偏析主要是由于合金在凝固过程中溶质再分配和扩散不充分引起的。
焊缝中的偏析主要有： 显微偏析（micro segregation) 区域偏析（zone segregation） 层状偏析 (banding) 偏析会影响焊缝的性能。 2-5-2 区域偏析
焊缝结晶时，随着柱状晶前沿的推进长大，从而把低熔点杂质推向熔池中心，造成焊缝中心富集溶质，使焊缝结晶后在整个橫截面上的成分分布明显不均匀的现象。 加强熔池金属的混合可改善区域偏析。电磁搅拌
GTAW焊时，采用直流正极性焊接，熔深较大，混合较好。 2-5-3 层状偏析
结晶过程周期性变化而使得化学成分不均匀分布的现象。
产生原因：凝固时结晶潜热及熔滴过渡带来的附加热脉冲作用等，使热输入波动。 结晶前沿温度变化→结晶速度R波动→层状偏析
危害：层状偏析不仅造成焊缝力学性能不均匀性，还可沿层状线形成裂纹或气孔。 2-5-4 熔合区的化学不均匀性
元素在固液界面浓度分布与该元素在固、液相中的扩散系数和分配系数有关。 不均匀性程度与母材和填充金属成分及其差异大小有关。 异种钢焊接时尤为突出。 2-6-2 影响焊缝组织的因素
1）冷却时间的影响 中等冷速下可形成AF 2）合金元素的影响 使CCT图右移
3）晶粒尺寸的影响 尺寸越大，铁素体形核的晶粒边界越少，CCT图向右移。
4）焊缝氧含量的影响 [O]增加，夹杂物数目增多，小的第二相质点钉扎晶粒边界，阻碍晶粒生长； 细小的氧化物夹杂可促使形成AF。 焊接工艺条件对化学冶金反应的影响 ★熔合比(dilution) ?的影响
焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例称为熔合比。
Ab-熔化母材的面积 Ad-熔敷金属的面积
? ?AbAb?Ad焊接工艺条件对化学冶金反应的影响
假设焊接时合金元素没有任何损失，则焊缝中某合金元素的浓度C0与熔合比的关系为： C0＝ θCb+(1- θ)Ce --(1)
若考虑焊条中的合金元素有损失，而母材中的合金元素无损失，则焊缝金属中合金元素的实际浓度Cw为： Cw= θCb+(1- θ)Cd --(2)
如果已知Cd, Cb, ?就可以求出焊缝的化学成分。
结论：改变熔合比，就可以改变焊缝金属的化学成分。式中符号含义: Cb －该元素在母材中的质量百分浓度（%） Ce－该元素在焊条中的质量百分浓度（%）
Cd－熔敷金属（焊接得到的没有母材成分的金属）中该元素的实际质量百分比（%） 熔合比概念的应用
堆焊时，θ尽可能小，以减少BM成分对堆焊层的影响。 当母材杂质较多时，θ应小些好，可减少焊缝金属中杂质。 异种钢焊接时，要根据熔合比来选择焊接材料。
熔滴过渡特性对化学冶金反应的影响
I↑→ 熔滴存在时间↓→ 反应进行程度↓→ Si%↓ U↑→ 熔滴存在时间↑ →反应进行程度↑→ Si% ↑ 焊条药皮类型 药皮类型 主要成分 典型型号,牌号 TiO2 E4313(J421) （或钛型） 氧化钛型 氧化钛钙型（钛钙 型） 钛铁矿型 氧化铁型 纤维素型 低氢型 石墨型 盐基型 氢对金属的作用 TiO2,碳酸钙 钛铁矿 铁矿石 有机物 大理石，萤石 石墨 氟盐，氯盐 E4303(J422） E4301(J423) E4320(J424） E5011(J505） E5015(J507） EZNi(Z308) 备注 铸铁焊条 用于铝合金焊条 根据氢与金属作用的特点，可分为两大类：与氢形成稳定的氢化物，如Zr、Ti、V、Nb等。 不与氢发生化合反应，但可以溶解氢，如Fe、Cu 、Ni等。
溶入焊缝金属中的氢，可分为两部分：扩散氢(diffusible hydrogen)
氢以原子或质子形式存在的并可在金属晶格中自由扩散。以H 、H+ 、H-形式存在。
残余氢(residual hydrogen) 氢原子扩散聚集到金属的晶格缺陷，显微裂纹和非金属夹杂物的边缘空隙中，结合成分子不能自由扩散。以氢分子的形式存在。
焊缝总含氢量=扩散氢＋残余氢 溶解过程并不决定焊缝中最终的含氢量，还与氢的扩散有关。 氢对焊接质量的影响 使材料脆化
氢脆:氢在室温附近使钢的塑性严重下降的现象。
氢白点(fish eye) :氢含量较高的碳钢和低合金钢拉伸或弯曲断面上出现的银白色圆形脆断点。 形成氢气孔 产生冷裂纹 氢是产生冷裂纹的主要原因之一。
氢脆和氢白点的形成机理
氢脆形成机理（空穴氢压脆化学说）：
由于钢中可能存在各种缺陷，氢在这些缺陷中聚合成分子状态，而使空腔内产生很高的附加压力，导金属变脆。
氢白点形成机理
焊缝中气孔与夹杂物诱捕了一定数量的氢，在延性变形过程中，使气孔或夹杂物周围组织产生局部氢脆。 接头经去（消）氢处理后，塑性可恢复
控制氢的措施
限制氢的来源 限制焊接材料中的含氢量（焊前烘干） 清除焊丝和焊件表面上的杂质 冶金处理（去氢反应） 通过调整焊接材料的成分，使氢在焊接过程中，生成比较稳定的、不溶于液态金属的氢化物，如 HF，OH等。 焊后脱氢处理 焊后把焊件加热到一定的温度，促使氢扩散外逸的工艺。 对于奥氏体钢焊接接头进行脱氢处理效果不大。
氮、氧、氢对焊缝性能的影响
熔渣的碱度（ Basicity ）
根据熔渣的碱度，可将焊条和焊剂分为酸性和碱性两大类。
低氢型焊条又称为碱性焊条，其药皮的主要特点是不含有机物，含大量的碳酸盐和一定的CaF2。
其它非低氢型焊条又称为酸性焊条，主要以硅酸盐或钛酸盐为主，一般不含CaF2。 碱度越大，焊缝氧、硫含量越低。
碱性渣易吸潮，电弧稳定性和脱渣性较差， 焊缝金属的脱氧
脱氧剂：用于脱氧的元素或铁合金叫脱氧剂(deoxidizer)。 选择脱氧剂的原则：在焊接温度下对氧的亲和力比被焊金属大
1800 ℃时，各种元素对氧亲和力从小到大的次序排列为：Ni、Cu、W、Mo、Fe、Cr、Nb、Mn、V、Si、B、Ti、Mg、C、Al、Ce。
脱氧物不应溶于液态金属而应溶于熔渣，且熔点低、密度小，上浮至熔渣中，以减少夹杂物的数量。 Mn、Si、Ti和Al常用于脱氧剂。
必须考虑脱氧剂对焊缝成分、性能以及焊接工艺性能的影响。 脱氧方式：先期脱氧、扩散脱氧、沉淀脱氧
焊缝金属中硫和磷的控制 焊缝中硫、磷的危害 硫在钢焊缝中的主要存在形式：FeS、MnS，其中以FeS危害最大。 FeS在结晶时易发生偏析，形成低熔共晶，增加结晶裂纹的倾向。
焊碳钢时，形成的低熔共晶为： Fe＋FeS（熔点为985℃） FeS ＋FeO（熔点为940℃）
焊高镍合金钢时，形成低熔共晶：NiS+Ni(熔点为644℃)
磷在钢焊缝中的存在形式：Fe2P ，Fe3P。磷与铁、铁镍可形成低熔共晶 限制焊材中的含S与P的含量（主要） 用冶金方法脱S、脱P
沉淀脱硫：在液态金属中加入脱S元素。如Mn脱S [FeS] +[Mn] = (MnS) + [Fe]； 熔渣脱硫：熔渣中碱性氧化物（MnO，CaO，MgO等）脱S，[FeS] + (MnO) = (MnS) +(FeO)； 碱度 B↑→[S] ↓
碱性氧化物脱P（很难） 3-4 合金过渡合金过渡：
把所需要的合金元素通过焊接材料过渡到焊缝金属（或堆焊金属）去的过程（也称为合金化） 。
合金过渡的目的:补偿焊接过程中合金元素的损失;消除焊接缺陷，改善焊接性能;获得具有特殊性的堆焊金属 合金元素过渡系数?
合金过渡系数是指合金元素在熔敷金属中的实际含量与它在焊材中的原始含量之比，反映了合金元素利用率的高低。
?＝Cd/Ce =Cd/(Ccw+kbCco)
式中：Cd ------合金元素在熔敷金属中的含量 Ce-------合金元素的原始含量（焊条中的） Cco-------合金元素在药皮中的含量 Ccw-------合金元素在焊芯中的含量
Kb-------药皮重量系数(单位长度上药皮与焊芯的质量之比)
在同一种焊材中，不同元素过渡系数不同。同一种元素在不同的焊材中过渡系数也不同。 3-4 合金过渡
焊缝金属化学成分的计算
?η＝Cd/Ce =Cd/(Ccw+kbCco) Cw= θCb+(1- θ?)Cd
已知η， Ccw，kb，Cco可求出 Cw。
根据对熔敷金属成分的要求，可求出在焊条药皮中应具有的含量。
例题; 堆焊高锰钢耐磨表面采用焊条，其焊丝含Mn9%，药皮Kb=0.4,设Mn的?＝0.8，要保证焊缝中的Mn≧12%，试求药皮中的Mn的含量。 解：堆焊时，可认为?≈0，即Cd≈Cw 故 Cco=(Cd / ?Kb) – (Ccw/Kb)
≧(12% /0.8×0.4 ) –9%/0.4 ≧15% 化学成分对硬度的影响
碳的影响 合金元素的影响
与其所处的形态有关，溶于奥氏体时提高淬硬性；形成未溶碳化物、氮化物时，降低淬硬性。 ★碳当量的定义/Carbon Equivalent （Ceq或CE）
把钢中合金元素（包括碳）按其对淬硬（包括冷裂、脆化等）的影响折合成碳的相当含量。它反映了化学成分对硬化程度的影响。 碳当量公式
主要适用于ωC ≦0.17%， ?b=400～900Mpa的低合金高强钢。 Pcm与CE（IIW）之间有如下的关系： ?C?Si?Mn?Cu?Cr?Ni?Mo?V?5BPcm3020601510低碳微量多合金元素的低合金高强钢
冷却条件对硬度的影响
Pcm?(2wc?CE(IIW)3)?0.005t8/5↑→可在一定程度上降低HAZ的硬化性
t8/5↑→高温持续时间tH↑→晶粒粗化，奥氏体匀质化程度提高→硬化性↑
尽可能降低tH，同时保证适当缓慢的冷却速度，可减小硬化倾向。
析出脆化（沉淀相脆化）
定义：某些金属或合金在焊接过程中，由于经历了快速加热和冷却的作用，其热影响区组织处于非平衡态。在时效或回火过程中，从过饱和的固溶体中析出碳化物，氮化物，金属间化合物及其他亚稳定的中间相等，使金属或合金的强度、硬度上升，韧性下降的现象。
一般强度和硬度提高并不一定发生脆化（如时效马氏体钢），但发生脆化必然伴随强度和硬度的提高。 机理：析出相出现后，形成柯氏气团（Cottrell atmospher)，阻碍位错运动，使强度、硬度上升，产生脆化。
△e >Ｐmin 组织脆化:是由于HAZ中出现脆硬组织造成的。 M－A组元 上贝氏体 粗大魏氏组织 高碳马氏体 被焊钢种不同，冷却条件不同，脆性组织不同。 式中，△e-接头应变量组织脆化—M-A组元脆化 Ｐmin-焊接接头最低塑性 M－A组元（Martensite-austenite constiuent)为高碳马氏体和残余奥氏体的混合物，在中等冷速下形成。
M－A组元脆化原因:
高碳奥氏体易于形成高碳马氏体；M－A组元存在时，成为了潜在的裂源，并起到吸氢和应力集中的作用。
焊接热影响区加热过程和冷却过程特点
奥氏体化过程中奥氏体稳定性对冷却过程固态相变的影响 焊接过程和热处理过程组织转变有何不同
5-3 焊缝中的气孔
气孔是指焊缝表面或内部形成的连续或不连续的孔洞。 气孔的分类：析出型气孔
因气体在液、固金属中的溶解度差造成过饱和的气体来不及逸出所形成的气孔。 氢气孔、氮气孔 反应型气孔 熔池中由于冶金反应产生不溶于液态金属的气体来不及逸出而生成的气孔 。 CO，H2O气孔
气孔的危害及防止
危害:减少面积降低机械性能；导致应力集中引发裂纹；弥散分布的气孔气密性和耐腐蚀性降低； 防止:消除气体来源；正确选用焊接材料；控制焊接工艺条件；
气孔的防止措施之一——消除气体来源
1.表面处理 3Fe2O3=2Fe3O4+O 2Fe3O4+H2O=3 Fe2O3+H2 Fe+H2O= FeO+H2
2.焊接材料的防潮和烘干，一般碱性焊条烘干温度为350～450℃；酸性焊条为200℃。 3.加强保护
气孔的防止措施之二——正确选用焊接材料
1.熔渣性质
熔渣氧化性越大，CO气孔倾向增大。 熔渣还原性越大，氢气孔倾向增大。 2.焊条药皮和焊剂
碱性焊条：药皮中含有较多的CaF2→去氢反应→减少氢气孔
碱性焊条药皮中含有较多的碳酸盐→分解产生大量的CO2→防止氢气孔
酸性焊条：不含氟化物，主要依靠药皮中较强氧化性的组成物 SiO2, MnO，FeO等），防止氢气孔的产生 焊剂（HJ431）：含有一定量的CaF2和SiO2 →去氢反应→减少氢气孔 3.保护气体 从防止气孔的角度考虑，活性气体优于惰性气体。 4.焊丝成分
思考题：H08A焊丝焊沸腾钢，会出现大量的气孔，为什么？ 这是由于沸腾钢脱氧不充分，H08A焊丝Mn、Si含量低，脱氧不足造成的，为解决气孔问题，应采用含锰较高的焊丝，如H08MnA。
气孔的防止措施之三——控制焊接工艺条件
其目的是创造熔池中气体逸出的有利条件，同时也限制气体向熔池中的溶入；降低焊接速度；预热；提高焊接热输入。
5-4-2 结晶裂纹
焊接裂纹的形成条件：存在拘束应力应变（外因） 存在某些致脆因素，使接头某部位具有低的塑性值。