Analises falhas - Failure analysis

A análise de falha é o processo de coleta e análise de dados para determinar a causa de uma falha , geralmente com o objetivo de determinar ações corretivas ou responsabilidades. De acordo com Bloch e Geitner, as falhas de maquinário revelam uma cadeia de reação de causa e efeito ... geralmente uma deficiência comumente referida como o sintoma ... ”. a análise de falhas pode economizar dinheiro, vidas e recursos, se feita corretamente e implementada. É uma disciplina importante em muitos ramos da indústria de manufatura, como a indústria eletrônica, onde é uma ferramenta vital usada no desenvolvimento de novos produtos e para o aprimoramento de produtos existentes. O processo de análise de falha depende da coleta de componentes com falha para o exame subsequente da causa ou causas da falha usando uma ampla gama de métodos, especialmente microscopia e espectroscopia . Métodos de teste não destrutivo (NDT) (como varredura de tomografia computadorizada industrial ) são valiosos porque os produtos com falha não são afetados pela análise, então a inspeção às vezes começa a usar esses métodos.

Investigação forense

A investigação forense sobre o processo ou produto com falha é o ponto de partida da análise de falha. Essa investigação é conduzida usando métodos analíticos científicos, como medições elétricas e mecânicas, ou analisando dados de falha, como relatórios de rejeição de produto ou exemplos de falhas anteriores do mesmo tipo. Os métodos de engenharia forense são especialmente valiosos para rastrear defeitos e falhas do produto. Eles podem incluir rachaduras por fadiga , rachaduras quebradiças produzidas por rachaduras por corrosão sob tensão ou rachaduras por tensão ambiental, por exemplo. Declarações de testemunhas podem ser valiosas para reconstruir a provável sequência de eventos e, portanto, a cadeia de causa e efeito. Fatores humanos também podem ser avaliados quando a causa da falha é determinada. Existem vários métodos úteis para prevenir a ocorrência de falhas de produto em primeiro lugar, incluindo modo de falha e análise de efeitos (FMEA) e análise de árvore de falha (FTA) , métodos que podem ser usados ​​durante a prototipagem para analisar falhas antes de um produto ser comercializado.

Várias das técnicas usadas na análise de falha também são usadas na análise de nenhuma falha encontrada (NFF), que é um termo usado no campo da manutenção para descrever uma situação em que um modo de falha originalmente relatado não pode ser duplicado pelo avaliador técnico e, portanto, o defeito potencial não pode ser corrigido.

O NFF pode ser atribuído à oxidação, conexões defeituosas de componentes elétricos, curtos ou aberturas temporárias nos circuitos, bugs de software, fatores ambientais temporários, mas também ao erro do operador. Um grande número de dispositivos relatados como NFF durante a primeira sessão de solução de problemas geralmente retorna ao laboratório de análise de falhas com os mesmos sintomas de NFF ou um modo permanente de falha.

O termo análise de falhas também se aplica a outros campos, como gerenciamento de negócios e estratégia militar.

Engenheiros de análise de falhas

Um engenheiro de análise de falhas geralmente desempenha um papel principal na análise de falhas, se um componente ou produto falhar no serviço ou se ocorrer uma falha na fabricação ou durante o processamento da produção. Em qualquer caso, deve-se determinar a causa da falha para evitar ocorrências futuras e / ou para melhorar o desempenho do dispositivo, componente ou estrutura. Engenheiros Estruturais e Engenheiros Mecânicos são muito comuns para o trabalho. Graduados mais específicos também podem ocupar a posição, como engenheiros de materiais. A especialização em metalurgia e química é sempre útil junto com as propriedades e resistências dos materiais. Alguém pode ser contratado por diferentes motivos, seja para evitar mais problemas ou para questões de responsabilidade. O salário médio de um engenheiro de análise de falhas, um engenheiro com experiência na área, é de US $ 81.647. Um engenheiro de análise de falhas requer uma boa comunicação e habilidade para trabalhar com outras pessoas. Normalmente, o contratado possui o título de bacharel em engenharia, mas existem certificações que podem ser adquiridas.

Métodos de análise

A análise de falhas de muitos produtos diferentes envolve o uso das seguintes ferramentas e técnicas:

Microscópios

Preparação de amostra

Análise espectroscópica

Modificação de dispositivo

Análise de superfície

Microscópio eletrônico

Microscopia de injeção de sinal a laser (LSIM)

Sondagem de semicondutor

Técnicas de localização de falhas baseadas em software

Estudos de caso

Duas hastes chave de cisalhamento falharam na Bay Bridge

Pessoas no caso

O Sr. Brahimi é consultor da American Bridge Fluor e tem mestrado em engenharia de materiais.

O Sr. Aguilar é o chefe de filial da filial de testes de materiais estruturais da Caltrans, com 30 anos de experiência como engenheiro.

O Sr. Christensen é consultor da Caltrans com 32 anos de experiência em metalurgia e análise de falhas.

Passos

Observação visual, que é um exame não destrutivo. Isso revelou um sinal de fragilidade sem deformação plástica permanente antes de quebrar. As rachaduras foram mostradas, que foram o ponto de ruptura final das hastes-chave de cisalhamento. Os engenheiros suspeitaram que o hidrogênio estava envolvido na produção das rachaduras.

Microscopia Eletrônica de Varredura, que é a varredura das superfícies rachadas sob grande ampliação para obter uma melhor compreensão da fratura. A fratura total aconteceu depois que a haste não conseguiu segurar a carga quando a rachadura atingiu um tamanho crítico.

Exame microestrutural onde seções transversais foram examinadas para revelar mais informações sobre ligações interfuncionantes do metal.

Teste de dureza usando duas estratégias, a dureza Rockwell C e a microdureza Knoop que revela que não foi tratado termicamente corretamente.

O teste de tração informa ao engenheiro que a resistência ao escoamento, a resistência à tração e o alongamento foram suficientes para atender aos requisitos. Várias peças foram tomadas e executadas pela Anamet Inc.

O teste de impacto Charpy V-Notch mostra a tenacidade do aço, tomando diferentes amostras da haste e feito pela Anamet Inc.

A Análise Química foi o Teste Final também realizado pela Anamet Inc. que atendeu aos requisitos para aquele aço.

Conclusão do estudo de caso

As hastes falharam devido à fragilização por hidrogênio, que era suscetível ao hidrogênio da alta carga de tração e ao hidrogênio já existente no material. As hastes não falharam porque não atendiam aos requisitos de resistência dessas hastes. Embora atendessem aos requisitos, a estrutura não era homogênea, o que causava diferentes resistências e baixa tenacidade.

Este estudo mostra algumas das muitas maneiras pelas quais a análise de falhas pode ser feita. Sempre começa com uma forma não destrutiva de observação, como uma cena de crime. Em seguida, pedaços do material são retirados da peça original e usados ​​em diferentes observações. Em seguida, o teste destrutivo é feito para encontrar a tenacidade e as propriedades do material para descobrir exatamente o que deu errado.

Análise de falha de falha

A Oakland Nimitz Freeway foi uma ponte que desabou durante um terremoto, mesmo após o programa de fortalecimento da ponte. Diferentes engenheiros foram questionados sobre sua opinião sobre a situação. Alguns não culparam o programa ou o departamento, como James Rogers, que disse que em um terremoto há “uma boa chance do Embarcadero fazer a mesma coisa que o Nimitz fez”. Outros disseram que mais prevenção poderia ter sido feita. Priestly disse que “nenhum dos projetos do departamento para fortalecer as estradas abordou os problemas de fraqueza ...” nas juntas da ponte. Alguns especialistas concordaram que mais poderia ter sido feito para evitar esse desastre. O programa está sendo criticado por tornar “mais grave a falha”.

Do ponto de vista de um engenheiro de design

Célula de teste de motor a jato

Um produto precisa ser capaz de funcionar mesmo nos cenários mais difíceis. Isso é muito importante em produtos feitos para construções caras, como edifícios ou aeronaves. Se essas peças falharem, podem causar sérios danos e / ou problemas de segurança. Um produto começa a ser projetado "... para minimizar os riscos associados a este" cenário de pior caso. "Discernir o cenário de pior caso requer uma compreensão completa do produto, seu carregamento e seu ambiente de serviço. Antes de o produto entrar em serviço, um protótipo frequentemente será submetido a testes de laboratório que comprovem que o produto resiste ao pior cenário, conforme o esperado. " Alguns dos testes feitos em motores a jato hoje são muito intensivos, verificando se o motor pode suportar:

  • ingestão de entulho, poeira, areia, etc .;
  • ingestão de granizo, neve, gelo, etc .;
  • ingestão de quantidades excessivas de água.

Esses testes devem ser mais difíceis do que o produto experimentará em uso. Os motores são empurrados ao máximo para garantir que o produto funcione da maneira que deveria, independentemente da condição. A análise de falhas em ambos os lados trata da prevenção de danos e manutenção da segurança.

Veja também

Referências

Bibliografia

Leitura adicional

  • Martin, Perry L., Electronic Failure Analysis Handbook , McGraw-Hill Professional; 1ª edição (28 de fevereiro de 1999) ISBN  978-0-07-041044-2 .
  • Análise de falhas de microeletrônica , ASM International; Quinta edição (2004) ISBN  978-0-87170-804-5
  • Lukowsky, D., Análise de Falhas de Madeira e Produtos à Base de Madeira , McGraw-Hill Education; 1ª edição (2015) ISBN  978-0-07-183937-2 .

links externos