工程材料失效分析Word格式.docx
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资料、图书、档案、网络尸
国家安全生产监督管理总局
★不可查的：
太多太多!
4.失效、事故的损失及危害
★直接的★间接的
★目前的★长期的
二、抗失效意义
1.促进科学技术的发展
例
19世纪中期，火车轴频发断裂，原因是疲劳。
疲劳的研究促进了断裂力学和材料强度学的发展。
例2：
二战期间，美国焊接结构“自由轮”在美国-冰岛■英国航线上发生千余次断裂破坏事故，原因是碳钢和低台金钢在低温出现脆性。
低温脆性的研究促进了低温材料的发展。
2•提高构件、装备的质量
Ml：
日本问题轿车的召回制
20世纪20年代—奥氏体不锈钢的腐蚀失效-提出晶间贫洛腐蚀/选择性腐蚀/沉淀相腐蚀理论-开发不锈钢新钢种-零件内在质量大大提高3.提高经济/社会效益
三、失效形式及原因
1.失效形式
2.失效原因
1）设计不合理，如工程设计训练
2）选材不当及材料缺陷
3）制造工艺不合理4）使用操作不当和维护不当
举例：
设计不当
容器碟形封头按GB150规定的强度公式进行强度尺寸计算，原要求过渡区尺寸“DQ0.06%,后修订为gr/Di>
0.10%进行结构设计，大大减少了过渡区失效的发生。
Di
蝶形封头
无折边锥形封头
大端折边锥形封头
无折边锥形封头使用范围半锥角6^30。
也是失效得来的教训。
2004年，某酒精厂蒸煮锅上封头采用0=80。
的无折边锥形封头，在0.5MPa的工作压力下操作发生爆炸引起事故。
选材不当
■MB
III
1）构件高温蠕变失效屡见不鲜
某厂的火管锅炉，壳体材料为16MnR,火管材料为无缝钢管，流体入口温度超过1000°
C,出口温度为240°
C,压力为4MPao此火管使用一段时间后，局部过热而烧穿。
原因：
高温炉管选材不合理，应选含Cr、Mo高的合金钢管替代10g钢。
2）某厂原使用一台进口的管壳式热交换器，壳体
及管子均为18-8^＜不锈钢，基于生产需要按原
图纸再加工一台，把壳体改为低碳钢/18・8銘镰复合钢板，管子仍为18-8^不锈钢，投入使用即
发生壳体横向开裂O
原因:
①管壳因材料热膨胀系数差异引起过大的轴向温差应力;
②选用复合钢板后未对换热器结构作改进O
四、与其它学科的关系
1-与基础学科的关系
1=
机械设计
痕迹学
断口学
断裂力学
测试技术
工艺学
无损检测
金相学
材料学
系统工程
腐蚀科学
质量管理
模糊数学
裂纹学
断裂物理
断裂化学
摩擦学
概率统计
工程力学
可靠性分析
2.与基础学科交叉融合
与基础学科结合
•与应用学科结合
五、失效分析发展概况
1.发展历程
阶段
初级分析
近代
年代
工业革命前
〜194（TS
特征
现象描述和凭经验分析
宏观检测和光学金相观测分析
①现代物理检测技术
现代
195（FS
〜至今
②集断裂特征分析、力学分析、结构分析、材料抗力分析和可靠性分析于一体
③全国性失效分析中心及失效分析学会成立
④出现大量的失效分析专著和论文集
2.国内外失效分析现状
16
2020/4/29
1）中国
♦1970后为失效分析的新时期
♦成立了中央部委失效分析研究中心、各类理化实验室及试验研究中心、失效分析委员会…
♦重大失效事放：
国家组织攻关组或分析小组
一般失效事放：
单位委托专家分析
♦常举办全国性和地方性的失效分析学术活动
工程技术刊物开辟了失效分析专栏
♦失效分析、预测及预防知识的逐渐普及：
出版了相关的教材、专著及技术丛书，高校有关专业增设失效分析课程
17
钟群鹏“
《失效分析基础》
上海交大“《金属断口分析》
褚武扬“
-《断裂与环境断裂》
刘正义-
《机械装备失效分析图谱》
陈伯蠡十吴望周“
《焊接工程欠缺分析与对策》《化工装备断裂失效分析基础》
机械工业委员会-《失效分析》培训教材
机械工程学会材料分会-《机械产品失效分析》丛书
胡世炎■■
「《破断故障金相分析》及《机械失效分析手册》
张栋“《机械失效的实用分析》及《机械失效的痕迹分析》
邓文龙“《金属构件断裂分析与防护》
孙智“《失效分■•基础与应用》
窦照英“《承压设备失效分析与处理》《化工设备事故分析与预防及应急处理技术实用手册》《国外石油化工事故案例》《化工事故案例分析与防范》《石油化工企业事故案例剖析》《锅炉压力容器爆炸事故案例剖析》《化工爆炸事故案例》《化工设备突发事故处理与分析预防技术规范实务全书》
《安全生产事故典型案例评析全集》含“化工事故典型案例评析”
2）美国
♦原子能、宇航部门：
失效分析主要由国家研究机构承担
民用工业部门：
失效分析主要由一些公司承担♦失效分析与保险公司和法院关系最密切，常以官司结案♦美国金属学会（ASM）:
《HowComponentsFail》（1966）
美国机械工程师学会（ASME）、美国材料与试验学会（ASTM）♦ASTM1975年在《金属手册》中增设加“失效分析与预防”uFailureAnalysisandPrevention55♦JackA.Colins1981年编著《机械设计中的材料失效》教林《FailureofMaterialsinMechanicalDesign》
六、工作人员的任务和素质要求
1.主要任务
1寻找失效构件及相关实物证据
2宏观分析和推理，初步确定失效类型
3必要的微观分析、理化检验，再查找失效原因
4综合确定整个失效过程及其失效原因间的联系
5必要时模拟试验，验证因果分析的正确性
2.应备素质
①彻底的求实精神和严谨的工作态度
3正确的失效分析思路和良好的判断能力
4善于学习
5扎实的专业基础和宽广的知识面
-事故报道:
太多太多了!
动机在水压试验时发生爆炸后的夕
图美国260英寸导弹固体燃料发
曲左・:
・
图1-4潜艇指挥舱处壳体的牡应力腐蚀开裂损坏
事故发生后，
2006.5.18西柏坡发电厂发生的锅炉爆炸事故：
3死8伤，原因为锅炉高温蒸汽泄漏爆炸所致。
2005.12.6安徽凤台发生氨气泄漏事故，3死4伤。
2005.11.16中石油吉林石化公司双苯厂苯胺装置11月13日发生爆炸着火严重事故，造成5人死亡，2人重伤，21人轻伤，1人下落不明。
疏散群众达1万多人。
有些成为惨案和惨剧…■■惨不忍睹！
24
★★1984.12.3美国碳联公司印度博帕尔市农药厂异氧酸甲酯泄漏事故“世界工业史上绝无仅有的惨案。
死亡近四千人，受害20多万人，5万人失明，孕妇流产或产下死婴，受害面积40平方公里，数千头牲畜被毒死。
★★1986.4.26苏联切尔诺贝利核电站4号核反应堆爆炸“惨剧开始了。
当场31人死亡，附近13万多人被迫撤离，隔离区成为“死亡区”，间接导致5・5万人丧生，7万人成为残疾人，30多万人受放射伤害死去。
1986年4月26日凌晨的1点23分，前苏联乌克兰地
区切尔诺贝利核电站4号核反应堆一声爆炸，带来了人类和平利用核能史上的惨剧。
★震天巨响，厂房被炸飞，墙壁坍塌，火光四起，烈焰冲天,火柱高达30多米。
★核辐射通过风力、雨水等传播途径，污染了乌克兰、白俄罗斯、俄罗斯等一些堪称世界上最富饶的土壤，20多万平方公里的地区（居民694.5万），附近13万多人被迫撤离。
★核电站周围30公里范围被划为隔离区，约60万人进入隔离区进行清理抢救工作，庄稼被全部掩埋，周围7000米内的树木逐渐死亡。
★在长达半个世纪里，隔离区成为“死亡区”：
10公里范围以内不能耕作、放ft,100公里范围内10年内禁止生产牛奶。
★83.4万救援人员中，已有5・5万人丧生，7万人成为残疾人,
30多万人受放射伤害死去。
乌克兰共有250万人因切尔诺贝利核事故而身患各种疾病，其中包括47・3万儿童。
★到目前为止，还有200万人不得不生活在核污染区，其中包括48万不满17岁的少年儿童。
★据预计，切尔诺贝利核事故造成的直接经济损失在2350亿美元以上。
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/277I/4
核辐射对儿童健康造成的伤害
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20
I
29航＜29
切尔诺贝利核电站“石棺”现场
事故原因
前苏联政府组建的国家事故调查委员会的结论:
1.核电站“铀■石墨大功率压力管式”反应堆设计
上的缺陷，即反应堆燃料棒的结构和保护系统不合理，是事故的直接原因;
2.工作人员操作失误是事故的诱因（当时工作人员正在进行停电状态下重新激活反应堆的实验）O
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