J-integraal
J-integraal mõõdab energiat, mis vabaneb prao tipus, kui pragu kasvab. See kehtib sitkete materjalide puhul, millel on enne purunemist suur plastiline deformatsioon. Keevitustehnikas hinnatakse sellega keevisõmbluste purunemisohtu realistlikult.
Füüsikalis-keemiline toimemehhanism
Pinged kontsentreeruvad prao tipus. Sitkete materjalide puhul deformeerub materjal plastselt enne, kui prag edasi liigub. J-integraal on joonintegraal ümber prao tipu. See arvutab potentsiaalse energia, mis vabaneb prao pikenemisel ühe pindalaühiku võrra. See on sõltumatu integreerimisteest, kui tee asub elastselt-plastses materjalis. J-integraal hõlmab nii elastset kui ka plastset deformatsioonienergiat. See laiendab lineaarse elastse murdumismehaanika energiasaagise kontseptsiooni mittelineaarsele materjali käitumisele.
Metallurgiline tähtsus ja riskid keevitamisel
Keevisõmblustes on sageli omapinged ja struktuurimuutused. Soojusjuurdetoimetus muudab sitkust. Sitkete materjalide puhul (nt konstruktsiooniteras) on plastne tsoon prao tipus suur. Lineaarne elastne murdumismehaanika alahindab murdumist. J-integraal annab murdumissitkuse kohta täpsemad väärtused. Kriitiline väärtus JIc märgib ebastabiilse prao kasvu algust. Kui koormus on nii suur, et J-integraal ületab JIc, rebeneb keevisõmblus ilma hoiatuseta. Keevitusvööndis võib murdumissitkus struktuurimuutuste tõttu (nt jämedateralisus, martensiit) oluliselt väheneda. Siis on JIc madal ja õmblus puruneb varem.
Töökoja praktika ja tegevusjuhised
J-integraali ei mõõdeta töökojas otse. See määratakse laboris standardsete proovidega (nt vastavalt ASTM E1820). Praktiku jaoks on oluline: materjalil peab olema piisav murdumissitkus JIc. Konstruktsiooniterase tüüpilised väärtused on sõltuvalt terase margist ja temperatuurist umbes 50–200 kJ/m². Keevisliidete puhul kontrollitakse soojusmõjutustsooni ja keevismetalli eraldi. Kui valitakse liiga suure soojusjuurdetoimetusega keevitusparameetrid, tera jämeneb ja JIc langeb. Liiga väike soojusjuurdetoimetus võib tekitada martensiiti ja halvendada samuti sitkust. Seetõttu: järgi keevitusjuhendit, pea kinni eelsoojendusest ja vahekihi temperatuurist. Kui keevisõmblus peab taluma suuri koormusi, nõuab tellija sageli murdumissitkuse tõendamist JIc kaudu. Siis tuleb keevisõmblusest võtta proovid ja lasta need kontrollida.