图3-4 焊接速度对晶粒成长方向的影响 a) 高速焊 b) 低速焊
3.1.1 焊接熔池的结晶特点
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图3-5 焊接速度对晶粒成长速度的影响
3.1.1 焊接熔池的结晶特点
(3) 焊接速度对成长速度和方向的影响 如绪论中所述，焊 接速度增加时，焊接温度场的范围变小，熔池形状变得细 长。
3.1.2 焊接熔池的结晶形态
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3.1.1 焊接熔池的结晶特点
(2) 成长速度和方向的变化 由式(3-2)可以看出，在焊接速 度v一定的条件下，晶粒成长速度R仅取决于结晶等温面法 线方向与焊接方向的夹角α或晶粒成长方向与焊接方向的夹 角
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3.1.2 焊接熔池的结晶形态
2.焊缝中的结晶组织 (1) 结晶组织的分布 在焊接熔池中，不同部位具有不同的 温度梯度G和结晶速度R，因而具有不同的成分过冷，出现 不同的结晶形态，从而在焊缝中形成分布不同的结晶组织 ，如图3-12所示。 (2) 焊接条件对结晶组织的影响 如前所述，对结晶组织起 控制作用的成分过冷主要受到熔池金属中溶质含量W、熔池 结晶速度R和液相温度梯度G的影响。
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3.1.2 焊接熔池的结晶形态
(4) 树枝状结晶 当固-液界面前方液相中的温度梯度G进一 步减小时，液相温度曲线T与结晶温度曲线TL相交的距离x 进一步增大，从而形成较大的成分过冷区，如图3-9a所示。
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3.1.1 焊接熔池的结晶特点
(3) 熔池在动态下结晶 焊接熔池中金属的结晶和熔化是同 时进行的，结晶前沿随焊接热源而移动，而且焊接条件下 各种力的作用会使正在结晶中的熔池受到激烈的搅拌。 2.联生结晶和竞争成长 (1) 联生结晶 焊接熔池的结晶过程一般是从熔池边界开始 的，非自发晶核就依附在半熔化的母材晶粒表面上。
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图3-1 联生结晶及竞争成长 a) 示意图 b) 微观照片
3.1.1 焊接熔池的结晶特点
(2) 竞争成长 结晶理论告诉我们，每一种晶体点阵都存在 一个结晶速度最快的最优结晶取向，而且温度梯度的方向 对结晶速度也有极为重要的影响。 3.结晶速度和方向动态变化 (1) 结晶速度的表达式 如上所述，熔池结晶总是从熔池边 界处半熔化的母材晶粒上开始形核并向焊缝中心成长的。
图3-7 胞状结晶形态 a) 成分过冷条件 b) 形成机理示意图 c) 胞状晶微观照片
3.1.2 焊接熔池的结晶形态
(3) 胞状树枝结晶 随固-液界面前方液相x增大 ，所形成的成分过冷区增大，如图3-8a所示。
图3-8 胞状树枝结晶形态 a) 成分过冷条件 b) 形成机理示意图 c) 胞状树枝晶微观照片
图3-6 平面结晶形态 a) 成分过冷条件 b) 形成机理示意图 c) 平面晶微观照片
3.1.2 焊接熔池的结晶形态
(2) 胞状结晶 当固-液界面前方液相中的温度梯度G较大时 ，液相温度曲线T与结晶温度曲线TL在短距离x内相交，形 成较小的成分过冷区，如图3-7a所示。
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3.1.1 焊接熔池的结晶特点
1.非平衡的动态结晶 (1) 熔池体积小、冷却速度大 焊接熔池体积小，其周围被 体积很大的母材金属所包围，熔池界面导热条件很好，故 熔池冷却速度很快，其平均值可达到100℃/s，约为铸造时 的104倍。 (2) 熔池过热、温度梯度大 焊接熔池中的液态金属处于过 热状态，如低碳钢的焊接熔池平均温度可达到1870℃，远 高于铸造时的最高平均温度1550℃。
图3-9 树枝状结晶形态 a) 成分过冷条件 b) 形成机理示意图 c) 树枝晶微观照片
3.1.2 焊接熔池的结晶形态
(5) 等轴结晶 当固-液界面前方液相中的温度梯度G很小时 ，液相温度曲线T与结晶温度曲线TL在很远处相交，从而在 液相中形成很大的成分过冷区，如图3-10a所示。
图3-10 等轴结晶形态 a) 成分过冷条件 b) 形成机理示意图 c) 等轴晶微观照片
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3.1.2 焊接熔池的结晶形态
表3-1 焊接参数对HY-80钢焊缝结晶组织的影响
焊接速度/(mm/min)
50 100
焊接电流/A 150 胞状晶 胞状晶
300 胞状树枝晶 细小的胞状树枝晶
450 粗大的胞状树枝晶 粗大的胞状树枝晶
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3.1.1 焊接熔池的结晶特点
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图3-2 晶粒成长速度与焊接速度的关系
3.1.1 焊接熔池的结晶特点
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图3-3 晶粒成长速度和方向的变化
3.1.1 焊接熔池的结晶特点
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3.1.2 焊接熔池的结晶形态
1.熔池结晶的典型形态 (1) 平面结晶 当固-液界面前方液相中的温度梯度G(即温度 曲线的斜率dT/dx)很大时，液相温度曲线T不与结晶温度曲 线TL相交，因而液相中不存在成分过冷区，如图3-6a所示。
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第3章焊接接头的组织和 性能
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
2020年4月11日星期六
3.1 焊接熔池和焊缝
焊接熔池是指由熔化的局部母材和填加 材料所组成的具有一定几何形状的液态 区域，而焊缝是指熔池凝固后所形成的 固态区域。因此，焊接熔池和焊缝之间 存在着内在的、必然的联系。也就是说 ，焊缝金属的组织和性能不仅取决于焊 缝的相变行为，而且受到焊接熔池结晶 行为的直接影响。