產(chǎn)品失效分析方法 專題講座

1、產(chǎn)品失效分析方法專題講座,失效分析專題講座,本次講座為3個學(xué)時，主要講3個部分：第一部分：失效分析概述第二部分：失效分析思路和方法第三部分：近年來二重失效分析典型案例,第一部分 失效分析概述,1．失效分析定義 國家標準GB3187-82中定義：“失效（故障）”——產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能。對可修復(fù)產(chǎn)品，通常也稱為故障。,2．失效分析的概念,定義： 失效分析是判斷產(chǎn)品的失效模式，查找產(chǎn)品失效機理

2、和原因，提出預(yù)防再失效的對策的技術(shù)活動和管理活動。主要研究內(nèi)容： 明確分析對象，確定失效模式，研究失效機理，判定失效原因，提出預(yù)防措施（包括設(shè)計改進）。,理想目標： “模式準確，原因明確，機理清楚，措施得力，模擬再現(xiàn)，舉一反三”。,,（1）．模式準確,所謂失效模式，是指失效的外在宏觀表現(xiàn)形式和過程規(guī)律，一般可理解為失效的性質(zhì)和類型。失效模式按其定義的范圍、屬性、標準和參量，可分為一級失效模式、二級失效模式。模

3、式準確，就是要將失效的性質(zhì)和類型判斷準確，尤其要將一級失效模式和二級失效模式判斷準確。,一級失效模式的分類如圖1所示。,（2）．原因明確,（3）.機理清楚（4）.措施得力、模擬再現(xiàn)， 舉一反三,3．失效分析在工程中的地位和作用,（1）失效分析是全面質(zhì)量管理中必不可少的重要環(huán)節(jié)。（2）失效分析是可靠性工程的技術(shù)基礎(chǔ)之一（3）失效分析是安全工程的重要技術(shù)保證之一（4）失效分析是維修工程的理論基礎(chǔ)和指導(dǎo)依據(jù)（5）失效分析

4、可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益,6．失效分析與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系,7．失效分析的分類（1）根據(jù)材料變化（損傷和變質(zhì)）的機理來分類：,,,,,,,⑦污染 ⑧輻射損傷（輻射脆化、老化等）,（2）按機械失效時期分：,①早期失效、偶然失效期失效、 耗損期失效②突發(fā)失效、漸進（漸變）失效、 間歇失效,（3）按機械失效的后果分類：,完全失效、 部分失效、 輕度失效、 危險性（嚴重）失效、

5、 災(zāi)難性（致命）失效,（4）按失效分析的目的分：,①狹義的失效分析——其主要目的在于找出引起產(chǎn)品失效的直接原因。②廣義的失效分析——不僅找出引起產(chǎn)品失效的直接原因，而且要找出技術(shù)管理方面的薄弱環(huán)節(jié)。,,③新產(chǎn)品研制階段的失效分析——對失效的研制品進行的失效分析。④產(chǎn)品試用階段的失效分析——對失效的試用品進行失效分析,,⑤定型產(chǎn)品使用階段的失效分析——對失效的定型產(chǎn)品進行失效分析⑥修理品使用階段的失效分析——對失效的修

6、理品進行失效分析,8．對失效分析人員的基本要求,（1）徹底的求實精神，在任何情況下都堅持實事求是，要 用事實來說話，勇于堅持真理，修正錯誤。（2）敏銳的觀察力和熟練的分析技術(shù)，善于利用一切手段（包括先進的儀器、設(shè)備）捕捉失效的信息和證據(jù)。（3）正確的失效分析思路和良好的失效模式、失效原因判斷能力，要有“醫(yī)生的思路，偵探的技巧”。（4）善于學(xué)習(xí)，向書本學(xué)習(xí)，向?qū)嵺`學(xué)習(xí)，向同行學(xué)習(xí)，向一切可能共事的人們學(xué)習(xí)。（5）

7、要有扎實的專業(yè)基礎(chǔ)知識和較廣的知識面，工作能力要強，辦事效率要高。,第二部分 失效分析思路和方法,1．失效分析思路的概念 失效分析思路是指在思想中以機械失效的規(guī)律（即宏觀表象特征和微觀過程機理）為理論依據(jù)，把通過調(diào)查、觀察和實驗獲得的失效信息（失效對象、失效現(xiàn)象、失效環(huán)境統(tǒng)稱為失效信息）分別加以考察，然后有機結(jié)合起來作為一個統(tǒng)一整體進行全過程考察，以獲取的客觀事實為證據(jù)，全面應(yīng)用邏輯推理綜合分析的方法，來

8、判斷失效事件的失效模式，并推斷失效原因。,失效對象一般包括,①當前失效件——在機械失效現(xiàn)場調(diào)查獲得的失效件；②潛在失效件——在役或返修中的與當前失效件相同型號的并且履歷相似的機件。③過去失效件——歷史上曾發(fā)生過的與當前失效件同一型號的類似失效件。,失效現(xiàn)象一般包括：,①機械失效現(xiàn)場調(diào)查收集到的各種有關(guān)失效的宏觀表現(xiàn)及特征；②實驗室分解檢查觀察和實驗得到的各種宏觀顯性和隱性的失效表現(xiàn)及特征；③微觀失效特征；④模擬試驗時出現(xiàn)的有關(guān)

9、失效特征⑤文獻資料上記載的同類失效特征。,失效環(huán)境一般包括：,①介質(zhì)環(huán)境（整機環(huán)境、局部環(huán)境、具體環(huán)境）；②應(yīng)力環(huán)境（包括載荷種類、大小、振動、噪聲等）；③溫度環(huán)境；④其他環(huán)境，如濕度、輻射等。,2．失效分析思路的作用和意義,①在科學(xué)的分析思路指導(dǎo)下，才能制定出正確的分析程序。 失效分析的關(guān)鍵性式樣（在失效對象上取樣）十分有限，有時只允許一次取樣，一次測量或檢驗。在分析程序上走錯一步，就可能導(dǎo)致整個分析工作的失敗。,,

10、②機械失效分析往往是多種原因造成的，一果多因常常使失效分析專家十分頭痛，有時也使專家們爭論不休，因此，在正確的分析思路指導(dǎo)下，查明失效的原因顯得格外重要。,,③機械失效分析常常是情況復(fù)雜而證據(jù)不足，往往要以為數(shù)不多的事實和觀察結(jié)果為基礎(chǔ)，作出假設(shè)，進行推理，得出必要的結(jié)論，再通過補充調(diào)查和專門檢驗以獲取新的事實，也就是說要擴大線索找證據(jù)。在確定分析方向，明確分析范圍（廣度和深度），闡明推斷失效過程等方面，若沒有正確思路的指導(dǎo)，將寸步難行

11、。,3．機械失效過程極的一些特點,（1）過程的不可逆性 （2）過程的有序性 （3）過程的不穩(wěn)定性 （4）過程的累積性,4．機械失效原因的一些特點,（1）原因的必要性 （2）原因的多樣性和相關(guān)性 （3）原因的可變性,5．失效過程和失效原因之間的聯(lián)系,（1）普遍性（2）必然性（3）雙重性（4）時序性,6．失效分析思考途徑的方向,（1）機械失效的完成狀態(tài)呈現(xiàn)失效過程的總的結(jié)果（2）失效分析常常是先判斷失效模式，后查找失

12、效原因。（3）盡量把失效過程的起始狀態(tài)作為分析重點,7．幾種典型的失效分析思路,（1）“撒大網(wǎng)”逐個因素排除的思路 一般失效事件，究其原因不外乎從操作人員、機械設(shè)備系統(tǒng)、材料、制造工藝、環(huán)境和管理六個方面去尋找。這就是5M1E[Man（人）、Machine（機器設(shè)備）、Material（材料）、Method（工藝制作方法）、Management（管理）、Environment（環(huán)境條件）]的失效分析思路。,,如果失效

13、已確定純屬機械問題，則以設(shè)備制造全過程為一系統(tǒng)進行分析，即對機械經(jīng)歷的規(guī)劃、設(shè)計、選材、機械加工、熱處理、二次精加工、裝配、調(diào)試等制作工序逐個進行分析，逐個因素排除。列出了包括設(shè)計不當、材料和冶金缺陷、熱處理不當、再加工缺陷、裝配檢驗中的問題、使用和維護不當、環(huán)境損傷等11個方面，含有可能引起的機械失效的121個主要因素。,“撒大網(wǎng)”逐個因素排除的思路 ,在失效分析中難以應(yīng)用，因為：,①網(wǎng)中所提的許多問題在某一失效事件的失效分析過程中是

14、無法解決的，所需的前提條件太多，難以滿足；②從方法論上講，6大方面，缺少橫向聯(lián)系，不成系統(tǒng)，抓不住要領(lǐng)，甚至無從下手。須知排除100種可能因素，不如肯定一種實際因素；,,③往往在人力、物力、財力和時間方面也不允許這么做；④如果編的網(wǎng)本身有漏洞，也會帶來麻煩。⑤“撒大網(wǎng)”的思路主要是尋找機械失效原因的思路，并不是判斷失效模式的分析思路，因此它不是完整的失效分析思路。,（2）FTA（Fault Tree Analysis）思路,在安全

15、工程中有人把FTA稱為“事故樹分析法；在可靠性工程一般把FTA稱為“故障樹分析法”；FTA在失效分析中有時又稱為“失效樹分析法”。在日本，把FTA稱為“缺陷樹”,FTA是從結(jié)果到原因來描繪事件發(fā)生的有向邏輯樹，是一種圖形演繹分析方法，是故障事件在一定條件下的邏輯推理方法。它可圍繞某些特定的故障狀態(tài)作層層深入的分析，在清晰的故障樹圖形下，表達了系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系，并指出元部件故障與系統(tǒng)之間的邏輯關(guān)系。定性分析可以找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，確定系統(tǒng)故

16、障原因的各種可能的組合方式，定量分析還可以計算復(fù)雜系統(tǒng)的故障概率及其他的可靠性參數(shù)，進行可靠性設(shè)計和預(yù)測。,故障樹的建造是FTA的關(guān)鍵。建樹方法簡述如下：,先寫出頂事件作為第一層，第二層并列地寫出所有可能導(dǎo)致頂事件發(fā)生的直接原因，層間用邏輯門表示出他們之間的邏輯關(guān)系，然后再以第二層事件作為結(jié)果事件，分別找出它們的所有可能的直接原因作為第三層，再以適當?shù)倪壿嬮T把第二、三層聯(lián)系起來，按照這種辦法層層深入，一直追溯到不需要繼續(xù)分析的原因（即

17、底事件）為止。最后，根據(jù)邏輯關(guān)系，上一層事件是下一層事件的必然結(jié)果，下一層事件是上一層事件的充分條件，判斷樹圖作得是否正確。,故障樹的建立有幾個前提條件：,①頂事件要選準，也就是說失效事故故障模式首先要判斷準確無誤（這正式失效分析的首要研究任務(wù)）。 ②要并列地寫出導(dǎo)致每層事件的全部直接原因，不得遺漏，因此故障樹實質(zhì)上是一棵直接原因樹。,,③下層事件對上層事件是直接原因，上層事件是下層事件的必然結(jié)果。因此，對系統(tǒng)中各事件之間的邏輯關(guān)系

18、及條件必須事先十分清楚，并且是一種明確的因果關(guān)系。,,④定量分析時要首先求出各基本事件發(fā)生概率，才有可能計算頂事件的發(fā)生概率。,,由于FTA故障樹樹行繁雜，且工作量太大，還容易錯漏，因此，在實際失效分析中一般不宜采用FTA，也沒有必要采用FTA。,,實際機械失效的機理常常歸結(jié)為材料損傷或缺陷的原因大多是隱性的，不通過一定的檢驗手段和鑒定是難以發(fā)現(xiàn)（如成分不合格、強度超差、冶金缺陷、滲層太薄、微動疲勞、蠕變、過燒等），另外直接原因和間接原

19、因往往難以區(qū)分，所以在失效分析中采用FTA一般行不通。,,但是在失效分析工作后期，即綜合性分析階段，F(xiàn)TA可以作為一種輔助的審查方法加以運用，把整個失效過程用邏輯樹圖形進行演繹審查，以便發(fā)現(xiàn)失效分析中的漏洞。,（3）邏輯推理的思路,邏輯推理，就是從已有的知識推出未知的知識，也就是從一個或幾個已知的判斷，推出另一個新的判斷的思維過程。,,邏輯推理方法有三大類， 一是演繹推理， 二是歸納推理， 三是類比推

20、理,在失效分析中邏輯推理的作用和意義如下：,①推理是適合于認識失效事件的反映形式②推理是一種失效分析中一個重要的理性認識階段③推理可在失效分析的各個階段（全過程）發(fā)揮作用 ④推理是審查證明失效證據(jù)的邏輯手段,,邏輯推理的思路，是以真實的失效信息事實為前提，根據(jù)已知的機械失效規(guī)律性的（理論的）知識和已知的判斷，通過嚴密的、完整的邏輯思考，推斷出機械失效的模式、過程和原因，因此，邏輯推理的思路可以作為指導(dǎo)失效分析全過程的思維路線（思考

21、途徑），它最能體現(xiàn)和發(fā)揮人們在失效分析中的主觀能動性和創(chuàng)造性，所以，邏輯推理思路應(yīng)是失效分析的基本思路。,8.失效分析的基本程序和方法,1.調(diào)查了解2.測試、檢查（1）檢查化學(xué)成分（2）無損檢測（3）低倍檢驗（4）高倍金相檢驗,,（5）力學(xué)性能檢查（6）斷口分析（7）模擬試驗3.歸納、分析4.寫出有建議的分析報告,汽車前軸梁裂紋分析,失效件：前軸梁 材質(zhì)牌號：42CrMo 生產(chǎn)流程：打荒—模鍛—切邊—調(diào)

22、質(zhì)—噴砂 調(diào)質(zhì)淬火工藝：850×2h（水油雙液冷） 失效形態(tài)：產(chǎn)生批量性裂紋,,前軸梁失效件,前軸梁裂紋放大,主要試驗結(jié)果,1.低倍檢驗結(jié)果 在前軸梁失效件的橫向低倍上除在切邊部位發(fā)現(xiàn)裂紋外，模鍛件的低倍組織是好的，未發(fā)現(xiàn)其他冶金缺陷（見照片）,失效件低倍組織,2.化學(xué)成分分析結(jié)果,前軸梁失效件化學(xué)成分是符合GB3077-1999標準的要求的 該失效件的材質(zhì)是好的,3.高倍的檢驗

23、結(jié)果,（1）夾雜物含量符合技術(shù)條件的要求。（2）晶粒度6.5級（3）金相顯微組織：回火索氏體（4）裂紋的顯微形態(tài)：裂紋較寬，且平直，裂紋末端尖銳，裂紋內(nèi)有氧化物，裂紋呈典型的淬火裂紋特征（見照片）,前軸梁失效件裂紋尾部形貌,4.斷口檢驗結(jié)果,宏觀斷口：分3個區(qū)域，1區(qū)為裂紋表面區(qū)域（淺黃色、淺灰黑色）；2區(qū)為裂紋末端區(qū)域（深灰色）；3區(qū)為新打開斷口（木紋狀斷口）。 微觀斷口：1區(qū)因氧化嚴重無法觀察；2區(qū)為沿晶斷口；

24、3區(qū)為韌窩+夾雜,前軸梁失效件宏觀斷口,5.分析與討論,（1）前軸梁失效材質(zhì)是好的，裂紋的材質(zhì)無關(guān)；（2）從裂紋的顯微形態(tài)分析可知，裂紋是淬火裂紋；（3）從裂紋斷口形態(tài)分析可知，裂紋是在水淬中形成的，裂紋產(chǎn)生原因是水淬時間太長所致,6.分析結(jié)論,該前軸梁失效件裂紋是淬火冷卻時間太長而產(chǎn)生的淬火裂紋。,某活頁鍛件裂紋原因分析,失效件：成都某公司生產(chǎn)的活頁鍛件材質(zhì)：40CrNiMoA失效形式：表面磁粉裂紋工藝流程：煉鋼—鍛

25、造—鍛后空冷—加工成型—超探（？）—調(diào)質(zhì)熱處理—磁粉探傷（發(fā)現(xiàn)缺陷）,,活頁鍛件外貌,主要試驗結(jié)果,1.低倍 有大量的、細小的蠕蟲狀裂紋 具有白點裂紋,,活頁鍛件低倍組織與裂紋,,2.宏觀斷口 大量銀白色橢圓形斑點 是極具典型白點斷口特征,活頁鍛件斷口宏觀形貌,,說明：（1）超探時未發(fā)現(xiàn)缺陷，是因為探傷標準太低（φ8當量也算合格），故無法探出白點缺陷；（2）鍛件采用加工成型，鍛件表面剛