第三章失效分析基本方法课件.ppt

1、.3.1.1失效分析的思想方法失效分析的思想方法 1、整体观念原则、整体观念原则 一旦失效就要把设备一旦失效就要把设备环境环境人人(管理管理)当作一个整体当作一个整体(系统系统)来考虑。尽可能地设想来考虑。尽可能地设想设备能出哪些问题，环境能造成哪些问题，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，采用资料及检验结果，采用“排除法排除法”把不成把不成为问题的问题逐个审查排除。为问题的问题逐个审查排除。.2、从现象到本质的原则、从现象到本质的原则 从现象分析问题入手，进而找到产生从现象分析问题入手，进而找到产生现象

2、的原因，即失效的本质问题，才能解现象的原因，即失效的本质问题，才能解决失效问题。决失效问题。3、动态原则、动态原则 所谓动态原则，是指机械产品对周围所谓动态原则，是指机械产品对周围的环境、条件或位置，总在那里作相对运的环境、条件或位置，总在那里作相对运动。产品在服役中是如此，就是存放在仓动。产品在服役中是如此，就是存放在仓库里也是如此。库里也是如此。.4、一分为二原则（两分法原则）、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崇拜，以为没进口产品、名牌产品等不要盲目地崇拜，以为没有缺点。有缺点。5、纵横交汇

3、原则（立体性原则）、纵横交汇原则（立体性原则）既然客观事物总是在不同的时、空范围内变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、不同的环化，那么同一设备在不同的服役阶段、不同的环境，就具有不同的性质或特点。所有机电设备的境，就具有不同的性质或特点。所有机电设备的失效率与时间的关系都服从失效率与时间的关系都服从“浴盆曲线浴盆曲线”，但这，但这是从设备本身来看的特点；另外，同一温度、介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。的作用也是不同的。.除上述基本原则外，在分析

4、方法上还应当注除上述基本原则外，在分析方法上还应当注意以下几点：意以下几点：第一，第一，尽可能采用比较方法尽可能采用比较方法 选择一个没有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。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。这样将有利于尽快地找出失效的原因。第二，第二，历史方法历史方法 历史方法的客观依据，是物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，在同样的

5、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效资料的积累，运用归纳法和演绎法来分析失效原因。原因。.第三，第三，逻辑方法逻辑方法 就是根据背景资料就是根据背景资料(设计、材料、制造的情况等设计、材料、制造的情况等)和失效现场和失效现场调查材料以及分析、测试获得的信息进行调查材料以及分析、测试获得的信息进行分析、比较、综合、归纳，作出判断和推分析、比较、综合、归纳，作出判断和推论，进而得出可能的失效原因。论，进而得出可能的失效原因。3.1.2 相关性分析的思路及方法相关性分析的思

6、路及方法 一般用于具体零、部件及不太复杂的一般用于具体零、部件及不太复杂的设备系统的失效分析中。设备系统的失效分析中。1.按照失效件制造的全过程及使用条件按照失效件制造的全过程及使用条件 的分析方法的分析方法.（1）审查设计审查设计 如对使用条件估计不足如对使用条件估计不足进行的设计，标准选用不当，设计判据不足进行的设计，标准选用不当，设计判据不足，高应力区有缺口，截面变化太陡，缺口或，高应力区有缺口，截面变化太陡，缺口或凹倒角半径过小及表面加工质量要求过低等凹倒角半径过小及表面加工质量要求过低等均可能是致断因素。均可能是致断因素。（2）材料分析材料分析 材料选用不正确，热处材料选用不正确，热

7、处理制度不合理，材料成分不合格，夹杂物超理制度不合理，材料成分不合格，夹杂物超级，显微组织不符合要求，材料各向异性严级，显微组织不符合要求，材料各向异性严重，冶金缺陷等。重，冶金缺陷等。.（3）加工制造缺陷分析加工制造缺陷分析 铸、锻、焊、热处理缺陷，冷加工缺铸、锻、焊、热处理缺陷，冷加工缺陷，酸铣、电镀缺陷，碰伤，工序间锈蚀严陷，酸铣、电镀缺陷，碰伤，工序间锈蚀严重，装配不当，异物混入及漏检等。重，装配不当，异物混入及漏检等。（4）使用及维护情况分析使用及维护情况分析 超载、超温、超速，启动、停车频繁或超载、超温、超速，启动、停车频繁或过于突然，润滑制度不正确，润滑剂不合格，过于突然，润滑制

8、度不正确，润滑剂不合格，冷却介质中混有硬质点，未按时维修保养，冷却介质中混有硬质点，未按时维修保养，意外灾害预防措施不完善等。意外灾害预防措施不完善等。.2.根据产品的失效形式及失效模式分析的根据产品的失效形式及失效模式分析的思路及方法思路及方法 较为常用的分析方法。一个具体的零较为常用的分析方法。一个具体的零件失效后，根据其表现形式（过量变形、件失效后，根据其表现形式（过量变形、表面损伤和断裂）进一步分析失效模式，表面损伤和断裂）进一步分析失效模式，然后分析导致这种失效模式的内部因素和然后分析导致这种失效模式的内部因素和外部因素，最后找出失效的原因。外部因素，最后找出失效的原因。.3.“四四

9、M”分析思路及方法分析思路及方法 所谓所谓“四四M”分析法，是指将分析法，是指将Man（人）、（人）、Machine（机器设备）、（机器设备）、Media（环境介质）和（环境介质）和 Management（管理）（管理）作为一个统一的系统进行作为一个统一的系统进行 分析的方法。对于一个比较复杂的系统常采用此分析的方法。对于一个比较复杂的系统常采用此 种方法。依此分别进行如下四方面的分析工作种方法。依此分别进行如下四方面的分析工作 .（1）人员情况的分析）人员情况的分析 主要指的是分析操作人员是否存在工作态度主要指的是分析操作人员是否存在工作态度不好、责任心不强、玩忽职守、主观臆断和违章不好、责

10、任心不强、玩忽职守、主观臆断和违章作业等不安全行为以及缺乏经、反应迟钝和技术作业等不安全行为以及缺乏经、反应迟钝和技术低劣等局限性。低劣等局限性。（2）环境情况的分析）环境情况的分析 主要指的是分析产品在使用状态下所处的环主要指的是分析产品在使用状态下所处的环境条件，如载荷状态、大小、方向的变化，温度，境条件，如载荷状态、大小、方向的变化，温度，湿度，尘埃，是否存在腐蚀介质等。湿度，尘埃，是否存在腐蚀介质等。（3）设备情况的分析。主要指的是分析材料的）设备情况的分析。主要指的是分析材料的选择，结构设计，加工制造水平及安装、运输保选择，结构设计，加工制造水平及安装、运输保护措施等。护措施等。.（

11、4）管理情况的分析）管理情况的分析 主要指的是分析管理情况是否存在缺乏适当主要指的是分析管理情况是否存在缺乏适当的作业程序，保护措施不健全，辅助工作太差，的作业程序，保护措施不健全，辅助工作太差，使用的工具、设施不当，没有按规定的作业程序使用的工具、设施不当，没有按规定的作业程序操作，缺乏严格的维修保养制度等问题。操作，缺乏严格的维修保养制度等问题。3.1.3 失效系统工程分析法失效系统工程分析法 失效系统工程是把复杂的设备或系统和人的失效系统工程是把复杂的设备或系统和人的因素当作一个统一体，运用数学方法和计算机等因素当作一个统一体，运用数学方法和计算机等现代化工具，来研究设备或系统失效的原因

12、与结现代化工具，来研究设备或系统失效的原因与结果之间的逻辑联系，并计算出设备或系统失效与果之间的逻辑联系，并计算出设备或系统失效与部件之间的定量关系。部件之间的定量关系。.（1）故障树分析法（简称）故障树分析法（简称FTA法）法）（2）特征）特征因素图分析法因素图分析法 （3）事件时序树分析法（简称）事件时序树分析法（简称 ETA法）法）（4）故障率预测法）故障率预测法 （5）失效模式及后果分析法（简称）失效模式及后果分析法（简称FMEA 法）法）（6）模糊数学分析法）模糊数学分析法.基本概念基本概念 故障树分析法是美国委托贝尔电话研究所于故障树分析法是美国委托贝尔电话研究所于1961年首先提

13、出来的。故障树分析的概念来自数年首先提出来的。故障树分析的概念来自数学图论中树的概念和计算机算法符号。在分析中学图论中树的概念和计算机算法符号。在分析中把分析的设备叫做系统，把组成该设备的零件叫把分析的设备叫做系统，把组成该设备的零件叫组元。零件的工作状态用一些参数（压力、温度、组元。零件的工作状态用一些参数（压力、温度、流量）来描述。流量）来描述。每种零件都处于两种状态（完好与失效）中每种零件都处于两种状态（完好与失效）中的一种。因此，设备也处于两种状态中的一种：的一种。因此，设备也处于两种状态中的一种：正常或失效。所谓故障树分析就是分析各种事件正常或失效。所谓故障树分析就是分析各种事件（系

14、统组元的状态变化）之间的逻辑关系，分清（系统组元的状态变化）之间的逻辑关系，分清正常事件和异常事件（失效事件），再找出失效正常事件和异常事件（失效事件），再找出失效原因。原因。.故障树分析法有如下的特点：它可以查明与故障树分析法有如下的特点：它可以查明与失效事件有关的所有原因；作为一种手段，利用失效事件有关的所有原因；作为一种手段，利用树形图可把分析过程和结果表示出来，并可以很树形图可把分析过程和结果表示出来，并可以很方便地计算出系统失效的概率。因而它是对一个方便地计算出系统失效的概率。因而它是对一个复杂的设备系统进行失效分析的重要工具。复杂的设备系统进行失效分析的重要工具。工作程序工作程序

15、（1）确定不希望发生的事件（上端事件）；）确定不希望发生的事件（上端事件）；（2）对设备的设计、制造、维修、使用等技）对设备的设计、制造、维修、使用等技术资料进行分析；术资料进行分析；（3）采用手工或计算机合成故障树；）采用手工或计算机合成故障树；（4）求出能使上端事件发生的必要且充分的）求出能使上端事件发生的必要且充分的最小数目的基本事件的集合；最小数目的基本事件的集合；.（5）收集计算时必须的故障率数据；）收集计算时必须的故障率数据；（6）计算上端事件发生的概率；）计算上端事件发生的概率；（7）对基本事件的重要度作评价；）对基本事件的重要度作评价；（8）分析计算结果，提出改进措施。）分析计

16、算结果，提出改进措施。所用符号所用符号 故障树是一种逻辑图，是根据一定的故障树是一种逻辑图，是根据一定的逻辑方式把一些特殊符号连接起来的树形逻辑方式把一些特殊符号连接起来的树形图。通常在故障树中出现的符号大体上可图。通常在故障树中出现的符号大体上可分为逻辑门符号、故障事件符号和其它符分为逻辑门符号、故障事件符号和其它符号三类（见图号三类（见图3.1）。）。.故障树的合成故障树的合成 根据系统及其故障的已知数据和资根据系统及其故障的已知数据和资料，绘制故障树。在采用手工合成故障树料，绘制故障树。在采用手工合成故障树时，一边反复提出问题一边对树进行展开。时，一边反复提出问题一边对树进行展开。对各个

17、门事件提出的问题是：该事件是由对各个门事件提出的问题是：该事件是由于单一组元的故障引起的，还是由另外什于单一组元的故障引起的，还是由另外什么组元的故障引起的？引起该事件的必要么组元的故障引起的？引起该事件的必要且充分故障是什么？将图展开到基本事件且充分故障是什么？将图展开到基本事件（原因）或没有必要再发展的事件为止（原因）或没有必要再发展的事件为止（图（图3.2）。）。.如图是一个冷却如图是一个冷却剂的供应系统，该剂的供应系统，该系统是由恒速泵、系统是由恒速泵、热交换器、控制阀、热交换器、控制阀、蓄水池及管道五个蓄水池及管道五个组元组成的。该系组元组成的。该系统的作用是对主要统的作用是对主要设

18、备供应足够的冷设备供应足够的冷却剂。因此，流到却剂。因此，流到热交换器的冷却剂热交换器的冷却剂最少则为故障树的最少则为故障树的上端事件。为分析上端事件。为分析其失效原因而绘制其失效原因而绘制故障树（图故障树（图3.23.2）。）。例例.3.2 失效分析的程序与步骤失效分析的程序与步骤3.2.1 分析程序的意义分析程序的意义 失效分析是一项复杂的技术工作，它不仅要求失失效分析是一项复杂的技术工作，它不仅要求失效分析工作人员具备多方面的专业知识，而且要求多效分析工作人员具备多方面的专业知识，而且要求多方面的工程技术人员，操作者及有关的科学工作者的方面的工程技术人员，操作者及有关的科学工作者的相互配

19、合，才能圆满地解决问题。因此，如果在分析相互配合，才能圆满地解决问题。因此，如果在分析以前没有设计出一个科学的分析程序和实施步骤，往以前没有设计出一个科学的分析程序和实施步骤，往往就会出现工作忙乱、漏取数据、工作缓慢或走弯路，往就会出现工作忙乱、漏取数据、工作缓慢或走弯路，甚至把分析时步骤搞颠倒，使某些应得的信息被另一甚至把分析时步骤搞颠倒，使某些应得的信息被另一提前的步骤给毁掉了。提前的步骤给毁掉了。.首先制定一个科学的分析程序，是保证首先制定一个科学的分析程序，是保证失效分析工失效分析工 作顺利而有效进行的前提条件作顺利而有效进行的前提条件。3.2.2 失效分析的一般程序失效分析的一般程序

20、 一般说来，大体上包括：一般说来，大体上包括：1.调查失效事件的现场调查失效事件的现场 2.收集背景材料收集背景材料 3.深入研究分析深入研究分析 4.综合归纳所有信息并提出初步结论综合归纳所有信息并提出初步结论 5.重现性试验或证明试验重现性试验或证明试验 6.确定失效原因并提出建议措施确定失效原因并提出建议措施 7.写出分析报告等内容。写出分析报告等内容。.l l、现场调查、现场调查（1）保护现场）保护现场（2）查明事故发生的时间、地点及失效过程查明事故发生的时间、地点及失效过程（3）收集残骸碎片，标出相对位置，保护好断口收集残骸碎片，标出相对位置，保护好断口（4）选取进一步分析的试样选取

21、进一步分析的试样（5）询问目击者及其他有关人员能提供的有关情况）询问目击者及其他有关人员能提供的有关情况（6）写出现场调查报告）写出现场调查报告.（1）设备的自然情况）设备的自然情况（2）设备的运行记录）设备的运行记录（3）设备的维修历史情况设备的维修历史情况（4）设备失效的历史情况设备失效的历史情况（5）设计图纸及说明书，装配程序说明书，使用）设计图纸及说明书，装配程序说明书，使用 维护说明书维护说明书（6）材料选择及其依据）材料选择及其依据（7）设备主要零部件的生产流程）设备主要零部件的生产流程2.收集背景材料收集背景材料（8）质量检验报告及有关的规范和标准）质量检验报告及有关的规范和标准

22、.（1）材料的化学成）材料的化学成分分（2）材料的金相组织及硬）材料的金相组织及硬度度（3）常规力学性）常规力学性能能（4）主要零部件的几何参量及装配间）主要零部件的几何参量及装配间隙隙3.技术参量复验技术参量复验.4.深入分析研究深入分析研究 （1）失效产品的直观检查（变形，损伤情况，）失效产品的直观检查（变形，损伤情况，裂纹扩展，断裂源）裂纹扩展，断裂源）（2）断口的宏观分析及微观形貌分析（多用扫）断口的宏观分析及微观形貌分析（多用扫描电镜）描电镜）（3）无损探伤检查（涡流、着色、磁粉、同位）无损探伤检查（涡流、着色、磁粉、同位素、素、X射线、超声波等）射线、超声波等）（4）表面及界面成分

23、分析（俄歇能谱）表面及界面成分分析（俄歇能谱）（5）局部或微区成分分析（辉光光谱、能谱、）局部或微区成分分析（辉光光谱、能谱、电子探针）电子探针）（6）相结构分析（）相结构分析（X射线衍射法）射线衍射法）（7）断裂韧性检查，强度、韧性及刚度校核。）断裂韧性检查，强度、韧性及刚度校核。.（2 2）失效事件的调查结果）失效事件的调查结果 简明扼要地简明扼要地介绍失效介绍失效 部件的损坏情况。当时的环境部件的损坏情况。当时的环境条件及工况条件；当事人条件及工况条件；当事人 和目击者对失和目击者对失效事件的看法，失效部件的服役史、制造效事件的看法，失效部件的服役史、制造 史及有关的技术要求和标准。史及

24、有关的技术要求和标准。（1 1）概述）概述 首先介绍失效事件的自然首先介绍失效事件的自然情况；受何情况；受何 部门或单位的委托；分析的部门或单位的委托；分析的目的及要求；参加分析人目的及要求；参加分析人 员情况；起止员情况；起止时间等。时间等。机械产品的失效分析报告通常应包括的内容机械产品的失效分析报告通常应包括的内容.（3 3）分析结果）分析结果 为了寻找失效原因，采用何种方法为了寻找失效原因，采用何种方法和手段做了哪些分析工作、有何发现，按照认识的自然过和手段做了哪些分析工作、有何发现，按照认识的自然过程一步步地介绍清楚。对于断裂件的分析，断口的宏观和程一步步地介绍清楚。对于断裂件的分析，

25、断口的宏观和微观分析、材料的选择及冶金质量情况分析，力学性能及微观分析、材料的选择及冶金质量情况分析，力学性能及硬度的复检、制造工艺及服役条件的评价等分析内容通常硬度的复检、制造工艺及服役条件的评价等分析内容通常是不可缺少的是不可缺少的 （5 5）结论与建议）结论与建议 结论要准确，建议要具体、切实结论要准确，建议要具体、切实可行。写明遗留的问题、尚需进一步观察和验证的问题可行。写明遗留的问题、尚需进一步观察和验证的问题等。等。（4 4）问题讨论）问题讨论 必要时，对分析工作中出现的异常必要时，对分析工作中出现的异常情况、观点上的分歧、失效机理的看法等问题进行进一情况、观点上的分歧、失效机理的看法等问题进行进一步的分析讨论。步的分析讨论。.符号符号图图3.1 故障树符号故障树符号.