失效分析

失效分析是一門發(fā)展中的新興學(xué)科，近年開始從軍工向普通企業(yè)普及。它一般根據(jù)失效模式和現(xiàn)象，通過分析和驗(yàn)證，模擬重現(xiàn)失效的現(xiàn)象，找出失效的原因，挖掘出失效的機(jī)理的活動(dòng)。在提高產(chǎn)品質(zhì)量，技術(shù)開發(fā)、改進(jìn)，產(chǎn)品修復(fù)及仲裁失效事故等方面具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。其方法分為有損分析，無損分析，物理分析，化學(xué)分析等。

早期失效率高的原因是產(chǎn)品中存在不合格的部件；晚期失效率高的原因是產(chǎn)品部件經(jīng)長期使用后進(jìn)入失效期。機(jī)械產(chǎn)品中的磨合、電子元器件的老化篩選等就是根據(jù)這種失效規(guī)律而制定的保證可靠性的措施。失效按其工程含義分為暫失效和永遠(yuǎn)失效、突然失效和漸變失效，按經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)分為正常損耗失效、本質(zhì)缺陷失效、誤用失效和超負(fù)荷失效。產(chǎn)品的種類和狀態(tài)繁多，失效的形式也千差萬別。因此對失效分析難以規(guī)定統(tǒng)一的模式。失效分析可分為整機(jī)失效分析和零部件殘骸失效分析，也可按產(chǎn)品發(fā)展階段、失效場合、分析目的進(jìn)行失效分析。失效分析的工作程序通常分為明確要求，調(diào)查研究，分析失效機(jī)制和提出對策等階段。失效分析的核心是失效機(jī)制的分析和揭示。

原理：

失效機(jī)制是導(dǎo)致零件、元器件和材料失效的物理或化學(xué)過程。此過程的誘發(fā)因素有內(nèi)部的和外部的。在研究失效機(jī)制時(shí)，通常先從外部誘發(fā)因素和失效表現(xiàn)形式入手，進(jìn)而再研究較隱蔽的內(nèi)在因素。在研究批量性失效規(guī)律時(shí)，常用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，構(gòu)成表示失效機(jī)制、失效方式或失效部位與失效頻度、失效百分比或失效經(jīng)濟(jì)損失之間關(guān)系的排列圖或帕雷托圖，以找出必須首先解決的主要失效機(jī)制、方位和部位。任一產(chǎn)品或系統(tǒng)的構(gòu)成都是有層次的，失效原因也具有層次性，如系統(tǒng)－單機(jī)－部件（組件）－零件（元件）－材料。上一層次的失效原因即是下一層次的失效現(xiàn)象。越是低層次的失效現(xiàn)象，就越是本質(zhì)的失效原因。

基本概念：

1.1 失效和失效分析

產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能稱為失效。

判斷失效的模式，查找失效原因和機(jī)理，提出預(yù)防再失效的對策的技術(shù)活動(dòng)和管理活動(dòng)稱為失效分析。

1.2 失效和事故

失效與事故是緊密相關(guān)的兩個(gè)范疇，事故強(qiáng)調(diào)的是后果，即造成的損失和危害，而失效強(qiáng)調(diào)的是機(jī)械產(chǎn)品本身的功能狀態(tài)。失效和事故常常有一定的因果關(guān)系，但兩者沒有必然的聯(lián)系。

1.3 失效和可靠

失效是可靠的反義詞。機(jī)電產(chǎn)品的可靠度R(t)是指時(shí)間t內(nèi)還能滿足規(guī)定功能產(chǎn)品的比率，即n(t)/n(0),n(t)為時(shí)間t內(nèi)滿足規(guī)定功能產(chǎn)品的數(shù)量，n(0)為產(chǎn)品試驗(yàn)總數(shù)量。累積失效概率F(t)就是時(shí)間t內(nèi)的不可靠度，即F(t)=1-R(t)=[n(0)-n(t)]/n(0)。

1.4 失效件和廢品

失效件是指進(jìn)入商品流通領(lǐng)域后發(fā)生故障的零件，而廢品則是指進(jìn)入商品流通領(lǐng)域前發(fā)生質(zhì)量問題的零件。廢品分析采用的方法常與失效分析方法一致。

1.5 失效學(xué)

研究機(jī)電產(chǎn)品失效的診斷、預(yù)測和預(yù)防理論、技術(shù)和方法的交叉綜合的分支學(xué)科。失效學(xué)與相關(guān)學(xué)科的邊界還不夠明確，它是一個(gè)發(fā)展中的新興學(xué)科。

分類：

2.1 按功能分類

由失效的定義可知，失效的判據(jù)是看規(guī)定的功能是否喪失。因此，失效的分類可以按功能進(jìn)行分類。例如，按不同材料的規(guī)定功能可以用各種材料缺陷（包括成分、性能、組織、表面完整性、品種、規(guī)格等方面）來劃分材料失效的類型。對機(jī)械產(chǎn)品可按照其相應(yīng)規(guī)定功能來分類。

2.2 按材料損傷機(jī)理分類

根據(jù)機(jī)械失效過程中材料發(fā)生變化的物理、化學(xué)的本質(zhì)機(jī)理不同和過程特征差異,

2.3 按機(jī)械失效的時(shí)間特征分類

⑴早期失效 可分為偶然早期失效和耗損期失效。

⑵突發(fā)失效 可分為漸進(jìn)（漸變）失效和間歇失效。

2.4 按機(jī)械失效的后果分類

⑴部分失效

⑵全部失效

⑶輕度失效

⑷危險(xiǎn)性（嚴(yán)重）失效

⑸災(zāi)難性（致命）失效

失效分析的分類一般按分析的目的不同可分為：

⑴ 狹義的失效分析：主要目的在于找出引起產(chǎn)品失效的直接原因。

⑵廣義的失效分析：不僅要找出引起產(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)。

⑶新品研制階段的失效分析：對失效的研制品進(jìn)行失效分析。

⑷產(chǎn)品試用階段的失效分析：對失效的試用品進(jìn)行失效分析。

⑸定型產(chǎn)品使用階段的失效分析：對失效的定型產(chǎn)品進(jìn)行失效分析。

⑹修理品使用階段的失效分析：對失效的修理品進(jìn)行失效分析。

意義：

產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)的生命線。提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長零部件的使用壽命，是企業(yè)的立足之本。

零件失效分析意義：

1.減少和預(yù)防同類機(jī)械零件的失效現(xiàn)象重復(fù)發(fā)生，保障產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品競爭力。

2.分析機(jī)械零件失效原因，為事故責(zé)任認(rèn)定、偵破刑事案件、裁定賠償責(zé)任、保險(xiǎn)業(yè)務(wù)、修改產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等提供科學(xué)依據(jù)。

3.為企業(yè)技術(shù)開發(fā)、技術(shù)改造提供信息，增加企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)含量，從而獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

分析步驟：

一、事故調(diào)查

1.現(xiàn)場調(diào)查

2.失效件的收集

3.走訪當(dāng)事人和目擊者

二、資料搜集

1.設(shè)計(jì)資料：機(jī)械設(shè)計(jì)資料，零件圖

2.材料資料：原材料檢測記錄

3.工藝資料：加工工藝流程卡、裝配圖

4.使用資料：維修記錄，使用記錄等

三、失效分析工作流程

1.失效機(jī)械的結(jié)構(gòu)分析

失效件與相關(guān)件的相互關(guān)系，載荷形式、受力方向的初步確定

2.失效件的粗視分析

用眼睛或者放大鏡觀察失效零件，粗略判斷失效類型（性質(zhì)）。

3.失效件的微觀分析

用金相顯微鏡、電子顯微鏡觀察失效零件的微觀形貌，分析失效類型（性質(zhì)）和原因。

4.失效件材料的成分分析

用光譜儀、能譜儀等現(xiàn)代分析儀器，測定失效件材料的化學(xué)成分。

5.失效件材料的力學(xué)性能檢測

用拉伸試驗(yàn)機(jī)、彎曲試驗(yàn)機(jī)、沖擊試驗(yàn)機(jī)、硬度試驗(yàn)機(jī)等測定材料的抗拉強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊韌度、硬度等力學(xué)性能。

6.應(yīng)力測試、測定：用x光應(yīng)力測定儀測定應(yīng)力

用x光應(yīng)力測定儀測定應(yīng)力

7.失效件材料的組成相分析

用x光結(jié)構(gòu)分析儀分析失效件材料的組成相。

8.模擬試驗(yàn)（必要時(shí)）

在同樣工況下進(jìn)行試驗(yàn)，或者在模擬工況下進(jìn)行試驗(yàn)。

四、分析結(jié)果提交

1.提出失效性質(zhì)、失效原因

2.提出預(yù)防措施（建議）

3.提交失效分析報(bào)告