力(li)分(fen)析準(zhun)確(que)的(de)(de)(de)構件(jian)來(lai)說，如果(guo)只考慮拉(la)伸強度(du)和屈服強度(du)數據(ju)的(de)(de)(de)靜載(zai)(zai)荷(he)能力(li)，而忽視了脆性(xing)斷裂、低(di)循(xun)環疲勞、應力(li)腐蝕及(ji)(ji)腐蝕疲勞等(deng)(deng)機理(li)可能引起(qi)的(de)(de)(de)失(shi)效(xiao)(xiao)，都會在(zai)設(she)(she)計(ji)(ji)(ji)上造成嚴重的(de)(de)(de)錯(cuo)誤。
2. 選材(cai)不當及(ji)材(cai)料缺陷(xian)
金(jin)屬裝備及構(gou)(gou)(gou)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)材料(liao)選(xuan)(xuan)(xuan)擇(ze)要遵循使(shi)用(yong)性(xing)(xing)原(yuan)(yuan)則、加工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)性(xing)(xing)能(neng)原(yuan)(yuan)則及經濟(ji)性(xing)(xing)原(yuan)(yuan)則，首先要考(kao)慮(lv)遵循使(shi)用(yong)性(xing)(xing)原(yuan)(yuan)則。使(shi)在(zai)特(te)定環境(jing)中的(de)(de)(de)(de)構(gou)(gou)(gou)件(jian)(jian)，對可預見的(de)(de)(de)(de)失效形(xing)式(shi)要為其選(xuan)(xuan)(xuan)擇(ze)足(zu)夠(gou)的(de)(de)(de)(de)抵抗失效的(de)(de)(de)(de)能(neng)力(li)(li)。如(ru)對韌性(xing)(xing)材料(liao)可能(neng)產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)屈服變形(xing)或(huo)斷(duan)裂(lie)，應該(gai)選(xuan)(xuan)(xuan)擇(ze)足(zu)夠(gou)的(de)(de)(de)(de)拉伸強(qiang)度和屈服強(qiang)度；但對可能(neng)產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)脆性(xing)(xing)斷(duan)裂(lie)、疲勞及應力(li)(li)腐蝕開裂(lie)的(de)(de)(de)(de)環境(jing)條件(jian)(jian)，高強(qiang)度的(de)(de)(de)(de)材料(liao)往(wang)往(wang)適得(de)其反(fan)。在(zai)符合使(shi)用(yong)性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)則下選(xuan)(xuan)(xuan)取的(de)(de)(de)(de)結構(gou)(gou)(gou)材料(liao)，對構(gou)(gou)(gou)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)成形(xing)要有好的(de)(de)(de)(de)加工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)性(xing)(xing)能(neng)。在(zai)保證構(gou)(gou)(gou)件(jian)(jian)使(shi)用(yong)性(xing)(xing)能(neng)、加工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)性(xing)(xing)能(neng)要求的(de)(de)(de)(de)前題下，經濟(ji)性(xing)(xing)也是必(bi)須考(kao)慮(lv)。
3. 制(zhi)造工藝不合(he)理
金屬(shu)(shu)裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)及其(qi)構(gou)件(jian)往往要經過(guo)機加工(gong)(gong)（車(che)、銑、刨、磨(mo)、鉆等(deng)）、熱(re)冷變形(xing)（沖、壓、卷、彎等(deng)）、焊(han)(han)接(jie)、裝(zhuang)(zhuang)配等(deng)制造工(gong)(gong)藝過(guo)程(cheng)(cheng)。若工(gong)(gong)藝規范(fan)制訂(ding)不(bu)(bu)(bu)合理(li)，則金屬(shu)(shu)設備(bei)(bei)(bei)或(huo)(huo)構(gou)件(jian)在這(zhe)些(xie)加工(gong)(gong)成(cheng)形(xing)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)，往往會(hui)留下各種各樣的(de)(de)(de)(de)缺(que)(que)(que)陷。如機加工(gong)(gong)常出現的(de)(de)(de)(de)圓角過(guo)小、倒角尖銳、裂紋、劃(hua)痕；冷熱(re)成(cheng)形(xing)的(de)(de)(de)(de)表(biao)面凹(ao)凸不(bu)(bu)(bu)平、不(bu)(bu)(bu)直度(du)、不(bu)(bu)(bu)圓度(du)和裂紋；在焊(han)(han)接(jie)時可(ke)能(neng)產生的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)表(biao)面缺(que)(que)(que)陷(咬邊、焊(han)(han)縫(feng)凹(ao)陷、焊(han)(han)縫(feng)過(guo)高)、焊(han)(han)接(jie)裂紋、焊(han)(han)縫(feng)內部(bu)缺(que)(que)(que)陷(未焊(han)(han)透、氣孔、夾渣)，焊(han)(han)接(jie)的(de)(de)(de)(de)熱(re)影響區更因在焊(han)(han)接(jie)過(guo)程(cheng)(cheng)經受的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)不(bu)(bu)(bu)同，使其(qi)發生組(zu)織轉變不(bu)(bu)(bu)同，有可(ke)能(neng)產生組(zu)織脆(cui)化和裂紋等(deng)缺(que)(que)(que)陷；組(zu)裝(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)(de)錯(cuo)位、不(bu)(bu)(bu)同心度(du)、不(bu)(bu)(bu)對中(zhong)及強行(xing)組(zu)裝(zhuang)(zhuang)留下較大(da)的(de)(de)(de)(de)內應力等(deng)。所(suo)有這(zhe)些(xie)缺(que)(que)(que)陷如超(chao)(chao)過(guo)限度(du)則會(hui)導致構(gou)件(jian)以及裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)早期(qi)失(shi)效。 使用操(cao)作(zuo)不(bu)(bu)(bu)當和維修不(bu)(bu)(bu)當 使用操(cao)作(zuo)不(bu)(bu)(bu)當時金屬(shu)(shu)裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)失(shi)效的(de)(de)(de)(de)重(zhong)要原因之一，如違(wei)章操(cao)作(zuo)，超(chao)(chao)載(zai)、超(chao)(chao)溫(wen)、超(chao)(chao)速；缺(que)(que)(que)乏經驗、判斷錯(cuo)誤(wu)；無(wu)知和訓練不(bu)(bu)(bu)夠(gou)；主觀臆測、責(ze)任(ren)心不(bu)(bu)(bu)強、粗心大(da)意(yi)等(deng)都是不(bu)(bu)(bu)安全的(de)(de)(de)(de)行(xing)為。某時期(qi)統計260 次(ci)壓力容器和鍋(guo)爐事故中(zhong)，操(cao)作(zuo)事故194 次(ci)，占74.5% 。裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)是要進行(xing)定期(qi)維修和保養的(de)(de)(de)(de)，如對裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)的(de)(de)(de)(de)檢查、檢修和更換不(bu)(bu)(bu)及時或(huo)(huo)沒有采取適當的(de)(de)(de)(de)修理(li)、防護措施，也會(hui)引(yin)起裝(zhuang)(zhuang)備(bei)(bei)(bei)早期(qi)失(shi)效。
