大连理工材料加工原理焊接.ppt

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材料加工原理（焊接）,内容：

绪论熔化焊热过程及接头形成熔化焊接化学冶金熔化焊接头的组织与性能焊接接头缺欠,材料加工原理（焊接）_绪论,材料连接（Joining）的分类：

机械连接：

用螺钉、螺栓和铆钉等可拆或不可拆接头物理和化学连接：

胶接、封接（异种材料、非金属间连接）通过毛细作用、分子间力作用或者相互扩散及化学反应作用，将两个分离表面连接成不可拆接头的过程。

冶金连接（Welding）：

焊接（用于金属材料间连接）通过加热或加压（或两者并用）使两个分离表面的原子达到晶格距离，并形成金属键而获得不可拆接头的工艺过程。

冶金连接的物理本质：

宏观上形成永久性接头；微观上形成了金属键。

原子间的结合力：

如图（见下页）键结合条件：

两分离表面接近到rA距离。

连接工艺措施：

对被连接的材质施加压力：

破坏表面氧化膜对被连接的材料加热（局部或整体）：

焊接时所需的压力与温度之间存在一定关系：

纯铁,材料加工原理（焊接）_绪论,材料加工原理（焊接）_绪论,焊接技术的分类：

从冶金角度上，液相连接、固相连接、液-固相连接传统分类，熔化焊、压力焊、钎焊熔焊（熔化焊）：

利用局部热源加热被焊金属的连接处及填充金属，使其熔化，互相熔合、冷却凝固形成永久连接。

材料加工原理（焊接）_绪论,压焊（压力焊）：

在加热或不加热的情况下，对焊接区施加一定压力，使两个分离表面的金属原子接近到晶格距离，形成金属键，使两金属联为一体。

钎焊：

熔化的钎料（熔点低于钎件的熔点）对固态钎件浸润以保证液态钎料填满钎缝，液态钎料与连接件的表面由分子或原子互相扩散结合冷凝后形成联为一体的接头。

材料加工原理（焊接）_绪论,熔化焊,压力焊,钎焊,材料加工原理（焊接）_熔化焊热过程及接头形成,熔化焊过程：

加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变熔化焊的本质：

小熔池熔炼和铸造,材料加工原理（焊接）_熔化焊热过程及接头形成,熔化焊热过程及接头形成：

一、熔化焊热源的种类及特征二、熔化焊热效率三、熔化焊温度场四、焊接热循环五、熔化焊接头的形成,材料加工原理（焊接）_熔化焊热过程及接头形成,焊接热过程：

与冶金反应、凝固结晶、固态相变、焊接温度场和应力变形等均有关系。

一、熔化焊热源的种类及特征种类：

电弧热等离子弧电阻热电子束高频热源激光束摩擦热化学热特征：

见下表,材料加工原理（焊接）_熔化焊热过程及接头形成,材料加工原理（焊接）_熔化焊热过程及接头形成,二、熔化焊热效率以电弧焊为例：

电弧的热功率：

qo=0.24UhIh（cal/s）有效功率：

q=qop热效率：

p,材料加工原理（焊接）_熔化焊热过程及接头形成,三、熔化焊温度场热传递：

传导、对流、辐射温度场：

某瞬时焊件上各点温度的分布。

温度场描述：

等温线等温面温度梯度：

稳态温度场非稳态温度场准稳态温度场三维、二维、一维,材料加工原理（焊接）_熔化焊热过程及接头形成,四、焊接热循环焊接热循环：

焊件上某点的温度随时间的变化过程。

不均匀的热过程引起接头组织和性能的不均匀及复杂的应力状态。

材料加工原理（焊接）_熔化焊热过程及接头形成,1.焊接热循环的主要参数加热速度H：

最高加热温度Tm：

在相变温度以上的停留时间tH：

冷却速度C：

（冷却时间t8/5、t8/3、t100）冷却速度是决定热影响区组织和性能的主要参数。

材料加工原理（焊接）_熔化焊热过程及接头形成,2.焊接热循环的影响因素被焊材料的材质：

热物理性能接头形状尺寸：

板厚相同时，T型接头比对接接头冷速大坡口形式相同，厚板比薄板冷速大焊道长度：

焊道短，冷速大预热温度：

增加tH和t8/5；对Tm附近的停留时间影响不明显焊接线能量：

使Tm、tH和t8/5增大；而C随之降低。

材料加工原理（焊接）_熔化焊热过程及接头形成,五、熔化焊接头的形成1.焊接材料熔化与熔池形成

（1）焊接材料熔化熔化焊接材料的热能：

电弧热、电阻热关于焊条熔化的基本参数：

熔化系数gM：

单位时间内熔化的焊芯质量或长度。

与焊接电流成正比。

熔敷系数gH：

损失系数：

飞溅、氧化、蒸发gH=（1-）gM,熔化速度反映着焊接生产率,材料加工原理（焊接）_熔化焊热过程及接头形成,

（2）熔滴过渡熔滴过渡直接影响焊接过程的稳定性、飞溅大小、焊缝成形好坏和产生焊接缺陷的可能性。

金属熔滴上的作用力作用：

促进、阻碍熔滴过渡1.熔滴重力平焊时是熔滴过渡的动力，仰焊时是阻力，横焊时是侧向力。

2.表面张力熔滴在焊条端时是阻力，熔池端时是动力（尤其仰焊时作用更明显）。

材料加工原理（焊接）_熔化焊热过程及接头形成,3.气体的压力促进焊条金属中溶解的气体，由于温度升高，产生爆破，从而使熔滴碎裂促进熔滴过渡，但也易产生飞溅。

4.带电质点的撞击力（极点压力）阻碍极点压力是由于带电质点对电极表面的撞击而形成的，主要作用在斑点上。

直流正接时，阳离子撞击焊条表面，阳离子质量较大，故对电极撞击力较大，对熔滴过渡阻力较大。

直流反接时，主要是电子撞击焊条端部斑点处，因电子质量较小，撞击力较小因此对熔滴过渡的阻力较小。

材料加工原理（焊接）_熔化焊热过程及接头形成,5.气体吹力促进6.电磁力促进电磁力始终指向电弧中心使其收缩，且电磁力的大小和电流的平方成正比，电流越大则电磁力越大，熔滴尺寸越细小，越有利于熔滴过渡。

材料加工原理（焊接）_熔化焊热过程及接头形成,熔滴的过渡形式1.短路过渡短弧焊时，2.颗粒状过渡长弧焊时，细丝、大电流可使熔滴变细。

3.射流过渡大电流焊时，熔滴细、过渡频率高、飞溅小、过程稳定、熔深大、焊缝成形美观,材料加工原理（焊接）_熔化焊热过程及接头形成,（3）熔池的形成熔池:

母材上，母材（填充金属）熔化熔池的形成实际上是一个动态平衡过程。

当焊接稳定一定时间后，熔池状态基本恒定，这时熔池的形状、尺寸和质量不再变化。

只取决于被焊材质与焊接规范，并随热源移动作同步运动。

电弧焊熔池形状如图：

材料加工原理（焊接）_熔化焊热过程及接头形成,熔池尺寸随焊接电流增大，熔池的最大深度度增大，熔池的宽度相对减小；随焊接电压的升高，最大熔深减小，最大熔宽增大。

熔池的质量与存在时间熔池的质量：

实际证明，与q2/v成正比手工电弧焊熔池质量为0.616g，多数为5g以下；埋弧自动焊焊接低碳钢时，熔池质量小于100g。

材料加工原理（焊接）_熔化焊热过程及接头形成,存在时间：

几秒几十秒。

熔池存在的最长时间（tmax）：

tmax熔池最长存在时间；L熔池长度；与电弧功率有关V焊接速度,熔池的温度熔池各点的温度是不均匀的；取决于母材的性质及散热条件；低碳钢熔池的平均温度：

2050100K,材料加工原理（焊接）_熔化焊热过程及接头形成,（4）熔池中液相的运动状态熔池中的液相发生强烈的搅拌作用。

熔池中液相运动的原因：

a.熔池中温度分布不均匀引起液态金属密度差，使液相从低温区向高温区流动，产生后对流运动。

b.熔池中温度分布不均匀引起表面张力分布不均匀，产生的表面张力差将使液相发生对流运动。

c.焊接热源作用在熔池上的各种机械力使熔池中的液相产生搅拌作用。

熔池中液相运动的原因：

工艺参数、电极直径、焊炬倾角等。

材料加工原理（焊接）_熔化焊热过程及接头形成,（5）熔池的保护目的：

免受空气的有害作用作用：

减少焊缝金属中有害杂质的含量和有益合金元素的损失，使焊缝金属得到合适的化学成分。

方式：

如表。

（机械保护）,材料加工原理（焊接）_熔化焊热过程及接头形成,2.焊接接头的形成

（1）焊缝的形成形成：

焊缝金属组成：

熔滴熔化母材结晶特点：

结晶中心：

熔池壁长大方向：

垂直熔池壁焊缝组织：

束状晶体,材料加工原理（焊接）_熔化焊热过程及接头形成,

（2）焊缝的形状几何参数：

熔深：

H熔宽：

B余高：

e成形系数：

熔合比：

熔合比不同，焊缝成分不同，性能不同。

熔合比与焊法、工艺参数、接头和坡口形状、母材热物理性能有关,材料加工原理（焊接）_熔化焊热过程及接头形成,（3）焊接接头的组成组成：

焊缝+热影响区接头形式：

对接接头、角接头、丁字接头、搭接接头坡口：

材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,化学冶金：

金属（固态、液态）、熔渣和气体三者之间相互作用的过程。

如金属氧化、还原、脱硫、脱磷、渗合金冶金的目的：

去除杂质，调整成分，以获得所需成分和性能的材料。

焊接冶金：

影响焊缝的成分、组织、性能及焊接工艺性能。

最终决定焊缝质量。

普通冶金是一个人为过程，而焊接冶金是客观存在。

材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,熔化焊接化学冶金：

一、焊接材料二、焊接熔渣三、焊接化学冶金反应区四、焊接气氛及其与金属的相互作用五、硫、磷的作用六、焊缝金属的合金化,材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,一、焊接材料1.焊接材料类型焊接材料：

焊接时所消耗的材料。

常用焊接材料：

焊条,焊剂,焊丝,保护气,通用焊条专用焊条,熔炼焊剂非熔炼焊剂,实芯焊丝药芯焊丝,惰性气体活性气体,焊接材料,焊接方法不同，采用的焊接材料不同,材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,2.焊条

（1）焊条的组成组成：

焊芯+药皮（涂料）焊芯的作用：

导电和填充金属药皮的作用：

保证焊接顺利进行（电弧稳定燃烧）；防止空气对熔化金属的有害作用；保证焊缝的化学成分和力学性能。

材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,

（2）焊芯成分：

符合国标（如表）,材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,焊芯牌号：

首位字母“H”代表“焊”，后面数字代表含碳量，其它合金元素含量表示方法与钢材表示法相同，尾部“A”表示优质钢，“E”表示特优质钢。

要求具有较低的含碳量和一定的含锰量,含硅控制较严,硫、磷含量则应低。

材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,（3）药皮成分与作用：

如表,材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,（4）焊条的分类与性能分类：

按用途分：

七大类。

碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、堆焊焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条按熔渣性质分：

酸性焊条、碱性焊条性能：

工艺性能：

电弧稳定性、焊缝成形、飞溅、脱渣等冶金性能：

焊缝成分、性能、抗裂等酸性焊条和碱性焊条的性能有很大差别。

材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,（4）焊条的选用按化学成分选：

七大类按力学性能选：

牌号，等强匹配母材按屈服强度分类，焊条按抗拉强度编号。

异种材料焊接按强度较低的材料选择。

按受力情况选：

酸、碱焊条,材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,3.焊剂埋弧焊、电渣焊用。

作用：

相当于焊条药皮种类：

按制造方法分:

熔炼焊剂和陶质焊剂两大类。

按化学成分分:

Mn、Si、F选用：

应合理选用焊丝和焊剂,材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,4.焊丝埋弧焊、气体保护焊、电渣焊用作用：

导电、填充金属种类：

实芯焊丝：

药芯焊丝：

类似药皮焊条5.保护气体CO2、Ar、He,材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,二、焊接熔渣熔渣：

焊接时熔化了的药皮和焊剂形成一种浮在液体金属表面上的金属和非金属氧化物。

（液体熔渣）1.熔渣的作用机械保护稳定电弧改变焊缝成分（冶金处理）,材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,2.熔渣的成分和分类盐型熔渣由金属的氟酸盐、氯酸盐和不含氧的化合物组成。

用于焊接铝、钛等活性金属及合金。

盐氧化物型熔渣由氟化物和强金属氧化物组成。

用于焊接高合金钢及合金。

氧化物型熔渣酸性氧化物：

SiO2、TiO2、V2O2等碱性氧化物：

Na2O、K2O、CaO、FeO、MnO等。

用于焊接低碳钢和低合金钢。

材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,3.熔渣的结构液态熔渣的结构：

组成：

分子氧化物（自由态、复合态）（SiO2、FeO、FeO*SiO2等）造渣：

酸、碱性氧化物中和生盐的过程。

2CaO+SiO2=（CaO）2*SiO22CaO+TiO2=（CaO）2*TiO2与熔融金属的反应：

只有自由氧化物能反应。

（SiO2）+Fe=Si+（FeO）（）表示熔渣的成分；表示焊缝金属的成分。

材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,熔渣的碱度：

B1.0碱性渣；B1.0,材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,4.对熔渣的要求不溶于金属比重小于液态金属合适的流动性和透气性固态熔渣应具有良好的脱渣性合适的熔点：

通常低于焊缝金属熔点200-450,材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,三、焊接化学冶金反应区手工焊冶金反应区：

1.药皮反应区：

生成气体和熔渣脱水：

100水蒸气、400结晶水有机物和碳酸盐分解：

2.熔滴反应区3.熔池反应区特点：

反应温度高反应时间短,与气相、熔渣接触反应,材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,四、焊接气氛及其与金属的相互作用1.焊接区的气体

（1）气体的来源焊接材料：

造气剂、气保焊中的保护气体热源周围气体介质：

空气焊丝和母材表面上的杂质：

铁锈、油污、吸附水,材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,

（2）气体的产生有机物的分解与燃烧：

淀粉、纤维素、糊精、油污等。

200以上分解：

CO2、CO、H2等焊条烘干不宜超过200碳酸盐和高价氧化物的分解：

如：

CaCO3=CaO+CO26Fe2O3=4Fe3O4+O22Fe3O4=6FeO+O2材料的蒸发：

沸点低的物质蒸汽,材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,（3）气体的分解氢、氧大部分以原子状态存在；氮以分子状态存在；CO2分解成CO和OH2O-H、O、OH等（4）气相的成分电弧区的气体是由CO、CO2、H2O、N2、H2、金属和熔渣的蒸汽等使用碱性焊条焊接时，气相中含H2和H2O很少，故称“低氢型”焊条。

材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,2.氢与金属的作用

（1）氢在金属中的溶解渣保护条件下，氢首先溶入熔渣，以OH-形式存在，然后在渣与金属的相界面上通过交换电子生成氢原子，以原子氢的形式溶入金属中。

若渣中含有氟化物，则OH-与F-反应生成HF，因此，此时氢在金属中的溶解度取决于气相中氢和水蒸汽的分压、熔渣的碱度、氟化物的含量和金属中的含氧量。

材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,氢通过气相与液态金属界面向金属中溶解时，此时氢在金属中的溶解度符合平方根规律：

sH2氢在金属中的溶解度；KH2氢溶解的平衡常数；pH2气相中氢的分压。

氢在铁水中溶解度与温度有关。

氢在面心立方晶格中的溶解度大于在体心立方晶格中。

材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,

（2）焊缝中的氢扩散氢：

H、H+、H-残余氢：

H2熔敷金属扩散氢的测定：

水银法、甘油法。

焊后焊缝金属中的含氢量：

如图。

材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,（3）氢对焊接质量的影响氢脆白点气孔熔池凝固时，氢大量析出并以气泡的形式向外逸出，若逸出速度小于熔池的结晶速度便形成气孔。

冷裂纹在焊接接头的含氢量、淬硬组织及拘束应力共同作用而产生的。

氢原子扩散聚集在微缺陷中，结合成氢分子，使缺陷内产生很高的压力，阻碍金属塑变的发展。

时效、热处理可消除,材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,（4）控制含氢量的措施限制氢的来源：

限制材料中的含氢量清除焊丝和焊件表面上的杂质冶金反应在高温下形成稳定且不溶于金属的氢化物（OH、HF），降低气相中的氢分压，从而降低氢在液态金属中的溶解度。

控制焊接规范有很大局限性。

焊后脱氢处理350、保温1小时,材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,冶金反应：

通过氟化物反应和增加熔池中的含氧量或气相的氧化性来减少熔池中的含氢量。

2CaF2+3SiO2=2CaSiO3+SiF4SiF4+3H=SiF气+3HFSiF4+2H2O气=SiO2气+4HFCO2+H=CO+OHO+H=OHO2+H2=2OH,材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,3.氮与金属的作用气相氮的主要来源是焊接区周围的空气。

（1）氮对焊接质量的影响气孔对焊缝金属性能的影响：

过饱和形式存在于固溶体中以针状氮化物（Fe4N）形式析出，分布于晶界或晶内,Cu,Ni不与氮反应保护气体,氮对焊缝金属性能的影响,材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,

（2）控制氮的措施气渣联合保护：

最有效措施控制焊接规范：

电弧电压氮（弧长增加，保护效果下降）焊接电流氮（熔滴过渡频率增加，氮与熔滴作用时间缩短，含氮量降低）直流反接氮（可能与氮离子的溶解有关）焊丝直径氮（直径增加，熔滴增大，比表面积减少，含氮量降低）利用合金元素：

C:

co,co2,熔池沸腾，保护加强，氮分压Ti,Zr,Al,Re:

与氮生成稳定氮化物，熔渣排出,材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,4.氧与金属的作用氧主要以氧化物夹杂存在于焊缝中。

（1）氧对焊接质量的影响氧焊缝性能气孔、飞溅（CO）

（2）控制氧的措施纯化焊接材料控制焊接规范：

短弧焊接脱氧（重要措施）药皮加热阶段（先期脱氧）沉淀脱氧扩散脱氧,材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,脱氧：

药皮加热阶段:

Fe2O3+Mn=MnO+2FeOFeO+Mn=MnO+Fe2CaCO3+Si=2CaO+SiO2+2CO沉淀脱氧:

Mn+FeO=Fe+（MnO）Si+2FeO=2Fe+（SiO2）扩散脱氧:

（FeO）+（SiO2）=FeO*SiO2（FeO）+（TiO2）=FeO*TiO2FeO=（FeO）,MnOSiO2,MnO*TiO2复合盐进入熔渣,材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,五、硫、磷的作用1、硫的危害及控制

（1）硫的危害热脆结晶裂纹形成低熔点共晶体：

FeFeS（985）FeSFeO（940）

（2）控制硫的措施限制材料中的含硫量冶金方法脱硫锰作脱硫剂：

FeS+Mn=（MnS）+Fe熔渣碱性氧化物脱硫：

FeS+（MnO）=（MnS）+（FeO）FeS+（CaO）=（CaS）+（FeO）FeS+（MgO）=（MgS）+（FeO）,材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,2、磷的危害及控制

（1）磷的危害冷脆冲击韧性降低、脆性转变温度升高形成低熔点共晶体：

Fe+Fe3P（1050）Ni+Ni3P（880）脆硬的磷化铁分布于晶界

（2）控制磷的措施限制材料中的含磷量冶金方法脱磷分两步进行：

将磷氧化、与碱性氧化物生成磷酸盐2Fe3P+5（FeO）=（P2O5）+Fe（P2O5）+3（CaO）=（CaO）3（P2O5）（P2O5）+4（CaO）=（CaO）4（P2O5）,材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,六、焊缝金属的合金化合金化：

把重要的合金元素通过焊接材料过渡到焊缝金属或堆焊金属中。

目的：

补偿焊接过程中蒸发和氧化造成的合金元素损失消除焊接缺陷，改善焊缝性能。

如过渡Ti、V,细化晶粒。

获得特殊性能的堆焊金属。

如过渡Cr、Mo等.

（1）合金过渡系数,合金过渡系数；Cd熔敷金属中某合金元素的含量；CDW焊芯或焊丝中该元素的含量；Kb药皮重量系数；C药皮中该元素的含量；,材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,

（2）影响过渡系数的因素合金的物理化学性能：

沸点越低，饱和蒸汽压越大，焊接时损失越大，其过渡系数越小。

和氧的亲和力越大，氧化损失越多，其过渡系数越小。

在1600时各元素对氧的亲和力顺序如下：

Cu、Ni、Co、Fe、W、Mo、Cr、Mn、V、Si、Ti、Zr、Al。

焊接时铁左面的元素几乎不烧损，只有残留损失，过渡系数大；位于铁右面的几种元素氧化性逐渐增大，烧损量逐渐增加，最右方的几种金属对氧的亲和力大，损失严重，一般很难过渡到焊缝中去。

材料加工原理（焊接）_熔化焊接化学冶金,药皮和焊剂中的合金元素含量：

随着药皮（或焊剂）中的合金元素含量的增加，其过渡系数亦增大，最后趋于稳定值。

合金的颗粒度：

大氧化损失小药皮和焊剂的成分：

氧化性大药皮或焊剂的成分决定了气相和熔渣的氧化性、酸碱度和粘度等，因此，药皮氧化性越大合金过渡系数越小。

材料加工原理（焊接）_熔化焊接头的组织与性能,焊接接头：

焊缝+热影响区与母材相比，焊缝：

由于两种以上的金属在高温下混合且伴随各种化学冶金反应，其成分、组织、性能均发生变化；若反应不均匀，则成分会不均匀，组织、性能有差异。

热影响区：

由于热循环的作用，相当于进行了短时的高温热处理，组织、性能发生变化；因热效应不均匀，使材料形成组织梯度。

材料加工原理（焊接）_熔化焊接头的组织与性能,一、焊缝金属的组织焊缝从开始焊接到室温，经历了加热熔化、结晶、固态相变三个热过程。

1.焊缝金属的结晶结晶条件：

过冷、形核（结晶中心）、晶核长大焊缝结晶：

现成的结晶中心（熔池壁）主要合金元素或杂质的悬浮质点细化晶粒长大最快方向（垂直熔池壁）最大温梯晶粒形态：

柱状、等轴,材料加工原理（焊接）_熔化焊接头的组织与性能,由于焊缝凝固是在热源不断移动的情况下进行的，随着熔池向前推进，最大的温度梯度方向不断地改变，因此柱状晶长大的有力方向也随着变化。

一般情况下，熔池呈椭圆状，柱状晶垂直于熔池边缘弯曲地长大。

如图。

材料加工原理（焊接）_熔化焊接头的组织与性能,2.焊缝金属的凝固组织凝固组织：

柱状晶（胞状、胞状树枝、柱状树枝）、等轴晶凝固组织的金相形态与结晶时固液界面前方液相中成分过冷程度有关。

对一定成分的合金焊缝，随液相温度梯度降低，成分过冷区将增大，凝固组织将相继是平滑界面、胞状晶、胞状树枝晶、柱状树枝晶和等轴树枝晶。

焊接工艺参数的影响：

焊接电流：

温度梯度胞状晶、胞状树枝晶、柱状树枝晶和等轴树枝晶。

材料加工原理（焊接）_熔化焊接头的组织与性能,焊接速度：

结晶生长方向的曲线族越接近直线，形成对生的柱状晶焊缝结构。

如图。

所以，热敏感性大的奥氏体钢和铝合金焊接时不能采用大的焊接速度。

夹杂、纵向裂纹,材料加工原理（焊接）_熔化焊接头的组织与性能,3.焊缝金属的化学成分不均匀性

（1）焊缝中的偏析偏析：

宏观偏析、微观偏析宏观偏析：

杂质偏聚在晶间及部分地区溶质浓度升高。

a.层状偏析：

结晶速度周期性变化周期性分布。

如图。

b.焊缝中心偏析c.焊道偏析d.弧坑偏析微观偏析：

晶间、晶内溶质浓度不同。

先结晶的固相溶质浓度高。

（晶内亚晶）,材料加工原理（焊接）_熔化焊接头的组织与性能,

（2）焊接熔合区熔合区：

半熔化区成分不均匀：

液化区中浓度固相区中浓度C,S,P由焊缝向母材扩散，S,P在熔合区偏聚因此，熔合区的组织和性能的不均匀性较母材上其它任何区都大。

常成为裂纹的起点与扩展通道，为接头的薄弱地带。

材料加工原理（焊接）_熔化焊接头的组织与性能,4.焊缝固态相变组织对于低碳低合金钢，过冷奥氏体存在。

随冷却速度不同，可以有铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体转变。

（1）先析铁素体过冷奥氏体高温转变。

形态、分布不同：

晶界自由铁素体魏氏组织铁素体：

条件：

粗大奥氏体晶粒、含碳0.1-0.5%、快冷晶内等轴铁素体晶内针状铁素体,材料加工原理（焊接）_熔化焊接头的组织与性能,

（2）共析转变产物珠光体过冷奥氏体在Ar1以下温度转变为珠光体族的相关产物。

随着转变温度的降低，珠光体转变越快越小。

产物类型：

珠光体索氏体细片状珠光体屈氏体极细片状珠光体,材料加工原理（焊接）_熔化焊接头的组织与性能,（3）贝氏体中温转变产物，转变温度区域在珠光体、马氏体转变之间。

产物类型：

无碳贝氏体：

板条状贝氏体。

条宽、条间距大。

粒状贝氏体：

铁素体基体上分布着许多岛（富碳奥氏体）富碳奥氏体转变为马氏体（M-A）时，韧性降低。

部分分解为铁素体和渗碳体时，上升。

上贝氏体：

呈羽毛状。

铁素体晶粒和碳化物颗粒粗大，故硬度低、脆性大。

下贝氏体：

呈针片状。

铁素体针细小而均匀分布，且其中有细小弥散分布的碳化物，故强度高、韧性好。

材料加工原理（焊接）_熔化焊接头的组织与性能,（4）马氏体奥氏体过冷到Ms温度下