J-integral
J-integralet måler energien som frigjøres ved en risspiss når risset vokser. Det gjelder for seige materialer med stor plastisk deformasjon før brudd. I sveiseteknikk vurderer man dermed bruddrisikoen for sveisestrenger realistisk.
Fysisk-kjemisk virkningsmekanisme
Ved risspissen konsentreres spenningen. I seige materialer deformeres materialet plastisk før rissen vokser videre. J-integralet er et linjeintegral rundt risspissen. Det beregner den potensielle energien som frigjøres når rissen forlenges med en flateenhet. Det er uavhengig av integrasjonsveien så lenge veien ligger i det elastisk-plastiske materialet. J-integralet fanger opp både elastisk og plastisk deformasjonsenergi. Det utvider konseptet energifrigjøringshastighet fra lineær-elastisk bruddmekanikk til ikke-lineær materialoppførsel.
Metallurgisk relevans og risiko ved sveising
Sveisesømmer har ofte eigenspenninger og strukturendringer. Varmetilførselen endrer seigheten. I seige materialer (f.eks. konstruksjonsstål) er den plastiske sonen ved risspissen stor. Lineær-elastisk bruddmekanikk undervurderer bruddfaren. J-integralet gir mer nøyaktige verdier for bruddseigheten. En kritisk verdi JIc markerer starten på ustabil rissvekst. Hvis belastningen er så høy at J-integralet overskrider JIc, ryker sveisesømmen uten forvarsel. I sveisesonen kan bruddseigheten synke betydelig på grunn av strukturendringer (f.eks. grovkornsdannelse, martensitt). Da er JIc lav og sømmen svikter tidligere.
Verkstedpraksis og handlingsinstrukser
J-integralet måler man ikke direkte i verkstedet. Man bestemmer det i laboratoriet på normerte prøver (f.eks. etter ASTM E1820). Viktig for praktikeren: Materialet må ha tilstrekkelig bruddseighet JIc. Typiske verdier for konstruksjonsstål ligger avhengig av stålkvalitet og temperatur på omtrent 50–200 kJ/m². Ved sveiseforbindelser prøver man varmepåvirket sone og sveisematerialet hver for seg. Velger man sveiseparametere med for høy varmetilførsel, grovner kornet og JIc synker. For lav varmetilførsel kan danne martensitt og svekke seigheten også. Derfor: følg sveiseanvisningen, hold forvarming og mellomlagstemperatur. Når en sveisesøm må tåle høye belastninger, krever oppdragsgiveren ofte dokumentasjon av bruddseigheten via JIc. Da må man ta prøver fra sveisesømmen og få dem testet.