J-integrālis
J-integrālis mēra enerģiju, kas atbrīvojas plaisas galā, plaisai augot. Tas attiecas uz sitīgiem materiāliem ar lielu plastisko deformāciju pirms lūzuma. Metināšanas tehnikā ar to reālistiski novērtē metināto šuvju lūzuma risku.
Fizikāli-ķīmiskais iedarbības mehānisms
Plaisas galā koncentrējas spriegums. Sitkla materiāla gadījumā materiāls pirms plaisas tālākas izplatīšanās deformējas plastiski. J-integrālis ir līnijintegrālis ap plaisas galu. Tas aprēķina potenciālo enerģiju, kas izdalās, plaisai pagarinoties par laukuma vienību. Tas nav atkarīgs no integrācijas ceļa, ja vien ceļš atrodas elastīgi plastiskajā materiālā. J-integrālis aptver gan elastīgo, gan plastisko deformācijas enerģiju. Tas paplašina enerģijas izdalīšanās ātruma koncepciju no lineāri elastīgās lūzuma mehānikas uz nelineāru materiāla uzvedību.
Metalurģiskā nozīme un riski metināšanā
Metinātajām šuvēm bieži ir iekšējie spriegumi un struktūras izmaiņas. Siltuma ievade maina sitklumu. Sitkla materiāla gadījumā (piem., konstrukciju tērauds) plastiskā zona plaisas galā ir liela. Lineāri elastīgā lūzuma mehānika novērtē lūzuma risku par zemu. J-integrālis sniedz precīzākas lūzuma sitkluma vērtības. Kritiska vērtība JIc raksturo nestabilas plaisas augšanas sākumu. Ja slodze ir tik liela, ka J-integrālis pārsniedz JIc, metinātā šuve plīst bez brīdinājuma. Metinājuma zonā lūzuma sitklums var ievērojami samazināties struktūras izmaiņu dēļ (piem., rupjgraudu veidošanās, martenzīts). Tad JIc ir zems un šuve sabojājas agrāk.
Darbnīcas prakse un rīcības norādījumi
J-integrāli darbnīcā tieši nemēra. To nosaka laboratorijā uz standartizētiem paraugiem (piem., saskaņā ar ASTM E1820). Praktiķim svarīgi: materiālam jābūt pietiekamam lūzuma sitklumam JIc. Tipiskās vērtības konstrukciju tēraudam atkarībā no tērauda markas un temperatūras ir aptuveni 50–200 kJ/m². Metinātajiem savienojumiem pārbauda siltuma ietekmes zonu un metinājuma materiālu atsevišķi. Ja izvēlas metināšanas parametrus ar pārāk lielu siltuma ievadi, graudi rupjējas un JIc samazinās. Pārāk maza siltuma ievade var radīt martenzītu un arī pasliktināt sitklumu. Tāpēc: ievērot metināšanas instrukciju, ievērot priekšsildīšanu un starpslāņu temperatūru. Ja metinātajai šuvei jāiztur lielas slodzes, pasūtītājs bieži pieprasa lūzuma sitkluma pierādījumu ar JIc. Tad no metinātās šuves jāņem paraugi un jānodod pārbaudei.