Analisis Kegagalan Komprehensif: Mencegah Kerugian Peralatan dan Mengurangi Biaya

Analisis Kegagalan

Kegagalan komponen dan rangkaian peralatan, atau struktur di industri dapat menyebabkan kehilangan nyawa, shutdown yang tidak dijadwalkan, biaya perawatan dan perbaikan yang meningkat, dan perselisensi hukum yang merusak.

Untuk mencegah kembali terjadinya masalah yang disebabkan oleh kegagalan, penting untuk melakukan investigasi pada setiap kegagalan. Pemeriksaan untuk kegagalan dikenal sebagai analisis kegagalan.

Analisis kegagalan adalah proses pengumpulan dan analisis data dan dilakukan untuk menentukan penyebab atau faktor yang telah menyebabkan kehilangan fungsionalitas yang tidak diinginkan atau kegagalan komponen dan rangkaian peralatan, atau struktur. Ini adalah proses multilevel yang mencakup investigasi fisik. Ruang lingkup normal dari analisis kegagalan adalah untuk menemukan mekanisme kegagalan dan penyebab yang paling mungkin dari kegagalan. Istilah mekanisme kegagalan biasanya digambarkan sebagai proses metalurgi, kimia, mekanik, atau tribologi yang mengarah pada mode kegagalan tertentu.

Kegagalan komponen dan rangkaian peralatan, atau struktur terjadi akibat beberapa jenis kesalahan yang menyebabkan lemahnya rantai dalam proses kontinu engineering, desain, manufaktur, dan operasi. Penyebab kegagalan dapat salah satu atau lebih dari berikut ini.

• Kesalahan dalam desain
• Cacat dalam material
• Kekurangan selama pemrosesan dan manufaktur
• Cacat dalam assembly atau instalasi
• Kondisi layanan off-design atau tidak disengaja
• Kekurangan dalam pemeliharaan (kelalaian dan prosedur, dll.)
• Operasi yang tidak tepat

Langkah-langkah utama saat melakukan analisis kegagalan ditunjukkan dalam Gambar 1.

Gambar 1 Langkah utama dalam analisis kegagalan

Prinsip utama dari analisis kegagalan adalah untuk melindungi bukti dan informasi yang diperlukan dari bagian atau rangkaian yang menjadi subjek dalam kondisi as received dan hal itu ditangkap sebelum apapun dilakukan untuk mengubah kondisinya. Selanjutnya selama analisis kegagalan perlu untuk melakukan tes dalam urutan dari yang lebih tidak destruktif ke yang lebih destruktif.

Analisis kegagalan dimulai dengan mengumpulkan informasi tentang sejarah komponen yang terlibat dalam kegagalan, seperti (i) proses yang terlibat, (ii) aplikasi, (iii) jenis material, spesifikasi, bentuk, dimensi, dan teknik pemrosesan, (iv) parameter desain, (v) kondisi layanan, (vi) riwayat pemeliharaan, (vii) urutan peristiwa sebelum kegagalan, (vi8) frekuensi kegagalan dan apakah bersifat lokal, dll.

Inspeksi lokasi kegagalan adalah langkah yang sangat penting yang membantu dalam analisis kegagalan. Pemeriksaan menyeluruh kondisi komponen yang gagal di lokasi kegagalan dapat memberikan banyak informasi. Selama inspeksi lokasi, perlu memberikan perhatian pada fitur-fitur seperti lokasi retakan, karakteristik patah, lubang, setoran, penipisan dinding, penurunan, dan potongan yang terlepas, dll. Juga, jika memungkinkan, perlu mendapatkan sebanyak mungkin informasi dari saksi mata tentang kondisi anormal apa pun yang mendahului kegagalan. Dalam beberapa kasus, inspeksi visual dari komponen yang gagal dapat mengungkap informasi yang tidak dapat diperoleh dengan cara lain.

Selama inspeksi visual penting untuk memfotograf mesin dan sekitarnya, bagian yang gagal dan bagian yang bersesama. Dokumentasi fotografi dari komponen yang gagal selalu diperlukan untuk referensi di masa depan dan inspeksi lebih lanjut setelah meninggalkan lokasi. Penting untuk memfotograf semua fitur dari komponen yang gagal.

Definisi masalah yang jelas adalah bagian penting dari analisis kegagalan. Kedalaman informasi yang diperoleh, inspeksi lokasi, serta keterampilan dan penilaian orang yang melakukan analisis kegagalan membantu dalam menentukan masalah dengan jelas. Sebagai contoh, masalah dapat didefinisikan sebagai metalurgi, mekanik, lingkungan atau kombinasi dari dua atau lebih dari mereka. Selanjutnya melalui diskusi dengan personel yang terkait di lokasi dan melalui inspeksi visual orang yang melakukan analisis kegagalan dapat menyempitkan berbagai kemungkinan. Juga, kegagalan mungkin mirip dengan kasus kegagalan sebelumnya.

Berdasarkan penyebab kegagalan yang kemungkinan besar sesuai dengan masalah yang ditentukan selama inspeksi lokasi, program eksperimental dikembangkan untuk menentukan penyebab kegagalan. Sifat dan jumlah eksperimen yang dipilih harus sehingga mereka harus mengarah pada identifikasi penyebab kegagalan. Sampel yang diperlukan untuk melakukan eksperimen yang dipilih harus ditarik dengan hati-hati sehingga mereka mewakili sebanyak mungkin semua fitur dari komponen yang gagal. Setoran atau potongan yang terlepas dari komponen dapat memberikan informasi yang berharga. Jika memungkinkan, sampel yang diambil dari bagian yang utuh, serta sampel yang tidak pernah digunakan dalam layanan, juga harus dikumpulkan untuk tujuan perbandingan.

Alat investigatif yang digunakan dalam studi analisis kegagalan biasanya ada dua jenis yaitu (i) alat yang dapat digunakan di lokasi dan (ii) alat laboratorium.

Verifikasi material terhadap spesifikasi adalah komponen penting dari analisis kegagalan. Analisis kimia dan analisis makrostruktur serta mikrostruktur dilakukan untuk tujuan ini. Juga pengujian mekanik dilakukan jika cukup material tersedia untuk menentukan kekuatan tarik, keawetan impact, dll., untuk mengevaluasi properti komponen yang gagal. Dalam banyak kasus uji kekerasan permukaan dan mikro kekerasan dilakukan untuk mengevaluasi kekuatan mekanik. Tes ini dilakukan pada komponen yang gagal untuk menemukan kepatuhan hasil dengan spesifikasi.

Analisis stres, mekanika retakan, dan analisis kegagalan korosi adalah kegiatan yang sangat berharga dalam investigasi analisis kegagalan. Analisis ini memberikan informasi kepada orang yang menyelidiki kegagalan apakah material yang digunakan adalah pilihan yang tepat untuk memenuhi persyaratan aplikasinya.

Dari pengetahuan kondisi layanan seperti beban atau tekanan yang diterapkan, dan geometri serta ukuran komponen, mungkin untuk menghitung stres utama yang berkembang dalam bagian. Perbandingan stres utama maksimum dengan kekuatan material yang digunakan dalam aplikasi memberikan informasi penting kepada orang yang menyelidiki kegagalan tentang kesesuaian material untuk aplikasi dan apakah parameter desain diikuti secara ketat selama layanan.

Analisis menggunakan prinsip mekanika retakan memberikan informasi yang berharga kepada orang yang menyelidiki kegagalan tentang stres yang berkembang dalam komponen yang gagal pada waktu patah dalam hubungannya dengan stres desain, terutama dalam kasus propagasi retakan dengan mekanisme rapuh.

Dalam kasus kegagalan karena fatigue, penting untuk menentukan jumlah siklus sebelum patah dengan mekanisme fatigue. Metode berdasarkan pada pengukuran jarak antara fatigue striations biasanya nyaman asalkan striations jelas terlihat pada permukaan patah.

Pemeriksaan yang hati-hati dan menyeluruh pada makrostruktur (pengbesaran biasa 10) dan mikrostruktur material yang terlibat dalam kegagalan dapat memberikan petunjuk penting. Jika memungkinkan, fitur struktural sampel yang diambil dari komponen yang gagal harus dibandingkan dengan sampel yang mewakili bagian yang utuh, serta sampel yang tidak pernah digunakan dalam layanan. Juga perlu merujuk pada rekomendasi spesifik dari produsen peralatan mengenai penggunaan material.

Pemeriksaan makrostruktural dapat memberikan informasi tentang jalur patah dan lokasi di mana patah tersebut berasal, misalnya permukaan internal atau permukaan eksternal.

Seleksi teknik yang tepat untuk pemeriksaan mikrostruktur tergantung pada jenis informasi yang diperlukan. Namun, mikroskopi optik biasanya digunakan untuk memulai untuk mengetahui fitur mikrostruktur secara keseluruhan seperti ukuran dan bentuk butir, endapan sekunder dan distribusinya, serta retakan mikro dan lokasinya. Ukuran butir yang tidak biasa besar adalah indikasi bahwa material terekspos pada suhu yang terlalu tinggi. Bentuk butir dan bentuk annealing twins memberikan informasi tentang jumlah cold working. Elongasi butir menunjukkan bahwa material baru di-cold working secara parat. Twin boundaries yang bengkok menunjukkan bahwa material berubah bentuk secara plastis. Slip lines halus di dalam butir juga menunjukkan perubahan bentuk plastis material. Jika endapan sekunder terlihat dalam mikrostruktur maka sifat dan morfologinya perlu diperiksa.

Selama pemeriksaan fitur mikrostruktur perlu memberikan perhatian pada kehadiran retakan mikro. Sebagai contoh, retakan grain boundary dapat disebabkan oleh deformasi crep atau kelemahan grain boundary oleh endapan dari fase sekunder.

Meskipun mungkin untuk mendapatkan banyak informasi tentang karakteristik patah dengan pemeriksaan visual, pemeriksaan mikrostruktur permukaan patah menggunakan scanning electron microscope diperlukan untuk mengetahui mekanisme yang bertanggung jawab atas patah. Patah dapat terjadi karena overload tiba-tiba atau propagasi retakan hingga menyebabkan patah. Propagasi retakan dapat terjadi dengan berbagai mekanisme. Oleh karena itu perlu untuk mengetahui morfologi permukaan patah untuk menemukan mekanisme yang telah menyebabkan patah.

Selama pemeriksaan visual, jika ada deposit korosi yang diperhatikan, maka perlu untuk menentukan sifat deposit. Deposit dapat berupa oksida, sulfida, klorida atau karbida, dll. Dalam kasus deposit korosi, perlu untuk mengetahui sifat lingkungan operasi dan resistensi korosi material terhadap lingkungan tersebut.

Sangat penting bagi orang yang menyelidiki kegagalan untuk membedakan antara mode kegagalan dan penyebab kegagalan. Kadang-kadang kedua istilah dicampur, yang mengakibatkan kebingungan yang besar. Untuk mencegah kegagalan di masa depan, penting untuk mengidentifikasi penyebab kegagalan. Sebagai contoh, mode kegagalan adalah kekerasan permukaan yang tidak memadai dari komponen yang gagal, tetapi penyebab kegagalan dapat berkaitan dengan pilihan material yang salah atau kondisi operasi yang tidak tepat.

Interpretasi yang akurat dan detail dari seluruh data yang diperoleh selama berbagai tahap analisis kegagalan penting untuk analisis kegagalan. Tanpa itu, inferensi yang tepat yang diperlukan untuk menemukan penyebab kegagalan yang tepat tidak dapat ditarik. Penetapan penyebab yang tidak tepat selama analisis kegagalan mengarah pada tindak lanjut korektif yang salah yang tidak membantu dalam pencegahan kegagalan di masa depan.

Investigasi analisis kegagalan tidak lengkap tanpa laporan yang detail. Laporan harus mencakup serangkaian rekomendasi untuk mencegah kegagalan di masa depan. Rekomendasi harus konsisten dengan hasil investigasi. Selanjutnya rekomendasi dapat menyediakan solusi jangka pendek serta solusi jangka panjang.