疲勞損壞案例與分析

1、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，大到整臺設(shè)備報廢，甚至可能發(fā)生同時導(dǎo)致其他財產(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。在保險實務(wù)中，若非對專業(yè)有所研究，一般對機(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分析保險責(zé)任、處理賠付案件，其道理自然不免蒼白，所以在對疲勞失效導(dǎo)致的設(shè)備損壞的保險責(zé)任分析上一直是難題。這里將陸續(xù)介紹幾個機(jī)損險項下疲勞損壞事

2、故處理案例，同時提出個人見解，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，正在運轉(zhuǎn)中的氮氫壓縮機(jī)主軸意外斷裂，造成壓縮機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞，被保險人要求保險人在機(jī)器損壞險保單下予以賠償。因本案損失較大和專業(yè)性較強(qiáng)，接到報案后，保險人隨即委托公估公司查勘處理。經(jīng)過查勘與現(xiàn)場了解，本案事故受損設(shè)備是一臺功率為1300kw的氮氫壓縮機(jī)，在夜班工作時發(fā)生巨響，隨即停機(jī)，當(dāng)時看到因巨大的震動使壓縮機(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)過對曲軸

3、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，運轉(zhuǎn)中的壓縮機(jī)曲軸疲勞斷裂后，運動的斷裂件對相鄰零件的撞擊以及強(qiáng)大的慣性與震動力導(dǎo)致其它零部件斷裂或變形損壞。在對保險責(zé)任的分析判定上，公估人依據(jù)技術(shù)分析和對保單條款的理解，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)為不屬于保險責(zé)任，建議保險人對本案事故損失拒賠處理。最終保險人沒有完全采納公估人的意見，而是與被保險人協(xié)議賠償。案件處理分析：首先可以確認(rèn)公估人對

4、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，對于軸類零件會在表面或某一應(yīng)力集中的點發(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)備運行必然引起的后果”則是需要慎重考慮的。根據(jù)對疲勞失效的研究，

5、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驗性的。零件設(shè)計（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、制造或原材料的原因，根據(jù)保險條款的約定，如果損壞原因是“設(shè)計、制造或安裝錯誤、鑄造和原材料缺陷”，應(yīng)屬于保險責(zé)任。對本案的處理

6、上，保險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，同時說明對此類案件的認(rèn)定、處理拿捏不準(zhǔn)。在機(jī)損險責(zé)任范圍成立條件中，另一個不可忽視的要件是在保單中對保險責(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。對于本案而言，除了有經(jīng)驗的人員或者通過特殊檢查方法早期已經(jīng)檢測疲勞源出現(xiàn)外，事故的發(fā)生對被保險人是突然的、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)合保險合同約定分析判定責(zé)任與損失，以保證保險合同履行的誠信與

7、公平。案例二：齒輪疲勞損壞案案情2007年某公司報案：一臺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，要求保險人在機(jī)損險項下予以賠償。被保險人報告事故損失的設(shè)備是一臺一級傳動（減速器中只有一對相嚙合的齒輪）大型減速器，輸入功率估計在200kw以上（設(shè)備銘牌與拖動電機(jī)銘牌均已缺失），該設(shè)備用于帶動球磨機(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，看到被動齒輪確有數(shù)個輪齒斷裂，同時看到主動齒輪與被動齒輪的輪齒表面均多處點蝕，齒根嚴(yán)重磨損，輪齒斷裂面有些局部較為光滑（下圖左為被動齒輪，右為主動齒輪），損壞前減速器處于有油潤滑狀態(tài)，未見其他損

8、壞原因。在對本案的處理中，理賠人員根據(jù)齒輪磨損情況認(rèn)為，該齒輪損壞的原因是“長期磨損”也就是“自然磨損”，根據(jù)保險合同除外責(zé)任的有關(guān)約定，告知被保險人拒絕賠償，被保險人接受了這個結(jié)論。對案件處理的分析本案受損的保險標(biāo)的，即減速器連續(xù)工作已經(jīng)超過二十年，雖然設(shè)備損壞的直接原因是部分輪齒斷裂，但根據(jù)齒根已經(jīng)深度磨損，明顯降低了輪齒強(qiáng)度的事實可以判斷該設(shè)備損壞是由于嚴(yán)重磨損造成的。據(jù)此，本案保險人以“長期磨損”即“自然磨損”確定事故原因，依據(jù)機(jī)器損壞險保險合同關(guān)于“機(jī)器設(shè)備運行必然引起的后果，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)”的除外責(zé)任約定，予以拒賠，從技術(shù)分析上看符合

9、事實，合同條款應(yīng)用也是正確的。點蝕損壞的保險責(zé)任討論點蝕是疲勞失效的一種形式，具形成源于材料表面重復(fù)受壓形成的脈動應(yīng)力（應(yīng)力從零到最大值往復(fù)變化），稱為接觸疲勞。這種疲勞損壞的表現(xiàn)形式與前一案例軸類零件不同的是，其表面裂紋一旦產(chǎn)生，隨工作應(yīng)力作用裂紋張開，此時將有潤滑油進(jìn)入裂縫，從工作偶件相互作用（如齒輪嚙合）到脫離接觸進(jìn)入下一工作循環(huán)，粘滯于縫隙中的潤滑油受裂紋彈性閉合和工作應(yīng)力作用同時擠壓，在縫隙內(nèi)形成很大的壓力，就使得除了受到表面的壓應(yīng)力外，工作零件材料內(nèi)部還受到油壓對裂紋的作用，加之其他各種原因的綜合作用，零件表面材料凹坑狀脫落，稱為點蝕。點蝕的破壞點從少到多，到連成片。點蝕現(xiàn)象不僅見

10、于齒輪，與之類似的以擠壓接觸為主要工作應(yīng)力的零件如凸輪、滾動軸承等都可能發(fā)生點蝕。點蝕失效的發(fā)生同樣與材料、表面質(zhì)量（包括工作偶件的表面質(zhì)量）、工作（潤滑等）條件有關(guān)。如果對本案事故發(fā)生原因作進(jìn)一步分析，則點蝕是齒輪損壞更根本的原因。本案減速器齒輪損壞基本過程為：脈動應(yīng)力作用一一疲勞裂紋形成一一點蝕（輪齒表面消弱、齒表材料脫落）發(fā)生、逐漸擴(kuò)大一一磨損加劇一一斷齒發(fā)生。從生產(chǎn)實踐來看，只要潤滑良好，點蝕發(fā)生和損壞擴(kuò)大一般是一個長時間的過程。明確了點蝕發(fā)生的原因，再看保險合同的約定，以判斷點蝕是否屬于保險責(zé)任。在前面引用的機(jī)損險所約定的責(zé)任免除條款中，我們看到了關(guān)于“腐蝕、銹蝕、孔蝕”的表述，但條

11、款中并沒有對“點蝕”的表述，目前也沒有見到過關(guān)于對“孔蝕”的具體解釋（孔蝕概念的由來將在后面的案例中分析）。應(yīng)當(dāng)說，盡管有時點蝕的表面現(xiàn)象與針孔腐蝕的現(xiàn)象相似，但是如果把點蝕解釋為腐蝕或者套用“孔蝕”這一詞匯仍顯不夠規(guī)范（對保單的進(jìn)一步分析將在后面的案件分析中完成），難有說服力。實際上對點蝕的保險責(zé)任分析應(yīng)注意另一個保險責(zé)任成立要件，即“突然的、不可預(yù)料的意外事故造成的物質(zhì)損壞或滅失”，舍此機(jī)損險保險責(zé)任是不能成立的，既然點蝕在一般情況下，是長時間形成，且損失是逐漸擴(kuò)大的，根據(jù)這一要件，其保險責(zé)任是不成立的，除非有證據(jù)證明事故損失系其他原因?qū)е碌耐话l(fā)意外事故。（三）案例三：泥漿泵氣蝕損壞案案情

12、：2008年曾有這樣一個案例，某廠用于污水處理的泥漿泵損壞，拆檢發(fā)現(xiàn)泵的轉(zhuǎn)子嚴(yán)重氣蝕損壞，被保險人要求保險人在機(jī)損險項下予以賠償。開始時保險公司以氣蝕屬于保險單除外責(zé)任條款所約定的“孔蝕”情形為由，予以拒賠。而被保險人抗辯認(rèn)為，氣蝕不屬于保險條款約定的“孔蝕”的情況，同時氣蝕的發(fā)生與安裝設(shè)計有關(guān)，應(yīng)屬保險條款中保險責(zé)任項下所約定的“設(shè)計、制造或安裝錯誤、鑄造和原材料缺陷”范圍，堅持要求保險人予以賠償。幾經(jīng)協(xié)商談判后，保險人最終同意賠償。案件處理分析：右側(cè)的照片是泥漿泵損壞后的轉(zhuǎn)子損壞情況，氣蝕的特征非常典型。從照片即可判斷，泥漿泵轉(zhuǎn)子為氣蝕損壞，保險人對事故原因的認(rèn)定是正確的。在對此案的處理上

13、，保險人開始認(rèn)為“氣蝕”等同于保單中所約定“孔蝕”的概念，不屬于保險責(zé)任，予以拒賠，其后被保險人根據(jù)對氣蝕發(fā)生的原因提出“氣蝕的發(fā)生系由于設(shè)計安裝位置不當(dāng)”，應(yīng)屬于保險合同責(zé)任范圍約定中“設(shè)計、制造或安裝錯誤、鑄造和原材料缺陷”范圍。被保險人同時提出，該泵安裝使用時間并不長，損壞事故發(fā)生完全意外，符合保險責(zé)任關(guān)于“突然的、不可預(yù)料的意外事故造成的物質(zhì)損壞或滅失”的要件。雖然保險公司對本案最終以賠償了結(jié)，但是從技術(shù)分析到保險條款的約定看，確有必要對此案進(jìn)行深入的研究。首先看氣蝕的形成原理：泵運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的低壓使液體對氣體的溶解飽和度下降，進(jìn)入泵的低壓區(qū)的液體因壓力下降溶解氣體過于飽和而溢出（瓶裝碳

14、酸飲料和啤酒等開蓋產(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動并產(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，會使泵零件表面材料從發(fā)生裂紋到點狀剝落，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)計就是

15、避免氣蝕形成條件的重要因素，對泵吸程的設(shè)計要求為：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的壓力頭之差。通過對氣蝕形成的原理和發(fā)生條件的了解，首先可以確定保險人對本案事故損失發(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，被保險人提出的安裝位置錯誤的問題確實存在，因為在對該泵的安裝上，對吸程設(shè)計的考慮不足。盡管設(shè)計缺陷是本案事故原因，但對于保險責(zé)任是有探討的必要的。前面關(guān)于減速器齒輪點蝕損壞的案例已經(jīng)述及，將點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)損險保單除外責(zé)任中所

16、規(guī)定的“孔蝕”到底是什么概念呢？實際上，在原英文保單中對除外責(zé)任中“機(jī)器設(shè)備運行必然引起的后果，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：“Physicalorchemicalreactionsuchaswearandtear,cavitation,erosion,corrosion,rustorboilerscaleasadirectconsequenceofordinaryuseoroperation”。英文中的“cavitation”實際指的就是“氣蝕”，對于點蝕或者化學(xué)腐蝕的點狀坑、斑，英文中一般用“pitting”表示，這點和國內(nèi)的一些專業(yè)表

17、述相似。由此可以看到，如果按照英文條款理解，氣蝕不屬于保險責(zé)任范圍。國內(nèi)現(xiàn)有的機(jī)損險保單條款中“孔蝕”的概念，翻譯初衷可能是希望包括點蝕、氣蝕甚至其它點孔狀的蝕損，但一旦保險雙方對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：壓光輾疲勞損壞案案情：2006年，某地一家造紙廠向保險公司報案，該廠一臺抄寬8m造紙機(jī)壓光輾在使用中表面材料剝落，損壞面積約130cm2,深度約10mm。同時，被保險人報告事故原因為“不明物體（如紙屑）擠壓”，要求保險人在機(jī)損險項下賠償。查勘所見，造紙機(jī)壓光輾的工作面上，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

18、變淺；同時有裂紋發(fā)生并在靜態(tài)情況下繼續(xù)擴(kuò)展。與該輾相對工作的另一壓光輾也在相應(yīng)位置發(fā)生損壞（如下圖所示）。根據(jù)了解和被保險人介紹，壓光輾系進(jìn)口，應(yīng)用時間不長，僅做過少量磨修。輾身工作面是一種被稱為Durastone的樹脂材料，根據(jù)損壞情況需要運到國外重新包樹脂。技術(shù)和保險責(zé)任分析：這個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)和保險責(zé)任上作簡單分析。對于設(shè)備的材料損壞原因分析，對斷口或缺陷表面的觀察是最重要的?？吹绞軗p壓光輾后，首先還是對材料剝離表面情況觀察與分析。在該輾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

19、狀凸凹變形。根據(jù)對斷口的初步印象，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。就本案輾分析，輾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，在氣泡附近會形成應(yīng)力集中，長期脈動應(yīng)力作用后疲勞源發(fā)生。也就是說，實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)為屬于保險責(zé)任。這里需要提請注意的是，在對技術(shù)和保險責(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，壓光輾從開始使用到事故發(fā)生時間較短，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到制造商對質(zhì)量的承諾，研究被保險人與制造商之間的合同或質(zhì)量承諾，可以更好地保護(hù)幫助保險合同雙方的利益。結(jié)束語疲勞失效是否是機(jī)器損壞險保險責(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)合保單分析保險責(zé)任。一方面不能僅以“材料選擇、強(qiáng)度、表面質(zhì)量以