אינטגרל J

מנגנון פעולה פיזיקלי-כימי

בראש הסדק מתרכז מאמץ. בחומרים עיקשים החומר מתעוות פלסטית לפני שהסדק ממשיך להתפשט. J-אינטגרל הוא אינטגרל קווי סביב ראש הסדק. הוא מחשב את האנרגיה הפוטנציאלית המשתחררת בעת הארכת סדק ביחידת שטח. הוא בלתי תלוי במסלול האינטגרציה, כל עוד המסלול נמצא בחומר אלסטי-פלסטי. J-אינטגרל לוכד הן אנרגיית עיוות אלסטית והן אנרגיית עיוות פלסטית. הוא מרחיב את מושג קצב שחרור האנרגיה ממכניקת שבר לינארית-אלסטית להתנהגות חומר לא לינארית.

רלוונטיות מטלורגית וסיכונים בריתוך

ריתוכים מכילים לעתים קרובות מאמצים שיוריים ושינויי מבנה. החדרת החום משנה את העקשנות. בחומרים עיקשים (למשל פלדת בניין) האזור הפלסטי בראש הסדק גדול. מכניקת שבר לינארית-אלסטית ממעיטה בחומרת השבר. J-אינטגרל מספק ערכים מדויקים יותר לעקשנות השבר. ערך קריטי JIc מסמן את תחילת הצמיחה הבלתי יציבה של הסדק. אם העומס גבוה כך ש-J-אינטגרל עובר את JIc, הריתוך נקרע ללא אזהרה מוקדמת. באזור הריתוך עקשנות השבר יכולה לרדת משמעותית עקב שינויי מבנה (למשל היווצרות גרעינים גסים, מרטנזיט). אז JIc נמוך והתפר נכשל מוקדם יותר.

פרקטיקה בבית המלאכה והנחיות פעולה

J-אינטגרל לא מודדים ישירות בבית המלאכה. קובעים אותו במעבדה על דגימות מתוקננות (למשל לפי ASTM E1820). חשוב למבצע: החומר חייב להיות בעל עקשנות שבר מספקת JIc. ערכים אופייניים לפלדת בניין נעים בהתאם לדרגת הפלדה והטמפרטורה בסביבות 50–200 kJ/m². בחיבורי ריתוך בודקים בנפרד את אזור ההשפעה התרמית ואת חומר הריתוך. בחירה בפרמטרי ריתוך עם החדרת חום גבוהה מדי מגסה את הגרעין ו-JIc יורד. החדרת חום נמוכה מדי עלולה ליצור מרטנזיט ולפגוע אף היא בעקשנות. לכן: יש להקפיד על הוראות הריתוך, לשמור על חימום מוקדם וטמפרטורת ביניים. כאשר ריתוך צריך לעמוד בעומסים גבוהים, המזמין דורש לעתים קרובות הוכחת עקשנות שבר באמצעות JIc. אז יש לקחת דגימות מהריתוך ולשלוח לבדיקה.