Analisis fallido

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 o responsabilidad. Según Bloch y Geitner, las fallas de la maquinaria revelan una cadena de reacción de causa y efecto ... generalmente una deficiencia comúnmente conocida como síntoma ... ”. [1]El análisis de fallas puede ahorrar dinero, vidas y recursos si se realiza correctamente y se actúa en consecuencia. Es una disciplina importante en muchas ramas de la industria manufacturera, como la industria electrónica, donde es una herramienta vital utilizada en el desarrollo de nuevos productos y para la mejora de productos existentes. El proceso de análisis de fallas se basa en la recopilación de componentes defectuosos para el examen posterior de la causa o las causas de la falla utilizando una amplia gama de métodos, especialmente microscopía y espectroscopía . Los métodos de pruebas no destructivas (NDT) (como la exploración por tomografía computarizada industrial ) son valiosos porque los productos que fallan no se ven afectados por el análisis, por lo que la inspección a veces comienza a utilizar estos métodos.

La investigación forense sobre el proceso o producto fallado es el punto de partida del análisis de fallas. Dicha investigación se realiza utilizando métodos analíticos científicos, como mediciones eléctricas y mecánicas, o mediante el análisis de datos de fallas, como informes de rechazo de productos o ejemplos de fallas anteriores del mismo tipo. Los métodos de la ingeniería forense son especialmente valiosos para rastrear defectos y fallas del producto. Pueden incluir grietas por fatiga , grietas quebradizas producidas por agrietamiento por corrosión bajo tensión o agrietamiento por tensión ambiental, por ejemplo. Las declaraciones de testigos pueden ser valiosas para reconstruir la secuencia probable de eventos y, por lo tanto, la cadena de causa y efecto. Los factores humanos también se pueden evaluar cuando se determina la causa de la falla. Existen varios métodos útiles para evitar que ocurran fallas en los productos, incluido el análisis de modos y efectos de falla (FMEA) y el análisis de árbol de fallas (FTA) , métodos que se pueden usar durante la creación de prototipos para analizar fallas antes de que se comercialice un producto.

Varias de las técnicas utilizadas en el análisis de fallos también se utilizan en el análisis de fallos no encontrados (NFF), que es un término utilizado en el campo del mantenimiento para describir una situación en la que un modo de fallo informado originalmente no puede ser duplicado por el evaluador. técnico y, por lo tanto, el defecto potencial no se puede arreglar.

La NFF se puede atribuir a oxidación, conexiones defectuosas de componentes eléctricos, cortocircuitos temporales o aperturas en los circuitos, errores de software, factores ambientales temporales, pero también al error del operador. Una gran cantidad de dispositivos que se informan como NFF durante la primera sesión de resolución de problemas a menudo regresan al laboratorio de análisis de fallas con los mismos síntomas de NFF o un modo de falla permanente.

El término análisis de fallas también se aplica a otros campos como la gestión empresarial y la estrategia militar.

Un ingeniero de análisis de fallas a menudo juega un papel principal en el análisis de fallas, ya sea que un componente o producto falle en servicio o si ocurre una falla en la fabricación o durante el proceso de producción. En cualquier caso, se debe determinar la causa de la falla para evitar que ocurra en el futuro y / o mejorar el rendimiento del dispositivo, componente o estructura. Los ingenieros estructurales y los ingenieros mecánicos son muy comunes para el trabajo. Las especialidades más específicas también pueden ocupar el puesto, como los ingenieros de materiales. La especialización en metalurgia y química siempre es útil junto con las propiedades y resistencias de los materiales. Alguien podría ser contratado por diferentes razones, ya sea para prevenir más problemas o problemas de responsabilidad. El salario medio de un ingeniero de análisis de fallas, un ingeniero con experiencia en el campo, es de $ 81,647. [2] Un ingeniero de análisis de fallas requiere una buena cantidad de comunicación y habilidad para trabajar con otros. Por lo general, la persona contratada tiene una licenciatura en ingeniería pero existen certificaciones que se pueden adquirir. [2]

El análisis de fallas de muchos productos diferentes implica el uso de las siguientes herramientas y técnicas:

Microscopios

preparación de la muestra

  • Grabador a chorro
  • Grabador de plasma
  • Metalografía
  • Herramientas de adelgazamiento de la parte posterior
    • Adelgazamiento mecánico del dorso
    • Grabado químico del reverso con láser

Análisis espectroscópico

Modificación de dispositivo

Análisis de superficie

Microscopio de electrones

Microscopía de inyección de señal láser (LSIM)

  • Estimulación con foto portadora
  • Estimulación láser térmica (TLS)
    • Estático
      • Cambio de resistencia inducido por haz óptico (OBIRCH)
      • Alteración de voltaje inducida térmicamente (TIVA)
      • Alteración de voltaje inducida externa (XIVA)
      • Imágenes con efecto Seebeck (SEI)
    • Dinámica
      • Localización de defectos blandos (SDL)

Sondeo de semiconductores

  • Estación de sonda mecánica
  • Sonda de haz de electrones
  • Sonda de voltaje láser
  • Sonda de emisión de fotones de resolución temporal (TRPE)
  • Nanoprobar

Técnicas de localización de fallas basadas en software

  • Navegación CAD
  • Generación automática de patrones de prueba (ATPG)
  • [Chip bonder]

Dos varillas de llave de corte fallaron en el puente de la bahía

Personas en el caso

El Sr. Brahimi es un consultor de American Bridge Fluor y tiene una maestría en ingeniería de materiales. [3]

El Sr. Aguilar es el Jefe de la Rama de Ensayos de Materiales Estructurales de Caltrans con 30 años de experiencia como ingeniero. [3]

Christensen, consultor de Caltrans con 32 años de experiencia en metalurgia y análisis de fallas. [3]

Pasos

Observación visual que es un examen no destructivo. Esto reveló signos de fragilidad sin deformación plástica permanente antes de romperse. Se mostraron grietas que eran el punto de rotura final de las varillas de la llave de corte. Los ingenieros sospecharon que el hidrógeno estaba involucrado en la producción de las grietas. [3]

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. [3]

Examen microestructural donde se examinaron las secciones transversales para revelar más información sobre las uniones de interfuncionamiento del metal. [3]

Ensayo de dureza utilizando dos estrategias, la dureza Rockwell C y la microdureza Knoop que revela que no se trató térmicamente correctamente. [3]

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. Anamet Inc. tomó e interpretó varias piezas. [3]

La prueba de impacto Charpy V-Notch muestra la tenacidad del acero tomando diferentes muestras de la varilla y realizada por Anamet Inc. [3]

El análisis químico fue la prueba final también realizada por Anamet Inc., que cumplió con los requisitos para ese acero. [3]

Conclusión del estudio de caso

Las varillas 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 varillas no fallaron porque no cumplieron con los requisitos de resistencia en estas varillas. Si bien cumplían con los requisitos, la estructura no era homogénea, lo que provocó diferentes resistencias y baja tenacidad. [3]

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. 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. [3]

Análisis de fallos de fallos

El colapso de la Autopista Oakland Nimitz fue un puente que colapsó durante un terremoto incluso después del programa para fortalecer el puente. Se preguntó a diferentes ingenieros sobre su opinión sobre la situación. Si bien algunos no culpan al programa o al departamento, como James Rogers, quien dijo que el terremoto podría tener "una buena probabilidad de que el Embarcadero haga lo mismo que hizo el Nimitz". [4] Mientras que algunos dijeron que se podría haber hecho más prevención. El Dr. Priestly dice que “ninguno de los proyectos del departamento para fortalecer las carreteras abordó los problemas de debilidad…” en las juntas de los puentes. Algunos expertos estuvieron de acuerdo en que se podría haber hecho más para prevenir este desastre. El programa está bajo fuego por hacer "más grave el fallo". [4]

Desde el punto de vista de un ingeniero de diseño

"> Reproducir medios
Celda de prueba del motor a reacción [5]

Un producto debe poder funcionar incluso en los escenarios más difíciles. Esto es muy importante en productos hechos para construcciones costosas como edificios o aviones. Si estas piezas fallan, pueden causar daños graves y / o problemas de seguridad. Un producto comienza a diseñarse "... para minimizar los peligros asociados con este" escenario del peor de los casos ". Discernir el escenario del peor de los casos requiere una comprensión completa del producto, su carga y su entorno de servicio. Antes de que el producto entre en servicio, un prototipo a menudo se somete a pruebas de laboratorio que demuestran que el producto soporta el peor de los casos como se esperaba ". [6] Algunas de las pruebas que se realizan en los motores a reacción en la actualidad son muy intensivas para verificar si el motor puede resistir:

  • ingestión de escombros, polvo, arena, etc .; [7]
  • ingestión de granizo, nieve, hielo, etc .; [7]
  • ingestión de cantidades excesivas de agua. [7]

Estas pruebas deben ser más difíciles de lo que experimentará el producto en uso. Los motores se empujan al máximo para garantizar que el producto funcione como debería sin importar la condición. El análisis de fallas en ambos lados tiene que ver con la prevención de daños y el mantenimiento de la seguridad.

  • Análisis de fallas metalúrgicas
  • Siglas en microscopía
  • Lista de métodos de análisis de materiales
  • Lista de recursos para pruebas de materiales
  • Análisis de modos y efectos de falla (FMEA)
  • Tasa de fracaso
  • Ingeniería eléctrica forense
  • Ingenieria forense
  • Ingeniería de materiales forenses
  • Ingeniería forense de polímeros
  • Ciencia forense
  • Microscopio
  • Ciencia material
  • Equipo de preparación de muestras
  • Análisis de accidentes
  • Caracterización (ciencia de materiales)
  • Sistemas de informes, análisis y acciones correctivas de fallas (recopilación de datos de fallas)

  1. ^ Bloch, Heinz; Geitner, Fred (1994). Análisis de fallas de maquinaria y resolución de problemas . Houston, Texas: Gulf Publishing Company. pag. 1. ISBN 0-87201-232-8.
  2. ^ a b "Sueldo del ingeniero de análisis de fallas" . PayScale .
  3. ^ a b c d e f g h yo j k l Brahimi, Salim; Agiular, Rosme; Christensen, Conrad (7 de mayo de 2013). "Informe de análisis de fallas de la varilla de corte transversal" (PDF) - a través de Bay Bridge Info. Cite journal requiere |journal=( ayuda )
  4. ^ a b Obispo, Katherine (1989). "Los expertos preguntan si las medidas anti-terremoto contribuyeron al colapso de la carretera" . NY Times . Consultado en 2018 . Verifique los valores de fecha en: |access-date=( ayuda )
  5. ^ Célula de prueba del motor a reacción T-9. Dir. Timothy Kirchner. Servicios de distribución de información visual de defensa . DVIDS, 12 de agosto de 2013. Web.
  6. ^ Brady, Brian (1999). "Análisis de fallas" . Universidad Estatal de Nueva York en Stony Brook: Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales. Archivado desde el original el 8 de julio de 2018 . Consultado el 9 de abril de 2018 . Cite journal requiere |journal=( ayuda )
  7. ^ a b c Duivis, Rob (7 de marzo de 2016). "¿Cómo probamos los motores a reacción?" . Mientras tanto en KLM . Consultado el 8 de abril de 2018 .
Bibliografía
  • Artículo sobre el tema en el archivo IEEE
  • Implementación de elementos finitos de criterios de falla avanzados para materiales compuestos

  • Martin, Perry L., Manual de análisis de fallas electrónicas , McGraw-Hill Professional; 1ra edición (28 de febrero de 1999) ISBN  978-0-07-041044-2 .
  • Análisis de fallas microelectrónicas , ASM International; Quinta edición (2004) ISBN  978-0-87170-804-5
  • Lukowsky, D., Análisis de fallas de madera y productos derivados de la madera , McGraw-Hill Education; 1a edición (2015) ISBN  978-0-07-183937-2 .