焊缝中的偏析

出处：按学科分类—工业技术 河南科学技术出版社《焊接技术手册》第45页（1113字）

熔池结晶的过程是一种不平衡过程，由于冷却速度快，焊缝金属中的元素来不及扩散造成化学成分分布不均匀，这种溶质元素偏离其平均浓度的不均匀分布称为偏析。焊缝中的偏析既表现在晶内与晶界，又表现在焊缝边缘与焊缝中心以及每层焊波之间。根据焊接过程的特点，焊缝中的偏析主要有以下三种：

1．显微偏析

熔池结晶时，最先结晶的结晶中心的金属最纯，而后结晶部分含合金元素和杂质略高，最后结晶的部分，即晶粒的外缘和前端含合金元素和杂质就更高。这种在晶粒内部和晶粒之间的化学成分不均匀现象，称为显微偏析。

影响显微偏析的主要因素是金属的化学成分及含量。金属的化学成分决定了金属结晶区间的大小，一般情况，合金元素含量愈高，结晶区间愈大，就越容易产生显微偏析。对于低碳钢而言，其结晶区间不大，显微偏析现象不严重，而在高碳钢、合金钢焊接时，显微偏析现象就很严重，常常会因此引起热裂纹等缺陷。因此，高碳钢、合金钢等焊后常需进行扩散及细化晶粒的热处理，以消除显微偏析。

2．区域偏析

熔池结晶时，由于柱状晶体的不断长大和推移，会把杂质推向熔池中心，致使熔池中心的杂质比其他部位要高，这种现象称为区域偏析。

焊缝的断面形状对区域偏析的分布有很大的影响，窄而深的焊缝各柱状晶的交界在中心，因此，便有较多的杂质聚集在焊缝中心，这时在中心极易形成热裂纹。宽而浅的焊缝，杂质便聚集在焊缝的上部，这种焊缝便具有较高的抗热裂纹能力。此外，焊缝末端的弧坑处，由于不再有新的液体金属的补充，断弧点的熔池搅拌不够强烈，常在火口处积聚较多的杂质，在应力的作用下容易形成裂纹，弧坑处积聚较多的杂质，这种现象也是一种区域偏析。

3．层状偏析

熔池中热输入的周期性波动以及结晶潜热的释出造成树枝晶生长过程周期性停顿，使晶体的成长速度出现周期性增加和减少，晶体长大速度的变化引起结晶前沿液体金属中杂质浓度的变化，而形成周期性的偏析现象。层状偏析是焊缝中特有的一种现象，将焊缝横断面抛光，浸蚀处理后，可以发现规则的层状分布线条，因其具有层状分布特征，故称为层状偏析。层状偏析不仅造成焊缝性能不均匀，而且由于一些有害元素的聚集，易于产生裂纹和层状分布的气孔。