失效分析與安全

理化檢驗物理分冊PTCA (PART: A PHYS.TEST)2005年第4115■(院士論壇失效分析與安全鐘群鵬(北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京100083)摘要: 扼要闡述了失效分析相關(guān)名詞定義,討論了失效、失效分析預測預防的特點(diǎn)和屬性;介紹了安全的概念和安全問(wèn)題的重要性,并且指出了我國安全生產(chǎn)現狀和面臨的嚴峻形勢。在此基礎上,論證了失效分析預測預防和安全工作之間相互需求的重要關(guān)系。關(guān)鍵詞:失效分析;預測預防;安全;安全生產(chǎn)中圖分類(lèi)號: TB1文獻標識碼: A文章編號: 1001-4012(2005)05-0217-05FAILURE ANALYSIS AND SAFETYZHONG Qun-peng(School of Materials Science and Engineering, Beihang University, Beijing 100083， China)Abstract: This paper interprets some terms in failure analysis, summarizes the characteristics of failureanalysis, prediction and prevention, raises definition and importance of safety, and especially presents the hardreality of safety work in China. Finally, the important relationship between prediction &. prevention and safetyproblems is discussed.Keywords: Failure analysis; Prediction and prevention; Safety; Safety work品分析均是指事后的分析,三種分析所采用的方法1失效分析基本一致。狀態(tài)診斷則是針對可能的主要失效模(1)失效及失效研究的內涵機電元器件(或式、原因和機理的在線(xiàn)、適時(shí)和動(dòng)態(tài)的診斷。零件)、設備、裝置或系統統稱(chēng)為機電產(chǎn)品。機電產(chǎn)(3)失效模式、原因和機理診斷失效研究的品喪失規定功能的現象稱(chēng)為失效,對可修復產(chǎn)品通首要任務(wù)之一就是失效診斷。失效診斷是失效研究常也稱(chēng)為故障。產(chǎn)品是否失效,主要是在使用(包括的基礎,其準確與否決定了失效研究的成功與否。檢驗)中考察。在失效研究中,針對具體失效事件的失效診斷的目的是要診斷出失效的模式、原因和機技術(shù)活動(dòng)-般可分為三個(gè)層次:失效診斷、失效預測理,從而為采取預防措施指明方向和提供依據。失和失效預防。其中失效診斷是失效研究的核心,失效模式是指失效的表現形式,一般可理解為失效的效預測和預防則是失效研究的目的。失效診斷是失類(lèi)型。失效模式診斷是失效研究首當其沖的重要問(wèn)效發(fā)生以后的研究，失效預測和預防則是事前的。題,具有“定向”的意義。失效模式?？煞譃橐患壥?2)失效分析、事故分析、廢品分析和狀態(tài)診斷效模式、二級失效模式和三級失效模式。-般要求失效分析是對進(jìn)入商品流通領(lǐng)域后發(fā)生故障的分診斷到“二級”甚至“三級”。失效模式診斷得越具體析;對導致產(chǎn)品無(wú)法修復的嚴重失效的分析也稱(chēng)為和越準確.對失效原因診斷的準確性和預防措施制事故分析;對進(jìn)入商品流通領(lǐng)域前發(fā)生的質(zhì)量問(wèn)題定的針對性就越有指導價(jià)值。失效模式診斷一般從的分析則稱(chēng)為廢品分析。失效分析、事故分析和廢現中國煤化工裂紋、痕跡和變形等)、零件CNMHG學(xué)性能分析、結構和受收稿日期:2005-04-13力分析、工況和使用環(huán)境分析及失效模擬等方面入作者簡(jiǎn)介:鐘群鵬(1934-).男.中國工程院院士,中國機械工程手,其中首斷件(肇事件)的殘骸分析是最重要的診學(xué)會(huì )副理事長(cháng)。斷依據,也是目前使用得最多和最好的一個(gè)方面。P.理化檢驗物理分冊鐘群鵬:失效分析與安全失效原因是指釀成失效事故的直接關(guān)鍵因素。失效診斷學(xué)、失效預測學(xué)和失效預防學(xué)三部分組成。失原因也可分為一級、二級和三級失效原因。一級失效學(xué)的實(shí)踐基礎是對大量的失效事故模式、原因和效原因一般指釀成該失效事故的首先失效件(肇事機理的定性、定量的分析診斷和隨后行之有效的預件)失效的直接關(guān)鍵因素處于投入使用過(guò)程中的哪測預防的工程實(shí)踐經(jīng)驗的積累和總結;失效學(xué)的技個(gè)階段或工序(如設計原因、制造原因、使用原因和術(shù)和方法基礎是現代檢測儀器,可靠性技術(shù)和工程環(huán)境原因等);二級失效原因是指-級失效原因中的方法;失效學(xué)的理論基礎是近代材料學(xué)、力學(xué)和化學(xué)直接關(guān)鍵原因。失效原因的診斷是失效研究的核心對斷裂失效、腐蝕失效、磨損失效及其混合型的失效和關(guān)鍵。失效機理的診斷是指對失效的內在本質(zhì)、模式和機理的深入研究。必然性和規律性的研究,是對失效性質(zhì)認識的理論(6)失效模式、原因和機理的診斷與失效有升華和提高。失效機理是內因和外因共同作用而最關(guān)的失效對象、失效現象和失效環(huán)境統稱(chēng)為失效信終導致失效事件發(fā)生的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和機構學(xué),即息。表1列出了5大類(lèi)16項共52種失效信息。每失效內在的必然性和固有的規律性。-種失效信息都是失效的一個(gè)特征,反映影響失效(4)失效分析、預測和預防失效分析是 分析的某個(gè)因素或條件;綜合幾種失效信息可以診斷出診斷失效的模式、原因和機理,研究采取補救、預測失效的模式,進(jìn)而推斷出失效的原因和機理。反之，和預防措施的技術(shù)活動(dòng)和管理活動(dòng)。失效預測可以也可認為某一特定的失效模式、原因和機理總要表分為安全狀況預測、剩余壽命預測和累積失效概率現出-些相應的失效信息(特征)。因此,可以建立(可靠度)預測等三個(gè)層次的內容。失效預防則應包通過(guò)失效事件本身反映出來(lái)的失效信息來(lái)診斷失效括失效的工程預防、失效(或安全)法規或標準的制模式、原因和機理的失效診斷系統,幫助進(jìn)行失效定或修改，以及失效(或安全)數據庫和專(zhuān)家系統的研究。建立和應用。(5)失效學(xué)研究機電產(chǎn) 品失效的診斷、預測2安全和預防理論及技術(shù)和方法的交叉或綜合的分支學(xué)無(wú)危則安,無(wú)損則全?！鞍踩鳖櫭剂x，指沒(méi)科。失效學(xué)是一個(gè)正在發(fā)展中的新興學(xué)科，由失效有危險,不受威脅,不出事故,沒(méi)有受傷,完整無(wú)損，表1失效信息與失效模式、 原因和機理的診斷系統Tab.1 Relationship between failure characteristics and diagnosis system of failure mode, reason, mechanism主要失效模式和特征'項目失效信息名稱(chēng)裂紋裂紋起源宏與零件應①在應力集中處(R處)信息位置和擴展 觀(guān)力、焊縫的關(guān) ②在焊縫區方向系③非應力集中區.與接觸介質(zhì)①在介質(zhì)接觸的表面的關(guān)系②在點(diǎn)蝕(磨蝕)坑處③與接觸介質(zhì)無(wú)關(guān)與主正應力①與主正應力方向垂直或主切應力方② 與主切應力方向平行向的關(guān)系③與主正應力、主切應力無(wú)關(guān)微與顯微組織①在夾雜物處l的關(guān)系②在某一相組織處③與顯微組織無(wú)關(guān)與晶粒邊界①在晶粒邊界或相界處中國煤化工②在晶內或相內③既在晶界也在晶內處MHCNMHG.與晶面晶向① 在某一特定的晶面或晶向②非特定的晶面、晶向③混合情況218●P.理化檢驗物理分冊鐘群鵬:失效分析與安全續表1主要失效模式和特征'項目失效信息名稱(chēng)裂紋分布宏按點(diǎn)、線(xiàn)分①以點(diǎn)放射分布和形貌觀(guān)布情況②沿線(xiàn)分布③不規則分布數量和平直① 單條、“平直”狀情況②分叉或臺階或鋸齒狀③網(wǎng)狀或龜裂形貌嚙合和間隙① 嚙合好、間隙小.裂尖尖銳②嚙合差、間隙大、裂尖圓鈍微觀(guān)與裂紋起源位置和擴展方向的微觀(guān)欄相同斷口斷口的形宏斷口附近的①塑性變形大、斷口凹凸不平信息貌和特 征觀(guān)殘留塑性變形②塑性變形小、斷口比較平直斷口的顏色①斷口為本色②斷口上有氧化或腐蝕產(chǎn)物的顏色斷口形貌特①纖維狀(鵝毛絨狀)正②結晶狀(顆粒狀)③放射狀(人字紋)④貝殼狀(弧線(xiàn)狀)微斷口的形貌① 韌窩(撕裂棱、微孔等)觀(guān)特征②解理(河流、扇形、臺階等)③沿晶(巖石、冰糖塊等)④條帶(輝紋、“輪胎”痕跡等)?“雞爪狀”形貌⑥腐蝕產(chǎn)物(氧化物、腐蝕產(chǎn)物、泥紋等)⑦其它形貌腐蝕材料與腐材料與腐蝕介質(zhì)①碳鋼及合金鋼在HCI、堿、 硝酸鹽、信息蝕介質(zhì)和腐HNO海岸大氣.工業(yè)大氣、H2S和H2SO。蝕特征形貌+HNO3等介質(zhì)中.②鉻不銹鋼在NaCl、氧化物、氟化物、溴化物、碘化物、HC1、海岸大氣、工業(yè)大氣、水及蒸汽、H2S等介質(zhì)中③奧氏體不銹鋼在氟化物、氯化物、堿、海岸大氣等介質(zhì)中④奧氏體不銹鋼在FeCl2, FeCls,H2SO.-和堿等介質(zhì)中⑤材料上有腐蝕性的介質(zhì)腐蝕形貌特征.①腐蝕產(chǎn)物附著(zhù)、剝離②表面顏色發(fā)暗、敲擊聲音頻率降低③腐蝕坑應力應力性質(zhì)①靜載荷(o>o或Ki≥Kic信息和特征②交變載荷(σ≥0_1)③沖擊載荷(a≥ae或Ki≥KxMHCNMHG注:1)該欄目中1為脆性(解理)斷裂,2為脆性(沿晶)斷裂,3為脆性(沿夾雜物)斷裂,4為塑性斷裂,5為疲勞斷裂,6為腐蝕疲勞斷裂,7為應力腐蝕(沿晶)斷裂,8為應力腐蝕(穿晶)斷裂;V表示存在相對應的失效模式和特征。理化檢驗物理分冊鐘群鵬:失效分析與安全平安健康。安全的反義詞是災害。災害是對人類(lèi)生建國以來(lái),我國安全生產(chǎn)取得了很大的進(jìn)步。命、財產(chǎn)和生存條件造成危害性后果的各種變異現特別是近幾年來(lái).我國在安全生產(chǎn)的治理和整頓方象的總稱(chēng)。面成績(jì)顯著(zhù),安全生產(chǎn)狀況雖好于前幾年,但安全形從科學(xué)的含義.上看，“安全”可以認為是-種狀勢仍然十分嚴峻,發(fā)展趨勢也不容盲目樂(lè )觀(guān)。態(tài)，是指滿(mǎn)足人和物不受損傷、身心健康和完整完滿(mǎn)我國安全生產(chǎn)的現狀是:①道路交通運輸傷亡的一種環(huán)境、物態(tài)和狀態(tài);也有人認為，“安全”是一人數呈逐年上升趨勢;②重大火災隱患依然嚴重存種能力,是指人類(lèi)對自身利益一-包括生命、健 康、在;③工礦企業(yè)事故發(fā)生頻率和死亡人數仍然居高財產(chǎn)、資源、生存空間、信息、無(wú)形資產(chǎn)、商業(yè)機會(huì )、傳不下;④職業(yè)危害嚴重,從1998年來(lái)呈現回升趨統、文化、社會(huì )結構、運行機制和秩序等的捍衛、維護勢;⑤中小企業(yè)的安全生產(chǎn)成為薄弱環(huán)節。和控制的能力。將上述“物態(tài)論”和“能力論”相結我國安全生產(chǎn)的形勢是:①傳統的安全生產(chǎn)管合,安全是通過(guò)“能力”達到的一種“狀態(tài)”。理模式面臨挑戰;②經(jīng)濟高速發(fā)展與安全生產(chǎn)基礎安全的內涵和外延可以有狹義的(傳統的)和廣薄弱的矛盾更加尖銳;③西部大開(kāi)發(fā)中的安全生產(chǎn)義的(非傳統的)安全之分:狹義的安全(又可稱(chēng)為傳問(wèn)題將日益突出;④經(jīng)濟高速發(fā)展與“安全風(fēng)險”轉統的安全)包括國家安全(即國防安全)、社會(huì )安全和嫁;⑤加入WTO之后挑戰和機遇并存。公共安全。國家安全是指在國家、民族和領(lǐng)土層面.我國安全生產(chǎn)現狀和形勢如此嚴峻，究其原因上的安全,側重于在國家和民族之間的沖突和對抗是因為我國在總體的安全生產(chǎn)的水平、安全生產(chǎn)監中捍衛國家利益問(wèn)題;社會(huì )安全是指社會(huì )秩序和運督和管理體制、安全生產(chǎn)的保險機制、安全生產(chǎn)的技行機制層面的安全,側重于社會(huì )犯罪、破壞和威脅中術(shù)保障體系和安全文化的意識等方面與工業(yè)發(fā)達國維護社會(huì )利益問(wèn)題;公共安全是指在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)層面家相比還存在較大的差距的緣故。上的安全,側重于對安全生產(chǎn)事故的控制問(wèn)題。廣3失效分析與安全的相互關(guān)系義的(非傳統的)安全是人類(lèi)進(jìn)入21世紀后,由于社會(huì )、經(jīng)濟及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展引發(fā)的新的安全問(wèn)題,包失效分析預測預防是安全工作的需求，積極的括環(huán)境安全、技術(shù)安全、城市安全和經(jīng)濟安全等。其失效分析預測預防工作對安全工作具有促進(jìn)作用，中環(huán)境安全又可分為生態(tài)、人口、資源(能源、土地、對保證安全具有不可替代的作用;安全工作離不開(kāi)水資源和礦產(chǎn))和氣候等相關(guān)的安全問(wèn)題,環(huán)境安全失效分析預測預防,是失效分析預測預防科學(xué)存在、的本質(zhì)是由于經(jīng)濟高速發(fā)展引發(fā)的人與自然不能和發(fā)展的基礎。兩者具有相互依賴(lài)共同發(fā)展的特點(diǎn)。諧發(fā)展的問(wèn)題;技術(shù)安全是指新技術(shù)和新產(chǎn)品的出可以認為,失效分析預測預防加上監察就是安全工現,包括生物技術(shù)、基因技術(shù)、新的化工產(chǎn)品及大型作。工程給人和自然構成的風(fēng)險和威脅;城市安全是由失效分析預測預防和安全之間的相互關(guān)系見(jiàn)于城市規模和生產(chǎn)的集約化發(fā)展帶來(lái)的突出的安全表2。問(wèn)題;而經(jīng)濟安全則是由于世界經(jīng)濟的一體化,使得4結語(yǔ)社會(huì )經(jīng)濟的關(guān)聯(lián)性、依賴(lài)型和“脆弱”性大大的增加帶來(lái)的附加的安全問(wèn)題，例如動(dòng)力安全(核安全)、信(1)失效分析預測預防是認識客觀(guān)事物本質(zhì)和息安全和金融安全等。規律的逆向，思維過(guò)程,是推動(dòng)高科技發(fā)展的積極因鑒于安全的內涵及其外延不斷的深化和擴大，素之一,是變失效為成功的必由之路。安全的概念成為一個(gè)動(dòng)態(tài)的、發(fā)展的，帶有全局性、(2)失效分析預測預防具有“原則性”一客 觀(guān)關(guān)鍵性和戰略性的問(wèn)題,安全與社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展之間性、公正性和科學(xué)性,整個(gè)失效分析過(guò)程必須堅持八的關(guān)系越來(lái)越緊密依賴(lài)和互為制約,因此與安全有個(gè)原則。關(guān)的安全文化、安全科學(xué)、安全技術(shù)、安全管理、安全于面路幾蘭突出,各學(xué)科在研究安中國煤化工經(jīng)濟和安全倫理等也將應運而生和蓬勃發(fā)展,其重全問(wèn),公共安全應成為--級要性也日益突出,安全不再是人類(lèi)被動(dòng)的追求目標學(xué)科JMYHCNMHG狀態(tài),而且將對經(jīng)濟社會(huì )和政治發(fā)展起反轉的促進(jìn)(4)安全與全面建設小康社會(huì )及可持續發(fā)展戰作用。略之間存在十分密切的關(guān)系,應當與人口、資源和環(huán)理化檢驗物理分冊鐘群鵬:失效分析與安全表2失效分 析預測預防和安全之間的相互關(guān)系Tab.2 Relationship between safety and failure anaysis, prediction, prevetion項目安全工作失效分析預測預防定義對生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中的生產(chǎn)事故(失效)、事故隱患和事故風(fēng)險進(jìn)對生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中的安全事故、事故隱患和事故風(fēng)行分析、識別、評價(jià)和控制全過(guò)程的監察、監督、管理和科技活動(dòng)。險進(jìn)行分析診斷預測控制和預防根治的科學(xué)、公正的技術(shù)活動(dòng)和管理活動(dòng)的總稱(chēng)?；拘园踩侨祟?lèi)為其生存和發(fā)展向大自然索取和創(chuàng )造物質(zhì)財富的生失效是人們的主觀(guān)認識與客觀(guān)事物相互脫離的結產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中一個(gè)最重要的基本前提,它具有“基本”性質(zhì)。果,失效分析預測預防是人們深化客觀(guān)事物認識的知識源泉,它具有“基本”性質(zhì)。絕對性在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中.安全問(wèn)題無(wú)所不在,無(wú)時(shí)不有,它具有“絕人的認識是有限的,而客觀(guān)世界是無(wú)限的,因此失效對”性質(zhì)。是絕對的,安全是相對的,它具有“絕對”性質(zhì)。時(shí)代性在人類(lèi)進(jìn)化發(fā)展的各個(gè)歷史時(shí)期,生產(chǎn)方式和生產(chǎn)水平不同。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,特別是安全科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，隨著(zhù)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的手段、設備和工藝不斷復雜.安全工作的內容失效分析預測預防的內容、重點(diǎn)、技術(shù)和方法也有所不和重點(diǎn)也各不相同,它具有“時(shí)代”性質(zhì)。同,它具有“時(shí)代”性質(zhì)。在社會(huì ).從社會(huì )發(fā)展的角度,安全生產(chǎn)是社會(huì )穩定、文明的重要因素;從是促進(jìn)安全、保護生產(chǎn)力的有效武器;是貫徹“安全生活上實(shí)現可持續展戰略的角度,安全生產(chǎn)是保障和促進(jìn)社會(huì )經(jīng)濟持續.第一”預防為主”方針的一項重要工作;是保證社會(huì )安健康發(fā)展的重要保證;從提高社會(huì )文明的角度,安全生產(chǎn)是體現和定、經(jīng)濟持續發(fā)展的重要保證;是社會(huì )主義市場(chǎng)經(jīng)濟體提高社會(huì )文明與進(jìn)步的重要標志;從全面建設和實(shí)現小康社會(huì )的制優(yōu)越性的重要體現。角度,安全生產(chǎn)是全面建設和實(shí)現小康社會(huì )目標的本質(zhì)內涵。在經(jīng)濟和在經(jīng)濟發(fā)展的角度,安全生產(chǎn)是減少負效益(增加正效益)的必是防止失效事故的再發(fā)生、減少經(jīng)濟或人員傷亡的管理上由之路;在全面建設小康社會(huì )的目標角度，安全是安居樂(lè )業(yè)的重要必由之路;是對國內外經(jīng)濟糾紛進(jìn)行仲裁或判決、索賠前提;在可持續發(fā)展戰略的角度,安全是經(jīng)濟發(fā)展良性循環(huán)的重要的科學(xué)技術(shù)依據;是創(chuàng )建優(yōu)質(zhì)名牌產(chǎn)品、提高產(chǎn)品的質(zhì)指標;在發(fā)展國際經(jīng)濟貿易的角度,安全生產(chǎn)將是打破和通過(guò)國際量和更新?lián)Q代的重要途徑;是為各級領(lǐng)導提供反饋和經(jīng)濟貿易中“綠色壁壘”或“技術(shù)性貿易壁壘”和市場(chǎng)準入條件的必進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟規劃和決策的重要參考依據。不可少的“通行證”。在工程從安全科技發(fā)展的角度,安全是國家科技水平的綜合體現;從安是機電產(chǎn)品維修工作的技術(shù)基礎和前提條件;是可技術(shù)上全科學(xué)技術(shù)發(fā)展的角度,安全是國家安全科學(xué)技術(shù)理論、技術(shù)、工靠性工程的基礎技術(shù)工作之一;是發(fā)展和完善安全工.程和產(chǎn)業(yè)協(xié)調發(fā)展的重要結果。程技術(shù)的重要實(shí)踐基礎;是修改和完善產(chǎn)品和技術(shù)標準的科學(xué)實(shí)踐依據。在科技從發(fā)展科學(xué)技術(shù)水平的角度,安全是發(fā)展和完善安全科學(xué)技術(shù)是認識客觀(guān)世界事物本質(zhì)的重要知識源泉;是發(fā)展進(jìn)步上的重要組成部分;從提高國家綜合國力的角度.安全是反映和提高新學(xué)科、新理論、新材料、新工藝、新方法的重要窗口國家綜合國力和國際聲譽(yù)的重要體現。和"產(chǎn)婆";是發(fā)展科學(xué)技術(shù)，包括發(fā)展高科技的不可避免的機遇和挑戰;是從失敗入手著(zhù)眼于成功和發(fā)展的科技領(lǐng)域;是從過(guò)去入手著(zhù)眼于未來(lái)和進(jìn)步的科技領(lǐng)域;可以認為是科技是第一生產(chǎn)力中最活躍的因素之一。境-樣把安全列為我國的-項基本國策。電裝備的發(fā)展。(5)失效分析可以預防事故、保安全和促進(jìn)機(6)失效分析大有作為。中國煤化工歡迎來(lái)稿歡迎訂閱YH叭CNMHS登廣告