Анализ отказов

Что такое Failure Analysis?

Анализ повреждений — это систематический осмотр поврежденного компонента путем визуального осмотра, поверхности излома (фрактографии), металлографии, химического анализа, твердости и механических испытаний; Это исследование, в ходе которого определяются механизм повреждения и первопричина.

Failure Analysis: цель

Цель состоит в том, чтобы определить механизм отказа (усталость, перегрузка, коррозия, коррозионное растрескивание под напряжением, ползучесть, хрупкое разрушение) и первопричину, а также определить корректирующие действия, которые предотвратят повторение.

К каким изделиям применяется Failure Analysis?

Сломанные элементы машины
Неудачные сварные соединения
Корродированные трубы и оборудование
Преждевременно вышедшие из строя крепления

В каких отраслях применяется Failure Analysis?

МеталлСтальГорнодобывающая промышленностьМашиныНефть и Газ

Стандарты, связанные с Failure Analysis

ASTM E2332 (руководство по фрактографии)
ASTM E3/E407 (металлография)
ISO 6892/ISO 148 (механические испытания)
ASTM E415/ISO 11885 (химический анализ)

Failure Analysis: условия

Шаг 1: Сбор документов: условия эксплуатации, история погрузок, производственные записи.
Шаг 2: Неразрушающий визуальный и стереоконтроль; поверхность излома сохранена
Шаг 3: Фрактография (стерео и СЭМ), металлография, химический анализ
Шаг 4: Механические испытания и испытания на твердость; стресс-анализ при необходимости

Оборудование для Failure Analysis

Стереомикроскоп и цифровая визуализация
Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ/ЭДС)
Линия подготовки к металлографии
Оборудование для химического анализа и механических испытаний

Требования к образцам для Failure Analysis

Поверхность излома нельзя очищать или приводить в контакт с самой собой.
Деталь должна быть отправлена как есть, вместе со всеми сломанными деталями.
Условия эксплуатации и история отказов должны быть документированы.
Неповрежденная эталонная деталь полезна для сравнения.

Failure Analysis: продолжительность

2–6 недель, в зависимости от объема.

Failure Analysis: порядок проведения

1Собирается история отказов и условия эксплуатации.
2Деталь подвергается неразрушающему контролю и документируется.
3Поверхность излома исследуют фрактографически.
4Проводятся металлография, химический анализ и механические испытания.
5Установлен механизм отказа.
6Сообщается об основной причине и рекомендациях по корректирующим действиям.

Failure Analysis: критерии приёмки

Анализ отказов не является проверкой соответствия; его результатом является не пройден/не пройден, а установлен механизм отказа и основная причина.

Оценка результатов

Очистка поверхности излома или соприкосновение частей друг с другом уничтожает самые ценные улики. Переход к основной причине на основе одного вывода — распространенная ошибка; этот механизм должен быть подкреплен многочисленными независимыми выводами.

Failure Analysis: протокол

История отказов и условия эксплуатации
Визуальные и фрактографические выводы
Металлографические, химические и механические результаты
Механизм отказа
Оценка первопричин и рекомендации

Аккредитация

EUROLAB имеет международно признанную аккредитацию, полученную от органов по аккредитации, являющихся участниками многосторонних соглашений о признании IAF и ILAC, в соответствии с ISO/IEC 17025 для лабораторных испытаний, ISO/IEC 17020 для инспекций и надзора, а также ISO/IEC 17021-1 и ISO/IEC 17065 для сертификации систем и продукции. Эта цепочка гарантирует, что выданные отчеты и сертификаты принимаются по всему миру.

Возможность проведения этого теста в рамках аккредитованной области зависит от вашего продукта и применяемого стандарта; поскольку аккредитация основана на методе, объем работ подтверждается в письменной форме на этапе предложения.

Область применения и разрешения

Соответствующие правила

Стандарты продукции и производственные спецификации

Испытания металлов и металлургия — Что охватывает эта область испытаний?

В разделе ниже описывается область, к которой относится испытание Failure Analysis; условия и критерии приемки именно этого испытания приведены в разделах выше. Объём, специфичный для вашего продукта, подтверждается письменно на этапе коммерческого предложения.

Металлические и металлургические испытания определяют нагрузку, которую может выдержать металл или сварное соединение, характер его разрушения и внутреннюю структуру. Результат этой группы часто касается не самого изделия, а идентичности МАТЕРИАЛА: действительно ли сталь заявленной марки, обеспечивает ли сварной шов прочность, заложенную проектом, содержит ли отливка недопустимый внутренний дефект?

Практическая значимость этой области объясняется тем, что металлическая деталь редко разрушается постепенно. Пластиковая деталь деформируется, стареет, трескается и обычно даёт предупреждение. Сварной шов или крепёжный элемент, напротив, часто ломается без предупреждения — особенно при усталости и хрупком разрушении. Поэтому в таких областях, как оборудование под давлением, грузоподъёмная техника, строительная сталь и трубопроводы, испытание материалов — требование РЕГЛАМЕНТА, а не проекта.

Эта группа объединяет три группы методов, каждая отвечает на свой вопрос. Механические испытания количественно определяют поведение материала под нагрузкой. Неразрушающий контроль ищет дефекты, не повреждая деталь. Металлография и химический анализ объясняют, почему материал ведёт себя именно так — через структуру зерна, распределение фаз, содержание включений и состав сплава.

Критерий приёмки этих испытаний почти никогда не берётся из стандарта на испытание, и это ключ к пониманию области. Стандарт на испытание указывает, как проводить измерение; допустимые значения берутся из стандарта на продукцию, марки материала или кода изготовления. ISO 6892-1 описывает, как проводить испытание на растяжение; EN 10025 указывает, какой предел текучести должна давать эта сталь. При чтении отчёта существенно знать, по какому стандарту на продукцию проводилась оценка.

Отбор проб в этой области неотделим от результата. Два образца, взятые из одной плавки, могут дать разные значения в зависимости от направления и места отбора; в прокатной продукции образцы, параллельные и перпендикулярные направлению прокатки, дают разные результаты. Поэтому стандарты на продукцию также регламентируют место и ориентацию отбора проб, и отчёт должен это документировать.

Группы методов в этой области

Механические испытания
Растяжение, сжатие, изгиб, ударная вязкость с надрезом (Шарпи), твёрдость (Бринелль, Виккерс, Роквелл), усталость, ползучесть и вязкость разрушения. Они дают поведение материала под нагрузкой в числовой форме.
Неразрушающий контроль
Радиография, ультразвуковой контроль, капиллярный контроль, магнитопорошковый контроль и визуальный осмотр. Ищет поверхностные и внутренние дефекты, не повреждая деталь, и является незаменимым этапом сварного производства.
Металлография
Подготовка образца, травление и микроскопическое исследование. Оцениваются размер зерна, распределение фаз, содержание включений, глубина цементации и зона термического влияния сварного шва.
Химический анализ
Состав сплава проверяется методом оптико-эмиссионной спектрометрии и мокрой химии; подтверждение марки материала проходит через этот этап.
Коррозионное поведение
Испытания в солевом тумане, на питтинговую и щелевую коррозию, а также межкристаллитную коррозию. В нержавеющих сталях они могут указывать на качество термообработки.

Часто путаемое в этой области

Сертификат на материал (например, EN 10204 3.1) не является протоколом испытаний; это декларация производителя. В критических применениях проводится независимая проверка, и эти два документа нельзя путать.
Испытания на растяжение по ASTM и ISO измеряют одни и те же величины, но используют разную геометрию образцов; результаты не считаются напрямую эквивалентными, применяется то, что требует спецификация.
Таблицы пересчёта между твёрдостью и прочностью являются ПРИБЛИЗИТЕЛЬНЫМИ. Расчёт предела текучести по твёрдости не является достаточным доказательством для приёмки материала.
В неразрушающем контроле фраза «дефектов не обнаружено» не означает их отсутствие; могут присутствовать дефекты ниже порога обнаружения метода. В отчёте должны быть указаны применённый метод и уровень чувствительности.
Прохождение сварного шва не доказывает квалификацию сварщика или процедуры; это отдельные процессы.

Какие решения подкрепляют эти результаты

Проверка сертификата на материал и приёмка поступающего материала
Утверждение сварного производства; аттестация сварщика и процедуры
Производственный контроль оборудования под давлением и конструктивных элементов
Анализ отказов и определение первопричины повреждений в эксплуатации
Проверка процессов термической и поверхностной обработки

Связанные тесты

Failure Analysis: частые вопросы

Следует ли очищать деталь перед отправкой ее на анализ неисправностей?

Нет. Поверхность излома нельзя чистить, чистить щеткой или приводить осколки в контакт друг с другом; эти действия уничтожают наиболее важные доказательства, показывающие механизм отказа. Деталь должна быть отправлена как есть, сухая и защищенная.