J-integral
J-integral mjeri energiju koja se oslobađa na vrhu prsline kada prslina raste. Vrijedi za žilave materijale s velikom plastičnom deformacijom prije loma. U zavarivanju se njime realno procjenjuje opasnost od loma zavarenih spojeva.
Fizikalno-kemijski mehanizam djelovanja
Na vrhu pukotine koncentrira se naprezanje. Kod žilavih materijala materijal se plastično deformira prije nego pukotina nastavi rasti. J-integral je linijski integral oko vrha pukotine. On izračunava potencijalnu energiju koja se oslobađa pri produljenju pukotine za jedinicu površine. Neovisan je o putu integracije sve dok put leži u elastično-plastičnom materijalu. J-integral obuhvaća i elastičnu i plastičnu energiju deformacije. Proširuje koncept brzine oslobađanja energije iz linearno-elastične mehanike loma na nelinearno ponašanje materijala.
Metalurška relevantnost i rizici pri zavarivanju
Zavareni spojevi često imaju zaostala naprezanja i promjene strukture. Unos topline mijenja žilavost. Kod žilavih materijala (npr. konstrukcijski čelik) plastična zona na vrhu pukotine je velika. Linearno-elastična mehanika loma podcjenjuje opasnost od loma. J-integral daje točnije vrijednosti za žilavost loma. Kritična vrijednost JIc označava početak nestabilnog rasta pukotine. Ako je opterećenje toliko visoko da J-integral premašuje JIc, zavareni spoj puca bez upozorenja. U zoni zavara žilavost loma može se znatno smanjiti zbog promjena strukture (npr. grubo zrno, martenzit). Tada je JIc nizak i spoj ranije popušta.
Radionička praksa i upute za postupanje
J-integral se ne mjeri izravno u radionici. Određuje se u laboratoriju na normiranim uzorcima (npr. prema ASTM E1820). Za praktičara je važno: materijal mora imati dovoljnu žilavost loma JIc. Tipične vrijednosti za konstrukcijski čelik kreću se ovisno o kakvoći čelika i temperaturi oko 50–200 kJ/m². Kod zavarenih spojeva odvojeno se ispituje zona utjecaja topline i čisti zavar. Ako se odaberu parametri zavarivanja s previsokim unosom topline, zrno se grubi i JIc pada. Prenizak unos topline može stvoriti martenzit i također pogoršati žilavost. Zato: pridržavaj se uputa za zavarivanje, održavaj predgrijavanje i međuslojnu temperaturu. Kada zavareni spoj mora izdržati visoka opterećenja, naručitelj često zahtijeva dokaz žilavosti loma preko JIc. Tada treba uzeti uzorke iz zavarenog spoja i dati ih ispitati.