失效分析基本方法

事件 均值m 分布、
x7 x8 x9 x10 x11 0.0002 5.03410-5 0.0002 5.03410-5 0.0010 2.51710-4 0.0009 2.26510-4 0.0020 5.03410-4
事件 均值m 分布、
x13 0.00001 2.51710-6 x14 0.00001 2.51710-6 x15 x16 x17 0.0001 0.0001 2.51710-5 2.51710-5
（1）设备的自然情况
（2）设备的运行记录 （3）设备的维修历史情况 （4）设备的失效历史情况 （5）设计图纸及说明书，装配程序说明书，使用 维护说明书 （6）材料选择及其依据 （7）设备主要零部件的生产流程
（8）质量检验报告及有关的规范和标准
收集材料
23
3.2
失效分析的程序与步骤
3 技术参量复验 （1）材料的化学成分
TOP 0.0060 1.50610-3
故障树例
18
3.1 失效分析的思路及方法
3 数理统计分析思路及方法 巴特雷图
相关性分析 灰色关联分析
数理统计法
19
3.2
失效分析的程序与步骤
3.2.1 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提前的步骤给毁掉了。
3.1.2 相关性分析的思路及方法
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。
1. 按照失效件制造的全过程及使用条件
的分析方法 2. 根据产品的失效形式及失效模式分析 的思路及方法 3. “四M”分析思路及方法
相关性方法
3
3.1 失效分析的思路及方法
1．按照失效件制造的全过程及使用条件的分析方法 （1）审查设计 如对使用条件估计不足迚行的设计
程序步骤 21
3.2
l、现场调查
失效分析的程序与步骤
（1）保护现场
（2）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
（4）选取进一步分析的试样
（5）询问目击者及其他有关人员能提供的有关情况
（6）写出现场调查报告
现场调查
22
3.2
2 收集背景材料
失效分析的程序与步骤
3 失效分析基本方法
1
3.1 失效分析的思路及方法
3.1.1失效分析的思想方法
1、整体观念原则
2、从现象到本质的原则
3、动态原则 4、一分为二原则（两分法原则） 5、纵横交汇原则（立体性原则） 应当注意 第一，尽可能采用比较方法。 第二，历史方法。 第三，逻辑方法。
思想方法 2
3.1 失效分析的思路及方法
故障树法
13
3.1 失效分析的思路及方法
符号
故障树法
14
3.1 失效分析的思路及方法
例
如图是一个冷却 剂的供应系统，该 系统是由恒速泵、 热交换器、控制阀、 蓄水池及管道五个 组元组成的。该系 统的作用是对主要 设备供应足够的冷 却剂。因此，流到 热交换器的冷却剂 最少则为故障树的 上端事件。为分析 其失效原田而绘制 故障树。
故障树法
11
3.1 失效分析的思路及方法
工作程序
确定不希望发生的事件（上端事件）； 对设备的设计、制造、维修、使用等技术资料进 行分析； 采用手工或计算机合成故障树； 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； 收集计算时必须的故障率数据； 计算上端事件发生的概率； 对基本事件的重要度作评价； 分析计算结果，提出改进措施。
首先制定一个科学的分析程序，是保证失效分析工
作顺利而有效迚行的前提条件。
程序步骤 20
3.2
失效分析的程序与步骤
3.2.2 失效分析的一般程序
一般说来，大体上包括： 调查失效事件的现场 收集背景材料 深入研究分析 综合归纳所有信息并提出初步结论 重现性试验或证明试验 确定失效原因并提出建议措施 写出分析报告等内容。
分析报告 30
3.3
断 口 分 析
断口分析
断口处理及断口分析的任务 断口的宏观分析 断口的微观分析
断口分析
31
3.3
断 口 分 析
3.3.1 断口处理及断口分析的任务
断口分析，是用肉眼、低倍放大镜、实体显微镜、电 子显微镜、电子探针、俄歇电子能谱、离子探针质谱等仪器 设备，对断口表面进行观察及分析，以便找出断裂的形貌特 征、成分特点及相结构等与致断因素的内在联系。
0.0001 2.51710-5
x6 0.0006 1.51010-4
G18 0.0002 5.03310-5 G6 0.0075 1.88110-3
x12
0.0010 2.51710-4
x18
0.0001 2.51710-5
G17 0.0004 1.00610-4 G4 0.0075 1.88110-3
（3）加工制造缺陷分析
铸、锻、焊、热处理缺陷，冷加工缺陷，酸铣、电镀 缺陷，碰伤，工序间锈蚀严重，装配不当，异物混入及漏 检等。
（4）使用及维护情况分析
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，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。
全程方法
同位素——利用放射性同位素缺陷衰减原理，重要结构。
深入研究
26
3.2
无损探伤基础
失效分析的程序与步骤
X射线——利用X射线的高穿透能力，对金属缺陷可实现定性、 定位、定尺。X射线探伤仪。 优点：准确度高，不受材料性质限制，无表面特殊要求。应用 广泛，可实现自动扫描。 限制：放射性，需要保护。穿透深度有限（60mm）。 超声波——利用超声波在固体介质中的高穿透能力以及不同材 料对超声波穿透和反射的差异，实现对缺陷的探测。超声波探 伤仪。 优点：无放射性，不需保护。穿透厚度无限制。应用广泛，可 实现自动探伤。 限制：对缺陷定性困难。表面质量要求高。
深入研究 27
3.2
失效分析的程序与步骤
5 综合分析归纳，推理判断提出初步结论 根据失效现场获得的信息、背景材料及各种实测数据，运用材 料学、机械学、管理学及统计学等方面的知识，进行综合归纳 、推理判断、分析后，初步确定失效模式并提出失效原因的初 步意见和预防措施。 6．重现性试验或证明试验 重大事件 7．撰写失效分析报告 失效分析报告与科学研究报告相比较，除了条理清晰、简明扼 要、合乎逻辑方面相同外，二者在格式和侧重点等许多方面都 有所不同。失效分析侧重于失效情况的调查、取证和验证，在 此基础上通过综合归纳得出结论、而不着重探讨失效机理，这 就有别于断裂机理的研究报告。
（1）人员情况的分析
（2）环境情况的分析
（3）设备情况的分析 （4）管理情况的分析
四M方法
8
3.1 失效分析的思路及方法
3.1.3 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 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与结果之
间的逻辑联系，幵计算出设备或系统失效与部件之
（2）材料的金相组织及硬度
（3）常规力学性能 （4）主要零部件的几何参量及装配间隙
技术参量
24
3.2
失效分析的程序与步骤
4．深入分析研究
（1）失效产品的直观检查（变形，损伤情况，裂纹扩展，断 裂源）
（2）断口的宏观分析及微观形貌分析（多用扫描电镜） （3）无损探伤检查（涡流、着色、磁粉、同位素、X射线、 超声波等） （4）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、电子探针） （6）相结构分析（X射线衍射法） （7）断裂韧性检查，强度、韧性及刚度校核
深入研究 25
3.2
无损探伤基础
失效分析的程序与步骤
涡流 ——利用涡流的集肤效应，探查表层的缺陷。涡流探伤
仪。准确度较高。
着色 ——利用高渗透性的有色液体（着色剂）涂抹金属表面，
缺陷处能够渗入，利用色差分辨。准确度一般。
磁粉 ——利用磁Leabharlann 液体（磁粉探伤剂）喷涂金属表面，缺陷
处能够渗入，利用色差分辨。准确度较着色高。
间的定量关系。
系统工程法
9
3.1 失效分析的思路及方法
1 失效系统工程分析法主要类型：
（1）故障树分析法（简称FTA法）
（2）特征—因素图分析法
（3）事件时序树分析法（简称 ETA法）
（4）故障率预测法
（5）失效模式及后果分析法（简称FMEA法）
（6）模糊数学分析法
主要类型
10
3.1 失效分析的思路及方法
3. “四M”分析思路及方法
所谓“四M”分析法，是指将Man（人）、 Machine（机器设备）、Media（环境介质）和 Management（管理）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
种方法。依此分别进行如下四方面的分析工作
四M方法
7
3.1 失效分析的思路及方法
3. “四M”分析思路及方法
分析报告
29
3.2
失效分析的程序与步骤
（3）分析结果 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 程一步步地介绍清楚。对于断裂件的分析，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 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. （4）问题讨论 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 步的分析讨论。 （5）结论与建议 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 题等。
分析报告 28
3.2
失效分析的程序与步骤
机械产品的失效分析报告通常应包括的内容
（1）概述 首先介绍失效事件的自然情况；受何 部门或单位的委托；分析的目的及要求；参加分析人 员情况；起止时间等。 （2）失效事件的调查结果 简明扼要地介绍失效
部件的损坏情况。当时的环境条件及工况条件；当事人
和目击者对失效事件的看法，失效部件的服役史、制造 史及有关的技术要求和标准。
2．故障树分析法
基本概念
故障树分析法是美国委记贝尔电话研究所于1961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、流量）来描述。 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：正常或失效。所谓故障 树分析就是分析各种事件（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 效原因。
，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。
（2）材料分析 材料选用不正确，热处理制度不合
理，材料成分不合格，夹杂物超级，显微组织不符合要 求，材料各向异性严重，冶金缺陷等。
全程方法
4
3.1 失效分析的思路及方法
1．按照失效件制造的全过程及使用条件的分析方法
故障树例 15
3.1 失效分析的思路及方法
故障树例
16
3.1 失效分析的思路及方法
定义与特征
17
3.1 失效分析的思路及方法
各底事件发生概率的均值及其左右分布
事件 均值m 分布、
x1 0.0002 5.03410-5 x2 0.0010 2.51710-4 x3 0.0030 7.55110-4 x4 0.0004 1.00710-4 x5 0.0007 1.76210-4
故障树法
12
3.1 失效分析的思路及方法
所用符号
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号三类。
故障树的合成
根据系统及其故障的已知数据和资料，绘制故障树。在采 用手工合成故障树时，一边反复提出问题一边对树进行展开。 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（原因）或没有必要 再发展的事件为止。
5
3.1 失效分析的思路及方法
2. 根据产品的失效形式及失效模式分 析的思路及方法
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、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外部因素 ，最后找出失效的原因。
基本方法
6
3.1 失效分析的思路及方法