焊接冶金原理作业讲评(二))
焊接冶金学大纲
焊接冶金学大纲
焊接冶金学主要包括以下几个方面的内容：
1. 冶金基础知识：包括金属的物理、化学性质，金属的结构与组织，金属的相变规律等。
2. 焊接原理：包括焊接过程中的热学、流体学、电学、力学等基础理论，以及焊接过程中的金属熔化、表面活性、气体保护、电弧特性等相关原理。
3. 焊接材料：包括焊接材料的分类、性能要求、选择和应用，焊接材料的组织结构与性能之间的关系等。
4. 焊接工艺：包括焊接工艺的设备、工具、操作规程等，焊接参数的选择与调整，焊接接头的设计与预处理，焊接过程中的热控制与温度分布等。
5. 焊接缺陷与质量控制：包括焊接过程中可能出现的缺陷类型、产生原因及其对焊接性能的影响，焊接缺陷的检测、评定与处理，焊接接头的质量评价与控制等。
6. 焊接工艺改进与优化：包括焊接工艺参数的优化设计，焊接设备的改进与更新，焊接自动化与机器人技术的应用，焊接工艺的环境友好性与节能性等。
7. 焊接应用与发展：包括焊接在工程领域中的广泛应用，新型焊接技术与材料的研究进展，焊接技术在先进制造、航空航天、
能源领域中的应用等。
以上是对焊接冶金学大纲的一个简要介绍，具体的教学内容与学习深度可根据实际教学需要进行调整和拓展。
焊接冶金学基本原理
焊接冶金学基本原理引言：焊接冶金学是研究焊接过程中金属材料的物理和化学变化的学科。
它涉及到金属的熔化、凝固、晶体生长和相变等过程。
本文将介绍焊接冶金学的基本原理，包括焊接过程中的热力学、动力学和金相学等方面。
一、热力学原理焊接过程中的热力学原理是理解焊接过程中金属材料的熔化和凝固行为的基础。
焊接过程中，金属材料受到加热而达到熔点，然后在熔融状态下进行熔化和混合。
热力学原理研究了焊接过程中的相变行为，包括熔化、凝固和晶体生长等过程。
通过控制焊接过程中的温度和冷却速率，可以影响焊缝的组织和性能。
二、动力学原理焊接过程中的动力学原理研究了焊接过程中金属材料的相变速率和晶体生长行为。
焊接过程中，金属材料经历了熔化、凝固和晶体生长等过程。
动力学原理研究了这些过程中的相变速率和晶体生长速率，以及它们与焊接参数（如焊接速度、焊接电流等）的关系。
通过控制焊接参数，可以调节焊缝的组织和性能。
三、金相学原理焊接过程中的金相学原理研究了焊接过程中金属材料的组织和相变行为。
金相学是研究金属材料的组织和结构的学科，通过显微镜观察和分析焊接接头的金相组织，可以了解焊接过程中的相变行为和组织演变规律。
金相学原理对于评估焊接接头的质量和性能具有重要意义。
结论：焊接冶金学的基本原理包括热力学、动力学和金相学等方面。
热力学原理研究了焊接过程中的相变行为，动力学原理研究了相变速率和晶体生长行为，金相学原理研究了焊接接头的组织和相变行为。
通过深入理解焊接冶金学的基本原理，可以优化焊接过程，提高焊接接头的质量和性能。
参考文献：[1] Smith W F. Principles of Materials Science and Engineering[M]. McGraw-Hill, 2006.[2] Kou S. Welding Metallurgy[M]. Wiley, 2003.。
2-焊接冶金-kt2
气体来源
主
在金属中的溶解
要
内
存在形式
容
对焊接的影响
控制措施－脱氧
2.3 焊接熔渣
一、作用 二、组成 三、碱度
B
碱性氧化物的摩尔分 酸性氧化物的摩尔分
四、其他性质
熔渣的粘度 表面张力 密度
线膨胀系数 熔化性
2.4 焊缝金属化学 成分的控制
氧化与还原
成 分 控 硫、磷的作用和控制 制
焊缝金属的合金化
2.6 焊接接头的 组织与性能
焊接接头
焊接部位的总称。
焊接接头示意图 1-焊缝；2-熔合区；3-HAZ；4-母材
一、焊接熔池凝固的特殊性
熔池体积小、冷却速度快
特 殊 熔池中的金属处于过热状态 性
熔池是在运动状态下结晶
二、焊接熔池凝固的特点
联生结晶
特
择优生长
点
偏向晶与定向晶
三、焊缝的凝固偏析
六、焊接热循环
1、定义 在焊接热源作用下，焊件上某
点温度随时间的变化过程。
温度场
2、焊接热循环的特征参数
峰值温度Tp 高温停留时间 加热速度 冷却速度t8/5
冷却速度t8/3
3、影响焊接热循环的因素
E＝36UI／V
影 T0 响 接头的尺寸与形状 因 焊件尺寸 素 焊道长度
多层多道焊
七、HAZ的组织与性能
低碳钢管道接头的HAZ及母材组织
A 不易淬火钢HAZ的组织分布
⑴ 过热区（粗晶区）
⑵ 相变重结晶区(正火区)
峰值温度：在Ac3以上到晶粒开始急剧长大的温度范围内。
A 不易淬火钢HAZ的组织分布
⑴ 过热区（粗晶区） ⑵ 相变重结晶区(正火区)
焊接冶金学(基本原理)
绪论一、焊接过程的物理本质1.焊接：被焊工件的材质(同种或异种)，通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子问的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。
物理本质：1）宏观：焊接接头破坏需要外加能量和焊接的的不可拆卸性（永久性）2）微观：焊接是在焊件之间实现原子间结合。
2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？从理论来讲，就是当两个被焊好的固体金属表面接近到相距原子平衡距离时，就可以在接触表面上进行扩散、再结晶等物理化学过程，从而形成金属键，达到焊接的目的。
然而，这只是理论上的条件，事实上即使是经过精细加工的表面，在微观上也会存在凹凸不平之处，更何况在一般金属的表面上还常常带有氮化膜、油污和水分等吸附层。
这样，就会阻碍金属表面的紧密接触。
为了克服阻碍金属表面紧密接触的各种因素，在焊接工艺上采取以下两种措施：1)对被焊接的材质施加压力目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触。
2)对被焊材料加热(局部或整体) 对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态，此时接触面的氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。
二、焊接热源的种类及其特征1）电弧热：利用气体介质放电过程所产生的热能作为焊接热源。
2）化学热：利用可燃和助燃气体或铝、镁热剂进行化学反应时所产生的热能作为热源。
3）电阻热：利用电流通过导体时产生的电阻热作为热源。
4）高频感应热：对于有磁性的金属材料可利用高频感应所产生的二次电流作为热源，在局部集中加热，实现高速焊接。
如高频焊管等。
5）摩擦热：由机械摩擦而产生的热能作为热源。
6）等离子焰：电弧放电或高频放电产生高度电离的离子流，它本身携带大量的热能和动能，利用这种能量进行焊接。
7）电子束：利用高压高速运动的电子在真空中猛烈轰击金属局部表面，使这种动能转化为热能作为热源。
8）激光束：通过受激辐射而使放射增强的光即激光，经过聚焦产生能量高度集中的激光束作为热源。
焊接冶金原理知识点总结
焊接冶金原理知识点总结一、焊接的概念和分类1. 焊接的概念焊接是利用热或压力，或两者的联合作用，在接头表面形成一层永久性连接的材料，使毗邻金属连接，在一定程度上具有熔融结合或压力结合作用，从而使接头处的材料成为一个整体的金属连接工艺。
2. 焊接的分类（1）按焊接方式分类：手工焊、气体保护焊、电弧焊、搅拌摩擦焊、激光焊等；（2）按焊接材料分类：金属焊接、非金属焊接、金属与非金属焊接等；（3）按焊接方法分类：熔化焊接和压力焊接；（4）按焊接环境分类：气氛焊、真空焊等。
二、熔化焊接的冶金原理1. 熔化焊接的工艺熔化焊接是利用焊条、焊丝或焊粉，在熔化的金属表面形成永久连接的工艺。
通常分为气焊、电弧焊、氩弧焊和激光焊等。
2. 熔化焊接的冶金原理（1）熔化焊接中金属熔池的形成：熔化焊接时，焊接热能使金属焊件熔化，产生熔池；（2）熔化焊接中金属熔池的流动：在熔池形成后，金属熔池受到表面张力的影响，会形成流动；（3）熔化焊接中金属熔池的凝固：熔化焊接过程中，金属熔池冷却，从而形成焊缝。
三、压力焊接的冶金原理1. 压力焊接的工艺压力焊接是在金属材料表面施加压力，使得其表面产生剪切位移，从而实现永久连接的工艺。
2. 压力焊接的冶金原理（1）压力焊接中金属材料的塑性变形：在压力作用下，金属材料表面发生塑性变形；（2）压力焊接中金属材料的分子力作用：在压力作用下，金属材料表面分子间产生相互吸引，并使得金属材料形成永久连接；（3）压力焊接中金属材料的冷却：压力焊接过程中，金属材料冷却，并形成焊缝。
四、焊接质量控制1. 焊接质量的检测方法（1）焊缝外观检查：检查焊缝表面是否有裂纹、气孔、夹渣等缺陷；（2）X射线检测：用X射线透射技术检查焊接接头内部是否有气孔、夹渣、非金属夹杂等；（3）超声波探伤：利用超声波穿透焊缝进行波阵面扫描，检测焊缝内部是否有夹杂、裂纹等；（4）磁粉探伤：在焊缝表面施加可磁化的粉末，然后利用磁粉检测设备检测焊缝是否有裂纹等。
焊接冶金原理02焊接热过程课件2
2.2.4焊接温度场的有限单元法 1、温度场有限单元法理论基础（略）
➢ 有限差分法无论是在空间还是时间上均采用插商的方法迭代求取 不同时间与不同位置的节点温度值；而有限单元法是通过整体的 观点利用变分原理求取空间上某一时刻的所有节点温度值，而温 度场随时间的变化采用差分法迭代求解。
➢ 有限差分法不含有网格内部的温度信息，仅求取节点温度；而有 限元法通过插值函数能够比较精确地反应单元内部任意一点的温 度信息；
3、高温停留时间
➢高温持续时间可以是相变温度停留时间； ➢分为加热过程的停留时间t’和冷却过程的停留时间t’’。
4、冷却速度
➢ 冷却速度是决定热影响区组织性能最重要的参数之一； ➢ 常采用某一温度范围内的冷却时间来讨论热影响区组织性能的变
化，如采用800~500℃的冷却时间t8/5，800~300℃的冷却时间t8/3 和从缝值温度Tm冷却至100℃的冷却时间t100等
焊缝边界t8/5与线能量E之间的关系
峰值温度TP与线能量E及T0的关系
3、预热温度的影响
2.4 焊接热循环
焊缝边界附近热循环曲线特性与E及T0的关系
4、接头尺寸形状的影响
2.4 焊接热循环
接头尺寸形状对t8/5的影响
5、焊道长度的影响
2.4 焊接热循环
焊道长度对瞬时冷却速度ωc的影响 （E=19kJ/cm）
1、浮力
熔池内部浮力对流原理示意图
采用计算的方法可以对铝合 金定点熔池的浮力对流进行 大概估计： ➢ 液体金属沿着熔池轴线向
上流动，沿着熔池边界向 下流动； ➢ 最大速度是沿着熔池轴向 的，大约2cm/s； ➢ 由于加热熔化时金属膨胀， 熔池表面比工件表面略高。
2.3焊接对流传热
技能培训专题 焊接冶金原理课件 热影响区的组织与性能(一)
技能培训专题焊接冶金原理课件热影响区的组织与性能(一)技能培训专题：焊接冶金原理课件——热影响区的组织与性能随着现代工业的发展，焊接技术在许多领域得到广泛应用。
而焊接中热影响区的组织及性能对焊接接头的质量和使用寿命有着至关重要的影响。
因此，本次技能培训的主题为焊接冶金原理课件，特别聚焦于热影响区的组织与性能。
一、焊接冶金原理简介焊接冶金原理是焊接技术的核心，是从材料科学、冶金学、物理学、化学等学科中综合而来的。
它在焊接工艺的研究中起着关键作用。
焊接冶金原理主要研究焊接材料、焊接热循环、热影响区和焊接接头的物理、化学以及力学性质等方面。
二、热影响区的形成及影响焊接过程中，高温作用下使金属发生相变和组织改变，周围的金属区域也随之产生影响，形成称为热影响区的区域。
热影响区是焊接接头中最脆弱和容易出现裂纹的区域，影响着焊接件的使用寿命和安全性。
三、热影响区的组织特点热影响区组织受到焊接热循环和冷却过程的影响，主要有以下特点：1. 晶粒长大：热影响区中，晶粒会逐渐长大，使材料的塑性和韧性下降。
2. 相变：金属的相变会引起应力和变形，从而在热影响区内产生断裂和多种裂纹。
3. 化学成分会发生变化：高热会引起某些元素的升华和挥发，从而影响化学成分，甚至会引起氢致脆性等问题。
四、热影响区的性能热影响区的性能会直接影响金属结构及其力学性能，包括塑性、韧性、硬度、抗拉强度等方面的变化。
其中，塑性和韧性是焊接接头最重要的性能指标，而热影响区的强度由于其本身的微观结构变化而降低。
五、热影响区的控制为了减少或消除焊接所引起的负面影响，控制热影响区的形态和组织性能是至关重要的。
主要采取以下措施：1. 选择合适的焊接参数，控制焊接能量的大小和分布。
2. 采用合适的焊接方法，如预热和后热处理等工艺。
3. 选择合适的焊材，包括焊丝、药皮等配件和辅助材料。
4. 对微观组织进行精细化设计，并推动现代冶金技术的广泛应用。
总之，深入了解焊接冶金原理及热影响区的组织与性能，对提高焊接工艺技能和控制焊接接头质量都有着重要意义。
冶金原理课后答案
冶金原理课后答案冶金原理是冶金工程专业的重要课程，它是学生们打好冶金基础知识的关键。
在学习过程中，课后习题是检验学生对知识掌握程度的重要方式。
下面是冶金原理课后习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。
1. 什么是冶金原理？冶金原理是指通过对金属物理、化学性质和金属材料的制备、加工等方面的研究，来揭示金属材料的内在规律和特性的科学原理。
冶金原理是冶金工程专业的基础课程，它的学习对于后续的专业课程学习具有重要的指导作用。
2. 冶金原理的研究对象有哪些？冶金原理的研究对象主要包括金属的结构、性能、制备工艺、加工工艺等方面。
通过对金属的晶体结构、相变规律、热处理工艺等进行研究，可以揭示金属材料的内在规律和特性，为金属材料的应用提供理论基础。
3. 冶金原理课程的学习意义是什么？冶金原理课程的学习可以帮助学生建立对金属材料的基本认识，理解金属材料的物理、化学性质和加工工艺，为后续的专业课程学习奠定良好的基础。
同时，通过学习冶金原理，可以培养学生的分析和解决问题的能力，提高他们的科学素养和创新能力。
4. 冶金原理课后习题答案。
（1）问，什么是金属的晶体结构？它对金属材料的性能有什么影响？答，金属的晶体结构是指金属原子在空间中的排列方式，主要有面心立方、体心立方和密堆积等结构。
晶体结构对金属材料的性能有重要影响，它决定了金属的硬度、塑性、导电性、热导性等性能。
（2）问，金属的相变规律是什么？举例说明。
答，金属的相变规律是指金属在不同温度下发生晶体结构或组织形态的变化规律。
例如，铁在950°C以下为α铁，950°C以上为γ铁，这是铁的相变规律之一。
（3）问，金属材料的热处理工艺有哪些？它们的作用是什么？答，金属材料的热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火等。
它们的作用是通过控制金属材料的加热、保温和冷却过程，改变金属的组织结构和性能，以达到提高金属材料的硬度、强度和韧性的目的。
5. 总结。
通过对冶金原理课后习题的答案解析，我们可以更好地理解冶金原理课程的重要性和学习意义，掌握金属材料的基本知识和相关原理。
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作业讲评（二）1、焊接接头的形成要经历加热、熔化、冶金反应、熔池凝固、固态相变五个阶段。
2、结晶的驱动力与过冷度成正比，过冷度越大，结晶的驱动力就越大。
3、液态薄膜是结晶裂纹形成的内因，拉伸应力是裂纹形成的必要条件。
4、手工电弧焊时有三个反应区：药皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区。
5、焊接溶池凝固与一般铸锭凝固相比，具有以下特点：（1）体积小；（2）过热度高；（3）熔化和凝固同时进行。
6、测得熔渣的化学成分为：SiO2 25.1%, TiO2 30.2%, CaO 8.8%, MgO 5.2%, MnO 13.7%, FeO 9.5%, Al2O3 3.5%，计算得B2为-1.16，则该熔渣为酸性渣。
7、同种钢材焊接时，焊条选用要求焊缝金属与母材强度相等，熔敷金属的抗拉强度应等于或稍高于母材，合金成分与母材相同或接近。
8、改善焊缝金属性能的途径有很多，主要是焊缝就是固溶强化、变质处理（向焊缝中添加合金元素）、调整焊接工艺。
9、焊缝中气孔的形成过程是由形核、长大和上浮三个相互联系而又彼此不同的阶段构成。
10、硫在熔池凝固时容易发生偏析，以低熔点共晶的形式呈片状或链状分布于晶界。
因此增加了焊接金属产生结晶裂纹的倾向，同时还会降低冲击韧性和抗腐蚀性。
控制硫的主要措施：(1)限制焊接材料中的含硫量；(2)用冶金方法脱硫。
1．焊接区内气体的主要来源是什么？它们是怎样产生的？答：（1）焊接材料：焊条药皮、焊剂及焊丝药芯中造气剂。
直接输送进入焊接区。
（2）热源周围的气体介质：不可避免，侵入焊接区（真空除外）（3）焊丝和母材表面上铁锈、油污、氧化铁皮以及吸附水等（直接输送）（4）焊接过程中所进行物化反应产生气体。
2.试述熔池在结晶过程中，晶粒成长方向与晶粒主轴成长的平均线速度和焊接速度的关系。
答：熔池结晶过程中，晶粒成长方向与最快散热方向一致，垂直于结晶等温面；因结晶等温面是曲面，晶粒成长方向的主轴必然弯曲，并指向焊缝中心。
晶粒成长的平均线速度R和焊接速度V的关系为：R=Vcosθ，θ为R和V的夹角。
3.低合金钢焊缝组织CCT曲线如图，写出在No.2、No.7和No.9室温下的焊缝组织和硬度值。
答：No.2的焊缝组织为：AF+B+M，硬度值为HV278；No.7的焊缝组织为：PF+FSP+P，硬度值为HV140；No.9的焊缝组织为：PF+FSP+P，硬度值为HV123。
4.如何防止焊缝中夹杂物的产生？答：①防止焊缝中产生夹杂物最重要的措施就是正确选用焊条和焊剂，使其更好地脱氧、脱硫等。
②采用适当的焊接工艺操作，如选用适宜焊接工艺参数，以利于熔渣的浮出；③多层焊时，应注意清除前层焊缝的熔渣；④适当摆动焊条，注意保护熔池以免空气侵入。
5.焊接热循环不同于热处理过程的特点是什么？答：焊接热循环和热处理都是金属材料先升温再降温的过程，但两者不同之处在于焊接热循环具有以下特点：①加热温度高，一般超过Ac以上100～200℃；②加热速度快：3以上保热源强烈集中，加热速度比热处理快几十至几百倍。
③高温停留时间短，在Ac3温的时间很短（一般手工焊约为4～20s，埋弧焊时30～100s），而热处理的可以根据需要任意控制保温时间。
④焊后一般在自然条件下连续冷却，个别情况下才进行焊后保温或焊后热处理。
而热处理可以根据需要控制冷却速度，或是在冷却过程中的不同阶段进行保温。
⑤局部加热：焊接组织转变是在应力作用下进行的，并且转变的过程是不均匀的。
6、液化裂纹和多边化裂纹在本质上的有何区别？答：液化裂纹是被焊金属中低熔点共晶被重新熔化，在拉伸应力的作用下沿奥氏体晶界发生开裂引起的。
液化裂纹主要发生在含S、P、C较多的镍铬高强钢、奥氏体钢以及某些镍基合金的热影响区或多层焊层间部位。
而多边化裂纹则是在高温和应力作用下，晶格缺陷发生移动和聚集，形成二次边界，即所谓“多边化边界”。
因边界上堆积了大量的晶格缺陷，故在高温下处于低塑性状态，只要有轻微的拉伸应力，就会沿多边化的边界开裂，产生所谓“多边化裂纹”。
多边化裂纹多发生在纯金属或单相奥氏体合金的焊缝中或热影响区。
这种裂纹是由于晶格缺陷移动聚集，而与低熔点共晶无关，这是它与液化裂纹本质的不同。
7.认读 6Mn钢焊接热循环峰值温度为1300℃时的CCT曲线图。
（对比图3-55）8、简述CO气孔的形成原因、特征及如何防止。
答：①CO气孔主要是在焊接碳钢时，由于冶金反应产生了大量的CO，CO不溶于金属；②在结晶过程中，熔池金属的粘度不断增大，CO不易逸出，很容易被围困在晶粒之间，特别是在树枝状晶体凹陷最低处产生的CO 更不易逸出。
③CO产生这种反应是吸热过程，会促使凝固加快，因而由CO 形成的气泡来不及逸出时便产生了气孔。
④由于CO形成的气泡是在结晶过程中产生的，因此，气孔沿结晶方向分布，有些像条虫状卧在焊缝内部。
防止措施：一般可以采用气体保护、纯化焊接材料、降低熔渣氧化性和控制焊接工艺参数，加快冷却速度。
9、综合分析碱性焊条药皮中CaF2的作用及对焊缝的性能的影响。
答：（1）造渣。
在碱性渣中加入CaF2能促进CaO熔化，降低非均匀相碱性渣和酸性渣的粘度。
因为CaF2在渣中产生F-，而F-能破坏Si-O键，减小其尺寸。
（2）脱硫。
CaF2能降低熔渣的液面张力和粘度，有利于S2-的扩散，同时易形成挥发的SF6因而有利于脱S；（3）脱磷。
在碱性熔渣中加入CaF2有利于脱P，这是因为CaF2在渣中形成的Ca2+，与渣中P2O5反应生成(CaO)3•P2O5进入熔渣，有利于脱P。
（4）脱氢。
渣中CaF2与可以与熔渣中的OH离子反应，生成HF气体，使H2O在渣中的溶解度下降，以降低H气孔生成的倾向。
对焊缝性能的影响：提高韧性和塑性，消除氢气孔，并抑制冷裂纹的产生，提高焊缝金属的机械性能。
10、试述焊接冷裂纹的特征以及其影响因素。
答：冷裂纹是焊接生产中较为普遍的一种裂纹，它是在焊后冷却过程中，在Ms点附近或更低的温度区间逐渐产生的，也有的要推迟很久才产生。
冷裂纹的起源多发生在具有缺口效应的焊接热影响区，发生位置一般均在HAZ中的熔合区或物理化学性能不均匀的氢聚集的局部地带。
冷裂纹的断裂，有时沿晶断裂，有时穿晶断裂，而且常常可见到沿晶和穿晶的混合断裂，且断口是具有金属光泽的脆性断口。
根据被焊钢种和结构的不同，冷裂纹可分为以下三类：氢致裂纹（延迟裂纹）、淬硬脆化裂纹和低塑性脆化裂纹。
产生冷裂纹主要影响因素：①钢种的淬硬倾向、②熔敷金属中的扩散氢含量、③焊接接头的应力状态。
当焊缝和热影响区中有对氢敏感的高碳马氏体组织形成，又有一定数量的扩散氢时，在焊接拘束应力的作用下，就可能产生氢致裂纹。
11、分析结晶裂纹成因及其防止措施。
答：结晶裂纹是焊缝结晶过程中，由于先结晶的金属较纯，后结晶的金属杂质较多且富集在晶界。
一般来讲，这些杂质所形成的共晶都具有较低的熔点，例如，当碳钢或低合金钢的焊缝含硫量偏高时，能形成 FeS，FeS与Fe能形成低熔点共晶，熔点只有988℃。
这些低熔点共晶在焊缝凝固过程中被排挤在晶界形成一种所谓“液态薄膜”。
此时，焊缝凝固过程中由于收缩使焊缝受到了拉伸应力，焊缝中的液态薄膜就成了薄弱地带。
根据金属断裂理论，在高温阶段当金属晶间延性或塑性变形能力δmin不足以承受当时发生的应变ε时，即发生高温沿晶断裂。
影响热裂纹的因素从本质上可分冶金因素和力学因素两方面，因此，其防止措施可以分为以下两个方面：（1）冶金措施，金属的化学成分对结晶裂纹的产生具有决定性的影响。
用冶金方法提高抗热裂性能就是通过调整焊缝的化学成分来控制液态薄膜或改善焊缝金属的组织状态，以便提高金属在脆性温度区的塑性。
A 限制焊缝中有害杂质含量。
焊接低碳钢、低合金及不锈钢时，碳、硫、磷是最有害的元素，它们使结晶温度区间大大增加，而增大T B，且在钢中都具有易偏析的特性，故结晶裂纹倾向显著增大。
因此，低碳钢和低合金钢中的硫、磷含量一般限制在0.03～0.04％以下，焊丝含碳量一般不得超过0.12%。
高合金钢中的硫、磷含量必须限制在0.03%以下，焊丝中的含碳量限制更严格，有时甚至采用超低碳焊丝（C＜0.03％）。
除了严格限制母材中硫、磷含量外，重要的焊接结构应采用脱硫、磷能力强的碱性焊条或焊剂，以减少结晶裂纹的倾向。
B 改善焊缝结晶形态焊缝在结晶后，晶粒大小、形态和方向，以及析出的初生相等对抗裂性都有很大的影响。
晶粒越粗大，柱状晶的方向越明显，则产生热裂纹的倾向就越大。
为此，常在焊缝及母材中加入一些细化晶粒元素，如Mo、V、Ti、Nb、Zr、Al、RE等，一方面使晶粒细化，增加晶界面积，减少了杂质的集中程度，另一方面又打乱了柱状晶的结晶方向，破坏了液态薄膜的连续性，从而提高抗裂性能。
同时，调整焊缝的一次组织及改变相的组成也能提高抗热裂性能。
例如焊接单相铬镍奥氏体钢时，加入少量铁素体化元素，形成γ＋δ双相组织（δ相数量一般控制在5％左右），能够打乱枝晶方向，隔断液态薄膜，增强晶界的联系，防止结晶裂纹的产生。
(2) 工艺措施方面：焊接时影响热裂纹倾向的因素很多，如焊接工艺及规范、接头型式、焊接顺序、温度等。
A 焊接工艺及规范焊接时控制线能量可改善热循环及降低冷却速度，从而减小焊接应力。
具体措施是焊前预热或采用大的焊接线能量。
B 接头型式接头型式影响散热条件和结晶特点。
堆焊和熔深较浅的对接接头因焊缝形状系数较大，低熔共晶物的分布与焊接收缩方向一致，热裂倾向很小。
熔深较大的对接接头和各种角焊缝由于焊缝形状系数的调节受限且散热不均匀，热裂倾向较大。
C 采用合理的焊接顺序对于同样的焊接材料和焊接规范，若焊接次序不同，热裂倾向也不同。
合理的焊接次序应尽量保证多数焊缝不在拘束条件下焊接，以最大限度地减少焊接应力。
12、试述熔池的结晶形态，并分析结晶速度、温度梯度和浓度对结晶形态的影响。
答：从宏观看，焊缝的晶体形态主要是柱状晶和少量等轴晶。
如果在显微镜下看，还可以发现，每个柱状晶内还有不同的结晶形态，如平面晶、胞晶、树枝晶等，而等轴晶内一般都是树枝晶。
这些柱状晶或等轴晶内部的微观形状称为亚晶。
结晶形态主要决定于合金中溶质的浓度C0，结晶速度R和液相中的温度梯度G。
它们对结晶形态的影响。
具体见图。
由图可知，对熔池结晶而言，在熔合区，结晶速度R小，温度梯度G大，故G/R大，且先结晶的金属纯度高，溶质浓度低，故熔合区的结晶形态主要是平面晶。
随着结晶过程向焊缝中心推移，结晶速度R逐渐增加，温度梯度G逐渐减小，溶质浓度逐渐升高，结晶形态由胞状晶、胞状树枝晶向树枝晶转变，最后在焊缝中心，随着R增大，G减小，进入等轴晶区。
13、试述低合金钢焊缝固态相变的特点，根据组织特征如何获得有益组织和避免有害组织?答：焊缝是处于非平衡状态下的凝固与相变，是铸态组织，焊缝气体含量和氧含量均比母材高。