失效绪论-第1章-删减版技术分析.pptx

化工设备失效分析Failure Analysis for Chemical Equipment 主讲教师：徐书根 by Dr. Shugen Xu 过程装备与控制工程专业限选课之 内容概要（Outline） 第1章 绪论 第2章 失效分析基础知识 第3章 常见失效形式及判断 第4章 化工设备事故调查、分析与处理 第5章 化工设备失效分析典型案例 第1章 绪论 化工设备失效与失效分析 失效分析的意义 失效分析的历史、现状和未来 失效的定义 设备及其构件在使用过程中，由于应力、时间、温度和环境介质和操作失误等因素的作用，失去其原有功能的现象时有发生。这种丧失其规定功能的现象称为失效。装备及其构件除了早期适应性运行及晚期耗损达到设计寿命有预料中的正常失效外，在正式运行期间，金属装备及其构件在何时、以何种方式发生失效是随机事件，暂时还无法完全预料。 失效分析的定义和目的 对装备及其构件在使用过程中发生各种形式失效现象的特征及规律进行分析研究，从中找出产生失效的主要原因及预防措施，称为失效分析。 其目的是明确失效类型、找出失效原因，采取改进和预防措施，防止类似的失效在设计寿命范围内再发生，对装备及其构件在以后的设计、选材、加工及使用进行指导。 1.2 失效分析的意义 （1）促进科学技术的发展 失效分析是对事物认识的一个复杂过程，通过多学科交叉分析，找到失效的原因，不仅可以防止同样的失效再发生，而且能更进一步完善装备构件的功能，并促进与之相关的各项工作的改进。 在焊接结构断裂中，船舶的脆性断裂事故颇受人们注意。在第二次世界大战期间，美国的焊接“自由轮”在使用过程中发生大量的破坏事故，其中238艘向完全报废、19艘船沉没。船舶损坏有完全断裂或部分断裂两种情况，据统计有24艘船舶脆断成两半的情况。 Shank等人对船舶的脆性断裂事故作了详细调查，并获得了大量数据。认为造成最主要的原因是钢的缺口敏感性。更值得注意的是：大部分船舶脆断是在气温较低的情况下发生的。当时美国船舶技术标准中没有列出对船舶钢板的缺口敏感性和低温韧性的性能要求。 案例—— 船舶低温脆断 案例—— 船舶低温脆断 碳钢和低合金钢有一个脆性转变温度，尽管这些钢材在常温下有良好的韧性，但在低于室温的某一温度就会变脆(对缺口极为敏感)。某些常用钢材的低温韧性转变特性可以很好地解释美国的“自由轮”、钢制桥梁、压力容器、管道等在低温下工作的脆性失效，促使研制出在低温下有良好性能的材料。现在已制造出在接近绝对零度的超低温下工作的装备和构件。 案例—— 船舶低温脆断 19世纪中期，铁路运输的出现给工作和生活带来了方便，但不久后频繁出现车轴的断裂。通过对大量断轴失效分析和试验研究工作，找到了原因：金属构件在交变应力的作用下，即使应力远低于金属材料的拉伸强度，经过一定的循环积累，也会发生断裂，这就是“疲劳”。此后经物理学家、冶金学家、机械工程师反复、深入、系统的研究，使疲劳断裂成为金属材料强度学中的一个重要领域。用疲劳的机理可以解释很多失效现象，研制出抗疲劳的性能良好的金属材料、结构和成形工艺。 案例—— 火车车轴疲劳断裂 对材料和构件各种失效机理的认识都是通过对装备构件发生各种失效进行分析，提高了对观规律的认识。失效、认识(失效分析)、提高、再失效、再认识、再提高，由此促进了科学技术的发展。 （2 ）提高装备及其构件的质量 装备及其构件的质量是非常重要的，以质量求信誉，以质量求效益，通过对装备构件的失效分析，是提高质量的有力措施。 装备构件的质量往往是通过各种试验检测进行考核。试验室内再好的模拟试验也不可能做到与装备构件服役条件完全相同。任何一次失效都可视为在实际使用条件下对装备构件质量检查所做的科学试验，失效越是意想不到的，越能给人们意想不到的启示，引导分析复杂多变的过程及影响因素下装备构件质量的偏差，找出被忽略的质量问题。由此从设计、材料、制造等各方面进行改进，便可提高装备及其构件的质量。（典型的错误） 从大量化工及石油化工装置构件的失效分析总结出很多的经验，其中“金属材料的高质量”是预防失效的首要要求。 (a) 20世纪20年代，奥氏体不锈钢存在晶间腐蚀失效，通过失效分析提出晶间腐蚀的贫铬理论、选择性腐蚀理论及沉淀相腐蚀理论等，为避免有害的碳化铬在晶界沉淀，降碳、加稳定的碳化物形成元素及杂质含量低的奥氏体不锈钢相继问世； （2 ）提高装备及其构件的质量 不锈钢晶间腐蚀显微形貌 晶间腐蚀 晶间腐蚀的机理 用“贫铬理论”解释18-8Cr-Ni奥氏体不锈钢晶间腐蚀示意图 晶间贫铬 450-850 ℃ （b）世界