Qu’est-ce que l’analyse des défaillances et comment effectuer une analyse des défaillances ?

Qu’est-ce que l’analyse des défaillances

L’analyse des défaillances  est le processus de collecte et d’analyse des données pour déterminer la cause d’une défaillance, souvent dans le but de déterminer des actions correctives et de conseiller des actions préventives.

Mener une analyse d’échec, c’est être comme un détective. Des indices et des empreintes importants sont découverts tout au long de l’enquête qui donnent un aperçu de ce qui a pu causer l’échec, attribué à l’échec et quels autres facteurs contributifs peuvent avoir été impliqués.

L’analyste des défaillances est aidé par une vaste connaissance des matériaux, des processus et des mécanismes d’endommagement en général. Le succès est plus probable si l’analyste connaît les propriétés mécaniques et physiques du matériau défaillant ainsi que ses caractéristiques de fabrication et de performance historiques.

Un composant est considéré comme défaillant lorsqu’il s’est détérioré au point qu’il est dangereux ou qu’il n’est que marginalement capable de remplir sa fonction prévue. Pour qu’un élément soit classé comme un échec, il n’a pas besoin d’être complètement cassé.

Étapes de l’analyse de défaillance

Étape 1 : Déterminez quand, où et comment la panne s’est produite

Déterminez quand, où et comment l’échec s’est produit / Prélèvement d’échantillons pour examen en laboratoire / Prise de photos pour référence future.

1. Visitez le site de défaillance sur le terrain si possible.

2. Tous les opérateurs impliqués dans la panne doivent être interrogés personnellement.

3. Déterminer les conditions étaient au moment de l’échec.

4. Y avait-il des indications préalables suggérant que l’échec était sur le point de se produire ?

5. L’échec a-t-il été progressif ou catastrophique ?

6. La pièce a-t-elle été protégée après une panne ?

7. Comment la fracture a-t-elle été traitée ?

Les échantillons sélectionnés doivent être caractéristiques du matériau et contenir une représentation de la défaillance ou de l’attaque corrosive.

Le traitement de l’échantillonnage est une question primordiale dont dépend toute l’analyse restante.

Les surfaces de rupture doivent être protégées des dommages pendant le transport par un emballage rigoureusement soigné.

Des photographies doivent être prises de l’équipement défaillant, y compris les échantillons à prélever et leur environnement. Ceux-ci doivent montrer la relation entre la zone interrogée et le reste de l’équipement.

Les dimensions de l’échantillon, la date à laquelle la défaillance s’est produite et la date des photographies doivent être notées. Envisagez l’utilisation de l’enregistrement vidéo si un démontage complexe est requis.

Étape 2 : Examen visuel et CND de l’échantillon

Examinez visuellement l’échantillon. Examinez l’échantillon à l’aide d’un microscope à l’œil nu, d’une loupe à main et/ou d’un microscope à faible grossissement.

Notez l’état de la surface accessible en documentant toutes sortes d’anomalies, en recherchant des fissures, des dommages de corrosion, la présence de corps étrangers, des dommages d’érosion ou d’usure, ou des preuves d’impact ou de toute autre détresse.

Une technique non destructive telle que la radiographie, les particules magnétiques, les ultrasons, les pénétrants liquides/colorants, les courants de Foucault, les fuites, etc. pourrait être utilisée pour l’examen des échantillons.

Étape 3 : Confirmer la composition du matériau

Confirmez la composition du matériau et identifiez les contaminants grâce à l’analyse EDS. L’EDS (Energy-Dispersive Spectroscopy) est une méthode analytique basée sur les différences d’énergie des rayons X caractéristiques émis par les différents éléments. Il est utilisé en conjonction avec la microscopie électronique à balayage (MEB) pour identifier les éléments présents à un endroit particulier sur un échantillon. Les avantages de l’EDS sont sa facilité d’exécution et sa fiabilité en tant que méthode qualitative. Les limites sont qu’elle n’est que marginalement utile en tant que méthode quantitative.

Étape 4 : Déterminer le type de panne

Les principaux types de défaillances susceptibles d’être rencontrées par les métaux en service sont :

A. Ductile,

B. fragile, et

C. Fractures de fatigue

A. Les ruptures ductiles sont caractérisées par un déchirement du métal accompagné d’une déformation plastique grossière appréciable. La microstructure de la surface de fracture est assez complexe et peut inclure à la fois des mécanismes de fracture transgranulaire et intergranulaire.

Les fractures ductiles dans la plupart des métaux ont un aspect fibreux gris et peuvent être à face plate (surcharge de traction) ou à face oblique (cisaillement). L’échantillon montre généralement un allongement considérable et une possible réduction de la section transversale également. La défaillance d’une pièce de manière ductile ou fragile dépend de l’épaisseur de la pièce, de la température, de la vitesse de déformation et de la présence d’agents élévateurs de contrainte.

B. Fracture fragile

Les fractures fragiles se caractérisent par une propagation rapide des fissures sans déformation plastique appréciable. Si des fractures fragiles se produisent à travers des plans cristallographiques particuliers, elles sont appelées fracture cristalline Tran. Si le long des joints de grains, ils sont appelés fracture intergranulaire. La rupture fragile est favorisée par :

• tailles de sections plus épaisses,

• des températures de service plus basses, et

• taux de déformation accru.

La tendance d’un matériau à se rompre en mode fragile peut être déterminée en mesurant sa ductilité d’entaille. Le test le plus courant pour cela est le test Charpy V-notch.

C. Fracture de fatigue

La fatigue est un changement structurel permanent localisé et progressif qui se produit dans un matériau soumis à des contraintes répétées ou fluctuantes bien en deçà de la résistance ultime à la traction (UTS). Les fractures de fatigue sont causées par l’action simultanée d’une contrainte cyclique, d’une contrainte de traction et d’une déformation plastique, qui doivent toutes trois être présentes. La contrainte cyclique initie une fissure et la contrainte de traction la propage. La rupture soudaine finale de la section transversale restante se produit soit par cisaillement, soit par rupture fragile. Les stries à la surface de la fissure sont le signe classique de la rupture par fatigue.

Étape 5 : Rédaction du rapport

Une fois toutes les analyses terminées, il est très important de compiler toutes les constatations et conclusions sous la forme d’un rapport d’enquête sur les défaillances.

Des recommandations visant à éviter un échec similaire doivent être incluses dans le rapport.

Exemple d’étude de cas d’analyse de défaillance

Les gens sur le cas

M. Philips est un consultant de l’American Bridge Society et possède une maîtrise en ingénierie des matériaux.

Mme Chloé est chef de la division des essais de matériaux d’éléments avec 30 ans d’expérience en tant qu’ingénieur.

Dr Stephen, consultant Element avec 32 ans d’expérience en métallurgie et analyse de défaillance.

Étapes pour l’analyse des défaillances :

Observation visuelle  qui est un examen non destructif (END). Cela a révélé un signe de fragilité sans déformation plastique permanente avant la rupture des barres. Des fissures ont été montrées qui étaient le point de rupture final des barres de cisaillement. Les ingénieurs soupçonnaient que l’hydrogène était impliqué dans la production des fissures.

Microscopie électronique à balayage  qui est le balayage des surfaces fissurées sous fort grossissement pour mieux comprendre la fracture. La rupture complète s’est produite après que la tige n’a pas pu tenir sous charge lorsque la fissure a atteint une taille critique.

Examen microstructural  où les sections transversales ont été examinées pour révéler plus d’informations sur les liaisons d’interfonctionnement du métal.

Test de dureté  utilisant deux stratégies, la dureté Rockwell C et la microdureté Vickers qui révèle que les barres n’ont pas été traitées thermiquement correctement.

Le test de traction  indique à l’ingénieur que la limite d’élasticité, la résistance à la traction et l’allongement étaient suffisants pour répondre aux exigences. Plusieurs pièces ont été prises et interprétées par Galsco Inc.

Le test d’impact Charpy V-Notch  montre la ténacité de l’acier en prenant différents échantillons de la tige et réalisé par Glasco Inc.

L’analyse chimique  était le test final également effectué par Glasco Inc. qui répondait aux exigences de cet acier.

Conclusion de l’analyse de défaillance Étude de cas

Les barres se sont rompues à cause de la fragilisation par l’hydrogène qui était sensible à l’hydrogène de la charge de traction élevée et à l’hydrogène déjà présent dans le matériau. Les barres n’ont pas échoué car elles ne répondaient pas aux exigences de résistance de ces barres. Alors qu’ils répondaient aux exigences, la structure était inhomogène, ce qui entraînait des résistances différentes et une faible ténacité.

Cette étude montre quelques-unes des nombreuses façons dont l’analyse des défaillances peut être effectuée. Cela commence toujours par une forme d’observation non destructive, comme une scène de crime et un détective qui y travaille. Ensuite, des morceaux du matériau sont extraits de la pièce d’origine qui sont utilisés dans différentes observations. Ensuite, des tests destructifs sont effectués pour déterminer la ténacité et les propriétés du matériau afin de trouver exactement ce qui ne va pas.