焊缝结晶
焊接的六大缺陷及其产生原因、危害、预防措施
焊接的六大缺陷及其产生原因、危害、预防措施一、外观缺陷外观缺陷(表面缺陷)是指不用借助于仪器，从工件表面可以发现的缺陷。
常见的外观缺陷有咬边、焊瘤、凹陷及焊接变形等，有时还有表面气孔和表面裂纹。
单面焊的根部未焊透等。
A、咬边是指沿着焊趾，在母材部份形成的凹陷或者沟槽，它是由于电弧将焊缝边缘的母材熔化后没有得到熔敷金属的充分补充所留下的缺口。
产生咬边的主要原因：是电弧热量太高，即电流太大，运条速度太小所造成的。
焊条与工件间角度不正确，摆动不合理，电弧过长，焊接次序不合理等都会造成咬边。
直流焊时电弧的磁偏吹也是产生咬边的一个原因。
某些焊接位置( 立、横、仰 )会加剧咬边。
咬边减小了母材的有效截面积，降低构造的承载能力，同时还会造成应力集中，发展为裂纹源。
咬边的预防：矫正操作姿式，选用合理的规范，采用良好的运条方式都会有利于消除咬边。
焊角焊缝时，用交流焊代替直流焊也能有效地防止咬边。
B、焊瘤焊缝中的液态金属流到加热缺陷未熔化的母材上或者从焊缝根部溢出，冷却后形成的未与母材熔合的金属瘤即为焊瘤。
焊接规范过强、焊条熔化过快、焊条质量欠佳(如偏芯)，焊接电源特性不稳定及操作姿式不当等都容易带来焊瘤。
在横、立、仰位置更易形成焊瘤。
焊瘤常伴有未熔合、夹渣缺陷，易导致裂纹。
同时，焊瘤改变了焊缝的实际尺寸，会带来应力集中。
管子内部的焊瘤减小了它的内径，可能造成流动物阻塞。
防止焊瘤的措施：使焊缝处于平焊位置，正确选用规范，选用无偏芯焊条，合理操作。
C、凹坑凹坑指焊缝表面或者反面局部的低于母材的部份。
凹坑多是由于收弧时焊条(焊丝)未作短期停留造成的(此时的凹坑称为弧坑)，仰立、横焊时，常在焊缝反面根部产生内凹。
凹坑减小了焊缝的有效截面积，弧坑常带有弧坑裂纹和弧坑缩孔。
防止凹坑的措施：选用有电流衰减系统的焊机，尽量选用平焊位置，选用合适的焊接规范，收弧时让焊条在熔池内短期停留或者环形摆动，填满弧坑。
D、未焊满未焊满是指焊缝表面上连续的或者断续的沟槽。
焊缝晶粒评定标准-概述说明以及解释
焊缝晶粒评定标准-概述说明以及解释1.引言1.1 概述焊缝晶粒是焊接工艺中一个非常重要的指标，它直接影响着焊接接头的质量和性能。
焊缝晶粒的大小、形状和分布情况对焊接接头的力学性能、耐蚀性能以及耐热性能等都有着重要影响。
因此，对焊缝晶粒进行评定是非常必要的。
本文旨在探讨焊缝晶粒评定标准的制定和应用，通过系统性的研究，为焊接工艺提供更加科学和规范的指导，同时提高焊接接头的质量和可靠性。
1.2 文章结构：本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，将首先概述焊缝晶粒评定标准的重要性，然后介绍文章的结构和目的。
接下来在正文部分，将详细探讨焊缝晶粒的重要性、焊缝晶粒评定标准的制定以及其应用。
最后在结论部分，将对整篇文章进行总结，展望未来可能的研究方向，最后给出结论。
通过以上结构，全面系统地介绍焊缝晶粒评定标准的相关内容，希望能为相关领域的研究和实践提供参考和借鉴。
1.3 目的本文的主要目的是探讨焊缝晶粒评定标准的重要性以及其在焊接工艺中的应用。
通过对焊缝晶粒的评定标准进行深入研究和分析，可以帮助焊接人员更准确地评估焊缝的质量和性能，提高焊接工艺的可靠性和稳定性。
同时，通过明确焊缝晶粒评定标准的制定和应用，可以为焊接行业提供统一的标准和规范，促进焊接技术的进步和发展。
因此，本文旨在深入探讨焊缝晶粒评定标准的意义和作用，为相关领域的研究和应用提供参考和借鉴。
2.正文2.1 焊缝晶粒的重要性焊缝晶粒是焊接过程中形成的晶粒结构，对于焊接接头的性能和质量起着至关重要的作用。
焊接过程中，焊缝晶粒的大小、形状和分布对接头的强度、塑性、韧性和耐腐蚀性等性能有着直接影响。
首先，焊缝晶粒的大小会影响焊接接头的强度。
晶粒越细小，焊接接头的强度就越高，因为细小的晶粒界面面积更大，可以承受更大的应力。
相反，晶粒越粗大，焊接接头的强度就会降低。
其次，焊缝晶粒的形状也会影响焊接接头的塑性和韧性。
正常情况下，细小且均匀分布的晶粒可以提高焊接接头的塑性和韧性，使其具有更好的抗拉伸、抗弯曲和抗冲击能力。
焊缝结晶过程
小结
根据热影响区的大小，可以间接判断焊接 质量。一般来说，热影响区窄的钢，焊接 接头中的内应力越大，越容易出现裂纹。 热影响区越宽，接头力学性能越不利，变 形也大。
因此，工艺上应保证不产生裂纹的前提下， 尽可能减小热影响区的宽度。
课题二 ：2—2
高级焊工工艺
焊缝结晶过程
焊缝金属从高温的液态冷却到常 温固态，经历过两次结晶过程。
第一次：
是从液相转变为固相的结晶过程；
第二次：
是在固相中出现同素异构转变的过程。
1· 一次结晶 由液态转变为固态的凝固 过程，也是晶体形成的过程。 它遵循金属结晶的一般规律。
即：生核和长大两个阶段。
焊接热影响区的组织和性能
（以低碳钢，Q235,Q345,16Mn为例）
熔合区： 熔合区是指在焊接接头中焊缝向热影响区 过渡的区域。
熔合 区附近又称半熔化区，是固相线和液 相线之间的区域。在此区域，金属组织 是处于过热状态的组织，其塑性差。是 产生焊接裂纹或局部脆性破坏的发源地。
《2》过热区
过热区所处的温度范围是在固相线以下 到1100℃左右的区间内。其特点是：奥 氏体晶粒严重长大，冷却以后呈现晶粒 粗大的过热组织。气焊或埋弧焊时易造 成魏氏体组织。
最先结晶中心轴的金属最纯， 后结晶的部分金属含有合金元素和杂质较高， 最后结晶的部分晶粒外缘和前端含合金与杂
质最高。
在一个柱状晶粒内部合金元素分布不均的现象 叫晶内偏析。
影响显微偏析的因素是化学成分分布不均， 而这个不均匀又与金属结晶的时间，结晶的 温度，结晶的区域不同有关。
其结果是：
1、结晶区间越大，越易产生偏析 2、对低碳钢影响较小 3、而高碳钢，合金钢结晶区间大，产生的偏析就严重。
焊接裂纹的分析与处理
焊接裂纹的分析与处理我们在厂修车体、车架、转向架构架时经常会遇到焊缝或母材的裂纹。
我们已经讲过裂纹的判断，判断出裂纹以后就需要对裂纹进行处理。
如果我们在处理之前对裂纹没有一个准确的分析，就不可能制定出最佳的处理方案。
因此必须要对裂纹进行认真的分折。
根据焊接生产中采用的钢材和结构类型不同，可能遇到各种裂纹，裂纹多产生在焊缝上，如焊缝上的纵向裂，焊缝上的横向裂。
也可以产生在焊缝两侧的热影响区，焊缝热影响区的纵向裂，焊接影响的横向裂纹，焊接热影响区的焊缝贯穿裂纹，有时产生在金属表面，有时产生在金属内部，如焊缝根部裂、焊趾裂，有的裂纹用肉眼可以看到，有的则必须借助显微镜才能发现，有的裂纹焊后立即出现，有的则是放置或运行一段时间之后才出现。
1.焊缝裂纹的分类根据裂纹的本质和特征，可分为五种类型：即热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层状撕裂及应力腐蚀裂纹。
1.1热裂纹热裂纹是在高温情况下产生的，而且是沿奥氏体晶界开裂，就目前的理解，把裂纹又分为结晶裂纹、液化裂纹、多边化裂纹三类。
（1）结晶裂纹—结晶裂纹的形成期，是在焊缝结晶过程中且温度处在固相线附近的高温阶段，即处于焊缝金属的凝固末期固液共存阶段，由于凝固金属收缩时残存液相不足，致使沿晶开裂，故称结晶裂纹，由于这种裂纹是在焊缝金属凝固过程中产生的，所以也称为凝固裂纹。
结晶裂纹的特征：存在的部位主要在焊缝上，也有少量的在热影响区，最常见的是沿焊缝中心长度方向上开裂，即纵向裂，断口有较明显的氧化色，表面无光泽，也是结晶裂纹在高温下形成的一个特征。
（2）液化裂纹—焊接过程中，在焊接热循环峰值温度作用下，在多层焊缝的层间金属以及母材近缝区金属中，由于晶间层金属被重新熔化，在一定的收缩应力的作用下，沿奥氏体晶界产生的开裂，称为“液化裂纹”也称“热撕裂”。
液化裂的特征：①易产生在母材近缝区中紧靠熔合线的地方（部分溶化区），或多层焊缝的层间金属中。
②裂纹的走向，在母材近缝区中，裂纹沿过热奥氏体晶间发展；在多层焊缝金属中，裂纹沿原始柱状晶界发展，裂纹的扩展方向，视应力的最大方向而定，可以是横向或纵向；并在多层焊焊缝金属中，液化裂纹可以贯穿层间；在近缝区中的液化裂纹可以穿越熔合线进入焊缝金属中。
焊缝金属的结晶
焊缝金属的结晶所有金属和合金在固态时一般都是晶体。
固态物质按其原子(或分子)的聚集状态可分为晶体和非晶体两大类。
在晶体中，其原子(或分子)按一定几何规律作有规则的排列，而非晶体不具备这一特点。
通常把液态金属或合金冷却至熔点以下时转变为固态晶体的凝固过程称为结晶。
一般的金属和合金都是多晶体，金属表面经过磨光、抛光，并用硝酸酒精溶液腐蚀，然后在金相显微镜下观察，就可以发现它是由许多外形不规则的小晶体构成的，这些小晶体称为晶粒。
晶粒的大小、形状、分布直接影响着金属和合金的机械性能和其它的性能。
气焊时，在高温火焰的作用下母材局部熔化，并与熔化的焊丝金属混合而形成熔池，随着热源的推移，温度的降低，熔池金属开始凝固而形成焊缝。
由焊接熔池形成焊缝的结晶过程可以具体分为焊接熔池的一次结晶过程和焊缝金属的二次结晶过程。
一、焊接熔池的一次结晶过程焊接熔池从液态向固态的转变过程，称为焊接熔池的一次结晶。
焊接熔池的结晶是由晶核的形成和晶核的长大两个基本过程组成的。
由于整个熔池温度分布是不均匀的，在熔池前端的中心处温度最高，而在熔池的边缘处因散热条件好，温度最低，并有母材局部熔化的晶粒，构成了熔池的液体金属结晶的晶核，所以焊接熔池的一次结晶是从熔池边界处的熔合线处开始的。
母材与熔池金属之间发生的这种“晶内交互结晶”的过程称为联生结晶，是熔化焊缝金属凝固的重要特征。
晶粒长大通常情况下是沿着与散热方向相反的方向以柱状形态向焊接熔池中心生长的，即由熔池边缘指向熔池中心温度最高处，直至这种柱状晶粒长大、相互接触，液体金属全部凝固时，结晶过程才结束。
但在气焊时，因加热时间长，热影响区宽，冷却速度慢，散热方向不明显，则往往会形成等轴晶粒。
二、焊缝的偏析与夹杂在焊接熔池的一次结晶过程中，由于冷却速度很快，焊缝金属中的合金元素来不及扩散一致，因此焊缝中化学成分的分布是不均匀的，这种现象称为偏析。
此外，一些金属夹杂物，来不及浮出而残存在焊缝的内部，称为夹杂。
焊缝表面硅结晶的原因
焊缝表面硅结晶的原因
焊缝表面硅结晶的原因可以有多种。
下面是一些常见的原因：
1. 焊接过程中的脱碳：在高温焊接过程中，钢材中的碳元素会溶解在铁中形成较高浓度的碳，当焊缝冷却时，溶解在铁中的碳元素会形成高浓度的共晶化合物——铁碳化合物，因为这些碳化合物有较高的熔点，所以会沉淀在焊缝表面，形成硬而脆的硅晶。
2. 钢材的化学成分不合适：焊接过程中，如果使用的钢材中含有较高的硅元素，那么焊接过程中的液态相中的一部分硅元素就会沉淀在焊缝表面，形成硬而脆的硅晶。
3. 焊接过程中的快速冷却：焊接过程中，焊接区域受到高温热源的加热，但是在焊接瞬间形成的液态相很快冷却，使得硅等元素在短时间内无法完全溶解在焊接金属中，从而形成硬而脆的硅晶。
4. 锻炼和冷却过程中的应力引起的相变：焊接完成后，焊接金属中的残余应力可能会引起晶体结构的相变，进而导致硅等元素的排列方式发生变化，形成硬而脆的硅晶。
总的来说，焊缝表面硅结晶的原因主要是焊接过程中液态相在快速冷却过程中，硅等元素的沉淀和晶体结构的相变引起的。
这些硅晶的存在可能会降低焊缝的韧性和可靠性，需要采取一些措施来减少其产生。
焊缝金属的结晶
② p0≈ pa + pc = 1+2σ/r pa——大气压 pc——表面张力所构成的附加压力 σ——金属与气体之间的表面张力 r——气泡半径 所以气泡半径越大，越易长大
4.上浮
①气泡成长到一定大小脱离现成表面的能力主要决定于液 态金属、气相和现成表面之间的表面张力（如图）， 即： 1. g 1.2 cos
⑥综合（如图3-28）
当结晶速度R和温度梯度G不变时，随合金中溶质浓度 的提高，则成分过冷增加，从而使结晶形态由平面晶变 为胞状晶、胞状树枝晶、树枝状晶、最后到等轴晶 当合金中溶质的浓度C0一定时，结晶速度R越快，成分 过冷的程度越大，结晶形态也可由平面品过渡到胞状 晶、树枝状晶，最后到等 轴晶 当合金中溶质浓度C0和结晶速度R一定时，随液相温度 梯度的提高，成分过冷的程度减小，因而结晶形态的演 变方向恰好相反，由等轴晶、树枝品逐步演变到平面晶
1.焊后热处理
改善焊缝和HAZ的性能
2.多层焊
①单道焊缝变小，改善结晶条件 ②后一道焊缝对前一道焊缝有热处理作用
3.锤击
①细化前一层的晶粒 ②降低后层焊缝熔合线形核晶粒
③降低应力
4.跟踪回火
第四节 焊缝中的气孔和夹杂
一、气孔
（一）气孔的类型及其分布特征 1.气孔的类型及形成原因
①类型：表面气孔、内部气孔 ②形成原因 结晶时因气体溶解度突然下降来不及逸出残留在 焊缝内部的气体（H2、N2） 冶金反应产生的不溶于金属的气体（CO、H2O）
③针状F（500℃附近）：大都非自发形核，在奥实体 内形成 ④细晶F：奥氏体晶内形成，有细晶元素（Ti、B）出 现时，晶界有Fe3C出现，接近上贝氏体
焊缝结晶过程
二、焊缝结晶过程中的偏析
3.偏析的分类 1）显微偏析 2）区域偏析 3）层状偏析 熔池在一次结晶的过程中，要不断地放出结晶潜 热，当结晶潜热达到一定数值时，熔池的结晶就出现 暂时的停顿。以后随着熔池的散热，结晶又重新开始， 形成周期性的结晶，伴随着出现结晶前沿液体金属中 杂质浓度的周期变动，产生周期性的偏析称为层状偏 析。 层状偏析集中了一些有害元素，因此缺陷往往出 现在层状偏析中。由层状偏析所造成的气孔（ 如下图）。
2.基本过程 1）生核 2）长大
二、焊缝结晶过程中的偏析
1.偏析的定义
焊缝金属中化学成分分布不均匀的现 象称为偏析
二、焊缝结晶过程中的偏析
2.偏析的产生 主要产生在一次结晶时
二、焊缝结晶过程中的偏析
3.偏析的影响
1）偏析的化学成分分布不均导致性能改变
2）产生裂纹、气孔、夹杂物等焊接缺陷
二、焊缝结晶过程中的偏析
3.偏析的分类
1）显微偏析 熔池一次结晶时，最先结晶的结晶中心金属最 纯，后结晶部分含其它合金元素和杂质略高，最后 结晶部分，即结晶的外端和前缘所含其它合金元素 和杂质最高。在一个柱状晶粒内部和晶粒之间的化 学成分分布不均匀现象称为显微偏析。
二、焊缝结晶过程中的偏析
3.偏析的分类 1）显微偏析 2）区域偏析 熔池一次结晶时，由于柱状晶体的不断长大和 推移，会把杂质“赶”向熔池中心，使熔池中心的 杂质含量比其它部位多，这种现象称为区域偏析。 焊缝的断面形状对区域偏析的分布影响很大。 窄而深的焊缝，各柱状晶的交界在其焊缝的中心， 因此焊缝中心聚集有较多的杂质，见图1a。这种焊 缝在其中心部位极易产生热裂纹。宽而浅的焊缝， 杂质则聚集在焊缝的上部，见图1b，这种焊缝具有 较高的抗热裂能力
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①上贝氏体（B下）转变 形成温度：450-550℃ 形态：羽毛状
形成机理
②下贝氏体（B下）转变
转变温度：450℃-Ms 形态：针状铁素体和针状渗碳体机械混合，针与
针之间呈一定的角度 形成机理
③粒状贝氏体（B粒）
形成温度高于上贝氏体 形态：无碳铁素体包围着富碳物质 转变产物：F + Cm、M-A组织或残余奥氏体
即： cos 1.g 1.2 2.g
—气 泡 与 现 成 表 面 的 浸 润角 1.g — 现 成 表 面 与 气 泡 间 的 表面 张 力 1.2 — 现 成 表 面 与 熔 池 金 属 间的 表 面 张 力 2.g —熔 池 金 属 与 气 泡 间 的 表面 张 力
②当 θ＜ 90°时，有利于气泡的逸出，而 θ＞ 90°时，由于形成细颈需要时间，当结晶速度 较大的情况下，气泡来不及逸出而形成气孔 （如图3-61）
②成分过冷：先结晶温度高，后结晶温度低， 快速结晶时，易出现树枝晶
3.成分过冷对结晶形态的影响 ①平面结晶 （如图3-18）
G>T
②胞状结晶 （如图3-20）
G与T少量相交
③胞状树枝结晶（如图3-22）（Flash演示）
G与T相交较大，晶粒主轴快速伸向液内，横向排溶质， 故横向也出现分枝
④树枝状结晶 （如图3-24）（Flash演示）
5.马氏体(M)转变
①低碳马氏体（板条马氏体）
转变温度：MS温度以下
形态：在奥氏体晶粒的内部形成细条状马氏体板 条，条与条之间有一定的交角
形成机理：位错
②高碳马氏体（片状马氏体）
形态：马氏体较粗大，往往贯穿整个奥氏体晶 粒，使以后形成的马氏体片受到阻碍
形成机理：孪晶
三、改善焊缝组织的途径
1.焊后热处理
dx/dt=V（焊接速度）， 此时该晶粒生长由 AC，变化ds，则 ds/dt=Vc,当dt0时，BC垂 直于AC，则
ds dx cos
dt dt
即：Vc V cos
cosθ取决于焊接规范和材料的热物理性质及形状
③cosθ值的确定
厚大件：cos {1 A qv
薄件： cos {1 A( q
（三）影响因素及防治措施
1.冶金方面
①熔渣的氧化性
氧化性 CO气孔 还原性 H2气孔
一般焊缝中用[C]×[O]乘积表示CO气孔倾向， 在酸性焊条中，有时乘积大，但未见气孔，因为 [O]活度小；而碱性渣乘积小，[O]活度大，易出 现气孔
②药皮成分 CaF2、SiO2、氧化物及碳酸盐都可脱H
③铁锈、油污 特别铁锈对CO（Fe2O3氧化性）、H2(H2O)气孔都 比较敏感
二、夹杂
1.氧化物夹杂 （以SiO2为主的硅酸盐、MnO、TiO2、Al2O3）
焊缝中易引起热裂纹 母材中易出现层状撕裂
2.氮化物夹杂
焊缝中很少出现（时效时可能出现Fe4N析出）
3.硫化物夹杂
加强脱S、脱O，控制焊材中的S、P量 注意工艺操作
Ek
16π 3
3Fv 2
其中：σ——新相-液相界面张力
ΔFv ——单位体积内固液两相自由能之差
②非自发形核
所需能量：E k
Ek
(
2
3cos
4
3 cos 3
)
θ=0 Ek´=0 现成晶核 θ=180°Ek´=Ek 全自发形核 固-液界面张力差越小，θ越小，同时σ越小，故
Ek越小
③熔池中的现成表面 悬浮质点 熔合线上半熔化的晶粒联生结晶（交互 结晶）——结晶的主要方式
k ( 1
)2
2 y
ky
(
kz2
2
k
2k
y
z
2 )}
1
)} 2
1 2
④对Vc的讨论
TM 1 k y 2
θ=0°时，Vc=V(最大处中心线）
θ=90°时，Vc=0
即晶粒生长速度是变化的
Vθ，生长越垂直于焊缝中心，易形成脆弱的结合
线，产生纵向裂纹
VVc，所以焊易裂材料时，不能用大的焊速
四、熔池结晶的形态
改善焊缝和HAZ的性能
2.多层焊
①单道焊缝变小，改善结晶条件 ②后一道焊缝对前一道焊缝有热处理作用
3.锤击
①细化前一层的晶粒 ②降低后层焊缝熔合线形核晶粒 ③降低应力
4.跟踪回火
第四节 焊缝中的气孔和夹杂
一、气孔
（一）气孔的类型及其分布特征 1.气孔的类型及形成原因
①类型：表面气孔、内部气孔 ②形成原因
1 —液 体 金 属 的 密 度 （g/cm3 ) 2 —气 体 的 密 度 （g/cm3 )
g —重 力 加 速 度 （980cm/s2 ) r —气 泡 的 半 径 （cm）
—液 体 金 属 的 密 度 （Pa • s）
气泡的半径越大，熔池中液体金属的密度越大，粘度越 小时，则气泡的上浮速度也就越大，焊缝中就不易产生 气孔
结晶时因气体溶解度突然下降来不及逸出残留在 焊缝内部的气体（H2、N2）
冶金反应产生的不溶于金属的气体（CO、H2O）
2.氢（H）气孔
①出现在低合金焊缝中，大都为表面气孔，含 H2O多时，也会出现在内部
②形状 表面气孔：喇叭口形，内壁光滑，形如螺钉状 内部气孔：圆球状
③形成原因
在相邻树枝晶的凹陷最深处是氢气泡的胚胎场所 ，冷 却中，氢的溶解度从液态下32ml/100g下降到固态下的 10ml/100g,由于焊接熔池冷却快，H2来不及逸出时， 就会形成气孔。氢由于受到表面的吸附作用，液体的 粘度以及机械阻力的影响，在上浮与受阻的综合作用 下，形成具有喇叭形的表面气孔
2.实际上（不一定全部形态都出现，与许多因素有关） 成分
板厚和接头形式
焊接速度 vR,熔合线处G,焊缝中心处G出现大量等轴 晶 （否则出现胞状晶或树枝晶）
焊接电流 IG,胞状晶粗大树枝状晶
二、凝固组织形态对性能的影响
生成粗大的树枝状晶，韧性降低，对气孔、 夹杂、热裂都有影响
三、焊缝金属的性能的改善措施
3.长大
①长大的条件：ph（内压）>p0（外压）
② p0≈ pa + pc = 1+2σ/r pa——大气压 pc——表面张力所构成的附加压力 σ——金属与气体之间的表面张力 r——气泡半径 所以气泡半径越大，越易长大
4.上浮
①气泡成长到一定大小脱离现成表面的能力主要决定于液 态金属、气相和现成表面之间的表面张力（如图），
当成分过冷进一步增大，树枝晶显著
⑤等轴结晶 （如图3-26）
液相成分过冷区很宽，不仅在前沿生成树枝晶，内部也形 成树枝晶等轴晶
⑥综合（如图3-28）
当结晶速度R和温度梯度G不变时，随合金中溶质浓度 的提高，则成分过冷增加，从而使结晶形态由平面晶变 为胞状晶、胞状树枝晶、树枝状晶、最后到等轴晶
当合金中溶质的浓度C0一定时，结晶速度R越快，成分 过冷的程度越大，结晶形态也可由平面品过渡到胞状 晶、树枝状晶，最后到等 轴晶
③针状F（500℃附近）：大都非自发形核，在奥实体
内形成
④细晶F：奥氏体晶内形成，有细晶元素（Ti、B）出 现时，晶界有Fe3C出现，接近上贝氏体
3.珠光体（P）转变
①一般情况不出现P，只有在缓冷时，才会出现片状或粒 状的珠光体 ②原因：焊接过程是一个不平衡过程，冷却速度快，C扩 散受到抑制，很难出现F/Fe3C片状结构
1.分类
平 面 晶
形 态
柱 状 晶 晶 胞 树 枝 晶
等 轴 晶 （ 树 枝 晶 ）
2.纯金属的结晶形态
①正的温度梯度：平面晶，生长缓慢（主要） ②负的温度梯度：生长速度快，除主轴外，还
有分枝，生成树枝晶（较少）
3.固溶体的结晶形态（如图3-16）
①温度过冷:结晶潜热所致固相前部温度高，液 相温度低
冷速不同，组织不同：冷速增加，P增多，F 减少，硬度升高
二、低合金钢的固态相变
1.总的来说，以F+P为主，有时出现B及M,与焊材 及工艺有关
2.铁素体（F）转变
①粒界F（高温转变900-700℃）：为先共析F,由奥氏 体晶界析出向晶内生长，呈块状
②侧板条F（700-550℃）：由奥氏体晶界形核，以板 条状向晶内生长（由于F形成温度较高，F内含碳极 低，故又称为无碳贝氏体）
③熔合区成分分布（如图3-39)
在液相中的溶解度>在固相中的溶解度
故：固相浓度 界面
液相浓度
C0 - C´
C0 + C´
分配取决于扩散系数和分ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ系数，特别是
S、P、C、B、O、N等
熔合区还存在物理不均匀（组织、性能）
第二节 焊缝金属的一次结晶组织
一、焊接条件下的凝固结晶形态
1.理论上 熔合线处：G最大、R最小平面晶 中心处：G最小、R最大等轴晶
（二）气孔形成机理
1.气孔形成条件
①液体中有过饱和气体存在 ②非自发形核，质点较多（在枝晶间凹陷处，
未熔晶粒表面，界面等） ③结晶速度大于气泡上浮速度
2.形核
①纯金属中气泡形核的可能性极小 ②焊接熔池中，存在很多现成的表面（易聚集
N、H、C等活性元素），产生气泡就较为容易
③形核能量
E
p
(
ph
pL )V
第三章 焊缝金属的结晶
天津大学 王惜宝
熔池结晶过程研究目的： 防止气孔、夹杂、偏析、结晶裂纹 防止晶体缺陷
第一节 熔池结晶特点和形态
一、特殊性 1.体积小、冷速大 产生淬硬、粒状晶等组织 2.过热 ①金属烧损严重 ②非自发形核小 3.运动状态下结晶（如图3-2）
二、熔池结晶的一般规律
1.形核
①自发形核 所需能量：
当合金中溶质浓度C0和结晶速度R一定时，随液相温度 梯度的提高，成分过冷的程度减小，因而结晶形态的演 变方向恰好相反，由等轴晶、树枝品逐步演变到平面晶