تكامل J

آلية التأثير الفيزيائي-الكيميائي

عند رأس الشق يتركز الإجهاد. في المواد المطيلة يتشوه المعدن لدناً قبل أن يستمر الشق في الانتشار. التكامل J هو تكامل خطي حول رأس الشق. يحسب الطاقة الكامنة المتحررة عند تمدد الشق بمقدار وحدة مساحة. وهو مستقل عن مسار التكامل، طالما أن المسار يقع في المادة المرنة-اللدنة. يلتقط التكامل J طاقة التشكل المرنة واللدنة معاً. وهو يوسع مفهوم معدل تحرير الطاقة من ميكانيكا الكسر الخطية-المرنة ليشمل سلوك المواد غير الخطية.

الأهمية المعدنية والمخاطر أثناء اللحام

غالباً ما تحتوي اللحامات على إجهادات داخلية وتغيرات في البنية المجهرية. إدخال الحرارة يغير المتانة. في المواد المطيلة (مثل الفولاذ الإنشائي) تكون المنطقة اللدنة عند رأس الشق كبيرة. تستهين ميكانيكا الكسر الخطية-المرنة بخطر الكسر. يوفر التكامل J قيمًا أكثر دقة لمتانة الكسر. القيمة الحرجة JIc تميز بداية نمو الشق غير المستقر. إذا كان الحمل مرتفعًا لدرجة أن التكامل J يتجاوز JIc، فإن اللحام يتمزق دون إنذار مسبق. في منطقة اللحام يمكن أن تنخفض متانة الكسر بشكل ملحوظ بسبب تغيرات البنية المجهرية (مثل تكوين الحبيبات الخشنة، المارتنسيت). عندئذ تكون JIc منخفضة ويفشل اللحام أبكر.

ممارسة الورشة وتعليمات العمل

لا يُقاس التكامل J مباشرة في الورشة. يُحدد في المختبر على عينات قياسية (مثل وفق ASTM E1820). المهم للعامل العملي: يجب أن يمتلك المعدن متانة كسر كافية JIc. القيم النموذجية للفولاذ الإنشائي تتراوح حسب درجة الفولاذ ودرجة الحرارة عند حوالي 50–200 kJ/m². في الوصلات الملحومة يُفحص كل من منطقة التأثير الحراري ومعدن اللحام بشكل منفصل. إذا اختيرت معاملات لحام بإدخال حراري مرتفع جدًا، تتفاقم الحبيبات وتنخفض JIc. إدخال حراري منخفض جدًا يمكن أن ينتج مارتنسيت ويضعف المتانة أيضًا. لهذا: التزم بتعليمات اللحام، وحافظ على التسخين المسبق ودرجة حرارة الطبقة البينية. عندما يجب أن يتحمل لحام أحمالاً عالية، غالباً ما يطلب العميل إثبات متانة الكسر عبر JIc. عندئذ يجب أخذ عينات من اللحام وفحصها.