在對具體的失效問題進行分析時,除要求失效分析工作者具有必要的專業知識外,正確的思想方法是十分重要的。失效分析的理論、技術和方法的核心是其思維學、推理法則。許多失效分析專家對此進行了深入的研究,總結了一些在工作中應該遵循的基本原則和方法。在實際工作中,應遵守并能正確運用以下基本原則。
1·整體觀念原則
失效分析工作者在分析失效問題時,始終要樹立整體觀念。因為一套設備在運轉中某個部件失效引起停車,往往有這樣一些聯系:它與相鄰的其他部件有關;它與周圍環境的條件或狀態有關;它與操作人員的使用情況以及管理與維護有關。因此,一旦失效就要把設備—環境—人 (管理)當作一個整體 (系統)來考慮。盡可能地設想設備能出哪些問題,環境能造成哪些問題,人為因素能造成哪些問題。然后根據調查資料及檢驗結果,采用排除法把不成為問題的問題逐個審查排除。如果孤立地對待失效部件,或局限于某一個小環境,往往使問題得不到解決。
對于大型零件失效的分析必須遵從整體觀念的原則,即使對于不大的、個體的零件失效,也應遵循這一原則。實際上,任何一個失效分析活動都是一次系統工程的實踐。例如:某工廠生產的繼電器,春天存放在倉庫里,到秋天就發現大批繼電器的彈簧片發生沿晶界斷裂,經失效分析判定是氨引起的應力腐蝕開裂。
但倉庫里從來沒有存放過能釋放氨氣的化學物質,因此,分析結論中的腐蝕介質還得不到證實。問題就出在把系統局限于倉庫這個小環境。后來查明,在倉庫大門南面附近的田野里有一個大雞糞堆,是雞糞放出的氨氣經春、夏的南風送進倉庫,提供了應力腐蝕必要的介質,引起了損壞。由此可見,如果不和更廣的環境聯系起來,就得不到正確的結論。
2·從現象到本質的原則
從現象分析問題導入,進而找到產生現象的原因,即失效的本質問題,才能解決失效問題。例如分析一個斷裂件,它承受的是交變載荷,并且在斷口上發現有清晰的貝殼花樣,很容易得出疲勞斷裂的結論。但是,這僅僅是一個現象的論斷,而不是失效本質的結論。一個零件失效的表象是由其內在的本質因素決定的。對于一個疲勞斷裂的零件,僅僅判斷其是疲勞失效是不夠的,而更難、也更關鍵的問題,是要確定為什么會發生疲勞斷裂。導致疲勞失效的原因很多,常見的不下 40個。因此,在失效分析中,不應只滿足于找到斷裂或其他失效機制,更重要的是要找到導致斷裂或失效的原因,才有助于問題解決。
3·動態原則
所謂動態原則,是指機械產品對周圍的環境、條件或位置,總在那里做相對運動。產品在服役中是如此,就是存放在倉庫里也是如此。例如:一個部件的受力條件,環境的溫度、濕度和介質等外部條件的變化,產品本身的某些元素隨時間發生的偏聚及亞穩組織狀態的轉變等內在變化,甚至操作人員的變化,都應包括在這一原則中。在失效分析時,應將這些變化條件考慮進去。如某電廠一電調油管運行使用兩年,發現有油滲漏現象。油管材料為 07Cr19Ni11Ti,規格為Φ32mm×3.5mm,管內油壓力為 13.7MPa。經分析電調油管發生了應力腐蝕開裂,在裂紋內檢測到 Cl?。對電調油管使用環境和外包覆保溫材料的分析和檢驗,沒有找到的 Cl?來源。后經過對電調油管制造運輸和安裝過程的調查分析,確認電調油管在運輸過程中有與 Cl?接觸的機會,當表面黏附微量 Cl?后,在以后的高溫過程中會發生 Cl?的凝聚,使局部區域的含量急劇升高,從而增加不銹鋼應力腐蝕開裂的可能性。
4·一分為二原則
這個認識論的原則用于失效分析時,常指對進口產品等不要盲目地以為挑不出錯。大量的事實表明,我國引進的設備不少失效原因是屬于設計、用材、制造工藝或漏檢引起的。例如:對某進口離心機葉片的斷裂分析中,開始時有幾家單位認為是使用問題,有的人認為這樣的設備對于制造方而言是不會出現加工缺陷的;而經過深入分析,確定該失效是焊接缺陷引起的失效。
5·縱橫交匯原則
既然客觀事物總是在不同的時空范圍內變化,那么同一設備在不同的服役階段、不同環境,就具有不同性質或特點。所有機電設備的失效率與時間的關系都服從 “浴盆曲線",但這是從設備本身來看的特點;另外,同一溫度、介質或外界強迫振動,在服役不同階段的介入所起的作用也是不同的。這就使產品的失效問題變得更加復雜化。例如:同一產品在不同的工況條件下可能產生不同的失效模式。不同工況條件下產生的同一失效模式,又可能是由不同的因素引起的。即使同一零件,在相同的工況條件下,在零件的不同部位也會產生不同的失效模式,典型的如在腐蝕性環境中服役的奧氏體不銹鋼結構件,會同時產生點蝕、應力腐蝕或者腐蝕疲勞失效等。
6·其他方面
除上述基本原則外,在分析方法上還應當注意以下幾方面:
1)盡可能采用比較方法。選擇一個沒有失效的而且整個系統能與失效系統一一對比的系統,將其與失效系統進行比較,從中找出差異。這樣將有利于盡快地找出失效的原因。
2)歷史方法。歷史方法的客觀依據,是物質世界的運動變化和因果制約性。就是根據設備在同樣的服役條件下過去表現的情況和變化規律,來推斷現在失效的可能原因。這主要依賴過去失效資料的積累,運用歸納法和演繹法來分析失效原因。
3)邏輯方法。就是根據背景資料 (設計、材料、制造的情況等)和失效現場調查材料,以及分析、測試獲得的信息,進行分析、比較、綜合、歸納,做出判斷和推論,進而得出可能的失效原因。
另外,在實際分析中,還要注意抓關鍵問題。在眾多的影響因素和失效模式中,要抓住導致零件失效的關鍵因素。一個零件的失效,表觀上可能有多種表象,一定要排除次要因素。并不是說這些因素不能導致零件失效,但針對一個具體零件的具體失效,這些因素可能不是關鍵。但同時要注意,關鍵問題解決了,原來不是關鍵的問題變成了關鍵問題,這就要遵循動態原則,提出防止失效的措施。
上述基本原則和方法的掌握和運用的水平,決定著失效分析的速度和結論正確的程度。掌握這些原則和方法,可以防止失效分析人員在認識上的主觀片面性和技術運用上的局限性。
在判斷和推論上應實事求是,不能做無事實根據的推論。

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