疲勞損壞案例與分析

疲勞損壞案例與分析(一)胡訥敏疲勞失效（或稱“疲勞損壞”）是承受交變應(yīng)力構(gòu)件的一種失效形式。在機(jī)器設(shè)備應(yīng)用中，疲勞失效可以造成小到齒輪、軸承一類的零件損壞，大到整臺(tái)設(shè)備報(bào)廢，甚至可能發(fā)生同時(shí)導(dǎo)致其他財(cái)產(chǎn)以致人身損害事故發(fā)生。在機(jī)器設(shè)備向大型、精密、高速、高價(jià)值發(fā)展的今天，疲勞失效以其破壞性巨大和不容易發(fā)現(xiàn)、預(yù)防更具風(fēng)險(xiǎn)。在保險(xiǎn)實(shí)務(wù)中，若非對(duì)專業(yè)有所研究，一般對(duì)機(jī)器設(shè)備的疲勞損壞只是一種通俗理解，或者說只是一種概念性的了解。而僅以通俗理解或概念性的的知識(shí)分析保險(xiǎn)責(zé)任、處理賠付案件，其道理自然不免蒼白，所以在對(duì)疲勞失效導(dǎo)致的設(shè)備損壞的保險(xiǎn)責(zé)任分析上一直是難題。這里將陸續(xù)介紹幾個(gè)機(jī)損險(xiǎn)項(xiàng)下疲勞損壞事故處理案例，同時(shí)提出個(gè)人見解，旨在拋磚引玉，希望引起注意與討論。案例一：壓縮機(jī)曲軸斷裂案這是一座中型化肥生產(chǎn)企業(yè)曾發(fā)生的事故：夜班工作時(shí)，正在運(yùn)轉(zhuǎn)中的氮?dú)鋲嚎s機(jī)主軸意外斷裂，造成壓縮機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞，被保險(xiǎn)人要求保險(xiǎn)人在機(jī)器損壞險(xiǎn)保單下予以賠償。因本案損失較大和專業(yè)性較強(qiáng)，接到報(bào)案后，保險(xiǎn)人隨即委托公估公司查勘處理。經(jīng)過查勘與現(xiàn)場(chǎng)了解，本案事故受損設(shè)備是一臺(tái)功率為1300kw的氮?dú)鋲嚎s機(jī)，在夜班工作時(shí)發(fā)生巨響，隨即停機(jī)，當(dāng)時(shí)看到因巨大的震動(dòng)使壓縮機(jī)扭轉(zhuǎn)位移、曲軸箱等部分箱體發(fā)生破裂。拆開檢查看到壓縮機(jī)曲軸斷裂，其他零件如連桿、活塞拉桿、軸瓦、瓦座、機(jī)體、曲軸箱等一大部分零件斷裂或明顯變形。經(jīng)過對(duì)曲軸斷口檢查分析，確定為疲勞斷裂，進(jìn)而判定該機(jī)事故發(fā)生原因和過程為，運(yùn)轉(zhuǎn)中的壓縮機(jī)曲軸疲勞斷裂后，運(yùn)動(dòng)的斷裂件對(duì)相鄰零件的撞擊以及強(qiáng)大的慣性與震動(dòng)力導(dǎo)致其它零部件斷裂或變形損壞。在對(duì)保險(xiǎn)責(zé)任的分析判定上，公估人依據(jù)技術(shù)分析和對(duì)保單條款的理解，在確認(rèn)事故原因是疲勞損壞的基礎(chǔ)上，認(rèn)為疲勞損壞屬于機(jī)器設(shè)備運(yùn)行必然引起的后果，

隨后根據(jù)保單關(guān)于除外責(zé)任條款中關(guān)于“機(jī)器設(shè)備運(yùn)行必然引起的后果，如自然磨損、氧化、腐蝕、銹蝕、孔蝕、鍋垢等物理性變化或化學(xué)反應(yīng)”的約定，認(rèn)為不屬于保險(xiǎn)責(zé)任，建議保險(xiǎn)人對(duì)本案事故損失拒賠處理。最終保險(xiǎn)人沒有完全采納公估人的意見，而是與被保險(xiǎn)人協(xié)議賠償。案件處理分析：首先可以確認(rèn)公估人對(duì)事故原因的分析，即判斷“疲勞損壞”是正確的。簡單地說，疲勞損壞是在材料受力小于其靜強(qiáng)度極限的情況下，由于交變應(yīng)力多次重復(fù)的作用，對(duì)于軸類零件會(huì)在表面或某一應(yīng)力集中的點(diǎn)發(fā)生初始裂紋（稱“疲勞源”），由于切口作用逐漸發(fā)展、擴(kuò)大，則未斷裂的實(shí)體連接部分承受的應(yīng)力隨之逐漸增加，直至超過其靜強(qiáng)度極限后斷裂。從曲軸斷口的照片可以看到，A點(diǎn)位置是疲勞初期裂紋即疲勞源，自此裂紋逐漸向外發(fā)展；B區(qū)域可見裂紋以疲勞源為中心，波紋狀向外發(fā)展；C區(qū)斷面粗糙，是最后一次性斷裂的表面。（如下圖所示）疲勞損壞無疑是一種漸變的過程，但是疲勞損壞可否認(rèn)為是“機(jī)器設(shè)備運(yùn)行必然引起的后果”

則是需要慎重考慮的。根據(jù)對(duì)疲勞失效的研究，其形成條件很復(fù)雜，除交變應(yīng)力頻率因素外，疲勞強(qiáng)度與材料性能、強(qiáng)度、表面質(zhì)量以及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)（應(yīng)力集中）有關(guān)。不同的材料抗疲勞性能不同，而且應(yīng)當(dāng)注意的是，各種材料抗疲勞性能的研究到今天還只能是實(shí)驗(yàn)性的。零件設(shè)計(jì)（加工）結(jié)構(gòu)上，應(yīng)力集中是導(dǎo)致疲勞損壞發(fā)生的重要條件。零件的表面質(zhì)量不僅指表面光潔度，包括加工方法如熱處理及擠壓加工等形成的零件表面應(yīng)力特性。顯然，本案的處理中公估人將疲勞損壞定義為是“機(jī)器設(shè)備運(yùn)行必然引起的后果”

，有失偏頗。在前面提到的疲勞損壞原因中可看到有屬于設(shè)計(jì)、制造或原材料的原因，根據(jù)保險(xiǎn)條款的約定，如果損壞原因是“設(shè)計(jì)、制造或安裝錯(cuò)誤、鑄造和原材料缺陷”

，

應(yīng)屬于保險(xiǎn)責(zé)任。對(duì)本案的處理上，保險(xiǎn)人沒有采納公估人的拒賠意見，而是通過協(xié)商予以賠償，表現(xiàn)了負(fù)責(zé)的態(tài)度，同時(shí)說明對(duì)此類案件的認(rèn)定、處理拿捏不準(zhǔn)。在機(jī)損險(xiǎn)責(zé)任范圍成立條件中，另一個(gè)不可忽視的要件是在保單中對(duì)保險(xiǎn)責(zé)任所限定的“突然的、不可預(yù)料的意外事故造成的物質(zhì)損壞或滅失”這一條件。對(duì)于本案而言，除了有經(jīng)驗(yàn)的人員或者通過特殊檢查方法早期已經(jīng)檢測(cè)疲勞源出現(xiàn)外，事故的發(fā)生對(duì)被保險(xiǎn)人是突然的、不可預(yù)料的，不應(yīng)由于疲勞損害發(fā)生要有一定的過程而簡單地認(rèn)為是可以預(yù)料的“必然后果”。另外應(yīng)注意，由于技術(shù)原因復(fù)雜，疲勞損壞的保險(xiǎn)責(zé)任應(yīng)綜合各種因素進(jìn)行分析，要在正確的技術(shù)結(jié)論前提下結(jié)合保險(xiǎn)合同約定分析判定責(zé)任與損失，以保證保險(xiǎn)合同履行的誠信與公平。（二）案例二：齒輪疲勞損壞案◆案情2007年某公司報(bào)案：一臺(tái)減速器由于齒輪上面安裝的平衡塊掉落，使大齒輪輪齒折斷，造成齒輪斷裂，要求保險(xiǎn)人在機(jī)損險(xiǎn)項(xiàng)下予以賠償。被保險(xiǎn)人報(bào)告事故損失的設(shè)備是一臺(tái)一級(jí)傳動(dòng)（減速器中只有一對(duì)相嚙合的齒輪）大型減速器，輸入功率估計(jì)在200kw以上（設(shè)備銘牌與拖動(dòng)電機(jī)銘牌均已缺失），該設(shè)備用于帶動(dòng)球磨機(jī)工作。從外觀看，該減速器非常陳舊，據(jù)了解已經(jīng)連續(xù)使用超過二十年。齒輪箱打開檢查，看到被動(dòng)齒輪確有數(shù)個(gè)輪齒斷裂，和啤酒等開蓋產(chǎn)生氣泡即此道理）。同樣道理，液體進(jìn)入高壓區(qū)后氣泡受到壓縮和飽和濃度增加的溶解作用急劇縮小以致消失，這時(shí)氣泡消失前占有的空間（空穴）由周圍液體以很高的速度填充。填充空穴的液體高速運(yùn)動(dòng)并產(chǎn)生很強(qiáng)烈的水擊作用，其沖擊應(yīng)力可達(dá)數(shù)百甚至數(shù)千大氣壓，猶如子彈甚至可以將壁厚擊穿，頻率可達(dá)幾萬次/秒。這種由于高沖擊應(yīng)力和高頻率的水流沖擊長期作用，在產(chǎn)生很大的噪聲同時(shí)，會(huì)使泵零件表面材料從發(fā)生裂紋到點(diǎn)狀剝落，稱為氣蝕。氣蝕是液體沖擊的作用所致結(jié)構(gòu)材料疲勞損壞的一種形式，稱沖擊疲勞。氣蝕現(xiàn)象發(fā)生的條件與泵的吸程、液體密度、溫度、結(jié)構(gòu)和泵的過流（葉輪等）材料有關(guān)。其他條件確定后，泵的吸程設(shè)計(jì)就是避免氣蝕形成條件的重要因素，對(duì)泵吸程的設(shè)計(jì)要求為：吸程=標(biāo)準(zhǔn)大氣壓－汽蝕余量－安全量，其中汽蝕余量指泵入口處液體所具有的總水頭與液體汽化時(shí)的壓力頭之差。通過對(duì)氣蝕形成的原理和發(fā)生條件的了解，首先可以確定保險(xiǎn)人對(duì)本案事故損失發(fā)生的原因，即“氣蝕”的技術(shù)分析是毋庸置疑的，而另一方面，被保險(xiǎn)人提出的安裝位置錯(cuò)誤的問題確實(shí)存在，因?yàn)樵趯?duì)該泵的安裝上，對(duì)吸程設(shè)計(jì)的考慮不足。盡管設(shè)計(jì)缺陷是本案事故原因，但對(duì)于保險(xiǎn)責(zé)任是有探討的必要的。前面關(guān)于減速器齒輪點(diǎn)蝕損壞的案例已經(jīng)述及，將點(diǎn)蝕解釋為保單中約定的“孔蝕”是牽強(qiáng)的，同樣，把氣蝕解釋為或等同于孔蝕從目前看也依據(jù)不足。這使我們很困惑：在機(jī)損險(xiǎn)保單除外責(zé)任中所規(guī)定的“孔蝕”到底是什么概念呢？實(shí)際上，在原英文保單中對(duì)除外責(zé)任中“機(jī)器設(shè)備運(yùn)行必然引起的后果，如自然磨損、氧化、腐蝕、銹蝕、孔蝕、鍋垢等物理性變化或化學(xué)反應(yīng)”的約定是這樣表述的：“Physical

or

chemical

reaction

such

as

wear

and

tear,

cavitation,

erosion,

corrosion,

rust

or

boiler

scale

as

a

direct

consequence

of

ordinary

use

or

operation”。英文中的“cavitation”實(shí)際指的就是“氣蝕”，對(duì)于點(diǎn)蝕或者化學(xué)腐蝕的點(diǎn)狀坑、斑，英文中一般用“pitting”表示，這點(diǎn)和國內(nèi)的一些專業(yè)表述相似。由此可以看到，如果按照英文條款理解，氣蝕不屬于保險(xiǎn)責(zé)任范圍。國內(nèi)現(xiàn)有的機(jī)損險(xiǎn)保單條款中“孔蝕”的概念，翻譯初衷可能是希望包括點(diǎn)蝕、氣蝕甚至其它點(diǎn)孔狀的蝕損，但一旦保險(xiǎn)雙方對(duì)這些表述存在不同理解，以目前的中文條款是容易產(chǎn)生不同意見的。（四）案例四：壓光輥疲勞損壞案案情：2006年，某地一家造紙廠向保險(xiǎn)公司報(bào)案，該廠一臺(tái)抄寬8m造紙機(jī)壓光輥在使用中表面材料剝落，損壞面積約130cm2，深度約10mm。同時(shí)，被保險(xiǎn)人報(bào)告事故原因?yàn)椤安幻魑矬w（如紙屑）擠壓”，要求保險(xiǎn)人在機(jī)損險(xiǎn)項(xiàng)下賠償。查勘所見，造紙機(jī)壓光輥的工作面上，一片面積大約150cm2材料脫落，脫落材料凹坑中心最深處15mm，向外逐漸變淺；同時(shí)有裂紋發(fā)生并在靜態(tài)情況下繼續(xù)擴(kuò)展。與該輥相對(duì)工作的另一壓光輥也在相應(yīng)位置發(fā)生損壞（如下圖所示）。根據(jù)了解和被保險(xiǎn)人介紹，壓光輥系進(jìn)口，應(yīng)用時(shí)間不長，僅做過少量磨修。輥身工作面是一種被稱為Dura

stone的樹脂材料，根據(jù)損壞情況需要運(yùn)到國外重新包樹脂。技術(shù)和保險(xiǎn)責(zé)任分析：這個(gè)案件的最終處理有一些非技術(shù)因素，本文不做討論，只在技術(shù)和保險(xiǎn)責(zé)任上作簡單分析。對(duì)于設(shè)備的材料損壞原因分析，對(duì)斷口或缺陷表面的觀察是最重要的。看到受損壓光輥后，首先還是對(duì)材料剝離表面情況觀察與分析。在該輥損傷部位的深處可注意到，受損部位底部很光滑，有燒灼樣的棕褐色，再向外為環(huán)狀凸凹變形，褐黃色消失，最外圈為徑向放射狀凸凹變形。根據(jù)對(duì)斷口的初步印象，感覺是疲勞導(dǎo)致的損壞。由于本案標(biāo)的是非金屬材料，它的斷裂或者脫落后的表面特征與一般鋼材料區(qū)別很大，為穩(wěn)妥起見，本案請(qǐng)一位高分子材料破壞分析方面的專家給予指導(dǎo)，專家同樣認(rèn)為斷口呈現(xiàn)疲勞損壞表現(xiàn)。與前面所介紹的疲勞損壞不同的是，本案材料破壞發(fā)生的疲勞源不是在表面，是從凹坑底部開始的。就本案輥分析，輥表面的樹脂材料在制造過程中，如果在內(nèi)部有氣泡或者在材料不均勻缺陷，特別是氣泡比較淺的情況下，當(dāng)表面壓應(yīng)力傳到氣泡位置，在氣泡附近會(huì)形成應(yīng)力集中，長期脈動(dòng)應(yīng)力作用后疲勞源發(fā)生。也就是說，實(shí)際上本案事故損失是材料的氣泡或其他缺陷造成的，從前面引用的保單條款可以認(rèn)為屬于保險(xiǎn)責(zé)任。這里需要提請(qǐng)注意的是，在對(duì)技術(shù)和保險(xiǎn)責(zé)任的分析中，應(yīng)當(dāng)注意到本案屬質(zhì)量責(zé)任，進(jìn)而應(yīng)了解制造商是否應(yīng)當(dāng)承擔(dān)責(zé)任。從本案看，壓光輥從開始使用到事故發(fā)生時(shí)間較短，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到制造商對(duì)質(zhì)量的承諾，研究被保險(xiǎn)人與制造商之間的合同或質(zhì)量承諾，可以更好地保護(hù)幫助保險(xiǎn)合同雙方的利益。結(jié)束語疲勞失效是否是機(jī)器損壞險(xiǎn)保險(xiǎn)責(zé)任的分析比較復(fù)雜，需要在技術(shù)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合保單分析保險(xiǎn)責(zé)任。一方面不能僅以“材料選擇、強(qiáng)度、表面質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)”等是發(fā)生疲勞失效的原因，即認(rèn)為疲勞損壞屬于保險(xiǎn)責(zé)任；另一方面不能因?yàn)槠趽p壞是交變應(yīng)力長期作用的結(jié)果，并且是經(jīng)過裂紋發(fā)生、發(fā)展到最終完全斷裂的漸進(jìn)過程，由此認(rèn)為事故發(fā)生并不“突然”，甚至“可以預(yù)料”，而不屬于保險(xiǎn)責(zé)任。對(duì)除外責(zé)任的判定也是同樣，需要根據(jù)技術(shù)分析明確事故原因再根據(jù)保單條款約定判斷。根據(jù)目前經(jīng)驗(yàn)，除外責(zé)任需要研究的問題在于疲勞損壞的某一個(gè)案件是否屬于“被保險(xiǎn)人及其代表已經(jīng)知道或應(yīng)該知道”的“本保險(xiǎn)開始前已經(jīng)存在的缺點(diǎn)或缺陷”，是否是“機(jī)器設(shè)備運(yùn)行必然引起的后果”，以及是否符合“突然的、不可預(yù)料的意外事故造成的物質(zhì)損壞或滅失”等要件。根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，提出下面的觀點(diǎn)供思考。1.雖然疲勞失效是機(jī)械失效的一種形式，但即使是對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的使用者，不經(jīng)過拆檢（甚至無損探傷），無法發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋的早期發(fā)生造成事故損失，被保險(xiǎn)人一般難以預(yù)料。但是如果證明如下條件，或可以認(rèn)為被保險(xiǎn)人對(duì)疲勞損壞后果“應(yīng)當(dāng)知道”：a.被保險(xiǎn)人使用多臺(tái)各種條件完全相同的