四川
探究
焊接熔池结晶形态
01
纯金属的结晶形态
焊接熔池金属为纯金属，凝固过程中不存在成分过冷，只有温度过冷的影响，其结晶形态只取决于熔池液态金属的温度梯度。
平面晶
熔池中液态金属温度高于母材或已经结晶的焊缝金属，结晶长大时，在结晶平面上以平面晶向前推进结晶速度取决于散热速度。
树枝晶
熔池中液态金属温度低于母材或已经结晶的焊缝金属，结晶长大时，在结晶界面上生成的微凸晶胞以较快的速度伸入熔池中，除主干外，在主干两侧生成分支，形成树枝状晶。
02
固溶体合金的结晶形态
一般情况，焊接熔池金属都是固溶体合金，与纯金属相比，焊接熔池凝固结晶过程中，既有温度过冷的影响，也有成分过冷的作用，其结晶形态取决于合金中溶质浓度、结晶速度和温度梯度。
平面晶
熔池中液态金属正温度梯度很大，与结品温度曲线T不相交，在结晶平面上以平面晶向前推进，结晶速度取决于散热速度。
胞状晶
熔池中液态金属正温度梯度较大，与结晶温度曲线T相交，有小的成分过冷，此时，平面结晶面不稳定，在其前端生长出许多平行束状的芽孢，进入过冷金属中，向前生长，形成胞状晶。
胞状树枝晶
熔池中液态金属正温度梯度减小，与结晶温度曲线T相交较大,成分过冷增大，晶体生长速度加快，胞状晶更向过冷金属中长大，凸起部分同时也向周围排除溶质，横向产生成分过冷，从主干上横向长出短小的次枝晶，形成了胞状树枝晶。
树枝晶
熔池中液态金属正温度梯度进一步减小，与结晶温度曲线T相交很大，成分过冷增大，晶体生长速度加快，胞状晶更向过冷金属中长大，凸起部分同时也向周围排除溶质，横向产生成分过冷，主干上横向长出短小的次枝晶，形成树枝晶。
等轴晶
熔池中液态金属正温度梯度更小，与结晶温度曲线T相交在很远处，成分过冷很大，除了出现树枝晶外，在液态金属内部产生新品核，品核周围的状态相同，自由生长，形成等轴晶。
03
焊接条件下的结晶形态
实际焊接中，熔池金属成分过冷的分布在熔池不同部位，因此焊缝不同部位的结晶形态也不同。焊后冷却速率越快，或者熔池凝固时间越短，晶胞或者枝晶越细化；焊后冷却速率越低，晶粒粗化时间越充分，枝晶臂间距越大。总之，在熔池金属化学成分一定的条件下，液态金属的温度梯度和晶粒生长速率共同决定了焊缝结晶的显微组织。
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