Tích phân J

Cơ chế tác động lý - hóa

Tại đỉnh vết nứt, ứng suất tập trung. Với vật liệu dẻo dai, vật liệu biến dạng dẻo trước khi vết nứt lan tiếp. Tích phân J là tích phân đường quanh đỉnh vết nứt. Nó tính năng lượng tiềm tàng được giải phóng khi vết nứt kéo dài một đơn vị diện tích. Nó độc lập với đường lấy tích phân, miễn là đường đó nằm trong vật liệu đàn hồi - dẻo. Tích phân J bao gồm cả năng lượng biến dạng đàn hồi và dẻo. Nó mở rộng khái niệm tốc độ giải phóng năng lượng từ cơ học phá hủy đàn hồi tuyến tính sang ứng xử vật liệu phi tuyến.

Ý nghĩa luyện kim & rủi ro khi hàn

Mối hàn thường có ứng suất dư và thay đổi tổ chức. Việc đưa nhiệt vào làm thay đổi độ dai. Với vật liệu dẻo dai (ví dụ thép kết cấu), vùng dẻo tại đỉnh vết nứt lớn. Cơ học phá hủy đàn hồi tuyến tính đánh giá thấp nguy cơ phá hủy. Tích phân J cho giá trị độ dai phá hủy chính xác hơn. Giá trị tới hạn JIc đặc trưng cho sự bắt đầu phát triển vết nứt không ổn định. Nếu tải trọng cao đến mức tích phân J vượt quá JIc, mối hàn sẽ đứt mà không có cảnh báo. Trong vùng hàn, độ dai phá hủy có thể giảm rõ rệt do thay đổi tổ chức (ví dụ tạo hạt thô, martensit). Khi đó JIc thấp và mối hàn hỏng sớm hơn.

Thực hành xưởng & hướng dẫn hành động

Tích phân J không đo trực tiếp trong xưởng. Người ta xác định nó trong phòng thí nghiệm trên mẫu chuẩn (ví dụ theo ASTM E1820). Điều quan trọng cho người thực hành: Vật liệu phải có độ dai phá hủy JIc đủ lớn. Giá trị điển hình cho thép kết cấu tùy theo mác thép và nhiệt độ khoảng 50–200 kJ/m². Với liên kết hàn, người ta kiểm tra riêng vùng ảnh hưởng nhiệt và kim loại mối hàn. Nếu chọn thông số hàn với nhiệt lượng đầu vào quá cao, hạt sẽ thô và JIc giảm. Nhiệt lượng đầu vào quá thấp có thể tạo martensit và cũng làm giảm độ dai. Do đó: tuân thủ quy trình hàn, duy trì nhiệt độ nung nóng trước và nhiệt độ giữa các lớp. Khi mối hàn phải chịu tải trọng cao, khách hàng thường yêu cầu chứng minh độ dai phá hủy qua JIc. Khi đó phải lấy mẫu từ mối hàn và yêu cầu kiểm tra.