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(gè)學(xué)時(shí)，主要講3個(gè)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3187-82中定義：“失效（故障）”——產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能。對(duì)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(jī)理

2、和原因，提出預(yù)防再失效的對(duì)策的技術(shù)活動(dòng)和管理活動(dòng)。主要研究?jī)?nèi)容： 明確分析對(duì)象，確定失效模式，研究失效機(jī)理，判定失效原因，提出預(yù)防措施（包括設(shè)計(jì)改進(jìn)）。,理想目標(biāo)： “模式準(zhǔn)確，原因明確，機(jī)理清楚，措施得力，模擬再現(xiàn)，舉一反三”。,,（1）．模式準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)和參量，可分為一級(jí)失效模式、二級(jí)失效模式。模

3、式準(zhǔn)確，就是要將失效的性質(zhì)和類型判斷準(zhǔn)確，尤其要將一級(jí)失效模式和二級(jí)失效模式判斷準(zhǔn)確。,一級(jí)失效模式的分類如圖1所示。,（2）．原因明確,（3）.機(jī)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(jì)效益和社會(huì)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(jī)理來分類：,,,,,,,⑦污染 ⑧輻射損傷（輻射脆化、老化等）,（2）按機(jī)械失效時(shí)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(jìn)（漸變）失效、 間歇失效,（3）按機(jī)械失效的后果分類：,完全失效、 部分失效、 輕度失效、 危險(xiǎn)性（嚴(yán)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(duì)失效的研制品進(jìn)行的失效分析。④產(chǎn)品試用階段的失效分析——對(duì)失效的試用品進(jìn)行失效分析,,⑤定型產(chǎn)品使用階段的失效分析——對(duì)失效的定型產(chǎn)品進(jìn)行失效分析⑥修理品使用階段的失效分析——對(duì)失效的修

6、理品進(jìn)行失效分析,8．對(duì)失效分析人員的基本要求,（1）徹底的求實(shí)精神，在任何情況下都堅(jiān)持實(shí)事求是，要 用事實(shí)來說話，勇于堅(jiān)持真理，修正錯(cuò)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(jìn)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(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和較廣的知識(shí)面，工作能力要強(qiáng)，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(jī)械失效的規(guī)律（即宏觀表象特征和微觀過程機(jī)理）為理論依據(jù)，把通過調(diào)查、觀察和實(shí)驗(yàn)獲得的失效信息（失效對(duì)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(jī)結(jié)合起來作為一個(gè)統(tǒng)一整體進(jìn)行全過程考察，以獲取的客觀事實(shí)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(duì)象一般包括,①當(dāng)前失效件——在機(jī)械失效現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查獲得的失效件；②潛在失效件——在役或返修中的與當(dāng)前失效件相同型號(hào)的并且履歷相似的機(jī)件。③過去失效件——?dú)v史上曾發(fā)生過的與當(dāng)前失效件同一型號(hào)的類似失效件。,失效現(xiàn)象一般包括：,①機(jī)械失效現(xiàn)場(chǎng)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(shí)驗(yàn)室分解檢查觀察和實(shí)驗(yàn)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(yàn)時(shí)出現(xiàn)的有關(guān)

9、失效特征⑤文獻(xiàn)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(jī)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(dòng)、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(duì)象上取樣）十分有限，有時(shí)只允許一次取樣，一次測(cè)量或檢驗(yàn)。在分析程序上走錯(cuò)一步，就可能導(dǎo)致整個(gè)分析工作的失敗。,,

10、②機(jī)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(shí)也使專家們爭(zhēng)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(jī)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(shí)和觀察結(jié)果為基礎(chǔ)，作出假設(shè)，進(jìn)行推理，得出必要的結(jié)論，再通過補(bǔ)充調(diào)查和專門檢驗(yàn)以獲取新的事實(shí)，也就是說要擴(kuò)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(jī)械失效過程極的一些特點(diǎn),（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(jī)械失效原因的一些特點(diǎn),（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(shí)序性,6．失效分析思考途徑的方向,（1）機(jī)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(diǎn),7．幾種典型的失效分析思路,（1）“撒大網(wǎng)”逐個(gè)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(jī)械設(shè)備系統(tǒng)、材料、制造工藝、環(huán)境和管理六個(gè)方面去尋找。這就是5M1E[Man（人）、Machine（機(jī)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(jī)械問題，則以設(shè)備制造全過程為一系統(tǒng)進(jìn)行分析，即對(duì)機(jī)械經(jīng)歷的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、選材、機(jī)械加工、熱處理、二次精加工、裝配、調(diào)試等制作工序逐個(gè)進(jìn)行分析，逐個(gè)因素排除。列出了包括設(shè)計(jì)不當(dāng)、材料和冶金缺陷、熱處理不當(dāng)、再加工缺陷、裝配檢驗(yàn)中的問題、使用和維護(hù)不當(dāng)、環(huán)境損傷等11個(gè)方面，含有可能引起的機(jī)械失效的121個(gè)主要因素。,“撒大網(wǎng)”逐個(gè)因素排除的思路 ,在失效分析中難以應(yīng)用，因?yàn)椋?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(shí)際因素；,,③往往在人力、物力、財(cái)力和時(shí)間方面也不允許這么做；④如果編的網(wǎng)本身有漏洞，也會(huì)帶來麻煩。⑤“撒大網(wǎng)”的思路主要是尋找機(jī)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(shí)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(dá)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(jì)算復(fù)雜系統(tǒng)的故障概率及其他的可靠性參數(shù)，進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)。,故障樹的建造是FTA的關(guān)鍵。建樹方法簡(jiǎn)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(dāng)?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(gè)前提條件：,①頂事件要選準(zhǔn)，也就是說失效事故故障模式首先要判斷準(zhǔn)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(shí)質(zhì)上是一棵直接原因樹。,,③下層事件對(duì)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(duì)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(shí)要首先求出各基本事件發(fā)生概率，才有可能計(jì)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(cuò)漏，因此，在實(shí)際失效分析中一般不宜采用FTA，也沒有必要采用FTA。,,實(shí)際機(jī)械失效的機(jī)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(yàn)手段和鑒定是難以發(fā)現(xiàn)（如成分不合格、強(qiáng)度超差、冶金缺陷、滲層太薄、微動(dòng)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(yùn)用，把整個(gè)失效過程用邏輯樹圖形進(jìn)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(shí)推出未知的知識(shí)，也就是從一個(gè)或幾個(gè)已知的判斷，推出另一個(gè)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(rèn)識(shí)失效事件的反映形式②推理是一種失效分析中一個(gè)重要的理性認(rèn)識(shí)階段③推理可在失效分析的各個(gè)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(shí)的失效信息事實(shí)為前提，根據(jù)已知的機(jī)械失效規(guī)律性的（理論的）知識(shí)和已知的判斷，通過嚴(yán)密的、完整的邏輯思考，推斷出機(jī)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?cè)谑Х治鲋械闹饔^能動(dòng)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(cè)試、檢查（1）檢查化學(xué)成分（2）無損檢測(cè)（3）低倍檢驗(yàn)（4）高倍金相檢驗(yàn),,（5）力學(xué)性能檢查（6）斷口分析（7）模擬試驗(yàn)3.歸納、分析4.寫出有建議的分析報(bào)告,汽車前軸梁裂紋分析,失效件：前軸梁 材質(zhì)牌號(hào)：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(yàn)結(jié)果,1.低倍檢驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)的要求的 該失效件的材質(zhì)是好的,3.高倍的檢驗(yàn)

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(jí)（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(yàn)結(jié)果,宏觀斷口：分3個(gè)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(yán)重?zé)o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(shí)間太長(zhǎng)所致,6.分析結(jié)論,該前軸梁失效件裂紋是淬火冷卻時(shí)間太長(zhǎng)而產(chǎn)生的淬火裂紋。,某活頁(yè)鍛件裂紋原因分析,失效件：成都某公司生產(chǎn)的活頁(yè)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(yè)鍛件外貌,主要試驗(yàn)結(jié)果,1.低倍 有大量的、細(xì)小的蠕蟲狀裂紋 具有白點(diǎn)裂紋,,活頁(yè)鍛件低倍組織與裂紋,,2.宏觀斷口 大量銀白色橢圓形斑點(diǎn) 是極具典型白點(diǎn)斷口特征,活頁(yè)鍛件斷口宏觀形貌,,說明：（1）超探時(shí)未發(fā)現(xiàn)缺陷，是因?yàn)樘絺麡?biāo)準(zhǔn)太低（φ8當(dāng)量也算合格），故無法探出白點(diǎn)缺陷；（2）鍛件采用加工成型，鍛件表面剛