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的可能性。而熔池也被液态金属所包围，二者温差很大，使焊接结构常常产生内应力，以致引起变形或产生裂纹。 2熔池体积小，熔池内金属不断更新
手弧焊时，熔池体积平均只有有2-10cm3时，热及冷却速度很快，局部金属开始熔化并形成熔池到结晶完毕的整个过程，一般只有几秒种时间，温度又在不断变化，因此整个冶金反应过程达不到平衡。化学成分在很小的金属体积内有较大的不均匀性，形成偏析。随着焊接熔池的不断移动，熔化的铁水和熔渣加入到熔池中参加冶金反应，加大了冶金反应的难度。 3熔滴金属与气体、熔渣接触面积大
虽然熔滴尺寸很小，熔滴比表面积大，比炼钢时大1000倍。比表面积大可以加速冶金反应的进行，同时气体侵入液体金属的机会也增多，而使焊缝金属发生氧化、氮化以及产生气孔的可能性增大。
1.6焊缝的形成和结晶
1焊缝的形成
金属熔滴从焊条末端向熔池过渡途中，部分变为金属蒸气或被氧化形成烟尘，部分飞溅出熔池外，大部分则落入熔池。随着电弧的移动，熔池金属不断冷却而形成焊缝。熔池的几何尺寸与焊接工艺参数、母材性质、坡口的形状和大小等有关；焊接电流增大，熔深增加；提高电弧电压，可增大熔宽；而熔池长度则与电弧功率及焊接速度有关。 2焊缝金属的两次结晶过程
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焊缝金属的组织是在第一次结晶之后金属继续冷却到相变温度以下，经过二次结晶的实际组织。第一次结晶是从液体变成固体的结晶过程。焊接时，体金属的温度降低到熔点时，原子间的活动能力逐渐减小，原子间吸引力逐渐增强，达到凝固温度时，液体金属原子中，开始有一些原子有规则的排列，形成微小晶体--晶核。然后，这些晶核就依靠吸附周围液体中的原子进行生长，逐渐长大。
第二次结晶是当焊缝金属温度降低至相变温度时发生的组织转变。由于焊缝金属由填充金属及母材金属共同组成，且二者在焊缝中的比例又与坡口形式、焊缝成形工艺有关，因此对焊缝的二次组织要具体分析。
1.7熔化金属与气体的相互作用
1气体的来源
焊接熔池周围充满了大量的气体，主要成分有H2、O2、N2、CO、CO2、水蒸气和金属蒸气等，它们的来源有 1)热源周围的气体介质(如空气)； 2)焊条药皮内的水分；
3)母材金属和焊条金属由于冶炼过程而残留的气体；
4)焊件表面存在的各种杂质(如油、漆、锈)，焊接时会产生大量的气体； 5)在电弧的高温下，金属和药皮发生强烈的蒸发现象，溢出气体。
由此可见，焊接过程中，气体的数量、种类是相当多的，且随焊接方法、焊条种类及焊接工艺参数的不同而不同。这些气体残留在熔池中，焊缝质量
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均有不同的影响。
2熔化金属与气体的相互作用 1)金属的氧化物及其影响
手弧焊钢铁时，由于电弧高温，由分子状态分解为原子状态，能使铁激烈氧化生成氧化铁，会使其它元素氧化生成氧化锰、氧化硅等。其中氧化铁能溶于钢液中，使钢中其它元素进一步氧化，生成一氧化碳和二氧化碳气体。 由于氧化的结果，焊缝中有益元素大量烧损，变化的产物在焊缝中无论是以夹杂物的形式存在，还是以固熔的形式存在，对金属的力学性能有不良的影响，金属的强度极限、屈服极限、冲击韧性和硬度都有显著的降低。此外，使钢的耐腐蚀性降低。钢中存在过量的氧，加热时晶粒有长大的趋势。 以上事实表明，金属的氧化物在焊缝中的害处很多，为了得到可靠的焊接质量，焊接前清除焊件边缘和坡口表面的铁锈，合理使用焊条是每个焊接工作者必不可少的工作。 2)金属的氮化物及其影响
焊接区周围的空气是氮的主要来源，在焊接电弧高温中分解，电弧空间与氧发生反应，生成氧化物(NO2)，且吸附在金属熔滴表面，溶入熔滴中，NO2由固体中析出，分解为原子态的氧和氮。原子氮可以与铁生成氮化物(Fe2N)，夹杂于金属之中，钢的硬度增加，塑性下降。高温时，液体金属可以熔解大量的氮，在熔池开始凝固时，从金属中析出并形成气泡。这些气泡要向外逸出，熔池金属的结晶速度大于气泡的逸出速度时，泡残留在焊缝中而形成气孔。
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由上述可知，金属的氮化物对金属的力学性能影响很大，随着含氮量增加，硬度极限和屈服极限上升，伸率和断面收缩率下降。焊接时必须设法使焊接熔池里含氮量减少，但是脱氮并不很容易，好的办法是加强保护，使用优质焊条、采用短弧焊接、把焊接区和空气有效地隔离等。 3)氢对焊缝金属的影响
焊接区的氢主要来自药皮中的水分和有机物、焊件表面的结晶水，及油脂、油漆等。
焊接时，高温下氢激烈分解成氢原子，以原子状态溶解于金属中。氢在钢中的溶解度与温度以及铁的同素异晶体有关，与氢的压力有关。在冷却时，焊缝中的氢的熔解度急剧下降，形成分子氢，不溶解于金属，冷却速度较快而来不及逸出时，会形成气孔。
焊接碳钢和低合金钢时，过量的氢溶入熔池，如果焊件承受较大的拉应力而断裂，那么断裂面上就会出现光亮圆形的白点，使氢使钢材白璧发生氢脆，原因是由于焊缝塑性和韧性明显降低的结果。
焊接合金钢时，氢气是产生延迟裂纹的一个重要原因。延迟裂纹是当焊缝冷却至200℃以下时，隔一段时间(甚至几个月)，焊缝与母材的交界处产生的一种冷裂纹。
由以上所知，防止氢危害的主要措施是焊前清除焊件表面、坡口的油和锈、烘干焊条、重要焊件焊前进行加热保温、去氢处理、用低氢焊条和直流反接等。
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1.8熔渣的作用
手弧焊时，由于使用厚药皮焊条，焊缝能获得较高的质量，焊渣起到主要作用。 1机械保护作用
焊接时，焊渣总是覆盖在熔滴和熔池金属表面，而使熔化金属与周围空气隔绝，使焊缝金属的结晶处于缓慢冷却的条件下，这样不仅隔绝了气体侵入焊缝，同时还改善了焊缝的结晶和形成。 2稳定电弧作用
在焊条药皮中加入稳弧剂，来提高电弧燃烧的稳定性。一般稳弧剂多采用碱金属或碱土金属(钾、钠、钙)的化合物、石灰石、碳酸钠、水玻璃、花岗石、长石等。 3脱氧作用
焊缝金属的脱氧是将脱氧剂加在焊条药皮中，焊接时脱氧剂熔化在熔渣里，经过溶渣和熔化金属进行一系列的脱氧冶金反应，从而实现焊缝金属的脱氧。目前常用的脱氧剂有Mn、Si、Ti、Al等。 4脱硫作用
硫是钢中有害杂质之一，钢材和焊芯中都要加以限制。但在焊条药皮中的某些物质常含有硫，在钢中以FeS和MnS形式存在。FeS可溶解于液体铁中，熔池结晶时，FeS因溶解度降低而析出，与α-Fe\\FeO在晶界形成塑性很低的低熔点共晶，焊缝冷却收缩时，用在焊缝上的应力将引起热裂纹。MnS在液体铁中溶解度极小，容易排除入渣，钢的力学性能影响不大。
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