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失效分析

       失效机制是导致零件、元器件和材料失效的物理或化学过程。此过程的诱发因素有内部的和外部的。在研究失效机制时,通常先从外部诱发因素和失效表现形式入手,进而再研究较隐蔽的内在因素。在研究批量性失效规律时,常用数理统计方法,构成表示失效机制、失效方式或失效部位与失效频度、失效百分比或失效经济损失之间关系的排列图或帕雷托图,以找出必须首先解决的主要失效机制、方位和部位。任一产品或系统的构成都是有层次的,失效原因也具有层次性,如系统-单机-部件(组件)-零件(元件)-材料。上一层次的失效原因即是下一层次的失效现象。越是低层次的失效现象,就越是本质的失效原因。

      基本概念

     1.1 失效和失效分析

          产品丧失规定的功能称为失效。

          判断失效的模式,查找失效原因和机理,提出预防再失效的对策的技术活动和管理活动称为失效分析。

     1.2 失效和事故

          失效与事故是紧密相关的两个范畴,事故强调的是后果,即造成的损失和危害,而失效强调的是机械产品本身的功能状态。失效和事故常常有一定的因果关系,但两者没有必然的联系。

    1.3 失效和可靠

         失效是可靠的反义词。机电产品的可靠度R(t)是指时间t内还能满足规定功能产品的比率,即n(t)/n(0),n(t)为时间t内满足规定功能产品的数量,n(0)为产品试验总数量。累积失效概率F(t)就是时间t内的不可靠度,即F(t)=1-R(t)=[n(0)-n(t)]/n(0)。

     1.4 失效件和废品

         失效件是指进入商品流通领域后发生故障的零件,而废品则是指进入商品流通领域前发生质量问题的零件。废品分析采用的方法常与失效分析方法一致。

     1.5 失效学

         研究机电产品失效的诊断、预测和预防理论、技术和方法的交叉综合的分支学科。失效学与相关学科的边界还不够明确,它是一个发展中的新兴学科。

、  失效分析的分类

     2.1 按功能分类

           由失效的定义可知,失效的判据是看规定的功能是否丧失。因此,失效的分类可以按功能进行分类。例如,按不同材料的规定功能可以用各种材料缺陷(包括成分、性能、组织、表面完整性、品种、规格等方面)来划分材料失效的类型。对机械产品可按照其相应规定功能来分类。

     2.2 按材料损伤机理分类

          根据机械失效过程中材料发生变化的物理、化学的本质机理不同和过程特征差异,

     2.3 按机械失效的时间特征分类

          ⑴早期失效 可分为偶然早期失效和耗损期失效。

          ⑵突发失效 可分为渐进(渐变)失效和间歇失效。

     2.4 按机械失效的后果分类

          ⑴部分失效

          ⑵完全失效

          ⑶轻度失效

          ⑷危险性(严重)失效

          ⑸灾难性(致命)失效

      失效分析的分类一般按分析的目的不同可分为:

          ⑴ 狭义的失效分析:主要目的在于找出引起产品失效的直接原因。

          ⑵广义的失效分析:不仅要找出引起产品失效的直接原因,而且要找出技术管理方面的薄弱环节。

          ⑶新品研制阶段的失效分析:对失效的研制品进行失效分析。

          ⑷产品试用阶段的失效分析:对失效的试用品进行失效分析。

          ⑸定型产品使用阶段的失效分析:对失效的定型产品进行失效分析。

          ⑹修理品使用阶段的失效分析:对失效的修理品进行失效分析。

      失效分析的意义

      产品质量是企业的生命线。提高产品质量、延长零部件的使用寿命,是企业的立足之本。

      零件失效分析意义:

      1.减少和预防同类机械零件的失效现象重复发生,保障产品质量,提高产品竞争力。

      2.分析机械零件失效原因,为事故责任认定、侦破刑事犯罪案件、裁定赔偿责任、保险业务、修改产品质量标准等提供科学依据。

     3.为企业技术开发、技术改造提供信息,增加企业产品技术含量,从而获得更大的经济效益。

     失效分析的步骤

     一、事故调查

           1.现场调查

           2.失效件的收集

           3.走访当事人和目击者

      二、资料搜集

            1.设计资料:机械设计资料,零件图

            2.材料资料:原材料检测记录

            3.工艺资料:加工工艺流程卡、装配图

            4.使用资料:维修记录,使用记录等

      失效分析的工作流程

       1.失效机械的结构分析

          失效件与相关件的相互关系,载荷形式、受力方向的初步确定

       2.失效件的粗视分析

          用眼睛或者放大镜观察失效零件,粗略判断失效类型(性质)。

       3.失效件的微观分析

          用金相显微镜、电子显微镜观察失效零件的微观形貌,分析失效类型(性质)和原因。

       4.失效件材料的成分分析

          用光谱仪、能谱仪等现代分析仪器,测定失效件材料的化学成分。

      5.失效件材料的力学性能检测

         用拉伸试验机、弯曲试验机、冲击试验机、硬度试验机等测定材料的抗拉强度、弯曲强度、冲击韧度、硬度等力学性能。

      6.应力测试、测定:用x光应力测定仪测定应力

         用x光应力测定仪测定应力

      7.失效件材料的组成相分析

         用x光结构分析仪分析失效件材料的组成相。

      8.模拟试验(必要时)

         在同样工况下进行试验,或者在模拟工况下进行试验。

     失效分析的结果提交

     1.提出失效性质、失效原因

     2.提出预防措施

     3.提交失效分析报告