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Metodología Análisis de Falla

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on 16 December 2013

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ASM Handbook Vol.11 Failure Analysis and Prevention.
Modelo de Solución de Problemas
Con análisis de falla de un equipo o elemento se examina cuidadosamente la pieza o sección que fallo, en su diseño, su fabricación y su historia de operación para determinar las razones de por que fallo y como.
De esta manera prevenir futuros eventos de falla, garantizar la seguridad, funcionamiento y uso eficiente de los componentes o maquinas a lo largo de su vida, descubrir defectos en el procesamiento de un material o componente, incluso desde su diseño y en la fase de fabricación, o corregir y prevenir futuros episodios que se convierte en pérdidas económicas invaluables.
Causas y Mecanismos de Falla.
El fallo anticipado de un componente o maquina antes del termino de su vida útil, es suficiente para considerar realizar una análisis de falla.
Una parte importante de ese proceso de análisis, es la determinación del mecanismo de falla, algunas de las causas de falla son las siguientes:
Metodología para Análisis de Falla (Análisis causa Raíz)
1. Evidencia documental
2. Condiciones de Servicio
3. Selección de Muestras
4. Preservación de muestas
5. Ensayos No Destructivos
6. Ensayos Mecánicos
7. Análisis Macroscópico
8. Análisis Microscópico
9. Análisis de Composición Química
10. Conclusiones
Metodología Análisis de Falla
Modelo de Solución de Problemas
Identificación
Describir la situación actual del problema. Definir la deficiencia en término de los síntomas (o indicaciones) Determinar el impacto de la deficiencia en el componente, producto, sistema o el cliente. Establecer una meta. Colectar datos que provean una medición de la deficiencia.
Determinar la causa raíz.
Analizar el problema e identificar la causa
Desarrollar acciones correctivas
Realizar una lista de las posibles soluciones que mitiguen y prevengan la recurrencia del problema. Generar alternativas. Desarrollar la implementación de un plan.
Validar y verificar las acciones correctivas.
Probar las acciones correctivas en un estudio piloto. Medir la efectividad de los cambios. Validar las mejoras. Verificar que el problemas es corregido y mejora, para la satisfacción del cliente.
Estandarización.
Incorporar la acción correctiva dentro del sistema de estándares documentados de la compañía, organización o industria, para prevenir la recurrencia en productos o sistemas similares. El monitoreo del cambio asegura la efectividad.
Análisis de Fallas
Diseño Inadecuado
Es necesario tener en cuenta las condiciones a las cuales se expone una pieza durante su funcionamiento. Condiciones como: Medio ambiente, tipo y magnitud de la carga, temperatura de operación, vida útil, etc.
Material Inadecuado y/o defectuoso.
Selección de un material inadecuado, sustitución deliberada o accidental de un material o la presencia de un material defectuoso (afectado por segregación, contenido excesivo de inclusiones y cavidades de contracciones.
Nuevo material no probado
Materiales (compuestos) que no tienen el suficiente historial de su comportamiento y se utilizan en aplicaciones criticas.
Negligencia
Cuando no se respetan las condiciones de operacion de un equipo o pieza y se sobre-utilizan, cuando no se cumple con los mantenimientos adecuados o desactivan los sistemas de seguridad.
Manufactura defectuosa
En las piezas pueden presentarse sucros de mecanizado, sobre todo en zonas de esfuerzo que conllevan a la ruptura de los componentes y acortan su vida útil.
Montaje defectuoso
El montaje defectuoso puede provenir tanto de errores del ensamble original de una máquina, después de los procesos de mantenimiento de la misma, y/o en el ensamblaje después de realizado el mantenimiento de las partes movies y montajes ambiguos o incompletos.
Tratamiento térmico defectuoso
Los TT defectuosos pueden generar micro-grietas en los componentes después del tratamiento o al poco tiempo de servicio
Mecanismos de Falla
Son factores inherentes al material que influyen en la aparición de anomalías y son elemento clave para futuras correcciones.
Fatiga
El material es sometido a esfuerzos alternados con la presencia de fallas progresivas como grietas que se incrementan al paso del tiempo y uso. en el caso de la fatiga por esfuerzo cíclico de contacto y que es causado por desalineamiento de las superficie y una fuerza excesiva de empuje y contacto se da rotura o desprendimiento de las partículas de la superficie provocando depresiones superficiales.
Desgaste
Se refiere al daño superficial que se manifiesta con la pérdida progresiva de material ocasionada por el contacto mecánico. En el interviene factores como la intensidad de la carga, compatibilidad, dureza del material, lubricación, tiempo de operación y puede ser abrasivo, con la perdida progresiva de material superficial y adhesivo con deformación superficial .
Corrosión
Es el deterioro de un material metálico a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. el ambiente, el oxigeno, las ferrobacterias, entro otros, son factores incidentes que originan este fenómeno.
Creep o termofluencia
Es una deformación dependiente del tiempo y de carácter permanente, a alta temperatura que se presenta con carga constante o con esfuerzo constante.
Evidencia Documental
Certificados de composición química
Certificado de propiedades mecánicas
Planos
Garantías
: de materiales y de equipos.
Fotografías:
Al sistema completo en el sitio, del componente antes y despues de ser movido, vistas cercanas al área de falla del componente, de otros componentes que puedan mostrar daños relacionados con la falla.
Condiciones de Servicio
Información sobre la operación actual del equipo o componente:
Niveles de temperatura, presión, velocidad de operación, datos de mantenimiento e inspección, condiciones ambientales, humedad, revisión de bitácora de mantenimiento y bitácora de inspección, revisión de planes y programas de mantenimiento e inspección, etc.
Entrevistas.
Testimonio de operadores, persona de planta.
Selección de Muestras
Durante la remoción de un componente que falló se debe procurar no ocacionar otros daños, por ejemplo, si se requiere cortar una pieza, usa un método que no cambie las características del área de falla o simplemente, no tocar la superficie de la fractura con los dedos.
Preservación de Muestras
La parte afectada debe conservarse intacta para analizarla en conjunto con los residuos existentes (oxido, polvo, etc), pueden ser relevantes en el análisis y causa de la falla. Sin embargo estas sustancias puede dificultar el trabajo de análisis por lo que la "limpieza" debe realizarla un especialista, utilizando pruebas y sustancias especiales según el caso-thinner y acetona u otros solventes-, hasta que la pieza o componente revele su brillo original.
Ensayos No Destructivos.
Son herramientas auxiliares para determinar la causa de falla de un componente, haciendo posible verificar la correspondencia entra las posibles discontinuidades y la falla ocurrida. Entra ellas están las inspecciones con Líquidos penetrantes, las partículas magnéticas, el ultrasonido y la radiografía.
Ensayos Mecánicos
Son útiles en la medición del servicio y el tipo de material, para lo cual se usan probetas para ensayo de:
Tensión
Compresión,
Dobles,
Dureza
Impacto
Todas las pruebas con el mismo material que presento falla.
Análisis Macroscópico
Fractográfico en la superficie de la fractura
Es un análisis visual en el que se emplea un estereoscopio para determinar cambios en la coloración o textura asociados con oxidación, contaminantes (amoniaco o ácidos) o productos de corrosión y revela características superficiales en la falla, que dan patrones de dirección de propagación y de origen de la factura como la marca de playa, marcas de sargento y labios de cizallamiento, progresión de la rotura y marcas de Chevron, aspecto frágil o dúctil de la ruptura y condición de la superficie fallada.
Análisis Microscópico de la estructura
Realizado con microscopios ópticos o electrónicos de barrido (SEM)-más potentes que los estereocopios- que ofrecen una resolución hasta de un millón de aumentos y una mayor profundidad.
El cual puede arrojar información tal como: tamaño de grano, tipo y porcentaje de fases, tipo de productos intermetálicos, así como diagnostico de sanidad micreostructural de aleaciones y materiales
Revisión del aspecto, color y morfología de los productos de corrosión.
Análisis de composición química
El material o parte que fallos se analiza para verificar si cumple con las especificaciones, eventualmente se analizan también los residuos de corrosión para identificar los agentes agresores o contaminantes .
Análisis de composición química
Los resultados obtenidos en las etapas anteriores se sintetizan y relacionan en las conclusiones. A patir de las evidencias y pruebas se elabora un informe que, en términos generales contiene:
Descripción del componente que falló
Historial de fabricación
Resultados de análisis metalúrgicos y mecánicos
Determinación de los mecanismos y causas de la falla
Recomendaciones para evitar una nueva ocurrencia de falla
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