熔池凝固的特点及影响因素

焊接熔池的凝固过程与一般铸钢锭的凝固结晶过程不同，焊接熔池的凝固有如下的特点。

1.熔池的体积小、冷却速度快

在电弧焊的条件下，熔池的最大体积约为30cm³，熔池的质量在单丝埋弧焊时，最大约为100g，而铸钢锭可达数吨以上。由于熔池的体积小，而周围又被冷金属所包围，所以熔池的冷却速度很大，平均为4～100℃／s。而铸钢锭的平均冷却速度，根据尺寸、形状的不同，为（3～150）×10^－4℃／s。由此可见，熔池的平均冷却速度比铸钢锭的平均冷却速度大10⁴倍左右。因此，对于含碳量较高、合金元素较多的钢种容易产生淬硬组织，甚至焊道上产生裂纹。由于冷却很快，熔池中心和边缘有较大的温度梯度，致使焊缝中的柱状晶能够迅速成长。所以，通常情况下电弧焊的焊缝中几乎没有等轴晶。

2.半熔化状态的母材金属晶粒是熔池结晶的“模壁”

铸钢锭的结晶是从铸锭模壁开始形核及长大的。焊接熔池的凝固结晶，是从母材半熔化晶粒开始生长的，它的“模壁”就是温度等于熔点的熔池等温面。

3.熔池中的液态金属处于过热状态(www.xing528.com)

在电弧焊的条件下，对于低碳钢或低合金钢，熔池的平均温度可达（1770±100）℃，而熔滴的温度更高，为（2300±200）℃。一般铸钢锭的温度很少超过1550℃。因此，熔池中的液态金属处于过热状态。由于熔池液体金属的过热程度较大，合金元素的烧损比较严重，使熔池中非自发晶核的质点大为减少，这也是促使焊缝中柱状晶得到发展的原因之一。

4.熔池在运动状态下结晶

铸钢锭的结晶是在钢锭模中静态下进行的，而一般熔焊时，熔池凝固是随热源移动而进行的。在熔池中金属的熔化和凝固过程是同时进行的，如图5-1所示，在熔池的前半部abc进行熔化过程，而熔池的后半部cda进行凝固过程。此外，在焊接条件下，气体的吹力、焊条的摆动以及熔池内部的气体外逸，都会产生搅拌作用。这一点对于排除气体和夹杂是有利的，也有利于得到致密而性能良好的焊缝。

图5-1 熔池在运动状态下结晶