失效分析在机械产品加工中的作用及优势

赵洁芳 褚进 蒋毅

摘要：本文结合制造型企业的失效事例，分析和探讨失效分析在机械产品加工过程中的作用及优势。

关键词：失效；失效分析；质量管理；机械产品加工

1 引言

失效分析是控制产品质量的一种技术手段，可从根本上解决产品质量问题，在改进产品质量、协助产品技术开发、产品制造过程控制、产品安全运行、仲裁等方面具有实际意义，同时制造型企业具备开展失效分析的优势。

2 失效及失效分析概念

失效是指产品丧失规定的功能。丧失规定功能一般表现为三种状态：完全不能工作；仍然可以工作，但已经不能达到预期的效果；受到严重损伤不能可靠而安全运行，必须立即修理或更换。失效可能是产品中的零部件问题，也可能是管理问题。

失效分析是通过对失效产品的分析和验证，研究失效的原因，确定失效的模式或机理，并采取补救或纠正措施以防失效再度发生而进行的技术活动和管理活动。失效分析的结果，不仅要指出失效的模式、机理，以及导致失效的主要原因，更要能提出避免同类事故重复发生的措施或对策。失效分析不仅是技术活动，同时也是一种管理活动。

3 失效分析与产品质量的关系

失效是产品质量控制发生偏差的反映，可能是技术问题，也可能是管理问题。据统计，由于管理不当造成的失效占70%，由于质量管理不严，任何一道工序都可能产生缺陷，所以管理不当在一定条件下成为失效的主要原因，失效分析是进行全面质量管理的重要环节，利用失效分析，找出技术方面存在的问题，并从管理上采取措施，切实改进产品质量，提高企业核心竞争力。全面提高企业质量管理水平是防止失效的主要手段。

质量管理信息系统的核心功能是预防，制造企业必须学会如何防止不符合要求而付出过多代价的事情发生。质量管理信息系统的作用是预防，而不是检验。质量管理信息系统，要求资源的配置能保证工作正确地完成，而不是把资源浪费在问题的查找和补救上面。

制造型企业应充分应用失效分析方法，通过失效分析实施纠正、纠正措施、预防措施，从根本上解决质量问题，防止类似事件重复发生，使失效分析在提高产品质量、提高企业经济效益中发挥作用。

4 失效分析的一般工作流程

失效分析的一般工作流程如图1所示。

5 失效分析在机械产品加工中的作用

5.1 促进工艺改进

某公司5083铝接管出现斑块花纹，力学性能不能满足要求。该铝接管基本加工流程为：采购5083圆棒—自由锻—退火—加工成型。通过对该5083圆棒进行材质分析，其力学性能、化学成分、金相均满足要求，自由锻后的宏观检查发现粗大的纤维状晶粒，经过分析认为粗晶粒是因为始锻最高温度太高所致。分析出原因后，实验室经过模拟试验，得出最佳始锻温度及退火温度，实际应用后，产品外观未出发斑纹，力学性能达到要求。为彻底防止类似事件发生，除控制温度外，同时应时行原材料、锻后产品的金相检查。

进行该失效分析后，改进了铝管的锻造和热处理工艺，同时对产品过程检验进行了规范，从根源上了解决产生产品质量的问题。

5.2 找出关键质量检验点

某公司冷凝器纯铜管出现开裂，经过分析，发现化学成分符合要求，微观存在晶粒粗大、混晶问题，晶粒粗大使得纯铜管的力学性能下降，设备运行时易发生铜管开裂。經过分析后认为混晶是由于纯铜管在制取过程中采用的拔制法引起，该方法造成铜管两端产生混晶。因此，材料使用前须进行金相检查。

过多的检验节点会增加制造成本，降低企业生产效率，质量管理人员应在产品加工过程中合理设置检验检测点，进行失效分析有利于检验检测节点的合理设置。

5.3 促进设计优化

失效的原因非常复杂，可能是设计方面原因，也可能是加工过程中的某些原因，比如某产品运行一段时间后，一段弯管发生了小范围燃烧，而管道化学成分、焊接质量满足要求，设备整体运行过程符合要求，经过分析，发现是碳氢化合物集聚引起的燃烧，该起失效引发的事故就可以从设计的角度解决，可采取拉长相邻弯管距离的方式，避免碳氢化合物集聚。通过失效分析可促进设计优化。

5.4 为仲裁提供依据

某阀门燃爆，该阀门为一大型设备中的一个部件，引发的质量事故及损失比较大，根据现场运行记录显示，调试符合规范。经过一系列的实验及对阀门结构的解析，发现所用材料不符合实际设备运行工况要求，供货商没有按实际需要选择合适的材料。

失效分析可为处理质量纠纷、质量赔偿提供有力依据，以减少不必要的纷争。

5.5 为维修提供依据

某公司的一个大型项目，在检修中发现一部机械中的零件破裂，根据失效分析，确定该起失效事故为该部机械在安装过程中压伤了冷却油管，导致冷却效果不足，以致使该部机的零件破裂。更换油管及零件后，设备已正常起动、正常工作。如果不做失效分析，单纯更换零件，该失效事故将会重复发生。整个项目一旦在运行中停机维修，造成的损失将是巨大的。

复杂的系统工程一旦出问题，维修难度很大，通过失效分析，可为现场快速维修决策提供依据。

失效分析在机械产品质量管理的作用除了提出最适宜的预防措施和纠正措施外，对实现产品的安全运行也有不可预估的作用。

6 机械产品加工开展失效分析的优势

6.1 准确、全面的信息

当产品质量问题发生时，准确、全面的信息对失效原因分析起着关键作用，机械加工企业具备现场调研及收集各相关专业资料的便利条件，因为在企业内部，针对出现的问题可以及时联系设计、制造、设备管理、检验检测、运行等部门，以便收集完整、准确的信息。

6.2 科学的综合分析

影响产品失效的因素很多，可能是设计、工艺、制造、材料、安装和环境条件等因素引起，也可能是综合因素引起，只有通过科学全面的系统分析，才能使失效分析结论科学、准确，不会被局部信息所误导。企业可以在综合各方面因素分析的基础上做出科学的结论。

6.3 跟踪验证

经过失效分析，初步确定失效原因后，应及时进行重现性试验，以验证初步结论的可靠性，无论哪种失效原因，机械加工企业具有实施验证的便利性，应验证方案的可行性和持续性。

现代科学技术已经为失效分析提供了便利的材料检测技术手段，机械加工企业可以依托检验检测机构、科研院所等实施失效分析，将失效分析应用到企业质量管理中，用失效分析实现制造质量的改进、创新。

参考文献

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