J-integrál
A J-integrál azt az energiát méri, amely a repedéscsúcsnál felszabadul, amikor a repedés növekszik. Érvényes szívós anyagokra, nagy képlékeny alakváltozással a törés előtt. A hegesztéstechnikában ezzel értékelik a hegesztési varratok törésveszélyét reálisan.
Fizikai-kémiai hatásmechanizmus
A repedés csúcsán feszültség koncentrálódik. Szívós anyagoknál az anyag plasztikusan deformálódik, mielőtt a repedés továbbterjedne. A J-integrál egy vonalintegrál a repedéscsúcs körül. Kiszámítja azt a potenciális energiát, amely a repedés egységnyi felületű növekedésekor felszabadul. Független az integrációs úttól, amíg az út a rugalmas-plasztikus anyagban van. A J-integrál mind a rugalmas, mind a plasztikus deformációs energiát figyelembe veszi. Kiterjeszti az energiafelszabadulási sebesség koncepcióját a lineárisan rugalmas törésmechanikából a nemlineáris anyagviselkedésre.
Kohászati jelentőség és kockázatok hegesztéskor
A varratok gyakran tartalmaznak belső feszültségeket és szövetszerkezet-változásokat. A hőbevitel megváltoztatja a szívósságot. Szívós anyagoknál (pl. szerkezeti acél) a plasztikus zóna a repedéscsúcsnál nagy. A lineárisan rugalmas törésmechanika alulbecsüli a törésveszélyt. A J-integrál pontosabb értéket ad a törési szívósságra. A kritikus JIc érték az instabil repedésterjedés kezdetét jelzi. Ha a terhelés olyan nagy, hogy a J-integrál meghaladja a JIc-t, a varrat figyelmeztetés nélkül elreped. A hegesztési zónában a törési szívósság jelentősen csökkenhet a szövetszerkezet-változások miatt (pl. durvaszemcsésedés, martenzit). Ekkor a JIc alacsony, és a varrat korábban tönkremegy.
Műhelygyakorlat és teendők
A J-integrált nem mérik közvetlenül a műhelyben. Laboratóriumban határozzák meg szabványos próbatesteken (pl. ASTM E1820 szerint). A gyakorló szakember számára fontos: az anyagnak megfelelő JIc törési szívóssággal kell rendelkeznie. A szerkezeti acél tipikus értékei acélminőségtől és hőmérséklettől függően kb. 50–200 kJ/m². Hegesztett kötéseknél a hőhatásövezetet és a varratfémet külön kell vizsgálni. Ha túl nagy hőbevitelű hegesztési paramétereket választasz, a szemcseméret nő, és a JIc csökken. A túl alacsony hőbevitel martenzitet hozhat létre, ami szintén rontja a szívósságot. Ezért: tartsd be a hegesztési utasítást, a előmelegítést és a rétegközi hőmérsékletet. Ha egy varratnak nagy terheléseket kell elviselnie, a megrendelő gyakran megköveteli a törési szívósság JIc-vel történő igazolását. Ilyenkor a varratból próbatesteket kell venni és vizsgáltatni.