J integralas
J integralas matuoja energiją, išsiskiriančią įtrūkimo viršūnėje, kai įtrūkimas auga. Jis taikomas sitklioms medžiagoms, kurios prieš lūždamos stipriai plastiškai deformuojasi. Suvirinimo technikoje juo realistiškai įvertinamas suvirinimo siūlių lūžimo pavojus.
Fizikinis-cheminis veikimo mechanizmas
Įtrūkimo viršūnėje susikaupia įtempis. Takiose medžiagose medžiaga plastiškai deformuojasi, kol įtrūkimas plinta toliau. J-integralas yra linijinis integralas aplink įtrūkimo viršūnę. Jis apskaičiuoja potencinę energiją, išsiskiriančią įtrūkimui pailgėjus vienu ploto vienetu. Jis nepriklauso nuo integravimo kelio, jei kelias yra elastingai plastiškoje medžiagoje. J-integralas apima tiek elastinę, tiek plastinę deformacijos energiją. Jis praplečia energijos išsiskyrimo greičio koncepciją iš tiesinės-elastinės lūžio mechanikos į netiesinį medžiagos elgesį.
Metalurginė svarba ir rizika suvirinant
Suvirinimo siūlės dažnai turi vidinius įtempimus ir struktūros pokyčius. Šilumos įvedimas keičia takumą. Takiose medžiagose (pvz., konstrukciniame pliene) plastinė zona prie įtrūkimo viršūnės yra didelė. Tiesinė-elastinė lūžio mechanika nepakankamai įvertina lūžio pavojų. J-integralas duoda tikslesnes lūžio takumo vertes. Kritinė vertė JIc žymi nestabilaus įtrūkimo augimo pradžią. Jei apkrova tokia didelė, kad J-integralas viršija JIc, suvirinimo siūlė plyšta be įspėjimo. Suvirinimo zonoje lūžio takumas dėl struktūros pokyčių (pvz., stambiagrūdės struktūros, martensito) gali žymiai sumažėti. Tada JIc yra žemas ir siūlė suyra anksčiau.
Dirbtuvių praktika ir veiksmų nurodymai
J-integralo dirbtuvėse tiesiogiai neišmatuojama. Jis nustatomas laboratorijoje pagal standartizuotus bandinius (pvz., pagal ASTM E1820). Praktikui svarbu: medžiaga turi turėti pakankamą lūžio takumą JIc. Tipinės konstrukcinio plieno vertės priklausomai nuo plieno rūšies ir temperatūros yra apie 50–200 kJ/m². Suvirintose jungtyse šilumos poveikio zona ir suvirinimo medžiaga tikrinamos atskirai. Jei suvirinimo parametrai pasirenkami su per dideliu šilumos įvedimu, grūdeliai stambėja ir JIc mažėja. Per mažas šilumos įvedimas gali sukelti Martenzitasą ir taip pat pabloginti takumą. Todėl: laikytis suvirinimo instrukcijos, išlaikyti pašildymą ir tarpinę temperatūrą. Jei suvirinimo siūlė turi atlaikyti dideles apkrovas, užsakovas dažnai reikalauja lūžio takumo įrodymo per JIc. Tada reikia paimti bandinius iš suvirinimo siūlės ir juos ištirti.