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(hù)、取樣及試樣清洗、保存 ? 常規(guī)測(cè)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(diǎn)）,? 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(wú)誤，改進(jìn)措施要切實(shí)可行,,,失效分析任務(wù)繁重、時(shí)間緊迫,后果嚴(yán)重、涉及面廣,? 一果多因使失效分析的中間過(guò)程縱橫交錯(cuò)、 頭緒萬(wàn)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(guò)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(cè)量。在分析程序上走錯(cuò)一步， 可能導(dǎo)致整個(gè)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(cè)和實(shí)驗(yàn)獲得的失效信息以獲取的客觀事實(shí)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(gè)失效分析過(guò)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(dòng)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(gè)因素排除的思路,? 殘骸分析法,? 失效樹(shù)分析法,? “撒大網(wǎng)”逐個(gè)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(jì),,加工制造水平,,安裝運(yùn)輸保護(hù),,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(diǎn)：,缺點(diǎn)：,? “撒大網(wǎng)”逐個(gè)因素排除的思路,面面俱到，懷疑一切，不放過(guò)任何一個(gè)可疑點(diǎn)。,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(mén)，在一般實(shí)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(xué)的角度對(duì)失效零件進(jìn)行 分析的方法。,線(xiàn)索來(lái)源,,服役條件,斷口特征,失效的抗力指標(biāo),零件的服役條件,零件的失效分析,主要的失效抗力指標(biāo),主要的失效抗力指標(biāo)與 成分、組織、狀態(tài)的關(guān)系,提高失效抗力指標(biāo)途徑 形成試驗(yàn)方案,,實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn) 選擇最佳的材料和工藝,使用考驗(yàn),力學(xué)計(jì)算 應(yīng)力分析,結(jié)構(gòu)改進(jìn),臺(tái)架模擬試驗(yàn),材料工藝 改進(jìn),以失效抗力指標(biāo)為線(xiàn)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(chǎng)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(shí)，發(fā)現(xiàn)其硬度較高，為了便于加工，將模具進(jìn)行過(guò)一次降低硬度退火，但溫度和時(shí)間已無(wú)紀(jì)錄。加工后的模具在淬火過(guò)程中聽(tīng)到模具開(kāi)裂聲音，隨即停止冷卻，并放在630℃回火爐中回火，回火時(shí)裂紋繼續(xù)擴(kuò)展使模具成為多個(gè)碎塊。由于發(fā)現(xiàn)模具開(kāi)裂，中止繼續(xù)回火。,初步判斷：,可能原因,,材料化學(xué)成分錯(cuò)誤,加熱溫度過(guò)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(xué)性能分析,分析論證開(kāi)裂原因,斷口分析,結(jié)論,顯微組織分析,舉例：汽車(chē)輪轂緊固螺栓斷裂事故分析,現(xiàn)場(chǎng)信息調(diào)查：汽車(chē)輪轂緊固螺栓是汽車(chē)上至關(guān)重要的零件，如果該零件出現(xiàn)問(wèn)題，輕則造成交通事故，重則造成車(chē)毀人亡，后果嚴(yán)重。某廠生產(chǎn)的汽車(chē)的左后輪緊固螺栓全部斷裂，5個(gè)螺栓中有4個(gè)螺栓斷裂前出現(xiàn)彎曲和扭轉(zhuǎn)，1個(gè)螺栓被剪切，造成了車(chē)禍，該廠緊急召回了廢車(chē)對(duì)其事故進(jìn)行分析。,初步判斷：,可能原因,,螺栓的力學(xué)性能不夠,結(jié)構(gòu)和裝配問(wèn)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(xué)性能分析（工況、緊固、強(qiáng)度）,分析論證開(kāi)裂原因,斷口分析（形貌）,結(jié)論,系統(tǒng)工程分析法,,失效樹(shù)分析（FTA法）,管理失誤與風(fēng)險(xiǎn)樹(shù)分析（MORT法）,事件樹(shù)分析（ETA法）,…,失效模式及效應(yīng)分析（FMEA法）,? 失效樹(shù)分析法,失效樹(shù)分析（Failure Tree Analysis）,1960’s 由美國(guó)貝爾研究所首先用于導(dǎo)彈的控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)上，預(yù)測(cè)導(dǎo)彈發(fā)射的隨機(jī)失效概率。,1974年 美國(guó)原子能管理委員會(huì)主要采用失效樹(shù)分析 商用原子反應(yīng)堆安全性的Wash-1400報(bào)告。,FTA法在國(guó)外被公認(rèn)為是對(duì)復(fù)雜安全性、可靠性分析的一種好方法。,失效樹(shù)分析法：在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)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(jìn)行分析，畫(huà)出邏輯框圖（即失效樹(shù)），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(jì)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(jì)分析方法。,特點(diǎn),,靈活性,圖形演繹的方法,定性+定量,FTA法的步驟,失效樹(shù)的建造,失效樹(shù)的定性分析,失效樹(shù)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(shù)圖,,啟動(dòng)過(guò)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(biāo)； “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(gè)中間事件發(fā)生的所有可能的原因； 順序漸進(jìn)，直至追蹤到對(duì)被分析對(duì)象來(lái)說(shuō)是一種基本原因?yàn)橹埂?基本概念：,事件符號(hào)： 頂上事件、中間事件符號(hào)，需要進(jìn)一步 往下分析的事件； 基本事件符號(hào)，不能再往下分析的事件； 正常事件符號(hào)，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(shù)所用符號(hào),或門(mén)，表示B1或B2任一事件單獨(dú)發(fā)生（輸入）時(shí)，A事件都可以發(fā)生（輸出）； 與門(mén)，表示B1、B2兩個(gè)事件同時(shí)發(fā)生（輸入）時(shí)，A事件才能發(fā)生（輸出）；,邏輯門(mén)符號(hào),失效樹(shù)所用符號(hào),條件或門(mén)，表示B1或B2任一事件單獨(dú)發(fā)生（輸入）時(shí)，還必須滿(mǎn)足條件a，A事件才發(fā)生（輸出）； 條件與門(mén)，表示B1、B2兩個(gè)事件同時(shí)發(fā)生（輸入）時(shí)，還必須滿(mǎn)足條件a，A事件才發(fā)生（輸出）； 限制門(mén)，表示B事件發(fā)生（輸入）且滿(mǎn)足條件a時(shí)，A事件才能發(fā)生（輸出）。,失效樹(shù)所用符號(hào),失效樹(shù)的建立,鉆柱失效樹(shù)模型,29,2. 失效分析的程序與步驟,美國(guó)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(guò)程、失效件的原設(shè)計(jì)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(jìn)行斷口表面或其他重要的失效特征的保護(hù)，不得造成損害。,2. 失效分析的程序與步驟,（三）機(jī)械設(shè)計(jì)分析（應(yīng)力分析） 當(dāng)失效件是重要的承重構(gòu)件時(shí)，應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度分析（應(yīng)力分析），正確評(píng)估其承載能力或其他力學(xué)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(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，從而可能找出失效的原因。,（四）化學(xué)成分設(shè)計(jì)分析 據(jù)此可考察材料的力學(xué)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(guò)程及其各工藝環(huán)節(jié)分析 錯(cuò)誤的加工工藝過(guò)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(cuò)誤和機(jī)加工、磨削的錯(cuò)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(shí)，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(lái)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(yàn)和局部化學(xué)成分試驗(yàn)，以此確定斷裂機(jī)理。通常都是采用電子顯微鏡分析。,（八）金相檢驗(yàn) 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(yàn)材料的顯微組織，有助于確認(rèn)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(yàn) 性能檢驗(yàn)是與設(shè)計(jì)所對(duì)應(yīng)的性能試驗(yàn)，這種確定性能的試驗(yàn)通常是破壞性試驗(yàn)。在不允許對(duì)失效件做破壞性取樣時(shí)，可以用硬度試驗(yàn)來(lái)推斷其力學(xué)性能，如屈服強(qiáng)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(jì)要求的真實(shí)工況下運(yùn)行。這是非常昂貴但卻可信的試驗(yàn)，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(chǎng)及收集背景資料,? 失效件的觀察、檢測(cè)和試驗(yàn),? 確定失效原因并提出改進(jìn)措施,? 調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)及收集背景資料,? 現(xiàn)場(chǎng)失效信息的收集、保留與記錄,,,,已經(jīng)確認(rèn)能反映失效事故的過(guò)程和起因的現(xiàn)象和物質(zhì),估計(jì)可能用得著的物質(zhì)和值得進(jìn)一步分析的現(xiàn)象,滿(mǎn)足的條件：,,全面、三維地、定量地反映失效后的現(xiàn)場(chǎng),反映裝備或零部件失效先后順序的各種跡象,反映失效機(jī)理的各種現(xiàn)象,記錄的方法：攝影、錄像、筆記、畫(huà)草圖等。,舉例：某食品化工廠在生產(chǎn)1號(hào)食品添加劑時(shí)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(chǎng)的草圖，在其中標(biāo)出坐標(biāo)的空間尺度；,? 將裝備的所有殘骸、碎片的散落地點(diǎn)用坐標(biāo)注在草圖上，并收集、清點(diǎn)、編號(hào)；,? 記錄并測(cè)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(shí)的受力情況、變形和斷裂發(fā)展過(guò)程的各種現(xiàn)象，繪出裂紋擴(kuò)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(jī)械劃傷、污染吸附等痕跡；,? 殘骸的重要關(guān)鍵性部位，供實(shí)驗(yàn)室分析用；,? 清理現(xiàn)場(chǎng)時(shí)將編號(hào)的無(wú)用殘骸有秩序地堆放在避風(fēng)雨的地方暫存、備用；,? 調(diào)查、訪問(wèn)和背景資料的收集,? 裝備的工作原理及運(yùn)行技術(shù)數(shù)據(jù)和有關(guān)的規(guī)程、 標(biāo)準(zhǔn)；,? 設(shè)計(jì)的原始依據(jù)；,? 選材的依據(jù)；,? 使用材料的牌號(hào)、性能指標(biāo)、質(zhì)量保證書(shū)、供應(yīng) 狀態(tài)、驗(yàn)收記錄、供應(yīng)廠家、出廠時(shí)間等；,? 加工、制造、裝配的技術(shù)文件；,? 運(yùn)行記錄；,? 操作維修記錄；,? 涉及合同、法律責(zé)任或經(jīng)濟(jì)責(zé)任，需查閱來(lái)往 文件和信函；,? 失效件的觀察、檢測(cè)和試驗(yàn),觀察,,宏觀,微觀,檢測(cè),,化學(xué)成分分析,性能測(cè)試,組織結(jié)構(gòu)分析,無(wú)損檢測(cè),應(yīng)力測(cè)試及計(jì)算,模擬試驗(yàn),? 確定失效原因并提出改進(jìn)措施,總結(jié)報(bào)告,,失效過(guò)程的描述,失效類(lèi)型的分析和規(guī)模的估計(jì),現(xiàn)場(chǎng)記錄和單項(xiàng)試驗(yàn)記錄計(jì)算的結(jié)果,失效原因,處理意見(jiàn),對(duì)安全性維護(hù)的建議,最重要知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),3. 失效件的保護(hù)、取樣及試樣清洗、保存,失效件的保護(hù),,斷口保護(hù),,機(jī)械損傷,化學(xué)損傷,,斷口脆弱,,顯微形貌特征的消失或破壞,在裂紋打開(kāi)、切割斷口時(shí)要以保持?jǐn)嗫谠矠樵瓌t；,在搬運(yùn)斷口時(shí)，最好在斷口表面覆蓋一層柔軟的布或棉花加以保護(hù)；,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(chǔ)存室中或用合適的干燥劑把試樣封裝起來(lái)；,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(jī)纖維軟刷子；,? 有機(jī)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(xué)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(xué)方法。,4. 常規(guī)測(cè)試技術(shù),測(cè)試技術(shù)選用原則,,可信性,可能性,有效性,經(jīng)濟(jì)性,主要的測(cè)試技術(shù),,化學(xué)成分分析,組織結(jié)構(gòu)分析,力學(xué)性能測(cè)試,無(wú)損檢測(cè),物化性能測(cè)試,化學(xué)成分分析,? 化學(xué)分析法,? 光譜分析,? 微區(qū)化學(xué)成分分析,,,X射線(xiàn)熒光光譜分析（XFS）,X射線(xiàn)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(xiàn)顯微分析,俄歇電子能譜分析,類(lèi)金剛石鍍層表面的C1s峰譜圖,X射線(xiàn)光電子能譜分析（XPS）,? 點(diǎn)分析,固定試樣感興趣的點(diǎn)，進(jìn)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(duì)材料晶界、夾雜、析出相、沉淀物、奇異相及非化學(xué)計(jì)量材料的組成等研究。,能譜分析（EDS）,? 線(xiàn)分析,電子束沿一條分析線(xiàn)進(jìn)行掃描(或試樣掃描)時(shí)，能獲得元素含量變化的線(xiàn)分布曲線(xiàn)。如果和試樣形貌像(二次電子像或背散射電子像)對(duì)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(shí)，元素在試樣表面的分布能以亮度分布顯示出來(lái)（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(shí)效組織的成分面掃描,EPMA,組織結(jié)構(gòu)分析,? 光學(xué)顯微分析（OM）,? 掃描電鏡分析（SEM）,? 透射電鏡分析（TEM）,? X射線(xiàn)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(píng)定晶粒大小,場(chǎng)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(xué)D/max 2000自動(dòng)X射線(xiàn)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(xiàn)衍射結(jié)果,力學(xué)性能測(cè)試,? 拉伸試驗(yàn),? 沖擊試驗(yàn),? 硬度試驗(yàn),? 磨損試驗(yàn),? 斷裂試驗(yàn),? 疲勞試驗(yàn),無(wú)損檢測(cè) (Nondestructive Testing, NDT),無(wú)損檢測(cè)診斷技術(shù)是一門(mén)新興的綜合性應(yīng)用學(xué)科。它是在不損傷被檢測(cè)對(duì)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?duì)熱、聲、光、電、磁等反應(yīng)的變化，來(lái)探測(cè)各種工程材料、零部件等內(nèi)部和表面缺陷，并對(duì)缺陷的類(lèi)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(píng)價(jià)。,常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù),,射線(xiàn)檢測(cè),超聲波檢測(cè),渦流檢測(cè),滲透檢測(cè),磁粉檢測(cè),其他常用無(wú)損檢測(cè)技術(shù),,聲發(fā)射檢測(cè),噪聲檢測(cè),激光檢測(cè),微波檢測(cè),目視檢測(cè),工業(yè)CT檢測(cè),? 超聲檢測(cè)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(duì)被檢工件進(jìn)行缺陷檢測(cè)、幾何特性測(cè)量。,常用方法,在傳播路徑上如果遇到一個(gè)細(xì)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(huì)發(fā)生反射，且能量被明顯地衰減。,? 利用縱波，可以檢驗(yàn)幾何形狀簡(jiǎn)單物體的內(nèi)部缺陷。,? 利用橫波可以探測(cè)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?lái)測(cè)量零件表面的裂紋和缺陷。,主要方法,,共振法：檢測(cè)工件的厚度,穿透法：操作簡(jiǎn)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(cè)原理,設(shè)備：超聲探傷儀、探頭、耦合劑及 對(duì)比（標(biāo)準(zhǔn)）試塊； 用途：檢測(cè)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(cè)定。 優(yōu)點(diǎn)：對(duì)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(qiáng)。 局限性：要求被檢表面光滑，難于探測(cè)出細(xì)小裂紋；要有參考標(biāo)準(zhǔn)，為解釋信號(hào)，要求檢驗(yàn)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(yàn),水輪發(fā)電機(jī)組大軸的超聲檢驗(yàn),應(yīng)用：,X射線(xiàn)檢測(cè)原理示意圖,缺陷,射線(xiàn)衰減的能量與厚度有關(guān),,,射線(xiàn)檢測(cè),? X射線(xiàn)檢測(cè)診斷 ( X Radiographic Testing ) ? γ射線(xiàn)檢測(cè)診斷 (γ Radiographic Testing ) 設(shè)備：X（γ）射線(xiàn)源(機(jī))和電源，底片夾、膠片，射線(xiàn)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(cè)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(lèi)； 優(yōu)點(diǎn)：功率可調(diào)，照相質(zhì)量比γ射線(xiàn)高，可永久記錄。 局限性：射線(xiàn)檢測(cè)設(shè)備一次投資大，不易攜帶，有放射危險(xiǎn)，要有素質(zhì)高的操作和評(píng)片人員。,? 渦流檢測(cè)診斷( Eddy Current Testing, ET ) 設(shè)備：渦流探傷儀和標(biāo)準(zhǔn)試塊。 用途：檢測(cè)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(duì)尺寸。 優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便，可自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，難以判斷缺陷種類(lèi)，不適用于非導(dǎo)電材料。,? 液體滲透檢測(cè)診斷 ( Liquid penetrant testing, PT ) 利用某些液體對(duì)狹窄縫隙的滲透性及其毛細(xì)現(xiàn)象來(lái)探測(cè)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(yàn),,,,,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(kāi)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(diǎn)：對(duì)所有的材料都適用；設(shè)備輕便，投資相對(duì)較少；探傷簡(jiǎn)便，結(jié)果易解釋。 局限性：涂料、污垢及涂覆金屬等表面層會(huì)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(cè)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(xiàn)發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，吸附施加在表面的磁粉，在合適的光照條件下形成可見(jiàn)的磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的大小、位置、形狀和嚴(yán)重程度。,缺陷處的磁粉聚集,設(shè)備：磁頭，軛鐵，線(xiàn)圈，電源及磁粉。 用途：檢測(cè)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(diǎn)：簡(jiǎn)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(cè)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(lái)的一種瞬時(shí)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(guò)程、機(jī)械噪聲都是連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)。特點(diǎn)是：波幅沒(méi)有大的起伏，發(fā)射頻度高能量小。,材料中裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展，會(huì)產(chǎn)生突發(fā)型聲發(fā)射信號(hào)。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(hào)處理電路及聲發(fā) 射信號(hào)分析系統(tǒng)。 用途：檢測(cè)構(gòu)件的動(dòng)態(tài)裂紋、裂紋萌生及裂紋生長(zhǎng)率等。 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)時(shí)并連續(xù)、動(dòng)態(tài)監(jiān)控探測(cè)，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(jìn)入探測(cè)系統(tǒng)，設(shè)備昂貴，人員素質(zhì)要求高。,儲(chǔ)氫瓶的聲發(fā)射在役檢驗(yàn),在役壓力容器的聲發(fā)射檢測(cè)與評(píng)價(jià)過(guò)程框圖,容器停產(chǎn)倒空,耐壓試驗(yàn) 聲發(fā)射檢測(cè),活性聲發(fā)射源,常規(guī)無(wú)損檢測(cè)復(fù)驗(yàn),超標(biāo)缺陷綜合評(píng)定與處理,翻修后第二次耐壓試驗(yàn),氣密試驗(yàn),容器安全等級(jí)綜合評(píng)定,宏觀檢驗(yàn),焊縫表面 100%磁粉探傷,,,,,,,,,,,,,,,,86,? 噪聲檢測(cè)診斷 ( Sound Testing ) 設(shè)備：聲級(jí)計(jì)、頻率分析儀、噪聲級(jí)分析儀。 用途：檢測(cè)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(diǎn)：儀器輕便，檢測(cè)分析速度快，可靠性高。 局限性：儀器較貴，對(duì)人員素質(zhì)要求較高。,? 激光檢測(cè)診斷 ( Laser Testing ) 設(shè)備：激光全息攝影機(jī)。 用途：檢測(cè)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(guò)程中等離子體診斷和高速碰撞等。 優(yōu)點(diǎn)：檢測(cè)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(cè)。,? 微波檢測(cè)診斷 ( Microwave Testing ) 設(shè)備：微波計(jì)算機(jī)斷層成像機(jī)(微波CT機(jī))。 用途：檢測(cè)復(fù)合材料、非金屬制品、火箭殼體、航空部件、輪胎等；還可測(cè)量厚度、密度、濕度等物理參數(shù)。 優(yōu)點(diǎn)：非接觸測(cè)量，檢測(cè)速度快，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 局限性：不能用來(lái)檢測(cè)金屬導(dǎo)體內(nèi)部缺陷，一般不適用于檢測(cè)小于1mm的缺陷，空間分辨率比較低。,? 光纖檢測(cè)診斷 (Optical Fibre Testing ) 設(shè)備：光纖內(nèi)窺鏡、光纖裂紋檢測(cè)儀。 用途：檢測(cè)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(diǎn)：靈敏度高，絕緣好，抗腐蝕，不受電磁干擾。 局限性：價(jià)格較貴，不能檢測(cè)結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷。,? 目視檢測(cè)診斷( Visual Testing, VT ) 設(shè)備：放大鏡、彩色增強(qiáng)器、直尺、千分卡尺、光學(xué)比較儀及光源等。 用途：檢測(cè)表面缺陷、焊接外觀和尺寸。 優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)、方便、設(shè)備少，檢驗(yàn)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(yàn)員視力好。,? 工業(yè)CT檢測(cè)診斷 設(shè)備：工業(yè)CT機(jī)。 用途：缺陷檢測(cè)，尺寸測(cè)量，裝配結(jié)構(gòu)分析，密度分布表征。 優(yōu)點(diǎn)：能給出檢測(cè)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(wú)損檢測(cè)方法的選擇,? 缺陷的類(lèi)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(shū)目：,無(wú)損檢測(cè)技術(shù) 劉貴民 國(guó)防工業(yè)出版社 無(wú)損檢測(cè)綜合知識(shí) 機(jī)械工業(yè)出版社 材料無(wú)損檢測(cè)與安全評(píng)估 鄭中興 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 焊接結(jié)構(gòu)現(xiàn)代無(wú)損檢測(cè)技術(shù) 李生田，劉志遠(yuǎn) 機(jī)械工業(yè)出版社 無(wú)損檢測(cè) 李喜孟 機(jī)械工業(yè)出版社 磁粉檢測(cè) 渦流檢測(cè) 聲發(fā)射檢測(cè) 機(jī)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(kuò)展直至失穩(wěn)斷裂全過(guò)程的各種與斷裂有關(guān)的信息，通過(guò)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(bǔ)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?chē)墓ぷ鳝h(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(jìn)一步觀察主要特征區(qū)， 確定重點(diǎn)分析部位,?重點(diǎn)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(xiàn),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(kuò)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(wú)明顯塑性變形的區(qū)域或無(wú)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(yán)重的部位、臺(tái)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(xiàn)發(fā)散的方向；與疲勞弧線(xiàn)相垂直的放射狀條紋分散方向；人字紋的人字張開(kāi)的方向；斷口的平坦區(qū)指向斜斷口的方向；無(wú)塑性變形區(qū)指向變形大的區(qū)域的方向；臺(tái)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?chē)乃苄宰冃未笮』蛴袩o(wú),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(xué)成分或雜質(zhì)元素的分布,斷口上二次裂紋的有無(wú)、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(kuò)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?chē)土鸭y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(xiàn)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(wú)損檢測(cè),? 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(kuò)展路徑周?chē)欠裼羞^(guò)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(shí)，疲勞斷裂在前； （3）存在兩個(gè)疲勞斷裂件時(shí)，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(shí)，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(píng)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(wú)明顯塑性變形的區(qū)域?yàn)槭讛鄥^(qū)； 均為延性斷裂時(shí)，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(zhǎng)度法,判別主裂紋的分叉法示意圖,主裂紋氧化時(shí)間早，氧化顏色深；,疲勞裂紋長(zhǎng)、疲勞弧線(xiàn)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(kuò)展,（2）強(qiáng)度原則---裂紋沿著材料的薄弱環(huán)節(jié)擴(kuò)展,? 痕跡分析,痕跡：力學(xué)、化學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)等環(huán)境因素單獨(dú)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(biāo)記。,,痕跡的形貌,,痕跡區(qū)、污染物及反應(yīng)產(chǎn)物的化學(xué)成分,痕跡顏色的種類(lèi)、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(lái)的各種氣味,關(guān)注什么？,痕跡分析：對(duì)失效件的特征變化進(jìn)行鑒別，并找出其 變化原因，為失效分析提供線(xiàn)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(jī)件,? 小的機(jī)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(shí)驗(yàn)儀器,粗糙度變化,細(xì)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(jī)械損傷和化學(xué)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(hù)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(jī)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(jī)械接觸痕跡,,壓入性機(jī)械痕跡,撞擊性機(jī)械痕跡,滑動(dòng)性機(jī)械痕跡,滾動(dòng)性機(jī)械痕跡,微動(dòng)性機(jī)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(dòng)微裂紋,腐蝕痕跡：,表面顏色、形貌、表面層化學(xué)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(guò)熱、過(guò)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(lái)源,超星圖書(shū)---- 《高溫合金的斷口分析》 《金屬斷口分析》 《機(jī)械失效的痕跡分析》,