断口
记录了裂纹的起源、扩展方向和断裂方式,是判断失效机理的核心证据。
失效件上的信息是脆弱的。新鲜断口在潮湿空气中很快生锈,微观形貌被锈层覆盖;两半断口一旦对合摩擦,起源处的细节就被压平;腐蚀产物和沉积物一冲就没;润滑油放掉后,磨损机理就少了一半证据。更重要的是,很多操作是不可逆的,切割、清洗和拆解都只能做一次。
因此,证据保全的原则是:先记录、后处理;先无损、后有损;能保留的都保留,能晚做的破坏性操作都晚做。下面几类证据是失效分析最依赖的,也是最容易丢失的。
记录了裂纹的起源、扩展方向和断裂方式,是判断失效机理的核心证据。
成分和分布能说明腐蚀介质和机理,清洗后无法恢复。
说明接触方式、润滑状态和磨损机理。
润滑油、冷却水、工艺介质,往往直接揭示原因。
零件在设备中的位置、方向和周边状态,拆卸后就无法再现。
现场记录的目标是让没有到过现场的人也能理解失效发生时的状态。照片要从整体到局部:先拍设备全貌和失效部位所在的位置,再拍失效部位的特写,每张特写都要能在全景照片中找到对应位置。拍特写时放上比例尺或参照物,记录拍摄方向。对仍在运行或可以盘车的设备,录一段视频记录声音和振动状态也很有价值。
测量和文字记录同样重要:失效部位的位置和尺寸,碎片散落的位置和距离,螺栓是否松动,配合件之间的间隙和偏移,润滑和介质的状况。失效时的运行参数,例如转速、负荷、温度、压力和报警信息,要在数据被覆盖之前导出。同型号设备如果仍在运行,可以在现场做振动测试,作为失效设备运行状态的参考。
不同类型的证据,保护方法不同。共同的原则是保持原状、避免污染、防止进一步变化。现场最常见的错误,往往出于好意:想看清楚就把断口擦干净,想确认就把两半对上,想防锈就涂上油再用布擦。
| 证据类型 | 正确做法 | 常见错误 |
|---|---|---|
| 金属断口 | 保持干燥,断面朝上单独包裹和固定,两半分开包装 | 拼合比对、用手触摸、用钢丝刷或砂纸清理、用酸清洗 |
| 腐蚀产物与沉积物 | 原位拍照,刮取一部分单独装入洁净容器,保留附着在零件上的部分 | 冲洗掉、不同部位的产物混装、长期暴露在潮湿空气中 |
| 疑似微生物腐蚀的沉积物与水样 | 用洁净容器尽快密封取样,低温避光保存并尽快送检 | 放置多日后才取样、使用未清洁的容器 |
| 润滑油与磨屑 | 从油路或油箱中有代表性的位置取样,使用洁净密封容器 | 从放油底部随意取样、混入外来杂质 |
| 碎片 | 全部收集,标注发现位置 | 只留大块、丢弃小碎片 |
| 塑料与橡胶件 | 避免继续受热、受光和接触溶剂,单独包装 | 用溶剂擦拭、与油品混装、长时间暴晒 |
如果确实需要对断口做防锈处理,应先与分析人员确认方法,避免使用难以去除或会覆盖断口细节的材料。
一次失效往往涉及多个零件和碎片,同一设备上还可能取多处样品。没有清晰的标记和编号,样品到了实验室就失去了位置和方向信息,分析时只能猜测。标记要做在不影响分析的部位,用记号笔或挂签,不要在断口和裂纹附近打钢印或刻划,打钢印本身就可能造成新的损伤。
大型设备和结构上的失效部位往往无法整件运走,需要现场切割取样。切割是不可逆的,必须先完成记录和无损检测,确定裂纹和损伤的范围,再按方案下刀。切割的目标是让样品包含所有关键信息:裂纹起源、整条裂纹和裂纹尖端、典型的腐蚀或磨损区域,以及一段未受影响的对照材料。
切割方式优先选择冷切,例如锯切。火焰切割和电弧切割会在切口附近形成热影响区,改变组织和硬度,烧掉腐蚀产物,必须使用时要离开关键部位足够远。切割时要防止冷却液、切屑和飞溅物污染断口,必要时先把断口包好。未断开的裂纹不要在现场强行掰开,留到实验室在记录后按计划打开。
运输中要防止样品相互碰撞、受潮和受力。断口样品单独包装,断面朝上固定,用干净的纸或软布隔开,装入密封袋并放入干燥剂;重型零件要固定在箱内,防止滑动撞击。不要用磁力吊具搬运需要做断口分析的样品,以免磁化后吸附铁屑。
对比件能回答单个失效件回答不了的问题,应尽量一并保留:同批次未失效的零件用于判断批次质量,新件用于比较原始状态,同一设备其他位置的零件用于判断载荷差异,以前失效的零件用于判断是否同一原因反复出现。对比件同样需要编号并记录来源和使用经历。
当失效可能涉及质保、索赔或责任认定时,证据不仅要保存好,还要让各方都认可它的真实性和完整性。最稳妥的做法是在取样之前就把相关方请到现场,按事先约定的方案操作,每一步都留下可核对的记录。
北京团队负责现场调查、振动相关测试和综合分析;需要实验室仪器分析的部分,可由集团杭州实验室承接。具体由哪个实验室完成哪些项目、报告是否带 CMA、CNAS 标志,在方案和报价中写明。
轻微锈蚀的断口通常仍能看出宏观特征,例如起源位置和扩展方向,微观形貌则可能部分被破坏。实验室会按由轻到重的顺序清洗,不要自行用砂纸、钢丝刷或酸处理,以免去掉仅存的痕迹。
可以在现场先完成拍照、测量和无损检测,确定裂纹或损伤范围,再按方案切取包含关键部位的样品并留足余量。切割优先采用冷切,必须热切时要远离关键部位,避免热影响改变组织。
没有固定数量,原则是能回答需要比较的问题:同批次未失效件用于判断批次质量,新件用于比较原始状态,同一设备其他位置的零件用于判断载荷差异。对比件也要编号并记录来源。
应在取样前约定方案,由相关各方现场共同见证,取样过程拍照记录并签字,样品封存后交接。开始破坏性检验前,各方确认检验项目和切割位置,必要时留存一部分样品以备复检。
建议一起送。润滑油、冷却水、工艺介质和沉积物往往直接说明磨损或腐蚀的原因。取样要用洁净密封容器,标明取样位置和时间,易变质的水样和沉积物应尽快送检。