Non-destructive assessment of mechanical properties of critical structure metal based on analysis of its key structural, chemical and deformation parameters
Authors: Зорин Александр Евгеньевич 
Published: May 2024

Большое количество и значительная протяженность ответственных металлических конструкций, разнообразие условий их производства и эксплуатации, примененных марок сталей, используемых технологий сварки не позволяют получить исчерпывающие и достоверные данные о механических характеристиках (или хотя бы их возможной вариации) конструктивных элементов путем проведения выборочных разрушающих испытаний. Отсутствие этих сведений приводит в одних случаях к снижению надежности конструкций, в других – к чрезмерному расходованию средств при их обслуживании. Проблема повышения эффективности прогнозирования работоспособности металлических конструкций может быть решена с использованием методов неразрушающей оценки механических свойств металла. Теоретический анализ показал, что наиболее эффективным является метод, позволяющий выполнить оценку ключевых групп факторов, ответственных за формирование механических свойств металла: химических, структурных, деформационных. В ходе проведения экспериментальных исследований установлено, что основные структурно-химические параметры металла с достаточной точностью и достоверностью могут быть определены непосредственно на анализируемой конструкции с применением портативного приборного оборудования. Для оценки деформационной способности металла подтверждена возможность использования методики, предусматривающей выполнение поверхностного микроиндентирования и определение показателя хрупкости металла. В целом, подход, основанный на установлении корреляции между структурными, химическими, деформационными параметрами металла и его основными механическими свойствами, с последующим сбором соответствующих данных в процессе эксплуатации ответственных металлических конструкций позволит выйти на качественно новый уровень эффективности оценки их технического состояния, а также управления надежностью и безопасностью.

A large number and considerable length of critical metal structures, variety of their production and operation conditions, used steel grades, used welding processes make it impossible to obtain comprehensive and reliable data on structural element mechanical properties (or at least possible variation thereof) by means of random destructive tests. The lack of this information results in the structure reliability degradation in some cases, and in other cases – to excessive maintenance expenses. The problem of enhancing the efficiency of predicting metal structure serviceability can be solved by using methods of non-destructive evaluation of the mechanical properties of metal. Theoretical analysis has shown that the most effective method is the one allowing the evaluation of key groups of factors responsible for the formation of mechanical properties of metal: chemical, structural, stress-strain factors. In the course of experimental studies, it was found that the main structural and chemical parameters of metal can be determined with reasonable accuracy and reliability directly on the structure being analyzed using portable instrumentation equipment. To assess the deformation capacity of the metal, the suitability of technique involving the surface micro-indentation and determination of the metal brittleness index was confirmed. In general, the approach based on the establishment of correlation between metal structural, chemical, deformation parameters and its main mechanical properties followed by relevant data acquisition during the critical metal structures operation will allow reaching a totally new level of efficiency in assessing their technical condition, as well as reliability and safety management.