تحليل الفشل المعدني

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

تحليل الأعطال المعدنية هو عملية تحديد الآلية التي أدت إلى تعطل أحد المكونات المعدنية . يُمكن من خلاله تحديد سبب العطل، مما يوفر فهمًا أعمق للأسباب الجذرية والحلول المحتملة لمنع حدوث أعطال مماثلة في المستقبل، بالإضافة إلى تحديد المسؤولية، وهو أمر بالغ الأهمية في القضايا القانونية. [ 1 ] يُعدّ تحديد مصدر الأعطال المعدنية ذا أهمية مالية للشركات. وقدّرت الرابطة الوطنية لمهندسي التآكل (NACE International ) في عام 2012 التكلفة السنوية للتآكل (وهو سبب شائع للأعطال المعدنية) في الولايات المتحدة بنحو 450 مليار دولار أمريكي، بزيادة قدرها 67% مقارنةً بتقديرات عام 2001. [ 1 ] يُمكن تحليل هذه الأعطال لتحديد أسبابها الجذرية، والتي في حال معالجتها، ستُقلل من تكلفة الأعطال على الشركات.

يمكن تقسيم الأعطال بشكل عام إلى عطل وظيفي وعطل في الأداء المتوقع. يحدث العطل الوظيفي عندما يتعطل أحد المكونات أو العمليات، ويتوقف النظام بأكمله عن العمل تمامًا. يشمل هذا النوع فكرة تكسر أحد المكونات بسرعة. أما أعطال الأداء المتوقع فتحدث عندما يتسبب أحد المكونات في انخفاض أداء النظام عن معيار أداء محدد، مثل العمر الافتراضي، أو حدود التشغيل، أو الشكل واللون. بعض معايير الأداء موثقة من قبل المورد، مثل الحد الأقصى للحمولة المسموح بها على الجرار، بينما تكون معايير أخرى ضمنية أو متوقعة من قبل العميل، مثل استهلاك الوقود ( عدد الأميال لكل جالون للسيارات). [ 1 ]

غالبًا ما يؤدي مزيج من الظروف البيئية والإجهاد إلى حدوث الأعطال. تُصمَّم المكونات المعدنية لتحمُّل الظروف البيئية والإجهادات التي ستتعرض لها. لا يقتصر تصميم المكون المعدني على التركيب العنصري المحدد فحسب، بل يشمل أيضًا عملية تصنيع محددة، مثل المعالجات الحرارية وعمليات التشغيل الآلي، وما إلى ذلك. تتميز جميع المعادن الناتجة، والتي تُشكِّل مجموعة واسعة من المعادن المختلفة، بخصائص فيزيائية فريدة. تُصمَّم خصائص محددة في المكونات المعدنية لجعلها أكثر مقاومة لمختلف الظروف البيئية. تُظهر هذه الاختلافات في الخصائص الفيزيائية أنماطًا فريدة من الأعطال. يأخذ تحليل الأعطال المعدنية في الاعتبار أكبر قدر ممكن من هذه المعلومات أثناء التحليل. [ 2 ] الهدف النهائي من تحليل الأعطال هو تحديد السبب الجذري وإيجاد حل لأي مشاكل كامنة لمنع حدوث أعطال مستقبلية. [ 3 ]

التحقيق في حالات الفشل

تتمثل الخطوة الأولى في تحليل الأعطال في التحقيق في سبب العطل وجمع المعلومات. وفيما يلي تسلسل خطوات جمع المعلومات في التحقيق في الأعطال: [ 1 ] [ 4 ]

  1. جمع معلومات حول الظروف المحيطة بفشل العينات واختيارها
  2. الفحص الأولي للجزء المعطل (الفحص البصري) ومقارنته بالأجزاء التي لم تتعطل
  3. الفحص والتحليل المجهري والتوثيق الفوتوغرافي للعينات ( أسطح الكسر ، والشقوق الثانوية، وغيرها من الظواهر السطحية)
  4. الفحص المجهري وتحليل العينات (أسطح الكسر)
  5. اختيار وإعداد المقاطع المعدنية
  6. الفحص المجهري وتحليل العينات المعدنية المُحضّرة
  7. الاختبارات غير المدمرة
  8. الاختبارات التدميرية/الميكانيكية
  9. تحديد آلية الفشل
  10. التحليل الكيميائي (الكميات الكبيرة، والتحليل الموضعي، ومنتجات التآكل السطحي، والترسبات أو الطلاءات)
  11. تحديد جميع الأسباب الجذرية المحتملة
  12. اختبار الأسباب الجذرية الأكثر ترجيحًا في ظل ظروف خدمة محاكاة
  13. تحليل جميع الأدلة، وصياغة الاستنتاجات، وكتابة التقرير بما في ذلك التوصيات.

التقنيات المستخدمة

تُستخدم تقنيات متنوعة في عملية التحقيق في تحليل الأعطال المعدنية. [ 1 ] [ 4 ]

الاختبار غير المتلف : هو أسلوب اختبار يسمح بفحص بعض الخصائص الفيزيائية للمعادن دون إخراج العينات من الخدمة تمامًا. يُستخدم هذا الأسلوب عادةً للكشف عن الأعطال في المكونات قبل حدوث عطل كارثي.

الاختبارات الإتلافية : تتضمن الاختبارات الإتلافية إخراج مكون معدني من الخدمة وتقطيعه لتحليله. تُمكّن هذه الاختبارات محلل الأعطال من إجراء التحليل في بيئة معملية وإجراء اختبارات على المادة التي ستؤدي في النهاية إلى إتلاف المكون.

أنماط الفشل المعدني

لا توجد قائمة موحدة لأنماط الفشل المعدني ، وقد يستخدم علماء المعادن أسماءً مختلفة لنفس نمط الفشل. المصطلحات المذكورة أدناه هي تلك المعتمدة من قِبل ASTM [ 5 ] و ASM [ 6 ] و/أو NACE [ 7 ] كآليات فشل معدني متميزة.

ناتج عن التآكل والإجهاد

ناتج عن الإجهاد

ناتج عن التآكل

  • التآكل
  • تآكل التنقر، تنقر الأكسجين
  • هشاشة الهيدروجين
  • التكسير الناتج عن الهيدروجين (مصطلح ASM)
  • التقصف الناتج عن التآكل (مصطلح من جمعية التعدين والمعادن الأمريكية)
  • تفكك الهيدروجين (مصطلح NACE)
  • التكسير بمساعدة الهيدروجين (مصطلح من الجمعية الأمريكية للمعادن والتعدين)
  • تقرحات الهيدروجين
  • تآكل

الأسباب الجذرية المحتملة

تتعدد الأسباب الجذرية المحتملة للأعطال المعدنية، وتشمل دورة حياة المكون من التصميم إلى التصنيع إلى الاستخدام. ويمكن تصنيف الأسباب الأكثر شيوعًا للأعطال إلى الفئات التالية: [ 1 ]

شروط الخدمة أو التشغيل

تشمل الأعطال الناتجة عن ظروف الخدمة أو التشغيل استخدام أحد المكونات خارج نطاق ظروفه المصممة له، مثل تعريضه لقوة صدمية أو حمل زائد. كما تشمل الأعطال الناتجة عن ظروف استخدام غير متوقعة، مثل نقطة تلامس غير متوقعة تُسبب التآكل والحت، أو مستوى رطوبة غير متوقع ، أو وجود مواد كيميائية تُسبب التآكل. وتؤدي هذه العوامل إلى تعطل المكون في وقت أبكر من المتوقع.

الصيانة غير السليمة

قد يؤدي الإهمال في الصيانة إلى إهمال معالجة مصادر الكسر المحتملة، مما يتسبب في تلف مبكر لأحد المكونات في المستقبل. وقد يكون سبب الإهمال في الصيانة متعمداً، كالتخلي عن الصيانة السنوية لتجنب تكلفتها، أو غير متعمد، كاستخدام زيت محرك غير مناسب.

اختبار أو فحص غير سليم

تُجرى عادةً عمليات الاختبار و/أو الفحص ضمن خطوط تصنيع المكونات للتحقق من مطابقة المنتج لمجموعة من المعايير لضمان الأداء المطلوب في بيئة العمل. يؤدي إجراء اختبار أو فحص غير سليم إلى تجاوز فحوصات الجودة هذه، وقد يسمح ببيع قطعة بها عيب يُفترض أن يمنع استخدامها في بيئة العمل، مما قد يتسبب في فشل المنتج.

أخطاء التصنيع أو الإنتاج

تحدث أخطاء التصنيع أو التشكيل أثناء معالجة المادة أو المكون. بالنسبة للأجزاء المعدنية، تُعد عيوب الصب شائعة، مثل الالتحام البارد، والتشققات الساخنة، أو شوائب الخبث. وقد تشمل هذه الأخطاء أيضًا مشاكل في معالجة السطح، أو معايير المعالجة مثل دك قالب الرمل أو درجة الحرارة غير المناسبة أثناء التصليد.

أخطاء التصميم

تنشأ أخطاء التصميم عندما لا يُؤخذ الاستخدام المطلوب بعين الاعتبار بشكل صحيح، مما يؤدي إلى تصميم غير فعال، مثل حالة الإجهاد أثناء التشغيل أو العوامل المسببة للتآكل المحتملة في بيئة التشغيل. غالبًا ما تشمل أخطاء التصميم تحديد الأبعاد واختيار المواد، ولكنها قد تشمل أيضًا التصميم بأكمله.

استخدام الأساليب الحسابية لتحليل الأعطال

تزداد شعبية الأساليب الحسابية كطريقة لاختبار الأسباب الجذرية المحتملة، لأنها لا تتطلب التضحية بأحد المكونات لإثبات السبب الجذري. ومن الأمثلة الشائعة على استخدام الأساليب الحسابية: حالات الفشل الناتجة عن التآكل [ 9 ] [ 10 ] ، وحالات فشل المكونات تحت ظروف إجهاد معقدة [ 11 ] [ 12 ] ، والتحليلات التنبؤية [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] . يُستخدم ديناميكيات الموائع الحسابية لتحديد نمط التدفق وإجهادات القص على مكون تعرض للفشل نتيجة التآكل [ 9 ] [ 10 ] . كما يُستخدم تحليل العناصر المحدودة لنمذجة المكونات تحت ظروف إجهاد معقدة. [ 11 ] [ 12 ] يمكن استخدام تحليل العناصر المحدودة بالإضافة إلى نماذج مجال الطور للتنبؤ بانتشار الشقوق والفشل، [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] والتي تستخدم بعد ذلك لمنع الفشل من خلال التأثير على تصميم المكونات.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 6 دينيس، دانيال ب. (15 يناير 2021). "كيفية تنظيم وإدارة تحقيق في الأعطال" . تحليل الأعطال والوقاية منها (ملف PDF) . الصفحات 36-51 . doi : 10.31399/asm.hb.v11.a0006755 . ISBN  978-1-62708-295-2. S2CID 241618812 . 
  2. ^ جاونا، سيتلالي. "تحليل دي فالاس" . أكاديميكا . مؤسسة تيلميكس . تم الاسترجاع في 3 سبتمبر 2025 .
  3. ↑ http://www.g2mtlabs.com/failure-analysis/what-is-failure-analysis/ مختبرات G2MT - "ما هو تحليل الأعطال؟"
  4. 1 2 وولبي، دونالد ج. (30-11-2013). ميلر، بريت (محرر). فهم كيفية تعطل المكونات . doi : 10.31399/asm.tb.uhcf3.9781627082709 . ISBN 978-1-62708-270-9.
  5. ↑ "المصطلحات القياسية المتعلقة بالتآكل واختبار التآكل" (G 15)، الكتاب السنوي لمعايير ASTM، ASTM، فيلادلفيا، بنسلفانيا.
  6. ↑ دليل المعادن الصادر عن الجمعية الأمريكية للمعادن الدولية، الطبعة التاسعة، التآكل، الجمعية الأمريكية للمعادن الدولية، ميتالز بارك، أوهايو
  7. ↑ دورة NACE الأساسية في التآكل، NACE-International، هيوستن، تكساس
  8. ↑ مجلة M&M Engineering Conduit، خريف 2007، "تآكل الكلوريد وتشققات التآكل الإجهادي في سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ"، "نسخة مؤرشفة" (PDF) . مؤرشفة من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 14 يوليو 2011. تم الاطلاع عليها بتاريخ 20 أغسطس 2010 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title ( link )
  9. 1 2 ماجد، ز. أ.؛ محسن، ر.؛ يوسف، م. ز. (2012-01-01). "تحليل تجريبي وحسابي لأعطال أنابيب الغاز الطبيعي" . تحليل أعطال الهندسة . 19 : 32-42 . doi : 10.1016/j.engfailanal.2011.09.004 . ISSN 1350-6307 . 
  10. 1 2 يي، جونزين؛ هو، هونغشيانغ؛ تشنغ، يوغوي؛ تشانغ، يامينغ (2016-12-01). "تحليل تجريبي وحسابي لفشل صمام تنظيم الضغط العالي في مصنع كيميائي" . تحليل فشل الهندسة . 70 : 188-199 . doi : 10.1016/j.engfailanal.2016.07.015 . ISSN 1350-6307 . 
  11. 1 2 تشانغ، تشينغ؛ تسو، تشنغشينغ؛ ليو، جينشيانغ (2013-12-01). "تحليل فشل رأس أسطوانة محرك ديزل باستخدام طريقة العناصر المحدودة" . تحليل فشل الهندسة . 34 : 51-58 . doi : 10.1016/j.engfailanal.2013.07.023 . ISSN 1350-6307 . 
  12. 1 2 مرادي، س.؛ رانجباري، ك. (2009-04-01). "تحليل تجريبي وحسابي لفشل سلاسل الحفر" . تحليل فشل الهندسة . 16 (3): 923-933 . doi : 10.1016/j.engfailanal.2008.08.019 . ISSN 1350-6307 . 
  13. 1 2 بورست، رينيه دي؛ غوتيريز، ميغيل أ.؛ ويلز، غارث ن.؛ ريمرز، جوريس جيه سي؛ أسكس، هارم (2004-05-07). "نماذج منطقة التماسك، ونظريات الاستمرارية من الرتبة العليا، وأساليب الموثوقية لتحليل الفشل الحسابي: تحليل الفشل الحسابي" . المجلة الدولية للأساليب العددية في الهندسة . 60 (1): 289-315 . doi : 10.1002/nme.963 . S2CID 122765562 . 
  14. 1 2 لو، مينغكاي؛ تشنغ، يونغقانغ؛ دو، جيانكي؛ تشانغ، ليانغ؛ تشانغ، هونغوو (2022-03-01). "طريقة العناصر المحدودة متعددة المقاييس التكيفية لتحليل توطين الإجهاد باستخدام نظرية كوسيرات المتصلة" . المجلة الأوروبية للميكانيكا - أ/المواد الصلبة . 92 104450. Bibcode : 2022EuJMA..9204450L . doi : 10.1016/j.euromechsol.2021.104450 . ISSN 0997-7538 . S2CID 240317543 .  
  15. تان ، إي.؛ لي، تي.؛ بوردان، بي.؛ ماريغو، جيه. -جيه.؛ موريني، سي. (2018-01-01). "تكوّن الشقوق في نماذج المجال الطوري المتغيرة للكسر الهش" . مجلة ميكانيكا وفيزياء المواد الصلبة . 110 : 80-99 . Bibcode : 2018JMPSo.110...80T . doi : 10.1016 /j.jmps.2017.09.006 . ISSN 0022-5096 . S2CID 20139734 .  
  16. 1 2 أورتيز، مايكل؛ ليروي، إيف؛ نيدلمان، آلان (1987-03-01). "طريقة العناصر المحدودة لتحليل الفشل الموضعي" . أساليب الحاسوب في الميكانيكا التطبيقية والهندسة . 61 (2): 189-214 . Bibcode : 1987CMAME..61..189O . doi : 10.1016/0045-7825(87)90004-1 . ISSN 0045-7825 .