助焊剂腐蚀失效案例分析

助焊剂腐蚀失效案例分析

中国赛宝实验室可靠性研究分析中心

邱宝军邹雅冰

1 前 言

随着国内外环保要求的不断提高，电子产品正全速向低毒、低碳方向前进，由此也引发产品制造业向无铅、无卤方向快速发展。由于无铅焊料的焊接温度范围受到PCB和元器件耐温要求的限制，特别是无铅焊料本身的润湿性较锡铅焊料差，无铅焊接工艺的难度大大得提高，由此导致大量的焊接工艺缺陷。为了客服无铅工艺焊接能力较差的问题，人们纷纷开发了更加适合无铅焊接的焊接辅助材料，其中新型无铅助焊剂在提高无铅焊接能力上起到了很大的作用。但是，助焊剂要起到助焊作用，必然要添加很多化学材料以除去焊料和焊接材料的氧化物，同时降低焊料的表面张力。在利用无铅助焊剂的强去除氧化物，提高焊接质量的同时，必须注意其带来的副作用，如对铜的腐蚀、焊接残留物的腐蚀迁移等。本文以案例的形式，介绍了无铅助焊剂使用不但导致PCB腐蚀的案例，给广大的读者以参考。

2 案例背景

某电视整机制造单位反映其PCBA过完一次回流后，人工在PCB焊接面刷了一层助焊剂，而且这批板子中有些板子还放置了2-3天的时间，然后进行波峰焊接的，焊接后发现大量的铜出现腐蚀现象，严重腐蚀处焊盘铜全部腐蚀，腐蚀比例搞到80%以上。

3 分析过程

显然，从失效样品描述的信息看，样品失效比例很高，且失效位置均位于PCB刷助焊剂一面，由此导致PCB腐蚀的原因可能与预涂助焊剂有关，为了进一步确认失效的原因，必须对失效样品的失效位置，失效特征等进行详细分析。

3.1 外观检查

对失效品进行外观检查，仅发现在裸露的孔环、表贴焊盘及板面上的导线均有缺失现象，铜层缺失位置还残留有锡珠，基板未见明显变色，无爆板分层，代表照详见图1。

裸铜缺失

裸铜缺失

图1 PCB焊盘腐蚀外观形貌

3.2 金相切片分析

对出现裸铜脱落的表贴和插装元器件焊点作金相切片分析，发现裸铜脱落位置的基材上零星还残留一些铜在基材中，在铜层尚还有保留的位置也可明显观察到铜层明显逐渐变薄的痕迹，详见图2；对外观

表现为无裸铜脱落位置的元器件焊点作金相切片分析，发现良好焊锡下的铜焊盘局部铜层也有缺失，就是尚存的铜层厚度也在6-8μm，个别地方不足4μm，而绿油下的铜层厚度在30μm左右，详见图3。

图2发生裸铜脱落的表贴位置截面照

图3 外观表现良好的位置截面图

3.3 工艺模拟

将委托单位所送的助焊剂涂覆在所送的空板的焊接面上，并在试验室环境下放置96小时后再作参照J-STD-003B作255℃、5秒的漂锡，试验后对焊盘再作金相切片，发现焊锡下的铜层比绿油下的铜层厚度明显减少，详见图4。

图4工艺模拟后焊盘截面照片

4 综合分析及结论

失效品裸铜脱落处的基材面上还零星残留一些铜，且个别脱落位置还有很薄的铜且铜上有焊锡，而外观表现为裸铜无脱落的焊盘或孔环上的铜层厚度在6-8μm，个别位置铜厚不足4μm，而绿油下铜厚在30μm，此结果表明失效品上所有裸铜均不同程度的变薄。

利用委托单位送的与失效品相同的PCB板、同类型同厂家的助焊剂作当时失效品的工艺模拟，将助焊剂涂覆在空板上，放在试验室环境下暴露96小时后作漂焊，发现焊锡位置的铜层厚度明显减少，但是减少的程度低于失效样品呈现的特征。

结合失效品所经历的工艺特征，可以判定当时使用的助焊剂腐蚀性太强，在涂覆后与铜层发生较强的化学反应，使铜层减薄，而随着焊接次数及助焊剂在裸铜表面停留时间的增加，反应量的增大，铜层厚度减少量也随之增加。助焊剂在PCB板面涂刷2天后才焊接，时间确实过长，违反一般的焊接工艺要求，特别是腐蚀性过高的情况下会反应掉一部铜。

综合上述 分析可知：裸铜脱落主要原因是当时使用的助焊剂腐蚀性太强腐蚀铜所致；而多次的焊接，焊料的溶铜效应也会促进铜层的进一步减薄，加之助焊剂本身的腐蚀作用，造成随着焊接次数的增加，裸铜脱落的不良率也随之升高。

显然，裸铜脱落主要原因是使用的该批次助焊剂腐蚀性太强腐蚀铜所致的。

5 建 议

从上述案例可以看出，盲目追求其焊接效果而选用腐蚀性强的助焊剂将导致非常严重的后果，由此在助焊剂选择时，除考察期助焊性能外，还应该充分考虑其对产品可靠性的影响，特别是腐蚀性，耐迁移能力的影响。

助焊剂腐蚀失效案例分析

助焊剂腐蚀失效案例分析 中国赛宝实验室可靠性研究分析中心 邱宝军邹雅冰 1 前 言 随着国内外环保要求的不断提高，电子产品正全速向低毒、低碳方向前进，由此也引发产品制造业向无铅、无卤方向快速发展。由于无铅焊料的焊接温度范围受到PCB和元器件耐温要求的限制，特别是无铅焊料本身的润湿性较锡铅焊料差，无铅焊接工艺的难度大大得提高，由此导致大量的焊接工艺缺陷。为了客服无铅工艺焊接能力较差的问题，人们纷纷开发了更加适合无铅焊接的焊接辅助材料，其中新型无铅助焊剂在提高无铅焊接能力上起到了很大的作用。但是，助焊剂要起到助焊作用，必然要添加很多化学材料以除去焊料和焊接材料的氧化物，同时降低焊料的表面张力。在利用无铅助焊剂的强去除氧化物，提高焊接质量的同时，必须注意其带来的副作用，如对铜的腐蚀、焊接残留物的腐蚀迁移等。本文以案例的形式，介绍了无铅助焊剂使用不但导致PCB腐蚀的案例，给广大的读者以参考。 2 案例背景 某电视整机制造单位反映其PCBA过完一次回流后，人工在PCB焊接面刷了一层助焊剂，而且这批板子中有些板子还放置了2-3天的时间，然后进行波峰焊接的，焊接后发现大量的铜出现腐蚀现象，严重腐蚀处焊盘铜全部腐蚀，腐蚀比例搞到80%以上。 3 分析过程 显然，从失效样品描述的信息看，样品失效比例很高，且失效位置均位于PCB刷助焊剂一面，由此导致PCB腐蚀的原因可能与预涂助焊剂有关，为了进一步确认失效的原因，必须对失效样品的失效位置，失效特征等进行详细分析。 3.1 外观检查 对失效品进行外观检查，仅发现在裸露的孔环、表贴焊盘及板面上的导线均有缺失现象，铜层缺失位置还残留有锡珠，基板未见明显变色，无爆板分层，代表照详见图1。 裸铜缺失 裸铜缺失 图1 PCB焊盘腐蚀外观形貌 3.2 金相切片分析 对出现裸铜脱落的表贴和插装元器件焊点作金相切片分析，发现裸铜脱落位置的基材上零星还残留一些铜在基材中，在铜层尚还有保留的位置也可明显观察到铜层明显逐渐变薄的痕迹，详见图2；对外观

材料失效分析课程思考题

材料失效分析课程 思考题 第一章材料失效分析概论 1. 概述失效分析学科有哪些特点。 2. 失效是什么？它与事故、事件、故障有什么区别？ 3. 失效分析的作用和意义是什么？ 4. 简述失效模式、失效机理、失效缺陷和失效起因的的物理含义；举例说明它 们之间的相互关系。 5. 简要说明材料失效分析涉及的“六品”、“五件”和“四化”的物理含义。 6. 一个结构件的失效分析，一般需考虑哪几个主要因素？ 7. 简述失效分析过程中的主要步骤及其任务。 8. 一辆自行车是由许多零部件组装而成，你认为哪些最容易发生失效，它们的 失效模式是什么？ 9. 设想一下有没有永远不会失效的材料。如有，请举例并从失效模式和失效机 理出发叙述其理由。 第二章材料的断裂失效形式与机理 1. 工程结构件的强度设计，一般选取σs或σb二者中的最小值，许用应力的安 全系数是如何选取的？ 2. 材料的强度设计准则、刚度设计准则和变形设计准则有什么区别？试用生活' 中的实例来说明它们各自的重要意义。 3. 韧性断裂和脆性断裂有什么区别？它们的断口形貌有什么不同？ 4. 概述强度设计和断裂设计的区别，并谈谈如何防止脆性断裂。 5. 什么叫断裂力学？ KI和KIC两者有什么关系？ 6. 疲劳断口有什么特征？如何确定疲劳裂纹的起裂点？ 7. 材料的抗断裂设计，有哪几个断裂参量可以选用？ 8. 哪些参数可以用来表征材料的韧性？ 9. 硬度测定有哪些方法？金属、陶瓷和聚合物的硬度测定方法为什么大多数不 能互用？ 10.简述金属材料在不同失效模式下有哪些不同的失效机理。 第三章材料的腐蚀失效形式与机理 1. 什么叫腐蚀？化学腐蚀和电化学腐蚀有什么不同？请各举一例说明。 2. 在电化学腐蚀中，金属的损失伴随的是还原反应还是氧化反应？腐蚀发生在

试用一个典型案例说明材料失效分析与基础学科及应用学科之间的关系

中原油田全油田有100多口井套管腐蚀穿孔，30多口井报废，200多口井套管待修。油井套管的最大穿孔速度为0.48mm/年。 对现场取出损坏的套管进行解剖分析。 1.套管腐蚀形貌：套管内壁分布腐蚀坑，腐蚀沿管轴纵向延伸呈马蹄形，其横断面为上宽下窄的梯形深谷状，管壁穿孔处周边锐利，界面清晰。从总体上看，套管内壁都附着黑色粘性油污，无明显腐蚀产物堆积，主要表现为坑蚀穿孔，并有一定的流体冲刷作用。 2.腐蚀产物XRD分析 取套管内壁物质，洗去油污，再用丙酮清洗吹干，进行X射线衍射分析。套管内壁腐蚀产物中主要有FeCO3和CaCO3，夹杂有NaCl和硫酸亚铁。腐蚀产物的主要成分为碳酸物，显示出套管、油管腐蚀与CO2腐蚀有关。 3.油套管材质的金相和非金属夹杂分析 采用电子探针分析仪进行钢基、夹杂物定性、定量和 元素面分析。 分析发现，大量细小球形暗灰色颗粒为Al2O3,短条状为ZnS，材质中夹杂物以二者为主。同时经电子探针元素定量分析表明，随着向腐蚀坑底的深入，表层元素中氧、硫、氯、钙、镁含量在增大。说明生成的腐蚀产物有氧化物、硫化铁、碳酸钙、碳酸镁等，并随腐蚀深入呈增加趋势。 4.腐蚀试验 （一）用油田水样对套管钢和油管钢进行了动态和静态腐蚀试验，温度50o C密闭除氧试验时间7天。结果表明：动态腐蚀速度远远大于静态腐蚀速度。（二）在此基础上又进行了不同流速对腐蚀影响的试验，说明介质流动能较大的

增加体系的腐蚀。 （三）不同CO2分压下，Q235钢在3℅NaCl熔液中的腐蚀速度。表明CO2压力越大，腐蚀越严重。 结论： （1）．复杂断块油田套管腐蚀失效主要是油井高矿化度产出水中CO2腐蚀作用的结果。 （2）．套管的局部腐蚀破裂形态与钢材中夹杂物的局部分布、流体冲刷有密切关系。 （3）．综合对腐蚀形态特征的观察判断，腐蚀产物的分析，材质金相非金属夹杂分析，可以找到套管腐蚀失效的主要原因。 由上面该案例的分析可以看出，材料失效分析与基础学科及应用学科之间有密不可分的关系。在进行分析的过程中会用到物理、化学、数学等基础学科。用到化学中的电镜对腐蚀形貌进行分析；会用到数学中的数学分析，对腐蚀速度等进行分析；会涉及到物理学中的结构方面的知识；还会用到地理学进行环境分析等等。在进行失效分析过程中还会用到应用学科，如计算机类，会用到计算机进行一系列的数值分析，图像分析；还会用到应用化学中的环境检测，质量检测等技术。总之，在进行腐蚀材料失效分析时，会综合运用到基础学科的知识和应用学科的技术。 2、试用两个实际的失案例说明材料实效分析的重要性。（既有文字说明，又有图片说明，不少于800字） 案例一：一起来自水管腐蚀失效的案例：广东某钢管公司铺设的自来水管使用六年后发生穿孔泄露。 1.本起穿孔失效发生的地点和环境无规律性，对穿孔管道进行仔细观察，典型的宏观外貌是穿孔部位有一直径为10mm的锈瘤，呈黄褐色，用硬器易刮除，刮除后露出的水管外壁基本平整，可见水从管内渗出。 在锈瘤的外围是一圈黄色锈迹，锈迹外是镀锌层，其上可见分散的白色粉末。现场观察到的形貌还有一个特点，就是同一根管若出现几处结瘤，这些结瘤点的连线与水管轴向平行。 2.水样检测及钢管材质检测 取该镇两个不同地点的水样，进行PH检测以及腐蚀性检测，并与实验室水进行比较。 项目取水点1 取水点2 实验室用水 PH 6.15 6.23 6.41

失效分析的程序和步骤

失效分析概要失效分析培训班用 2007年11月

前言 江苏省机械研究所于2007年12月举办一个三天半的失效分析培训班，本教材即为该培训班而准备的，本教材由东南大学材料科学与工程学院孔宪中编写，部分文字内容参考金属所的金属断裂失效分析一书。 我们知道，进行失效分析，是 1，找出事故原因，分清责任所属，依法进行索赔，挽回经济损失。 2，找出经验教训，避免同类事故，改进制造水平，定立新的工艺。 3，提供有关资料，促进法治建设，减少资金浪费，加快建设速度。 4，产生新型学科，提升科技水平，增强国家实力，节约资源成本这四方面所必需的，这次失效分析培训班主要介绍如何进行失效分析，大致内容有1．失效分析的几种分析思路： 按：根据失效分类的分析思路 根据设备或部件工作状况的分析思路 根据制造工艺和部件类别的分析思路 2．失效分析的分析程序 1），现场调查 2），观察，检测和检验 3），分析及验证，作分析结论， 4），提出报告，建议，及回访 3．失效分析程序的实施 1）设计分析程序和实施步骤 2）失效部件的直观检验过程 3）断裂源的确定 4）断裂机制的确定， 5）取样及编号 6）检测和检验 7）信息的纵综合，归纳，分析，得出初步结论 8）结论的验证，写出报告，提出建议， 4，常用的失效分析技术 1）金属的显微断口分析 2）金属及部件的疲劳失效分析 3）腐蚀疲劳失效分析及应力腐蚀失效分析 4）氢脆失效分析 5）高温失效分析 6）焊接失效分析 5．常见部件的失效分析案例 1）轮类用齿轮，叶轮，螺杆，轮箍各选一例 2）轴类用曲轴，摇杆轴，前轴，连杆各选一例 3）管道类用管道，导管方面选二例 4）基础件类用轴承，弹簧，模具方面选三例 通过培训班学习，使参加者获得一定的失效分析素养，能具备一定的失效分析能力，有一定程度的失效分析技术，接触一定数量的失效分析案例，便于开展失效分析工作。

失效分析案例举例

失效分析案例举例

案例1 油井套管腐蚀 0、背景介绍： 1、套管腐蚀形貌 2、腐蚀产物ＸＲＤ分析 3、油套管材质的金相和非金属夹杂分析 4、管壁ＳＲＢ分析检测 5、腐蚀试验 6、结论

背景介绍：中原油田全油田有100多口井套管 腐蚀穿孔，30多口井报废，200多口井套管待修。油井套管的最大穿孔速度为0.48ｍｍ年。 1套管腐蚀形貌 对现场取出损坏的套管进行解剖分析。套管内壁分布腐蚀坑,管内壁腐蚀面平稳,腐蚀沿管轴纵向延伸呈马蹄形,其横断面为上宽下窄的梯形深谷状,管壁穿孔处周边锐利,界面清晰。从总体上看,套管内壁都附着黑色粘性油污,无明显腐蚀产物堆积，主要表现为坑蚀穿孔,并有一定的流体冲刷作用。

2腐蚀产物ＸＲＤ分析 取套管内壁物质,洗去油污,再用丙酮清洗吹干,进行Ｘ—射线 衍射分析。套管内壁腐蚀产物中主要有ＦｅＣＯ 3和ＣａＣＯ 夹杂有ＮａＣｌ和硫酸亚铁等。腐蚀产物的主要成份为碳酸盐,显示出套管、油管腐蚀与ＣＯ 2 腐蚀有关。 3油套管材质的金相和非金属夹杂分析 采用电子探针分析仪进行钢基、夹杂物定性、定量和元素面分析。套管钢的纵截面夹杂物形貌及面分析发现, 大量细小球形 暗灰色颗粒为Ａｌ 2Ｏ 3 , 短条状为ＭｎＳ。材质中夹杂物以Ａｌ 2Ｏ 3 和ＭｎＳ为主, 少量Ａｌ 2 Ｏ 3 、ＴｉＯ2存在。整个材料裂口 面上夹杂物多且分散较均匀,夹杂物以Ａｌ 2Ｏ 3 、ＭｎＳ为主 散均匀,加速了钢材的腐蚀。同时经电子探针元素定量分析表明随着向腐蚀坑底的深入,表层元素中氧、硫、氯、钙、镁含量在逐步增大。说明生成的腐蚀产物有铁氧化物、硫化铁、碳酸钙、碳酸镁等,并随腐蚀深入呈增加趋势。

腐蚀失效分析作业

输变电铁塔 ◆材料类型是什么？ 钢结构用于其自重轻、强度高、韧性好、抗震与抗风性能优越、工业装配化程度高；综合经济效益显著、造型美观等优点，在输电线路中得到广泛应用。，铁塔制造业使用的主要原材料是钢铁型钢，有角钢、钢板、扁钢、圆钢、钢管、槽钢等。型钢的材质一般为Q235（普通碳素结构钢）、Q345（低合金高强度钢）、35、45号钢等，但随着特高压输电线路项目的实施，Q390、Q420、Q460等高强度钢材将逐渐被普遍采用。材料一般使用Q235（A3F）和Q345（16Mn）两种，低碳钢的C%小于0.25%，Q235的在0.12%至0.22%之间，属于低碳钢。Q345是低合金钢（C<0.2%)。 ◆表面防腐措施 建设电力铁塔基本都是在野外，因为会受到长期的暴露，并且长时间的经受各种恶劣天气的影响，就会受到长时间的腐蚀，而在受到大气腐蚀以后，其损失程度则会相当的严重，甚至达到一半以上。但是，在钢结构当中，对于防腐的方法也有几种：热喷涂锌、阴极保护法、涂层法以及热浸镀锌法等。 ◆服役环境的要素有哪些？ 由于输电线路多是跨区域、长距离建设，运行环境恶劣，长期露天运行，面临各类气象条件、大气腐蚀。使用条件变化多样，线路转角变化，气象条件差异，铁塔间距和高度的变化。铁塔主架受重力自重、荷重、冰载、风力、拉线张力、弯力及扭力。影响钢铁锈蚀的因

素很多，主要包括钢铁自身的化学成分、金相组织以及大气环境的相对湿度、温度、风向、风速、腐蚀介质、结露、粉尘等。空气中SO2的对腐蚀过程具有催化作用。 ◆有可能发生的失效类型是什么？ 输变电铁塔失效方式很多，主要有以下几个方面：腐蚀大气腐蚀、海水腐蚀或二者共同造成的腐蚀破坏，铁塔腿端裂纹破坏，铁塔基体金属材料的表面缺陷（重皮、折叠或隐性折叠）破坏，锌镀层表面缺陷破坏，塔材断裂破坏，铁塔倒塌破坏等等。 ◆如何设计实验确定失效的类型？ 1、现场调查 保护腐蚀失效现场的一切证据，是保证腐蚀失效分析得以顺利有效地进行的先决条件。要对腐蚀失效现场进行取证，并听取相关设备负责人、操作者等介绍情况，了解服役条件，收集相关的背景信息(如介质种类，温度，压力以及设备或管线的材质等，并且收取适量的腐蚀产物)。在观察和记录时可用摄影、录像、录音和绘图及文字描述等方式进行，应注意观察和记录的项目主要有: (1)失效设备的名称、尺寸、形状、材料牌号、制造厂家及全部的制 造工艺历史(了解冶炼、铸造、加工、热处理及装配等情况)、投入运行日期、运行记录、维修记录、工艺流程及操作规程等。(2)失效设备或部件的结构和制造特征以及失效部件和碎片的腐蚀外 观，如附着物和腐蚀生成物的收集以及一切可疑的杂物和痕迹的观察等。另外，当肉眼无法直接观察到腐蚀特征时，还可以采用

金属材料应力腐蚀失效分析

金属材料应力腐蚀失效分析 专业:金属材料工程 班级:09-1 姓名:孟XX 学号:09XXXXXXX

摘要: 本文研究了金属材料应力腐蚀断裂的发生条件、断裂的特征、测试的方法、断裂的原因和解决的方法, 对金属材料应力腐蚀断裂的判断和分析并解决应力 腐蚀断裂的问题提供了重要依据。 关键词: 应力腐蚀断裂; 应力腐蚀敏感性; 应力腐蚀门槛值 金属材料在特定的介质环境中, 承受拉应力经过一定时间后发生裂纹及断 裂的现象称为应力腐蚀断裂。从十九世纪下半叶发现黄铜的季裂 今, 一个多世纪以来, 国内外对应力腐蚀破坏的报道和研究越来越多。几乎所有金属材料都先后出现了应力腐蚀断裂的问题。由于现代工业的发展, 材料工作的环境日渐恶化, 应力腐蚀的问题日益突出。应力腐蚀、低应力脆断和疲劳断裂并列为当今工程断裂事故的主要原因。为了及时判断出应力腐蚀断裂并采取相应的措施减少断裂事故的发生, 我们做了大量的工作, 总结出一套应力腐蚀失效分析的方法。 1发生应力腐蚀的条件 1.1特定的腐蚀介质 只有在一定的材料介质的组合条件下, 才会发生应力腐蚀断裂。表1为各种材料产生应力腐蚀的环境介质。 表1 发生应力腐蚀的金属材料与介质的组合 有时浓度很低的介质也会引起应力腐蚀裂纹。一般介质浓度越高, 环境温度越高越容易产生应力腐蚀裂纹。 1.2 一定的拉应力 拉应力是发生应力腐蚀开裂的必要条件。通常应力越大, 发生开裂的时间越短, 小于某一应力值就不发生开裂, 此应力值称为应力腐蚀的门槛值, 见图1。

图1应力腐蚀断裂的特征曲线 1.3 材料的成分和组织状态 材料的成分和组织状态对应力腐蚀敏感性影响很大。纯金属不发生应力腐蚀断裂, 随着杂质的增加, 应力腐蚀的敏感性变大, 晶粒粗大的材料应力腐蚀敏感性大。高强钢的应力腐蚀敏感性较高, 易发生应力腐蚀断裂。 2 应力腐蚀断裂的特征 2.1 应力腐蚀断裂的特征曲线( 见图1) 应力腐蚀断裂是一种延迟断裂, 断裂时间随介质条件和应力大小从几分钟到几年不等。应力腐蚀裂纹扩展速度远大于没有应力时的腐蚀速度, 但比纯机械快速脆性断裂要慢得多。 2.2断口外观特征 对于应力腐蚀延迟断裂的试件来说, 表面首先出现锈斑。应力越高, 棕红色锈斑出现的时间越早, 数量也越多且长大速度也快。在锈斑长大的过程中, 并非所有锈斑都均匀长大, 个别锈斑长大较快, 最后试件在此位置断裂。 2.3断口形貌 应力腐蚀断口可分为四个区域: 腐蚀区、解理区、过渡区和韧窝区。应力高

失效分析总结

第一章 1、零件失效：当这些零件失去了它应有的功能时，则称该零件失效。 2、零件失效的含义： 1）.零件由于断裂、腐蚀、磨损、变形等，从而完全丧失其功能。 2）.零件在外部环境下作用下，部分的失去其原有功能，虽然能够工作，但不能完成规定功能，如由于腐蚀导致尺寸超差等。 3）零件虽然能够工作，也能完成规定功能，但继续使用时，不能确保安全可靠性。 3、失效分析：通常是指对失效产品为寻找失效原因和预防措施所进行的一切技术活动，也就是研究失效现象的特征和规律，从而找出失效的模式和原因。 4、失效分析可分为事前分析、事中分析、事后分析。 5、失效分析的社会经济效益： （1）失效将造成巨大的经济损 失。 （2）质量低劣、寿命短导致重 大经济损失。 （3）提高设备运行和使用的安 全性。 第二章 1.工程构件的失效分为断裂、磨 损、腐蚀三大类。 2.失效形式分类及原因（表 2-1P18） 3.失效来源包括1.设计的问题2. 材料选择上的缺点 3.加工制 造及装配中存在的问题 4.不 合理的服役条件 4.应力集中：零件截面有急剧变 化处，就会引起局部地区的应 力高于受力体的平均应力，这 一现象称为应力集中。表示应 力集中大小的系数称为应力集 中系数。 5.缺口敏感性NSR=σNb/σb（σ Nb表示缺口式样抗拉强度，σ b表示光滑试样抗拉强度）比 值NSR越大，敏感性越小。当 NSR>1时，说明缺口处发生了 塑性变形的扩展，比值越大说 明塑性变形扩展越大，脆性倾 向越小。塑性材料的NSR>1， 材料反而具有缺口强化效应， 缺口敏感性小甚至不敏感。 NSR<1，说面缺口处还未发生明 显塑性变形扩展就脆断，表示 缺口敏感。 6.内应力通常分为3类：第一类 内应力（宏观应力）是指存在 于物体或者在较大尺寸范围内 保持平衡的应力，尺寸在 0.1mm以上；第二类内（微观） 应力是指在晶粒大小尺寸范围 内保持平衡的应力，尺寸为 10-1~10-2mm；第三类（微观） 应力是在原子尺度范围保持平 衡的应力，尺寸为10-3~10-6。 残余压应力能够提高零件的疲 劳抗力、抗应力腐蚀的能力。 7.残余应力对硬度的影响：当有 残余拉应力存在时，压头周围 塑性变形开始的较早，并使塑 性变形区域变大，其结果是表 现出硬度值下降；残余压应力 的影响较小。 8.残余应力对疲劳强度的影响： 当受到交变载荷的构件存在残 余压应力时，其疲劳强度就会 提高；而存在残余拉应力时， 其疲劳强度就会下降。 9.消除和调整残余应力的方法： 1.去应力退火 2.回火或自然 时效处理3.机械法（加静载或 动载） 10.失效形式主要有韧断（端口平 齐并与轴线垂直。原因是构件 的最大切应力超过材料的抗剪 强度引起的，解决办法是降低 回火温度）；脆断（端口与轴线 呈45°螺旋状，是由最大正应 力超过的正断强度引起的。解 决办法是适当提高回火温度）； 扭转角过大（由于轴件的刚度 不够引起的）。 11.交变应力：指应力大小或应力 方向随时间变化而作周期变化 的应力。疲劳：在交变应力作 用下，金属材料发生损伤的现 象。 12.疲劳抗力指标：疲劳极限、条 件疲劳极限、疲劳破坏的持久 值、裂纹扩展速率。 第三章 1、失效分析的基本原则： 1）整体观念原则 2）从现象到本质的原则 3）动态原则 4）一分为二原则（两分法原则） 5）纵横交汇原则（立体性原则） 2、失效系统工程：是把复杂的设备 或系统和人的因素当作一个统一体， 运用数学方法和计算机等现代化工 具，来研究设备或系统失效的原因与 结果之间的逻辑关系，并计算出设备 或系统失效与部件之间的定量关系。 3、故障树分析法：故障树分析法是 美国贝尔电话实验室的Waston H A 于1961年首先提出来的。故障树分 析的概念来自数学图论中树的概率 和计算机算法符号。在分析中把分析 的设备叫做系统，把组成该设备的零 件叫做组元。零件的工作状态用一些 参数（压力、温度、流量）来描述。 每种零件都处于两种状态（完好与失 效）中的一种。因此，设备也处于两 种状态中的一种：正常或失效。所谓 故障树分析就是分析各种事件（系统 组元的状态变化）之间的逻辑关系， 分清正常事件和异常事件（失效事 件），再找出失效原因。 4、失效分析的步骤： 1）现场调查（1）保护现场 （2）查明事故发生的时间、地 点及失效过程 （3）收集残骸碎片，标出相对 位置，保护好断口。 （4）选取进一步分析的试样，。 （5）询问且击者及其他有关人 员能提供的有关情况。 （6）写出现场调查报告。 2）收集背景材料（1）设备的自然情 况 （2）设备的运行记录 （3）设备的维修历史情况 （4）设备的失效历史情况 （5）设计图纸及说明书， 装配程序说明书，使用 维护说明书 （6）材料选择及其依据 （7）设备主要零部件的生 产流程 （8）设备服役前的经历， 包括装配、包装、运输、储存、安装 和调试等阶段。 （9）质量检验报告及有关 的规范和标准 3）技术参量复验（1）材料的化学成 分 （2）材料的金相组织及硬度 （3）常规力学性能 （4）主要零部件的几何参量及 装配间隙 4）深入分析研究（1）失效产品的直 观检查（变形。损伤情况，裂纹扩展， 断裂源） （2）断口的宏观分析及微 观形貌分析（多用扫描电镜） （3）无损探伤检查（涡流、 着色、磁粉、同位素、X射线、超声 波等） （4）表面及界面成分分析 （俄歇能谱） （5）局部或微区成分分析 （6）相结构分析（X射线衍 射法） （7）断裂韧性检查，强度、 韧性及刚度校核 5）综合分析归纳，推理判断提出初 步结论 根据失效现场获得的信息、背景材料 及各种实测数据，运用材料学、机械 学、管理学及统计学等方面的知识， 进行综合归纳、推理判断、分析后， 初步确定失效模式并提出失效原因 的初步意见和预防措施。 6）重现性试验或证明试验 重大事件 7）撰写失效分析报告 失效分析报告与科学研究报告相比 较，除了在应写得条理清晰、简明扼 要、合乎逻辑方面相同外，二者在格 式和侧重点等许多方面都有所不同。 失效分析侧重于失效增况的调查、取 证和验证，在此基础上通过综合归纳 得出结论、而不着重探讨失效机理， 这就有别于断裂机理的研究报告。 5、断口处理方法及不同断口怎样处 理：（1）在干燥大气中断裂的新鲜断 口防止锈蚀，防止手指污染断口

金属材料应力腐蚀失效分析

第１５卷第ｌ期山东轻工业学院学报ＶｏＩ１５Ｎｏ．Ｉ２００１年３月ＪｏＵＲＮＡＬ０ＦＳＨＡＮⅨ孙ＩＧＩＮｓｒｒｒＩｒｒＥ０ＦＵ（甜ｒＩＮＤＩＪ耵ＲＹＭａｒ．２００ｌ 金属材料应力腐蚀失效分析 高进１。孙金厂２ （１．山东轻工业学院机电工程系，济南２５０１００；２．济南锅炉集团有限公司，济南２５００２３） 摘要：本文研究了金属材料应力臂蚀断裂的发生条件、断裂的特征、测试的方法、断裂的原因和解决的方法，对金属材料应力庸蚀断裂的判断和分析井解央应力庸蚀断裂的问题提供了重要依据。 美■Ｉ词：应力腐蚀断裂；应力庸蚀ｔ感性；应力腐蚀门槛值 中圈法分类号：ＴＨ１４２．２文献标识码：Ａ文章编号：１００４—４２８０（２００１）ｏ卜００４７一０４ 金属材料在特定的介质环境中，承受拉应力经过一定时间后发生裂纹及断裂的现象称为应力腐蚀断裂。从十九世纪下半叶发现黄铜的“季裂”至今，一个多世纪以来，国内外对应力腐蚀破坏的报道和研究越来越多。几乎所有金属材料都先后出现了应力腐蚀断裂的问题。由于现代工业的发展，材料工作的环境日渐恶化，应力腐蚀的问题日益突出。应力腐蚀、低应力脆断和疲劳断裂并列为当今工程断裂事故的主要原因。为了及时判断出应力腐蚀断裂并采取相应的措施减少断裂事故的发生，我们做了大量的工作，总结出一套应力腐蚀失效分析的方法。 １发生应力腐蚀的条件 １．１特定的腐蚀介质 只有在一定的材料介质的组合条件下，才会发生应力腐蚀断裂。表１为各种材料产生应力腐蚀的环境介质。 寰１发生应力■蚀的盒■材料与介质的组食 台盒介质 懈合盒承．水蒸汽，蒸汽。木撸液，舍氯的有机化合物 钼台金湿空气，工业大气．海水．Ｎｎ承溶藏 ：：：：糊工业尥龇鼍ｏ。一．一…雅黼 ｃｒ—Ｎｔ奥氏海水，海洋大汽，矗墨水，氯化柳承溶液。Ｎ目０Ｈ＋奠化物水藩藏．堆鳙■ 签歪堡塑堡垒：墨照蔓 有时浓度很低的介质也会引起应力腐蚀裂纹。一般介质浓度越高，环境温度越高越容易产生应力腐蚀裂纹。 １．２一定的拉应力 拉应力是发生应力腐蚀开裂的必要条件。通常应力越大，发生开裂的时间越短，小于某一收蔫日期：２０００一】Ｏ一】８ 作者简介：＾进（１９砷一），女，上海市人。山东轻工业学院副教授．大学本科。从事金属工艺学方向研究

管道类失效分析实例

管道类失效分析实例 管道是由无缝钢管或焊接钢管用接头或阀门联接的气体或液体的通道。它主要起预热、冷却及输送气体或液体的作用。 管道的破裂，尤其是压力管道的突然破裂或炸裂是非常严重的事故，必须立即停止工作，以最大限度地减轻或避免其它容器及管道的损坏。管道破裂常常造成泄漏。 管道的破裂失效可以划分为过热引起的破裂和脆化引起的破裂两种类型。 过热引起的破裂失效，通常主断口具有鱼嘴形貌，其中又分为“厚唇’式或“薄唇’式两类破裂失效。 脆化引起的破裂失效包括：腐蚀或积垢引起的破裂；疲劳失效、冲击引起的破裂；应力腐蚀开裂失效及其它形式失效等。 本章主要介绍锅炉预热管、化工设备中的冷却管及其它用途的管道失效的分析实例。 冷却管失效分析 1．化肥设备中的外冷管失效 由上海某锅炉厂生产的化肥设备，用汽车运往安徽某化肥厂，到厂后发现设备中的外冷管已发生开裂。其材质为18-8奥氏体不锈钢，外冷管断裂在螺纹部位，图1显示外冷管断口的宏观形貌。图2显示外冷管断口的微观电子图象。 化肥设备由于用汽车长途运输，没有采用防振措施，一路颠簸振动，使化肥设备中各类管道、花卷板等在试车时均开裂，并且是疲劳断裂。因此可认为这是由于运输振动引起的疲劳断裂。 图1 OPI 图象说明： 断口较平滑，断口受到机械摩擦或机械擦伤情况较严重。宏观形貌特征具有许多台阶，其裂纹在外冷管表面萌生，向内表面扩展。

图象说明： 具有明显的疲劳断裂的微观 特征——疲劳辉纹，箭头指示的方 向为疲劳裂纹的扩展方向。 图2 TEM 10000× 2．氨冷凝器冷却管失效 某化肥厂用于90m3氨冷凝器中的冷凝管管材为1Cr18Ni9Ti，管外径为φ14mm，内径为φ6mm，工作时管内通氨，管外壁用黄浦江水冷却，工作温度约200℃左右，使用约一年发现多根冷凝管有泄漏现象。拆下检查时在泄漏处发现有多条裂纹如图3所示。把裂纹打开，它的断口宏观形貌如图4所示。 图3 OPI 图象说明： 失效冷却管外观形貌。在管外壁可观察到多条裂纹。

金属腐蚀失效分析1

金属腐蚀失效分析 1腐蚀失效分析的目的和意义 凡机械设备、生产装置、桥梁、飞机、船舶及海洋设施等或其零部件在使用过程中,由于腐蚀的原因，使之达不到设计规定的功能，或者产生破断,或者不能安全可靠地进行运转和继续服役，均称之谓腐蚀失效。 金属腐蚀是金属设备与构件破坏的重要形式之一，对因腐蚀而破坏的设备与构件进行分析称为腐蚀失效分析，其主要目的是： ①寻找失效的原因，避免类似腐蚀失效事故的重演； ②消除隐患，克服生产中的薄弱环节，提高设备的制造质量，保证安全运转和延长设备的使用寿命； ③改进设备结构设计和提高设备的性能，保证设备的先进性； ④制订合理的操作工艺和操作规程； ⑤发现与发展防腐蚀新理论、新材料和新技术为生产服务。 2腐蚀环境与腐蚀失效类型间的关系 环境对腐蚀失效有着直接的关系。表1列出了各类腐蚀失效在化工企业767件事故中所占比例。表2列出了工程中常见的金属腐蚀失效破坏类型的特征及产生的条件。 表1各类腐蚀失效事故在767件事故中的比例 表2 工程中常见的金属腐蚀失效破坏类型的特征及产生的条件

3.1环境因素 它主要是指环境介质的组分、浓度、温度、压力、酸度、导电性等物理、化学及电化学性能，这些参数与腐蚀过程息息相关，因此，在进行腐蚀失效分析时，首先必须弄清产生腐蚀的环境介质条件。 3.2材质因素 腐蚀过程是环境介质与金属材料表面或界面上发生的化学或电化学反应过程，因此金属材料是腐蚀过程一个重要组成部分。从材质来看，主要有以下儿个方面值得特别注意： ①金属材料的冶炼质量。它主要是指金属材料的化学成份、非金属夹杂、浇注时的缩孔、偏析和夹渣等现象以及冷却过程中可能产生的白点等缺陷。 ②金属材料加工质量。它主要是指在轧制、锻造和挤压成材时，在加热过程中可能产生的沿晶氧化（过烧）、折叠、分层、带状组织和组织不均匀性等缺陷；在冷却过程中由于冷却速度过快可能产生的微裂纹以及焊接过程中出现的各种缺陷和热影响区的种种不利因素。