在对具体的失效问题进行分析时,除要求失效分析工作者具有必要的专业知识外,正确的思想方法是十分重要的。失效分析的理论、技术和方法的核心是其思维学、推理法则和方法论。许多失效分析专家对此进行了深入的研究,总结了一些在工作中应该遵循的基本原则和方法。在实际工作中,应遵守并能正确运用以下基本原则。
1.整体观念原则
失效分析工作者在分析失效问题时,始终要树立整体观念。因为一套设备在运转中某个部件失效引起停车,往往有这样一些联系:它与相邻的其他部件有关;它与周围环境的条件或状态有关;它与操作人员的使用情况以及管理与维护有关。因此,一旦失效就要把设备—环境—人(管理)当作一个整体(系统)来考虑。尽可能地设想设备能出哪些问题,环境能造成哪些问题,人为因素能造成哪些问题。然后根据调查资料及检验结果,采用排除法把不成为问题的问题逐个审查排除。如果孤立地对待失效部件,或局限于某一个小环境,往往使问题得不到解决。
对于大型零件失效的分析必须遵从整体观念的原则,即使对于不大的、个体的零件失效,也应遵循这一原则。实际上,任何一个失效分析活动都是一次系统工程的实践。例如:某工厂生产的继电器,春天存放在仓库里,到秋天就发现大批继电器的弹簧片发生沿晶界断裂,经失效分析判定是氨引起的应力腐蚀开裂。但仓库里从来没有存放过能释放氨气的化学物质,因此,分析结论中的腐蚀介质还得不到证实。问题就出在把系统局限于仓库这个小环境。后来查明,在仓库大门南面附近的田野里有一个大鸡粪堆,是鸡粪放出的氨气经春、夏的南风送进仓库,提供了应力腐蚀必要的介质,引起了损坏。由此可见,如果不和更广的环境联系起来,就得不到正确的结论。
2.从现象到本质的原则
从现象分析问题导入,进而找到产生现象的原因,即失效的本质问题,才能解决失效问题。例如分析一个断裂件,它承受的是交变载荷,并且在断口上发现有清晰的贝壳花样,很容易得出疲劳断裂的结论。但是,这仅仅是一个现象的论断,而不是失效本质的结论。一个零件失效的表象是由其内在的本质因素决定的。对于一个疲劳断裂的零件,仅仅判断其是疲劳失效是不够的,而更难、也更关键的问题,是要确定为什么会发生疲劳断裂。导致疲劳失效的原因很多,常见的不下40个。因此,在失效分析中,不应只满足于找到断裂或其他失效机制,更重要的是要找到导致断裂或失效的原因,才有助于问题解决。
3.动态原则
所谓动态原则,是指机械产品对周围的环境、条件或位置,总在那里做相对运动。产品在服役中是如此,就是存放在仓库里也是如此。例如:一个部件的受力条件,环境的温度、湿度和介质等外部条件的变化,产品本身的某些元素随时间发生的偏聚及亚稳组织状态的转变等内在变化,甚至操作人员的变化,都应包括在这一原则中。在失效分析时,应将这些变化条件考虑进去。如某电厂一电调油管运行使用两年,发现有油渗漏现象。油管材料为07Cr19Ni11Ti,规格为Φ32mm×3.5mm,管内油压力为13.7MPa。经分析电调油管发生了应力腐蚀开裂,在裂纹内检测到Cl-。对电调油管使用环境和外包覆保温材料的分析和检验,没有找到的Cl-来源。后经过对电调油管制造运输和安装过程的调查分析,确认电调油管在运输过程中有与Cl-接触的机会,当表面黏附微量Cl-后,在以后的高温过程中会发生Cl-的凝聚,使局部区域的含量急剧升高,从而增加不锈钢应力腐蚀开裂的可能性。
4.一分为二原则(两分法原则)
这个认识论的原则用于失效分析时,常指对进口产品、名牌产品等不要盲目地以为没有缺点。大量的事实表明,我国引进的设备不少失效原因是属于设计、用材、制造工艺或漏检引起的。例如:对某进口离心机叶片的断裂分析中,开始时有几家单位认为是使用问题,有的人认为这样的设备对于制造方而言是不会出现加工缺陷的;而经过深入分析,确定该失效是焊接缺陷引起的失效。
5.纵横交汇原则(立体性原则)(www.daowen.com)
既然客观事物总是在不同的时空范围内变化,那么同一设备在不同的服役阶段、不同环境,就具有不同性质或特点。所有机电设备的失效率与时间的关系都服从“浴盆曲线”,但这是从设备本身来看的特点;另外,同一温度、介质或外界强迫振动,在服役不同阶段的介入所起的作用也是不同的。这就使产品的失效问题变得更加复杂化。例如:同一产品在不同的工况条件下可能产生不同的失效模式。不同工况条件下产生的同一失效模式,又可能是由不同的因素引起的。即使同一零件,在相同的工况条件下,在零件的不同部位也会产生不同的失效模式,典型的如在腐蚀性环境中服役的奥氏体不锈钢结构件,会同时产生点蚀、应力腐蚀或者腐蚀疲劳失效等。
6.其他方面
除上述基本原则外,在分析方法上还应当注意以下几方面:
1)尽可能采用比较方法。选择一个没有失效的而且整个系统能与失效系统一一对比的系统,将其与失效系统进行比较,从中找出差异。这样将有利于尽快地找出失效的原因。
2)历史方法。历史方法的客观依据,是物质世界的运动变化和因果制约性。就是根据设备在同样的服役条件下过去表现的情况和变化规律,来推断现在失效的可能原因。这主要依赖过去失效资料的积累,运用归纳法和演绎法来分析失效原因。
3)逻辑方法。就是根据背景资料(设计、材料、制造的情况等)和失效现场调查材料,以及分析、测试获得的信息,进行分析、比较、综合、归纳,做出判断和推论,进而得出可能的失效原因。
另外,在实际分析中,还要注意抓关键问题。在众多的影响因素和失效模式中,要抓住导致零件失效的关键因素。一个零件的失效,表观上可能有多种表象,一定要排除次要因素。并不是说这些因素不能导致零件失效,但针对一个具体零件的具体失效,这些因素可能不是关键。但同时要注意,关键问题解决了,原来不是关键的问题变成了关键问题,这就要遵循动态原则,提出防止失效的措施。
上述基本原则和方法的掌握和运用的水平,决定着失效分析的速度和结论正确的程度。掌握这些原则和方法,可以防止失效分析人员在认识上的主观片面性和技术运用上的局限性。
在判断和推论上应实事求是,不能做无事实根据的推论。
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