¿Qué es el análisis de fallas y cómo realizar un análisis de fallas?

¿Qué es el análisis de fallas?

El análisis de fallas  es el proceso de recopilar y analizar datos para determinar la causa de una falla, a menudo con el objetivo de determinar acciones correctivas y aconsejar acciones preventivas.

Llevar a cabo un análisis de fallas es ser como un detective. A lo largo de la investigación se descubren pistas y huellas importantes que ofrecen información sobre qué pudo haber causado la falla, atribuida a la falla y qué otros factores contribuyentes pueden haber estado involucrados.

El analista de fallas cuenta con un amplio conocimiento de los materiales, procesos y mecanismos de daño en general. El éxito es más probable si el analista conoce las propiedades mecánicas y físicas del material defectuoso y sus características de fabricación y rendimiento histórico.

Se considera que un componente ha fallado cuando se ha deteriorado hasta el punto en que es inseguro o sólo marginalmente capaz de realizar su función prevista. Para que un artículo se clasifique como averiado, no es necesario que esté completamente roto.

Pasos para el análisis de fallas

Paso 1: Determine cuándo, dónde y cómo ocurrió la falla

Determine cuándo, dónde y cómo ocurrió la falla / Recolección de muestras para examen de laboratorio / Toma de fotografías para referencia futura.

1. Visite el sitio de la falla en el campo si es posible.

2. Todos los operadores involucrados en la falla deben ser entrevistados personalmente.

3. Determine las condiciones en el momento de la falla.

4. ¿Había indicios previos que sugirieran que estaba a punto de ocurrir una falla?

5. ¿La falla fue gradual o catastrófica?

6. ¿Estaba protegida la pieza después de la falla?

7. ¿Cómo se manejó la fractura?

Las muestras seleccionadas deben ser características del material y contener una representación de la falla o ataque corrosivo.

El manejo del muestreo es una cuestión primordial de la que depende todo el análisis restante.

Las superficies fracturadas deben protegerse contra daños durante el envío mediante un embalaje rigurosamente cuidadoso.

Deben tomarse fotografías del equipo averiado, incluidas las muestras que se retirarán y sus alrededores. Estos deben mostrar la relación del área cuestionada con el resto del equipo.

Se deben anotar las dimensiones de la muestra, la fecha en que ocurrió la falla y la fecha de las fotografías. Considere el uso de grabación de video si se requiere un desmontaje complejo.

Paso 2: Examen visual y NDT de la muestra

Examine visualmente la muestra. Examine la muestra a simple vista, con lupa y / o con microscopios de campo de bajo aumento.

Tenga en cuenta el estado de la superficie accesible que documenta todo tipo de anomalías, búsqueda de grietas, daños por corrosión, presencia de material extraño, daños por erosión o desgaste, o evidencia de impacto u otro daño.

Para el examen de muestras se pueden emplear técnicas no destructivas como radiografía, partículas magnéticas, ultrasonidos, líquidos / tintes penetrantes, corrientes parásitas, fugas, etc.

Paso 3: confirmar la composición del material

Confirme la composición del material e identifique los contaminantes a través del análisis EDS. EDS (Energy-Dispersive Spectroscopy) es un método analítico basado en las diferencias de energía de los rayos X característicos emitidos por los distintos elementos. Se utiliza junto con la microscopía electrónica de barrido (SEM) para identificar los elementos presentes en un punto particular de una muestra. Las ventajas de EDS son que se realiza fácilmente y es confiable como método cualitativo. Las limitaciones son que solo es marginalmente útil como método cuantitativo.

Paso 4: determinar el tipo de falla

Los principales tipos de fallas que pueden encontrar los metales en servicio son:

A. dúctil,

B. Quebradizo y

C. Fracturas por fatiga

A. Las fracturas dúctiles se caracterizan por el desgarro del metal acompañado de una deformación plástica gruesa apreciable. La microestructura de la superficie de la fractura es bastante compleja y puede incluir mecanismos de fractura tanto transgranulares como intergranulares.

Las fracturas dúctiles en la mayoría de los metales tienen una apariencia fibrosa gris y pueden ser de cara plana (sobrecarga por tracción) o inclinada (cizallamiento). La muestra generalmente muestra un alargamiento considerable y también una posible reducción del área de la sección transversal. Si una pieza falla de forma dúctil o frágil depende del grosor de la pieza, la temperatura, la velocidad de deformación y la presencia de tensores.

B. Fractura frágil

Las fracturas frágiles se caracterizan por una rápida propagación de grietas sin una deformación plástica apreciable. Si se producen fracturas frágiles en planos cristalográficos particulares, se denominan fractura cristalina de Tran. Si se encuentran a lo largo de los límites del grano, se denominan fracturas intergranulares. La fractura frágil es promovida por:

• tamaños de sección más gruesos,

• temperaturas de servicio más bajas, y

• aumento de la tasa de deformación.

La tendencia de un material a fracturarse en un modo frágil se puede determinar midiendo su ductilidad de muesca. La prueba más común para esto es la prueba Charpy V-notch.

C. Fractura por fatiga

La fatiga es un cambio estructural permanente, localizado y progresivo que se produce en un material sometido a tensiones repetidas o fluctuantes muy por debajo de la resistencia máxima a la tracción (UTS). Las fracturas por fatiga son causadas por la acción simultánea de la tensión cíclica, la tensión de tracción y la deformación plástica, las tres deben estar presentes. La tensión cíclica inicia una fisura y la tensión de tracción la propaga. La falla repentina final de la sección transversal restante ocurre por cizallamiento o fractura frágil. Las estrías en la superficie de la grieta son el signo clásico de fractura por fatiga.

Paso 5: Redacción de informes

Una vez que se ha completado todo el análisis, es muy importante recopilar todos los hallazgos y conclusiones en forma de informe de investigación de fallas.

En el informe deben incluirse recomendaciones para evitar fallos similares.

Ejemplo de estudio de caso de análisis de fallas

Personas en el caso

El Sr. Philips es consultor de la American Bridge Society y tiene una maestría en ingeniería de materiales.

La Sra. Chloe es la Jefa de la Rama de Pruebas de Materiales Elementales con 30 años de experiencia como ingeniera.

Dr. Stephen, consultor de Element con 32 años de experiencia en metalurgia y análisis de fallas.

Pasos para el análisis de fallas:

Observación visual  que es un examen no destructivo (ECM). Esto reveló signos de fragilidad sin deformación plástica permanente antes de que se rompieran las barras. Se mostraron grietas que eran el punto final de rotura de las barras de corte. Los ingenieros sospecharon que el hidrógeno estaba involucrado en la producción de las grietas.

Microscopía electrónica de barrido,  que es el barrido de las superficies agrietadas con un gran aumento para comprender mejor la fractura. La fractura completa ocurrió después de que la varilla no pudo sostenerse bajo carga cuando la grieta alcanzó un tamaño crítico.

Examen microestructural  donde se examinaron las secciones transversales para revelar más información sobre las uniones de interfuncionamiento del metal.

Ensayo de dureza  utilizando dos estrategias, la dureza Rockwell C y la microdureza vickers, que revela que las barras no se trataron térmicamente correctamente.

La prueba de tracción  le dice al ingeniero que el límite elástico, la resistencia a la tracción y el alargamiento fueron suficientes para pasar los requisitos. Galsco Inc. tomó y realizó múltiples piezas.

La prueba de impacto Charpy V-Notch  muestra la tenacidad del acero tomando diferentes muestras de la varilla y realizada por Glasco Inc.

El análisis químico  fue la prueba final también realizada por Glasco Inc., que cumplió con los requisitos para ese acero.

Conclusión del estudio de caso de análisis de fallas

Las barras fallaron debido a la fragilización por hidrógeno que era susceptible al hidrógeno de la alta carga de tracción y al hidrógeno que ya estaba en el material. Las barras no fallaron porque no cumplieron con los requisitos de resistencia en estas barras. Si bien cumplían con los requisitos, la estructura no era homogénea, lo que provocó diferentes resistencias y baja tenacidad.

Este estudio muestra un par de las muchas formas en que se puede realizar el análisis de fallas. Siempre comienza con una forma de observación no destructiva, como la escena de un crimen y un detective trabajando en ella. Luego se toman piezas del material de la pieza original que se utilizan en diferentes observaciones. Luego, se realizan pruebas destructivas para encontrar la tenacidad y las propiedades del material para encontrar exactamente qué salió mal.