J-интеграл
J-интегралът измерва енергията, която се освобождава при върха на пукнатина, когато пукнатината расте. Той е валиден за жилави материали с голяма пластична деформация преди счупване. В заваряването с него се оценява реалистично опасността от счупване на заваръчните шевове.
Физико-химичен механизъм на действие
Върхът на пукнатината концентрира напрежение. При жилави материали материалът се деформира пластично, преди пукнатината да продължи. J-интегралът е линеен интеграл около върха на пукнатината. Той изчислява потенциалната енергия, която се освобождава при удължаване на пукнатината с единица площ. Той е независим от пътя на интегриране, докато пътят лежи в еластично-пластичния материал. J-интегралът обхваща както еластичната, така и пластичната енергия на деформация. Той разширява концепцията за скоростта на освобождаване на енергия от линейно-еластичната механика на разрушаване към нелинейно поведение на материала.
Металургична значимост и рискове при заваряване
Заваръчните шевове често имат собствени напрежения и промени в структурата. Внасянето на топлина променя жилавостта. При жилави материали (например строителна стомана) пластичната зона на върха на пукнатината е голяма. Линейно-еластичната механика на разрушаване подценява опасността от разрушаване. J-интегралът дава по-точни стойности за жилавостта на разрушаване. Критична стойност JIc означава началото на нестабилно разрастване на пукнатината. Ако натоварването е толкова високо, че J-интегралът надвишава JIc, заваръчният шев се скъсва без предупреждение. В зоната на заваряване жилавостта на разрушаване може значително да намалее поради промени в структурата (например образуване на едро зърно, мартензит). Тогава JIc е нисък и шевът се разрушава по-рано.
Практика в работилницата и указания за действие
J-интегралът не се измерва директно в работилницата. Определя се в лаборатория върху стандартизирани образци (например по ASTM E1820). За практика важно: материалът трябва да има достатъчна жилавост на разрушаване JIc. Типични стойности за строителна стомана са в зависимост от качеството на стоманата и температурата около 50–200 kJ/m². При заваръчни съединения се проверяват отделно зоната на термично влияние и заваръчният метал. Ако се изберат параметри на заваряване с твърде високо внасяне на топлина, зърното се укрупнява и JIc намалява. Твърде ниското внасяне на топлина може да създаде мартензит и също да влоши жилавостта. Затова: спазвай инструкцията за заваряване, поддържай предварително загряване и температура между слоевете. Ако заваръчният шев трябва да издържа високи натоварвания, възложителят често изисква доказателство за жилавост на разрушаване чрез JIc. Тогава трябва да се вземат образци от заваръчния шев и да се изпратят за изпитване.