TPM設備故障原因和模式
來源/作者： TPM咨詢服務中心 丨 發布時間：2017-08-02 丨 瀏覽次數：
（1）設備故障原因機理
設備的零部件在運行中受到物理、化學、力學和電學過程的作用發生變化，即是形成故障的原因。其中可分為故障的主體原因和故障的外在原因：
設備故障原因--設備的構件在設計及制造中，強度、幾何尺寸、制造缺陷及存在內應力等潛在因素。
故障的外在原因--工作條件，如載荷、溫度、介質、電壓、電流、負荷變化及頻率；工作環境，如粉塵、潮濕、氣候等；人為失誤，如安裝調整、損壞性維修、潤滑不良以及操作失誤等。
當設備運行中，其缺陷在外在因素影響下，逐漸擴展直至破壞，或者其負荷超過設備的承受能力而引起故障以至失效。故障的產生發展是個復雜的變化過程，可能一種主要原因造成的，也可能是多種原因疊加或者相互作用造成的。
（2）宏觀原因
從宏觀上看，設備發生故障的原因有：
1）設計錯誤
應力過大，應力集中，材料、配合、潤滑方式選用不當，對使用條件、環境影響考慮不周。
設備故障原因
2）原材料缺陷
材料不符合技術條件，鑄鍛件有缺陷，熱處理缺陷等
3）制造缺陷
機加工、壓力加工和裝配缺陷，焊接缺陷、熱處理變形等。
4）運轉中的問題
沒有預料到的使用條件影響，已知使用條件發生變化，過載、過熱、腐蝕、潤滑不良、操作失誤、維護不當、修理不當等。
（3）微觀原因
從微觀上看，發生機械故障的原因在于設備中零件的強度因素與應力因素和環境因素不相適應。下面簡單介紹各種機械故障模式。
1）彈性變形失效
當工作載荷和溫度使零件配合所使用的數值時，就將導致彈性變形失效。例如用2Cr13不銹鋼做袖套，用青銅做軸瓦，這樣的材料匹配在常溫下可以很好工作，但在極低溫度下，由于兩者的線膨脹系數差別甚大，引起抱軸現象。這種彈性變形失效的判斷往往是困難的。主要是因為，雖然應力或溫度在工作狀態下會使零件彈性變形并導致失效，但是在解體或測量零件時，變形已經恢復。導致彈性變形失效的原因，幾乎全部是設計者考慮不周，計算錯誤或選材不當所致。
2）屈服失效
由于塑性變形引起的失效叫作屈服失效。零件發生塑性變形是由于零件在某個部位所承受的實際應力大于材料的屈服強度。如果在兩個互相接觸的曲面之間存在的接觸應力，超過了材料的接觸強度，可使匹配的一方或雙方產生局部屈服形成局部的凹陷，嚴重者會影響其正常工作。這種情況稱為過載壓痕損傷，它是屈服失效的一種形式。例如滾珠軸承在開始運轉前，如果靜載荷過大，滾珠將壓入滾道使其型面受到破壞，這樣的軸承在以后的工作中就會使振動加劇而導致早期失效。過載壓痕損傷往往是作為其他失效模式如磨損、接觸疲勞等的前奏或誘因出現，較少作為單獨的失效模式出現。
3）塑性斷裂失效
塑性斷裂又稱韌性斷裂、延性斷裂。當零件所受實際應力大于材料的屈服強度時，將產生塑性變形。如果應力進一步增加，而該零件與其他零件的匹配關系又允許時，就可能發生破裂。這種失效模式稱為塑性斷裂失效。塑性斷裂的特點是在零件斷裂之前有一定程度的塑性變形，斷口四周有與零件表面呈45o角的剪切唇，斷口粗糙，色澤灰暗，呈纖維狀。
4）脆性斷裂失效
脆性斷裂包括靜載及沖擊下的脆性斷裂、氫脆斷裂、應力腐蝕開裂等。靜載及沖擊下的脆性斷裂過程由開裂的裂紋擴展兩個階段所組成，當開裂后，裂紋即以極高速度擴展，斷裂前無任何預兆，突然發生災難性的破壞。脆性斷裂的微裂紋形成機理和微裂紋成核后裂紋的擴展是個非常復雜的問題，目前仍不是完全清楚。
促使靜載及沖擊條件下發生脆性斷裂的外部因素有：
低溫：在金屬與合金中，除具有面心立方晶格的結構外，都有隨溫度而出現的塑性脆性轉化現象。當高于脆性轉化溫度時，斷裂呈塑性，而低于該溫度時，斷裂呈脆性；
高的變形速度：沖擊載荷比靜載荷更容易使金屬材料發生脆斷；
應力狀態：三向拉應力容易使有色金屬零件發生脆斷。
從材料本身來看，引起脆斷的因素有：
材料的熱處理狀態與脆斷的傾向性有密切關系，例如過熱、回火脆性、時效脆性等都可使金屬構件發生脆性斷裂；
晶粒度大的材料容易脆斷；
表面劃傷、缺口等缺陷使脆斷傾向性增加；
殘余拉應力高的零件容易脆斷。
脆性斷裂的主要特征是：
零件斷成兩部分或碎成多塊；
斷裂后的碎片能很好的拼湊復原，斷口能很快吻合。在斷口附近，沒有宏觀的塑性變形跡象；
斷口與正應力方向垂直，斷口的源區邊緣無剪切唇；
斷口呈細瓷狀，較亮。
5）疲勞斷裂失效
疲勞斷裂失效是指金屬材料在低于拉伸強度極限的交便應力的反復作用下，緩慢發生和擴張并導致突然破壞的斷裂現象。疲勞斷裂在所有金屬構件端裂中占主要地位。
疲勞斷裂過程跟一般的靜力斷裂過程不同，它是損傷累積以至構件突然斷裂的過程。在恒應力或恒應變下，疲勞將有三個過程所組成：
裂紋的形成；
裂紋擴展到臨界尺寸；
余下斷面的不穩定斷裂。
對于金屬材料和機械零件來說，零件表面存在的各種冶金缺陷、加工缺陷、截面尺寸突變、表面硬化處理以及各種腐蝕缺陷，這些地方將產生較大的應力集中，有利于疲勞裂紋的產生。金屬材料內部的第二相質點、非金屬夾雜務、晶界及亞晶界、孿晶、疏松、孔洞、氣泡等處，也常常是容易產生疲勞裂紋的區域。
6）腐蝕失效
金屬表面與周圍介質發生化學及電化學作用而遭到的破壞，成為金屬的腐蝕失效。金屬腐蝕一般可分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩大類。化學腐蝕是金屬表面與介質發生純化學作用而引起的損傷。它的特點是作用中沒有電流產生。例如軋鋼是生成厚的氧化皮，金屬字有機液體（如酒精、石油等）中的腐蝕。電化學腐蝕是指金屬表面與離子導電的介質因發生電化學作用而產生的損傷。它跟化學腐蝕的不同之處在于進行過程中有電流產生。例如金屬在潮濕氣體中的腐蝕，在電解液中的腐蝕等。
化學或電化學作用均產生不同于原來金屬的物質，叫做腐蝕產物。根據有無腐蝕產物的存在，就可判斷是否發生腐蝕。
腐蝕失效常與疲勞、磨損等共同作用，形成各種復合的失效模式。
7）磨損失效
磨損是伴隨摩擦而產生的共同結果。它是相互接觸的物體在相對運動中，表層材料不斷發生磨損的過程或者產生殘余變形的現象。磨損不僅是材料消耗，也使零件失效。磨損是零件失效的普通和主要形式，進而導致機械設備使用壽命降低和引發故障。尤其在現代工業自動化，連續化的生產中，某一零件磨損失效，就會影響全線的生產，影響企業經濟效益。
磨損是多因素相互影響的復雜過程。例如摩擦副的磨損程度同零件所用材料的性質、表面加工方法和質量，以及使用條件（載荷、溫度、及潤滑狀態）等有關。磨損的結果使摩擦表面產生多種形式的破壞，因而磨損的形式也就相應不同。一般從磨損的破壞機理來分類，分為粘著磨損、磨料磨損、表面疲勞磨損腐蝕磨損、微動磨損五類。
磨損失效判斷，首先應確定失效零件是否具有受到磨損繁榮工作條件，再根據零件表面的相貌可色澤、形狀和尺寸的變化等判斷零件表面損傷是否屬于磨損以及屬于那種磨損類型。
8）TPM管理咨詢公司對于蠕變失效提到
蠕變是金屬零件在應力和溫度繁的長期作用下，產生永久變形的失效現象。晶力沿晶界滑動產生形變是蠕變讀主要機型理。
因蠕變過程使預緊零件的尺寸產生變化而導致失效的現象稱為熱松弛。例如壓力容器用于緊固法蘭盤上的螺栓，在溫度和應力的長期作用下，因蠕變而伸長，致使預緊力下降，可能造成壓力容器的泄露。
蠕變的最主要特征是永久變形的速度很慢。可以根據零件的具體工況來分析。是否存在產生蠕變的條件（溫度、應力和時間）。沒有適當的溫度和足夠的時間，不會發生蠕變和蠕變斷裂。
在蠕變斷口的最終斷裂區上，撕裂不如常溫伸斷口上的清晰。在掃描電鏡下觀察，蠕變斷口附近的晶力形狀往往不出現拉長的情況，而在高倍下，有時能見到蠕變空洞。
除上述主要故障模式外，還有沖擊微振幅射損傷等模式，在此不一一敘述。
（4）設備故障原因模式
每一種故障的主要表征成為故障模式，生產中常見的故障模式可以粗略分為異常震動、磨損、異常聲響、腐蝕、滲漏、裂紋、疲勞、絕緣老化、油質劣化、材質劣化、松弛、異常溫度、堵塞和剝離等情形，根據企業的統計情況。
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