Integrala J
Integrala J măsoară energia eliberată la vârful unei fisuri atunci când fisura crește. Este valabilă pentru materiale tenace cu deformații plastice mari înainte de rupere. În tehnologia sudării, se evaluează riscul de rupere a sudurilor în mod realist.
Mecanism fizico-chimic de acțiune
La vârful fisurii se concentrează tensiunea. La materialele tenace, materialul se deformează plastic înainte ca fisura să avanseze. Integrala J este o integrală de linie în jurul vârfului fisurii. Ea calculează energia potențială eliberată la extinderea fisurii pe o unitate de suprafață. Este independentă de drumul de integrare, atâta timp cât drumul se află în materialul elasto-plastic. Integrala J cuprinde atât energia de deformare elastică, cât și cea plastică. Ea extinde conceptul ratei de eliberare a energiei din mecanica ruperii liniar-elastice la comportamentul neliniar al materialului.
Relevanță metalurgică și riscuri la sudare
Sudurile au adesea tensiuni reziduale și modificări de structură. Aportul de căldură modifică tenacitatea. La materialele tenace (de ex. oțelul de construcție), zona plastică de la vârful fisurii este mare. Mecanica ruperii liniar-elastice subestimează pericolul de rupere. Integrala J oferă valori mai precise pentru tenacitatea la rupere. O valoare critică JIc marchează începutul creșterii instabile a fisurii. Dacă solicitarea este atât de mare încât integrala J depășește JIc, sudura cedează fără avertisment. În zona sudată, tenacitatea la rupere poate scădea semnificativ din cauza modificărilor de structură (de ex. formarea de grăunți grosieri, martensită). Atunci JIc este scăzută și cusătura cedează mai devreme.
Practică în atelier și instrucțiuni de acțiune
Integrala J nu se măsoară direct în atelier. Se determină în laborator pe epruvete standardizate (de ex. conform ASTM E1820). Pentru practician este important: materialul trebuie să aibă o tenacitate la rupere suficientă JIc. Valorile tipice pentru oțelul de construcție sunt, în funcție de calitatea oțelului și temperatură, de aproximativ 50–200 kJ/m². La îmbinările sudate, se verifică separat zona influențată termic și metalul sudat. Dacă se aleg parametri de sudare cu aport termic prea mare, grăunții se măresc și JIc scade. Un aport termic prea mic poate genera martensită și deteriora și el tenacitatea. De aceea: respectă specificația de sudare, respectă preîncălzirea și temperatura dintre treceri. Dacă o sudură trebuie să suporte solicitări mari, clientul cere adesea o dovadă a tenacității la rupere prin JIc. Atunci trebuie prelevate epruvete din sudură și testate.