质者见质 | 杨振国:接地气的失效分析,大有用武之地

德国莱茵tuv 质者见质 | 杨振国:接地气的失效分析,大有用武之地
2020年1月7日 | 管理体系

      

每次事故发生后,通过综合分析找到失效的根本原因并提出相应的整改方案,防止类似事故的重复发生,从而避免不必要的经济损失和人员伤亡,这是失效分析的任务和目的。失效分析在产品设计、质量控制、材料改性、结构优化、维护策略、工况调控、事故认定、事件预防、公共安全、司法鉴定、安全管理等诸方面,都有很强的指导意义和工程价值。

说起失效分析,就不得不提到复旦大学材料科学系教授杨振国,他在核电、火电、风电、石化、化工、冶金、交通、电子电路、市政管网等九个行业承担完成了一百多项重大失效分析项目,连续七届在每二年举行一次的全国失效分析学术会议受邀作大会报告。从1988年博士毕业起,杨教授就扎根于失效分析,现担任复旦大学复合材料及失效分析研究室负责人、中国机械工程学会失效分析分会副理事长。在前不久德国TÜV莱茵举行的”第六届失效分析与安全设计论坛”上,我们有幸见到了杨教授,并请他就失效分析的现状和未来发表自己的洞察。

“我的研究方向是失效分析和复合材料。失效分析责任性强、应用面广,它是面向国家重大发展战略需求和重要工程装置安全运行开展的。复合材料也是一个大方向,一些重要结构仅靠单一材料是难以胜任的,只有通过不同材料之间的有机复合,才能赋予结构的新性能,满足工程应用要求,确保使用安全,生活中也会到处用到不同类型的复合材料。”

— 杨振国

 

“接地气”的失效分析,大有用武之地

1988年,杨振国教授博士毕业后就踏足失效分析领域,如今三十载已过。

上海金山石化总厂是杨教授最早把失效分析应用于中石化总公司旗下的特大型企业。当时,金山石化总厂炼化部有几十公里长的输送管道和工艺管道出现许多焊接缺陷问题,主要涉及气孔、夹渣、未焊透、未熔合、裂纹等,如果按照当时的压力容器设计规范及规定等质量控制标准进行评定,几乎所有含缺陷管道必须返修或者更换,但实际上这些缺陷并没有严重影响到管道与设备的正常运行,故没有必要不加区别地全部返修或更换。

“这好像我们穿的衣服有个小毛刺,虽然影响质量等级,但不影响使用效果一样。” 杨教授回忆说,他综合参考了美国石油协会API 1104标准和英国标准协会BSI PD6493标准,”把焊接缺陷当成一条裂纹进行偏保守的处理方式”,同时结合在役管道的性能检测及其实物试验,分析管道失效的可能原因,最终依据”合于使用”原则,开展了管道安全评定,成功解决了大量管道焊接缺陷处理的棘手问题,只需对极少量严重焊接缺陷进行返修外,绝大部分无需返修即可运行,由此产生了显著的社会经济效益,同时及时排除了潜在的安全隐患。

失效分析应用领域非常广,涉及生活和工程中的各个方面。在杨教授看来,塑料、橡胶、陶瓷、复合材料及电子材料等的失效分析,将是未来失效分析大有用武之地的五个方面,也就是说非金属材料的失效分析将大有作为。

 

影响失效的十大原因

失效分析,是通过对工程构件的失效模式、失效形式、失效缺陷等的观察、分析和比较,确定失效机理,找到失效原因。失效原因的判定则是失效分析的核心任务,是解决问题的所在。

杨教授认为,如果把工程结构安全分为上游的设计安全、中游的制作安全和下游的服役安全,那么,材料、设计、制造、安装、检验、运行、维护、环境、运输和贮存等十大因素对工程构件的失效都有可能产生影响,有时还是多因素的相互影响,因此必须通过综合分析,才能甄别和确定失效的关键因素和次要因素。

“比如,我们经常碰到的一些工程构件的失效,” 他进一步解释说,”有的是材料选用不当,有的是结构设计不合理,有的是制作质量欠佳,有的是安装发生问题,有的是人员操作有误,有的是维护方式不妥,有的是运行环境变化,也有的是检测时发生漏检、工况介质调控不适、生产不按规则执行……这些都是引起工程构件意外失效的可能因素。这些状况在许多行业是客观存在的,必须通过失效分析找到根本原因,然后提出可行的整改方案加以解决。

 

中国失效分析面临的最大挑战

目前,国际上对于失效预防主要还是从材料质量和结构设计的源头抓起的。同时,基于互联网技术开发的在线监测技术也在逐步应用,对失效过程实行监控,达到预警、预防和预测的目的。

杨教授指出,人员不够专业和缺乏安全理念是目前中国失效分析面临的现实挑战

“现在,我国不少人员虽然在开展失效分析,但分析不够系统完整,有些分析经不起事实的检验和推敲。一般而言,有些复杂失效往往是多因素引起的,需要理清主要起因和次要原因,因而重大失效案例必须由综合分析能力强、工程经验丰富、敢于担当的专业人员来承担” 杨教授说,”当今一些失效分析人员有的是做检测的,有的是做分析的,有些的是做机械的,有的是做设计的,由于专业知识相对偏窄、工艺工况了解不深、综合分析能力欠佳,其分析结论往往是模棱两可,有的甚至是误导,给失效分析带来了不利影响。”

还有,人员的安全理念也有待加强。虽然各行各业都强调安全的重要性,但实际上安全理念并没有完全建立,生产时往往对产品上中游的设计及工艺很重视,把失效分析则放在下游,重视度不够,没有从结构完整性出发,把失效分析应用于产品的全寿命周期内的质量管理和安全状况分析。

结合发达国家的失效分析现况,杨教授深有感触:在德国,每发生一个产品失效都要开展失效分析,这是将产品质量看作是企业的品牌和生命。由于经济、理念等方面的原因,我国目前还没有能做到这一点,这是我们未来应该努力和改进的方向。

“我建议,对于每个失效案例,企业都要认真对待、开展深入分析,不能凭经验、拍脑袋的方式简单处理。很多时候,简单分析只能揭示表面现象,隐藏在背后的一些复杂因素却被忽视了。” 杨教授强调,”归根结底,还是要提高人员的基本素质,强化安全理念的培训及安全管理”

 

简 介

杨振国:复旦大学二级教授、博士生导师。1988年4月获博士学位, 1994年4月~1995年5月在德国德累斯顿聚合物研究所做博士后,1996年2月~1997年6月在德国慕尼黑技术大学任客座教授,2009年2月~2009年7月在德国纽伦堡科技大学做访问教授,1997年9月起在复旦大学材料科学系任教至今。

现任国际SCI期刊《Engineering Failure Analysis》主题编辑(副主编),中国机械工程学会失效分析分会副理事长,中国电子电路协会全印制电子分会副会长,中国机械工程学会、中国体视学学会、中国表面工程协会等理事。

目前从事失效分析、复合材料等领域的研究。曾获省部级科技进步奖11项及技术发明奖1项,上海市教学成果奖1项,发表期刊论文280余篇,其中SCI论文110多篇,授权国家发明专利30项。主讲的”材料失效分析”、”材料科学导论”两门本科课程获评为上海市精品课程,荣获上海市育才奖。在核电、火电、风电、石化、化工、冶金、交通、电子电路、市政管网等九个行业承担完成重大失效分析项目100多项,连续7届应邀在每2年举行一次的”全国失效分析学术会议” 作大会报告。

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