零件失效分析失效分析思路程序及基本技能ppt課件

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第3章 失效分析的思路、程序和基本技能,? 失效分析思路與方法 ? 失效分析的程序與步驟 ? 失效件的保護、取樣及試樣清洗、保存 ? 常規(guī)測試技術(shù) ? 失效分析的幾種基本技能,1. 失效分析思路與方法,? 失效分析思路的重要性,? 失效分析思路的方向性及基本原則,? 失效分析的主要思路（重點）,? 失效分析思路的重要性,? 失效分析與常規(guī)研究工作有所不同,分析結(jié)論要正確無誤，改進措施要切實可行,,,失效分析任務(wù)繁重、時間緊迫,后果嚴重、涉及面廣,? 一果多因使失效分析的中間過程縱橫交錯、 頭緒萬千，正確思路的指導(dǎo)有利于確定分析 方向、明確分析范圍、推斷失效過程。,? 失效分析思路的重要性,? 失效分析的關(guān)鍵性試樣十分有限，只容許一次取 樣，一次觀察和測量。在分析程序上走錯一步， 可能導(dǎo)致整個分析的失敗。,? 失效分析思路的重要性,失效分析思路：,綜合分析調(diào)查、觀察、檢測和實驗獲得的失效信息以獲取的客觀事實為證據(jù)，全面應(yīng)用推理的方法，判斷失效模式，推斷失效原因。,失效分析思路貫穿在整個失效分析過程中。,理論依據(jù)：裝備構(gòu)件失效的規(guī)律,,? 失效分析思路的方向性及基本原則,? 失效分析思路方向的多種選擇,順藤摸瓜、順藤找根、順瓜摸藤、順根摸藤,順瓜摸藤+順藤找根、順根摸藤+順藤摸瓜、 順藤摸瓜+順藤找根,? 失效分析思路的方向性及基本原則,基本原則,,整體觀念原則,從現(xiàn)象到本質(zhì)的原則,動態(tài)原則,一分為二原則,立體性原則,? 失效分析思路的方向性及基本原則,具體方法,,系統(tǒng)方法,抓主要矛盾方法,比較方法,歷史方法,邏輯方法,? 失效分析的主要思路,? 失效分析的主要思路,? “撒大網(wǎng)”逐個因素排除的思路,? 殘骸分析法,? 失效樹分析法,? “撒大網(wǎng)”逐個因素排除的思路,5M1E,Man,Machine,Material,Method,Management,Environment,,,不安全行為,人的局限性,,載荷,,腐蝕介質(zhì),,溫度,,材料的選擇,,結(jié)構(gòu)設(shè)計,,加工制造水平,,安裝運輸保護,,冶金質(zhì)量,,熱加工工藝,,冷加工工藝,,作業(yè)程序,,維修保養(yǎng)制度,優(yōu)點：,缺點：,? “撒大網(wǎng)”逐個因素排除的思路,面面俱到，懷疑一切，不放過任何一個可疑點。,工作量較大。,“撒大網(wǎng)”分析法多應(yīng)用于重要失效事故的分析和軍事部門，在一般實際應(yīng)用中應(yīng)有所側(cè)重。,? 殘骸分析法,殘骸分析法：從物理、化學的角度對失效零件進行 分析的方法。,線索來源,,服役條件,斷口特征,失效的抗力指標,零件的服役條件,零件的失效分析,主要的失效抗力指標,主要的失效抗力指標與 成分、組織、狀態(tài)的關(guān)系,提高失效抗力指標途徑 形成試驗方案,,實驗室試驗 選擇最佳的材料和工藝,使用考驗,力學計算 應(yīng)力分析,結(jié)構(gòu)改進,臺架模擬試驗,材料工藝 改進,以失效抗力指標為線索的失效分析思路示意圖,,,,,,,,,,,,,,,,,,14,舉例：熱鍛模具淬火斷裂的失效分析,現(xiàn)場調(diào)查：某廠用3Cr2W8V鋼制熱鍛模具，鍛造材料為25鋼的齒狀零件。模具加工時，發(fā)現(xiàn)其硬度較高，為了便于加工，將模具進行過一次降低硬度退火，但溫度和時間已無紀錄。加工后的模具在淬火過程中聽到模具開裂聲音，隨即停止冷卻，并放在630℃回火爐中回火，回火時裂紋繼續(xù)擴展使模具成為多個碎塊。由于發(fā)現(xiàn)模具開裂，中止繼續(xù)回火。,初步判斷：,可能原因,,材料化學成分錯誤,加熱溫度過高,原始材料組織有缺陷,建立具體的分析思路和工作程序,,材質(zhì)分析,力學性能分析,分析論證開裂原因,斷口分析,結(jié)論,顯微組織分析,舉例：汽車輪轂緊固螺栓斷裂事故分析,現(xiàn)場信息調(diào)查：汽車輪轂緊固螺栓是汽車上至關(guān)重要的零件，如果該零件出現(xiàn)問題，輕則造成交通事故，重則造成車毀人亡，后果嚴重。某廠生產(chǎn)的汽車的左后輪緊固螺栓全部斷裂，5個螺栓中有4個螺栓斷裂前出現(xiàn)彎曲和扭轉(zhuǎn)，1個螺栓被剪切，造成了車禍，該廠緊急召回了廢車對其事故進行分析。,初步判斷：,可能原因,,螺栓的力學性能不夠,結(jié)構(gòu)和裝配問題,建立具體的分析思路和工作程序,,材質(zhì)分析（材料成分、顯微組織）,力學性能分析（工況、緊固、強度）,分析論證開裂原因,斷口分析（形貌）,結(jié)論,系統(tǒng)工程分析法,,失效樹分析（FTA法）,管理失誤與風險樹分析（MORT法）,事件樹分析（ETA法）,…,失效模式及效應(yīng)分析（FMEA法）,? 失效樹分析法,失效樹分析（Failure Tree Analysis）,1960’s 由美國貝爾研究所首先用于導(dǎo)彈的控制系統(tǒng) 設(shè)計上，預(yù)測導(dǎo)彈發(fā)射的隨機失效概率。,1974年 美國原子能管理委員會主要采用失效樹分析 商用原子反應(yīng)堆安全性的Wash-1400報告。,FTA法在國外被公認為是對復(fù)雜安全性、可靠性分析的一種好方法。,失效樹分析法：在系統(tǒng)設(shè)計過程中，通過對可能造成系統(tǒng)失效的各種因素（包括軟件、硬件、環(huán)境、人為因素等）進行分析，畫出邏輯框圖（即失效樹），從而確定系統(tǒng)失效原因的各種可能的組合方式或發(fā)生概率，以計算系統(tǒng)失效概率，采取相應(yīng)的糾正措施，以提高系統(tǒng)可靠性的一種設(shè)計分析方法。,特點,,靈活性,圖形演繹的方法,定性+定量,FTA法的步驟,失效樹的建造,失效樹的定性分析,失效樹的定量分析,基本事件的重要度分析,,,,失效分析的關(guān)鍵,砂輪傷害事故的失效樹圖,,啟動過急,“頂事件”：系統(tǒng)不希望發(fā)生的失效狀態(tài)作為失效分析的目標； “中間事件”：導(dǎo)致這一失效發(fā)生的所有可能的直接原因； “底事件”：導(dǎo)致每一個中間事件發(fā)生的所有可能的原因； 順序漸進，直至追蹤到對被分析對象來說是一種基本原因為止。,基本概念：,事件符號： 頂上事件、中間事件符號，需要進一步 往下分析的事件； 基本事件符號，不能再往下分析的事件； 正常事件符號，正常情況下存在的事件； 省略事件，不能或不需要向下分析的事件；,,,,失效樹所用符號,或門，表示B1或B2任一事件單獨發(fā)生（輸入）時，A事件都可以發(fā)生（輸出）； 與門，表示B1、B2兩個事件同時發(fā)生（輸入）時，A事件才能發(fā)生（輸出）；,邏輯門符號,失效樹所用符號,條件或門，表示B1或B2任一事件單獨發(fā)生（輸入）時，還必須滿足條件a，A事件才發(fā)生（輸出）； 條件與門，表示B1、B2兩個事件同時發(fā)生（輸入）時，還必須滿足條件a，A事件才發(fā)生（輸出）； 限制門，表示B事件發(fā)生（輸入）且滿足條件a時，A事件才能發(fā)生（輸出）。,失效樹所用符號,失效樹的建立,鉆柱失效樹模型,29,2. 失效分析的程序與步驟,美國的Brooks失效分析程序和ASM失效分析程序,（一）失效情況的描述 以技術(shù)文件的形式記述失效的歷史情況。如失效的特征過程、失效件的原設(shè)計要求以及失效件的使用情況和環(huán)境。特別是有關(guān)的照片資料和多媒體資料。,（二）裸眼觀察 失效件失效后的總體形貌應(yīng)記入上述文件，而且必須進行斷口表面或其他重要的失效特征的保護，不得造成損害。,2. 失效分析的程序與步驟,（三）機械設(shè)計分析（應(yīng)力分析） 當失效件是重要的承重構(gòu)件時，應(yīng)進行強度分析（應(yīng)力分析），正確評估其承載能力或其他力學性能。這有助于確定失效件是否具有足夠的尺寸和合適的形狀，以滿足設(shè)計要求，從而可能找出失效的原因。,（四）化學成分設(shè)計分析 據(jù)此可考察材料的力學性能、工藝性能和抗腐蝕性能。,2. 失效分析的程序與步驟,（五）制造過程及其各工藝環(huán)節(jié)分析 錯誤的加工工藝過程往往是導(dǎo)致失效的主要原因，如不合格的原材料、各種熱加工工藝的錯誤和機加工、磨削的錯誤等等。,（六）宏觀斷口形貌檢查 在裸眼和低倍放大下檢查斷口表面時，往往可以發(fā)現(xiàn)明顯的形貌特征，可按照斷裂特征和載荷性質(zhì)之間的關(guān)系來推斷斷裂的模式。,2. 失效分析的程序與步驟,（七）微觀斷口分析 包括斷口顯微形貌（斷口組織）試驗和局部化學成分試驗，以此確定斷裂機理。通常都是采用電子顯微鏡分析。,（八）金相檢驗 金相試樣的制備需在失效件上切片，這可能要求有關(guān)各方在切片前取得一致。金相檢驗材料的顯微組織，有助于確認熱處理的質(zhì)量情況，為失效原因提供證據(jù)。,2. 失效分析的程序與步驟,（九）性能檢驗 性能檢驗是與設(shè)計所對應(yīng)的性能試驗，這種確定性能的試驗通常是破壞性試驗。在不允許對失效件做破壞性取樣時，可以用硬度試驗來推斷其力學性能，如屈服強度等。,（十）失效分析 模擬失效原因，制作與失效件相同的構(gòu)件，使之在設(shè)計要求的真實工況下運行。這是非常昂貴但卻可信的試驗，只有在特殊需要下才做。,2. 失效分析的程序與步驟,? 接受任務(wù)明確目的和要求,? 調(diào)查現(xiàn)場及收集背景資料,? 失效件的觀察、檢測和試驗,? 確定失效原因并提出改進措施,? 調(diào)查現(xiàn)場及收集背景資料,? 現(xiàn)場失效信息的收集、保留與記錄,,,,已經(jīng)確認能反映失效事故的過程和起因的現(xiàn)象和物質(zhì),估計可能用得著的物質(zhì)和值得進一步分析的現(xiàn)象,滿足的條件：,,全面、三維地、定量地反映失效后的現(xiàn)場,反映裝備或零部件失效先后順序的各種跡象,反映失效機理的各種現(xiàn)象,記錄的方法：攝影、錄像、筆記、畫草圖等。,舉例：某食品化工廠在生產(chǎn)1號食品添加劑時發(fā)生爆炸事故。其不銹鋼旋轉(zhuǎn)容器由兩段圓筒以互為一定角度的V形焊接連接而成。旋轉(zhuǎn)軸為兩段短的水平軸，與渦輪減速器連接。,怎么做？,? 做出失效現(xiàn)場的草圖，在其中標出坐標的空間尺度；,? 將裝備的所有殘骸、碎片的散落地點用坐標注在草圖上，并收集、清點、編號；,? 記錄并測量斷裂區(qū)的塑性變形、斷口角度和紋理、顏色、光澤等能反映斷裂時的受力情況、變形和斷裂發(fā)展過程的各種現(xiàn)象，繪出裂紋擴展方向圖；,? 收集與失效有關(guān)的物質(zhì)，如氣氛、物料粉塵、飛濺物、反應(yīng)物，并注意機械劃傷、污染吸附等痕跡；,? 殘骸的重要關(guān)鍵性部位，供實驗室分析用；,? 清理現(xiàn)場時將編號的無用殘骸有秩序地堆放在避風雨的地方暫存、備用；,? 調(diào)查、訪問和背景資料的收集,? 裝備的工作原理及運行技術(shù)數(shù)據(jù)和有關(guān)的規(guī)程、 標準；,? 設(shè)計的原始依據(jù)；,? 選材的依據(jù)；,? 使用材料的牌號、性能指標、質(zhì)量保證書、供應(yīng) 狀態(tài)、驗收記錄、供應(yīng)廠家、出廠時間等；,? 加工、制造、裝配的技術(shù)文件；,? 運行記錄；,? 操作維修記錄；,? 涉及合同、法律責任或經(jīng)濟責任，需查閱來往 文件和信函；,? 失效件的觀察、檢測和試驗,觀察,,宏觀,微觀,檢測,,化學成分分析,性能測試,組織結(jié)構(gòu)分析,無損檢測,應(yīng)力測試及計算,模擬試驗,? 確定失效原因并提出改進措施,總結(jié)報告,,失效過程的描述,失效類型的分析和規(guī)模的估計,現(xiàn)場記錄和單項試驗記錄計算的結(jié)果,失效原因,處理意見,對安全性維護的建議,最重要知識和經(jīng)驗的總結(jié),3. 失效件的保護、取樣及試樣清洗、保存,失效件的保護,,斷口保護,,機械損傷,化學損傷,,斷口脆弱,,顯微形貌特征的消失或破壞,在裂紋打開、切割斷口時要以保持斷口原貌為原則；,在搬運斷口時，最好在斷口表面覆蓋一層柔軟的布或棉花加以保護；,用緩和干燥的壓縮空氣輕輕吹干斷口表面，并將試樣放在干燥器、真空儲存室中或用合適的干燥劑把試樣封裝起來；,使用防腐蝕的表面涂料（防銹漆、醋酸纖維丙酮溶液等）；,措施：,失效件的清理,? 干燥氣流或有機纖維軟刷子；,? 有機溶劑及超聲清洗；,? 醋酸纖維素復(fù)膜處理；,? 水基洗滌劑清理；,? 陰極清理；,? 化學侵蝕清理；,先判斷后清理，先表面后內(nèi)層，盡量采用物理方法清理而少用化學方法。,4. 常規(guī)測試技術(shù),測試技術(shù)選用原則,,可信性,可能性,有效性,經(jīng)濟性,主要的測試技術(shù),,化學成分分析,組織結(jié)構(gòu)分析,力學性能測試,無損檢測,物化性能測試,化學成分分析,? 化學分析法,? 光譜分析,? 微區(qū)化學成分分析,,,X射線熒光光譜分析（XFS）,X射線光電子能譜分析（XPS）,原子發(fā)射光譜分析（AES）,原子吸收光譜分析（AAS）,電子探針X射線顯微分析,俄歇電子能譜分析,類金剛石鍍層表面的C1s峰譜圖,X射線光電子能譜分析（XPS）,? 點分析,固定試樣感興趣的點，進行定性或半定量分析。該方法用于顯微結(jié)構(gòu)的成分分析，例如，對材料晶界、夾雜、析出相、沉淀物、奇異相及非化學計量材料的組成等研究。,能譜分析（EDS）,? 線分析,電子束沿一條分析線進行掃描(或試樣掃描)時，能獲得元素含量變化的線分布曲線。如果和試樣形貌像(二次電子像或背散射電子像)對照分析,能直觀地獲得元素在不同相或區(qū)域內(nèi)的分布。,Fe-Cr-Ni-B-Si-C等離子束表面冶金涂層中溶質(zhì)元素的分布,? 面分析,將電子束在試樣表面掃描時，元素在試樣表面的分布能以亮度分布顯示出來（定性分析）。,Cr,V,Nb,Ni,Si,Ti,Fe-Cr-V-Ti-Ni-Nb-Si-B-C系表面冶金涂層時效組織的成分面掃描,EPMA,組織結(jié)構(gòu)分析,? 光學顯微分析（OM）,? 掃描電鏡分析（SEM）,? 透射電鏡分析（TEM）,? X射線衍射分析（XRD）,Ni-Cr合金的鑄造組織,OM,SEM,剛玉經(jīng)5%HF腐蝕后評定晶粒大小,場發(fā)射掃描電鏡,云母的表面原子陣列,掃描探針顯微鏡（SPM）,TEM,,,理學D/max 2000自動X射線儀,XRD,,等離子束表面冶金原位Fe-Cr-V-Ti-Ni-Nb-Si-B-C系涂層的X射線衍射結(jié)果,力學性能測試,? 拉伸試驗,? 沖擊試驗,? 硬度試驗,? 磨損試驗,? 斷裂試驗,? 疲勞試驗,無損檢測 (Nondestructive Testing, NDT),無損檢測診斷技術(shù)是一門新興的綜合性應(yīng)用學科。它是在不損傷被檢測對象的條件下，利用材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)異?；蛉毕荽嬖谒鸬膶帷⒙?、光、電、磁等反應(yīng)的變化，來探測各種工程材料、零部件等內(nèi)部和表面缺陷，并對缺陷的類型、性質(zhì)、數(shù)量、形狀、位置、尺寸、分布及其變化作出判斷和評價。,常規(guī)無損檢測技術(shù),,射線檢測,超聲波檢測,渦流檢測,滲透檢測,磁粉檢測,其他常用無損檢測技術(shù),,聲發(fā)射檢測,噪聲檢測,激光檢測,微波檢測,目視檢測,工業(yè)CT檢測,? 超聲檢測診斷( Ultrasonic Testing, UT ) 超聲波與被檢工件相互作用，根據(jù)超聲波的反射、透射和散射的行為，對被檢工件進行缺陷檢測、幾何特性測量。,常用方法,在傳播路徑上如果遇到一個細小的缺陷，如氣孔、裂紋等，在金屬與空氣相接觸的界面上就會發(fā)生反射，且能量被明顯地衰減。,? 利用縱波，可以檢驗幾何形狀簡單物體的內(nèi)部缺陷。,? 利用橫波可以探測管件、桿件和其他幾何外形較復(fù)雜零件的缺陷。在同樣工作頻率下，橫波探傷的分辨率要比縱波幾乎高1倍。,? 表面波沿著零件表面?zhèn)鞑?，可用來測量零件表面的裂紋和缺陷。,主要方法,,共振法：檢測工件的厚度,穿透法：操作簡單，靈敏度低,脈沖反射法：應(yīng)用最廣,直接接觸法：聲能損失小，探頭磨損大,液侵法：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,缺陷脈沖回波法示意圖,發(fā)射脈沖T,發(fā)射脈沖T,底面回波B,底面回波B,缺陷回波F,探頭,,,焊縫超聲反射法檢測原理,設(shè)備：超聲探傷儀、探頭、耦合劑及 對比（標準）試塊； 用途：檢測鍛件的裂紋、分層、夾雜，焊縫中的裂紋、氣孔、夾渣、未熔合、未焊透，型材的裂紋、分層、夾雜、折疊，鑄件中的縮孔、氣泡、熱裂、冷裂、疏松、夾渣等缺陷及厚度測定。 優(yōu)點：對平面型缺陷十分敏感，一經(jīng)探傷便知結(jié)果；易于攜帶；穿透力強。 局限性：要求被檢表面光滑，難于探測出細小裂紋；要有參考標準，為解釋信號，要求檢驗人員有較高的素質(zhì)；不適用于形狀復(fù)雜或表面粗糙的工作。,熱交換器焊縫的超聲檢驗,水輪發(fā)電機組大軸的超聲檢驗,應(yīng)用：,X射線檢測原理示意圖,缺陷,射線衰減的能量與厚度有關(guān),,,射線檢測,? X射線檢測診斷 ( X Radiographic Testing ) ? γ射線檢測診斷 (γ Radiographic Testing ) 設(shè)備：X（γ）射線源(機)和電源，底片夾、膠片，射線鉛屏蔽，膠片處理設(shè)備，底片觀察光源，曝光設(shè)備以及輻射監(jiān)控設(shè)備等。 用途：檢測焊縫未焊透、氣孔、夾渣，鑄件中的縮孔、氣孔、疏松、熱裂等，并能確定缺陷的位置、大小及種類； 優(yōu)點：功率可調(diào)，照相質(zhì)量比γ射線高，可永久記錄。 局限性：射線檢測設(shè)備一次投資大，不易攜帶，有放射危險，要有素質(zhì)高的操作和評片人員。,? 渦流檢測診斷( Eddy Current Testing, ET ) 設(shè)備：渦流探傷儀和標準試塊。 用途：檢測導(dǎo)電材料表面和近表面的裂紋、夾雜、折疊、凹坑、疏松等缺陷，并能確定缺陷位置和相對尺寸。 優(yōu)點：經(jīng)濟、簡便，可自動對準工件探傷，不需耦合，探頭不接觸試件。 局限性：僅限于導(dǎo)體材料，穿透淺，要有參考標準，難以判斷缺陷種類，不適用于非導(dǎo)電材料。,? 液體滲透檢測診斷 ( Liquid penetrant testing, PT ) 利用某些液體對狹窄縫隙的滲透性及其毛細現(xiàn)象來探測表面缺陷。,預(yù)清洗,,去除表面多 余的滲透液,滲透,干燥,顯像,檢驗,,,,,設(shè)備：熒光或著色滲透液，顯像液，清洗劑(溶劑、乳化劑)及清潔裝置。如果用熒光著色，則需紫外光源。 用途：適用于確定材料或工件的表面開口的不連續(xù)，如重疊、折疊、裂紋(龜裂)、孔洞和裂縫等的位置。 優(yōu)點：對所有的材料都適用；設(shè)備輕便，投資相對較少；探傷簡便，結(jié)果易解釋。 局限性：涂料、污垢及涂覆金屬等表面層會掩蓋缺陷，探傷前后必須清潔工件；難以確定缺陷的深度；不適用于疏松的多孔性材料。,? 磁粉檢測診斷( Magnetic Particle Testing, MT ) 鐵磁性材料被磁化后，由于工件上存在不連續(xù)性，表面及近表面的磁力線發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場，吸附施加在表面的磁粉，在合適的光照條件下形成可見的磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的大小、位置、形狀和嚴重程度。,缺陷處的磁粉聚集,設(shè)備：磁頭，軛鐵，線圈，電源及磁粉。 用途：檢測鐵磁性材料和工件表面或近表面的裂紋、折 疊、夾層、夾渣等，并能確定缺陷的位置、大小和形狀。 優(yōu)點：簡單、操作方便，速度快，靈敏度高。 局限性：限于鐵磁材料，探傷前必須清潔工件，某些應(yīng)用要求探傷后給工件退磁，難以確定缺陷深度，不適用于非鐵磁性材料。,? 聲發(fā)射檢測診斷 ( Acoustic Emission Testing, AE ),聲發(fā)射是物體受外部條件作用使其狀態(tài)發(fā)生改變而釋放出來的一種瞬時彈性波，以釋放應(yīng)變能的現(xiàn)象。,具備的條件,,材料要受外載作用,材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)或缺陷要發(fā)生變化,充壓系統(tǒng)的泄漏、材料的屈服過程、機械噪聲都是連續(xù)型聲發(fā)射信號。特點是：波幅沒有大的起伏，發(fā)射頻度高能量小。,材料中裂紋產(chǎn)生和擴展，會產(chǎn)生突發(fā)型聲發(fā)射信號。為脈沖波形，峰值很大，但衰減很快。,突發(fā)型,連續(xù)型,設(shè)備：聲發(fā)射傳感器、放大電路、信號處理電路及聲發(fā) 射信號分析系統(tǒng)。 用途：檢測構(gòu)件的動態(tài)裂紋、裂紋萌生及裂紋生長率等。 優(yōu)點：實時并連續(xù)、動態(tài)監(jiān)控探測，裝置較輕便。 局限性：傳感器與試件耦合應(yīng)良好，試件必須處于應(yīng)力狀態(tài)，延性材料產(chǎn)生低幅值聲發(fā)射，噪聲不得進入探測系統(tǒng)，設(shè)備昂貴，人員素質(zhì)要求高。,儲氫瓶的聲發(fā)射在役檢驗,在役壓力容器的聲發(fā)射檢測與評價過程框圖,容器停產(chǎn)倒空,耐壓試驗 聲發(fā)射檢測,活性聲發(fā)射源,常規(guī)無損檢測復(fù)驗,超標缺陷綜合評定與處理,翻修后第二次耐壓試驗,氣密試驗,容器安全等級綜合評定,宏觀檢驗,焊縫表面 100%磁粉探傷,,,,,,,,,,,,,,,,86,? 噪聲檢測診斷 ( Sound Testing ) 設(shè)備：聲級計、頻率分析儀、噪聲級分析儀。 用途：檢測設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的磨損、撞擊、疲勞等缺陷，尋找噪聲源(故障源)。 優(yōu)點：儀器輕便，檢測分析速度快，可靠性高。 局限性：儀器較貴，對人員素質(zhì)要求較高。,? 激光檢測診斷 ( Laser Testing ) 設(shè)備：激光全息攝影機。 用途：檢測微小變形、夾板蜂窩結(jié)構(gòu)的膠接質(zhì)量，充氣輪胎缺陷、材料裂紋、高速物理過程中等離子體診斷和高速碰撞等。 優(yōu)點：檢測靈敏度高、面積大、不受材料限制、結(jié)果便于保存。 局限性：僅適用于近表面缺陷檢測。,? 微波檢測診斷 ( Microwave Testing ) 設(shè)備：微波計算機斷層成像機(微波CT機)。 用途：檢測復(fù)合材料、非金屬制品、火箭殼體、航空部件、輪胎等；還可測量厚度、密度、濕度等物理參數(shù)。 優(yōu)點：非接觸測量，檢測速度快，可實現(xiàn)自動化。 局限性：不能用來檢測金屬導(dǎo)體內(nèi)部缺陷，一般不適用于檢測小于1mm的缺陷，空間分辨率比較低。,? 光纖檢測診斷 (Optical Fibre Testing ) 設(shè)備：光纖內(nèi)窺鏡、光纖裂紋檢測儀。 用途：檢測鍋爐、泵體、鑄件、炮筒、壓力容器、火箭殼體、管道內(nèi)表面的缺陷及焊縫質(zhì)量和疲勞裂紋等。 優(yōu)點：靈敏度高，絕緣好，抗腐蝕，不受電磁干擾。 局限性：價格較貴，不能檢測結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷。,? 目視檢測診斷( Visual Testing, VT ) 設(shè)備：放大鏡、彩色增強器、直尺、千分卡尺、光學比較儀及光源等。 用途：檢測表面缺陷、焊接外觀和尺寸。 優(yōu)點：經(jīng)濟、方便、設(shè)備少，檢驗員只需稍加培訓(xùn)。 局限性：只能檢查外部(表面)損傷，要求檢驗員視力好。,? 工業(yè)CT檢測診斷 設(shè)備：工業(yè)CT機。 用途：缺陷檢測，尺寸測量，裝配結(jié)構(gòu)分析，密度分布表征。 優(yōu)點：能給出檢測試件斷層掃描圖像和空間位置、尺寸、形狀、成像直觀；分辨率高；不受試件幾何結(jié)構(gòu)限制。 局限性：設(shè)備成本高。,無損檢測方法的選擇,? 缺陷的類型：體積型缺陷、平面型缺陷,? 缺陷的位置：表面缺陷、內(nèi)部缺陷,? 被檢工件的尺寸：厚、薄,參考書目：,無損檢測技術(shù) 劉貴民 國防工業(yè)出版社 無損檢測綜合知識 機械工業(yè)出版社 材料無損檢測與安全評估 鄭中興 中國標準出版社 焊接結(jié)構(gòu)現(xiàn)代無損檢測技術(shù) 李生田，劉志遠 機械工業(yè)出版社 無損檢測 李喜孟 機械工業(yè)出版社 磁粉檢測 渦流檢測 聲發(fā)射檢測 機械工業(yè)出版社,5. 失效分析的幾種基本技能,? 斷口分析,? 裂紋分析,? 痕跡分析,? 斷口分析,斷口上記錄著裂紋由萌生到擴展直至失穩(wěn)斷裂全過程的各種與斷裂有關(guān)的信息，通過分析，找出斷裂的原因及影響因素。,,宏觀分析,微觀分析,,肉眼觀察,放大鏡,體視顯微鏡,不可分割 相互補充 相互完善,,SEM,TEM,成分分析,分析內(nèi)容,,斷裂位置附近的變形程度,斷裂區(qū)域的痕跡特征,斷口的宏觀形貌特征,斷口的顏色及附著物,斷裂源的位置、特征及裂紋的走向,斷裂的位置及其結(jié)構(gòu)特征、周圍的工作環(huán)境,典型斷口特征？？,斷口形貌的宏觀診斷技術(shù)和方法,診斷技術(shù)與方法：,? 觀察技術(shù),肉眼觀察斷口形貌特征及失效件的全貌,,放大鏡、體視顯微鏡進一步觀察主要特征區(qū)， 確定重點分析部位,?重點注意 的特征,,是否存在放射花樣或人字紋花樣,是否存在弧形跡線,斷口的粗糙度,斷面與最大正應(yīng)力的夾角,特征區(qū)的劃分、分布、面積大小,材料缺陷在斷口上所呈現(xiàn)的特征,斷面的光澤與色彩,? 斷口上斷裂源位置的確定？,? 斷裂擴展方向的分析判別？,纖維區(qū)的中心、放射花樣的收斂處、人字紋的最尖頂處、斷口的平坦區(qū)內(nèi)、無明顯塑性變形的區(qū)域或無剪切唇形貌特征區(qū)、疲勞弧形的最小半徑處、腐蝕氧化最嚴重的部位、臺階高度最大處。,裂紋源區(qū)指向最后斷裂區(qū)的方向；放射線發(fā)散的方向；與疲勞弧線相垂直的放射狀條紋分散方向；人字紋的人字張開的方向；斷口的平坦區(qū)指向斜斷口的方向；無塑性變形區(qū)指向變形大的區(qū)域的方向；臺階高差減小的方向；氧化、腐蝕減輕的方向。,斷口形貌的微觀診斷技術(shù)和方法,具體內(nèi)容,,斷口周圍的塑性變形大小或有無,斷口與顯微組織的關(guān)系,斷口與晶界的關(guān)系,斷裂源區(qū)的情況（材質(zhì)缺陷或幾何缺陷）,斷口的化學成分或雜質(zhì)元素的分布,斷口上二次裂紋的有無、多少、分布情況,微觀診斷技術(shù)：,形貌觀察,微區(qū)成分分析,斷裂擴展的微觀方向判別,? 裂紋分析,目的：確定裂紋的位置及裂紋產(chǎn)生的原因,? 裂紋的基本形貌特征,? 裂紋的宏觀檢查,? 裂紋的微觀檢查,? 產(chǎn)生裂紋部位的分析,? 主裂紋的判別,? 裂紋的走向,? 裂紋周圍和裂紋末端情況,重要,? 裂紋的基本形貌特征,? 裂紋兩側(cè)凹凸不平，耦合自然；,? 除某些沿晶裂紋外，多數(shù)裂紋的尾端是尖銳的；,? 裂紋深度大于寬度，是連續(xù)性的缺陷；,? 裂紋有各種形狀，直線狀、分枝狀、龜裂狀、 輻射狀、環(huán)形狀、弧形狀，形狀與形成的原因 密切相關(guān),? 裂紋的宏觀檢查－－是否存在裂紋,? 肉眼觀察,? 無損檢測,? 裂紋的微觀檢查,? 裂紋形態(tài)特征；,? 裂紋處及附近的晶粒度，晶粒變形；,? 裂紋附近是否存在碳化物或非金屬夾雜物；,? 裂紋兩側(cè)是否存在氧化和脫碳現(xiàn)象；,? 產(chǎn)生裂紋的表面是否存在加工硬化或回火層；,? 裂紋萌生處及擴展路徑周圍是否有過熱組織、 魏氏組織、帶狀組織等組織缺陷；,? 產(chǎn)生裂紋部位的分析－－應(yīng)力的因素,? 構(gòu)件結(jié)構(gòu)形狀引起的裂紋,? 材料缺陷引起的裂紋,? 受力狀況引起的裂紋,? 主裂紋的判別,首要任務(wù),確定主裂紋的原則：,（1）斷裂件中既有韌性斷裂又有脆性斷裂，一般脆性斷裂發(fā)生在前； （2）斷裂件中既有脆性斷裂又存在疲勞斷裂時，疲勞斷裂在前； （3）存在兩個疲勞斷裂件時，低應(yīng)力疲勞斷裂在前，高應(yīng)力疲勞斷裂在后； （4）各斷裂件均為韌性斷裂時，應(yīng)根據(jù)受力狀態(tài)、結(jié)構(gòu)特性、斷裂走向、材質(zhì)與性能綜合評定；,常用判斷裂紋先后順序的方法：,? 塑性變形量大小確定法,無明顯塑性變形的區(qū)域為首斷區(qū)； 均為延性斷裂時，變形量大的部位為主裂紋；,? T 型法,判別主裂紋的T型法示意圖,? 裂紋分叉法,? 斷面氧化顏色法,? 疲勞裂紋長度法,判別主裂紋的分叉法示意圖,主裂紋氧化時間早，氧化顏色深；,疲勞裂紋長、疲勞弧線或疲勞條帶間距小的為主裂紋；,? 裂紋的走向,（1）應(yīng)力原則---裂紋應(yīng)沿著最大應(yīng)力方向擴展,（2）強度原則---裂紋沿著材料的薄弱環(huán)節(jié)擴展,? 痕跡分析,痕跡：力學、化學、熱學、電學等環(huán)境因素單獨或 協(xié)同作用于構(gòu)件，并在其表面或表面層留下 的損傷性標記。,,痕跡的形貌,,痕跡區(qū)、污染物及反應(yīng)產(chǎn)物的化學成分,痕跡顏色的種類、色度、分布和反光等,痕跡區(qū)的表面組織、性能,痕跡區(qū)的殘余應(yīng)力分布,從痕跡區(qū)散發(fā)出來的各種氣味,關(guān)注什么？,痕跡分析：對失效件的特征變化進行鑒別，并找出其 變化原因，為失效分析提供線索和依據(jù)。,發(fā)現(xiàn)和顯現(xiàn)痕跡 提取、固定、清洗、記錄、保存痕跡 鑒定痕跡 模擬再現(xiàn)痕跡 綜合分析,分析程序,五步法,? 痕跡的發(fā)現(xiàn)和顯現(xiàn)技術(shù),? 大的機件,? 小的機件,,,表面顏色變化,表面結(jié)構(gòu)輪廓變化,表面形貌變化,借助實驗儀器,粗糙度變化,細小附著物,材料成分和組織,? 痕跡的提取、固定、清洗、記錄和保存技術(shù),基本原則：,? 盡量避免機械損傷和化學損傷,? 防止痕跡區(qū)的松散附著物的剝落,? 避免環(huán)境中的粉塵、纖維、水氣的附著,? 用涂層的方法保護痕跡,具體方法：,照相、AC紙粘附法、超聲清洗……,? 痕跡的鑒定,? 痕跡的形貌鑒定,? 痕跡的成分鑒定,? 痕跡的組織結(jié)構(gòu)鑒定,? 痕跡的性能鑒定,? 痕跡的形貌鑒定,痕跡的形成,― 造痕物 ― 留痕物 ― 造痕物和留痕物發(fā)生相 互接觸或非正常作用,,機械接觸痕跡,腐蝕痕跡,電侵蝕痕跡,污染痕跡,分離物痕跡,熱損傷痕跡,加工痕跡,機械接觸痕跡,,壓入性機械痕跡,撞擊性機械痕跡,滑動性機械痕跡,滾動性機械痕跡,微動性機械痕跡,犁痕末端材料堆積,材料碎渣在表面凸起處堆積,階梯狀粗糙的切屑,微動微裂紋,腐蝕痕跡：,表面顏色、形貌、表面層化學成分、結(jié)構(gòu)及表面性能（導(dǎo)電、導(dǎo)熱、表面電阻等）的變化,污染痕跡：,,氣氛分析,腐蝕產(chǎn)物分析,油液分析,磨粒分析,分離物痕跡：,磨屑、腐蝕產(chǎn)物、毛刺、剝落的涂層、鍍層、燒熔濺痕,,分離物本身的形貌、成分、結(jié)構(gòu)、顏色和性質(zhì)等,熱損傷痕跡：,表面層局部過熱、過燒、熔化、燒穿、漆層及非金屬表面燒焦,,顏色的變化、表面層成分結(jié)構(gòu)的變化、顯微組織的變化、表面性能的改變、形貌特征,鎘脆斷口,電損傷：,,電侵蝕（電蝕坑、金屬熔球、金屬轉(zhuǎn)移）,靜電放電侵蝕,與裂紋源有關(guān)的痕跡：,? 痕跡的成分鑒定,? 痕跡的組織結(jié)構(gòu)鑒定,? 痕跡的性能鑒定,? 痕跡的模擬再現(xiàn),? 痕跡的綜合分析,,確定痕跡的性質(zhì)和來源,超星圖書---- 《高溫合金的斷口分析》 《金屬斷口分析》 《機械失效的痕跡分析》,