河南工业大学
10
材具有交互结晶的特征，图 2-2
为母材和焊缝金属交互结晶的示意图。由图
可知，焊缝金属与联接处母材具有共晶现象，即熔池金属的结晶是从熔合区
母材的半熔化晶粒上开始向焊缝中心成长的。这种结晶形式称为交互结晶或
联生结晶。当晶体最易长大方向与散热最快方向一致时，晶体便优先得到成
长，有的晶体由于取向不利于成长，晶粒的成长会被遏止。这就是所谓选择
长大，并形成焊缝中的柱状晶。
在图 2-2
中显示，随着晶粒的成长，熔池中晶粒界面前的浓度过冷和温
度梯度也随着发生变化。因而，熔池全部凝固以后，各处将会出现不同的结
晶形态。在焊接熔池的熔化边界上，温度梯度 G
较大，结晶速度 R
很小，因
此此处的浓度过冷最小，随着焊接熔池的结晶。温度梯度 G
由熔化边界处直
到焊缝中心逐渐变小，熔池的结晶速度 R
却逐渐增大，到焊缝中心处，温度
梯度最小，结晶速度最大。
热影响区是焊接或切割过程中，材料因受热的影响（但未熔化）而发生
金相组织和力学性能变化的区域。按其组织特征又可分为以下四个区域：
图 2 — 3
河南工业大学 11 （ a
）过热区
（粗晶区）
指焊接热影响区中，具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。此区的温度
范围为固相线至 1100
℃，因加热温度过高，奥氏体晶粒急剧长大，使其塑性
明显下降，尤其是冲击韧度下降 20 ％ -30
％，对于易淬火钢，此区脆性更大，
是热影响区中性能最差的部位。焊接刚度大的结构件时，常在过热粗晶区产
生脆化或裂纹。
（ b
）细晶区
细晶区是焊接时母材被加热到 1100 ℃～ Ac3
的部位，将发生重结晶，将
发生重结晶，即铁素体和珠光体全部变为奥氏体，然后在空气中冷却得到细
小均匀的铁素体和珠光体，相当于热处理的正火组织。此区域的塑性和韧性
都较好，是焊接热影响区中性能最好的区域。 （ c
）熔合区
熔合区为焊缝与母材相邻的部位，
又称半熔化区，
温度处于液相线与固
相线之间。这个区域的微观行为十分复杂，焊缝与母材的不规则结合，形成
了参差不齐的分界面。此区域的范围很窄，但由于在化学成分上和组织性能
上都有较大的不均匀性，所以对焊接接头的强度、韧性有很大影响。在许多
情况下熔合区是产生裂纹、脆性破坏的发源地。 （ d)
不完全重结晶区
加热温度
Ac1- Ac3 ，约
750-900
℃，钢被加热奥氏体 +
部分铁素体区域，
冷却后的组织为细小铁素体 +
珠光体 +
部分大块未变化的铁素体，晶粒大小不
河南工业大学 12
均匀。此区特点是晶粒大小不一，组织不均匀，因此力学性能也不均匀。 2.2
实验材料与设备 2.2.1
实验设备
钨极交、
直流方
波氩弧
焊焊机
（焊机型 号
WANBO-WSE-350 ）、
BM-4XDV
倒置金相显微镜、维氏显微硬度计 HV —
1000A
、型材切割机 （
J1G-DI-355 ）、 250
毫米落地砂轮机、金相砂纸、金相抛光机， J422 系
列焊条等。
图 2-4
粗抛设备
图 2-5
精抛设备
河南工业大学
河南工业大学 25
图 3-9
热影响区 40 倍
图
3-10
热影响区 100 倍
图
3-11
热影响区
400 倍
热影响区的显微组织
受焊接过程热循环
（加热和冷却）
的作用焊缝附近
的热影响区相当于经历了“特殊的热处理”
过程一样。
焊缝及热影响区各
部分由于离焊池距离不同而被加热到不同的温度，焊后冷却时又以不同的冷
速冷却下来 ,
因此使该区的组织变得复杂。
由于焊缝周围的金属导热作用，
焊缝和热影响的冷却速度很快，有时可达淬火的程度。冷却速度受材料的导
河南工业大学 26
热性、
板厚和接头形状及钢板在焊前初始温度
（包括环境温度或预热温度） 等
因素的影响。钢板尺寸越大，冷却越快，钢板初始温度越高（预热）
，冷速
越慢。
通过一组同学的对比观察到的组织随焊接电流的变大，焊缝区、熔合区
和热影响区组织晶粒度逐渐粗化，由铁素体逐渐变为珠光体和魏氏组织。
结论 (1)
在其他条件一定的情况下，
随着电弧焊焊接电流增大，
焊接的引弧性、
河南工业大学 27
稳弧性、脱渣性及焊缝成形性都逐渐变好，但是焊接飞溅和电弧吹力较大。
（ 2 ）
随着焊接电流增大，
焊接接头同一特征区的组织由铁素体逐渐转变为
珠光体或者魏氏组织，晶粒度逐渐变粗化。 （ 3
）焊条直径相同，焊接电流不同时，焊接电流越大，各特征区的硬度分
布呈现曲线分布，逐渐变大；同一焊接电流下，焊缝区硬度最低，熔合区和
热影响区较高。 （ 4
）焊条直径为
3.2mm
时最佳焊接电流为
120A 。
河南工业大学
28
结束语
通过这次课程设计，
我学会了不少知识，
也对以前学的焊接方面的知识
有了很好的复习巩固。这次的课程设计并不是很简单，想要做好，需要查很
多文献，对工艺设计有较好的了解。做实验获得数据的过程也并不容易，尤
其是磨金相组织，一开始有很多划痕，结果返工重新磨了多次才可以看清组
织，顺利完成实验。这次的课程设计试验和理论相结合，既提高了自己的动
手操作能力，也学会了很多理论知识，在焊接基础和焊接工艺这方面受益匪
浅，工艺设计和应用能力得到很大的提高，我学到许多课本上没有的知识，
了解到实践的重要性，很感谢老师们的耐心指导。由于自己焊接知识方面还
有很多欠缺，难免存在不足和错误之处，希望老师给以指正。
河南工业大学
25
图
3-9
热影响区
40
倍
图
3-10
热影响区
100
倍
图
3-11
热影响区
400
倍
热影响区的显微组织
受焊接过程热循环
（加热和冷却）
的作用焊缝附近
的热影响区相当于经历了“特殊的热处理”
过程一样。
焊缝及热影响区各
部分由于离焊池距离不同而被加热到不同的温度，焊后冷却时又以不同的冷
速冷却下来
,
因此使该区的组织变得复杂。
由于焊缝周围的金属导热作用，
焊缝和热影响的冷却速度很快，有时可达淬火的程度。冷却速度受材料的导
河南工业大学
26
热性、
板厚和接头形状及钢板在焊前初始温度
（包括环境温度或预热温度）
等
因素的影响。钢板尺寸越大，冷却越快，钢板初始温度越高（预热）
，冷速
越慢。
通过一组同学的对比观察到的组织随焊接电流的变大，焊缝区、熔合区
和热影响区组织晶粒度逐渐粗化，由铁素体逐渐变为珠光体和魏氏组织。
结论
(1)
在其他条件一定的情况下，
随着电弧焊焊接电流增大，
焊接的引弧性、
河南工业大学
27
稳弧性、脱渣性及焊缝成形性都逐渐变好，但是焊接飞溅和电弧吹力较大。
（
2
）
随着焊接电流增大，
焊接接头同一特征区的组织由铁素体逐渐转变为
珠光体或者魏氏组织，晶粒度逐渐变粗化。
（
3
）焊条直径相同，焊接电流不同时，焊接电流越大，各特征区的硬度分
布呈现曲线分布，逐渐变大；同一焊接电流下，焊缝区硬度最低，熔合区和
热影响区较高。
（
4
）焊条直径为
3.2mm
时最佳焊接电流为
120A
。
河南工业大学
28
结束语
通过这次课程设计，
我学会了不少知识，
也对以前学的焊接方面的知识
有了很好的复习巩固。这次的课程设计并不是很简单，想要做好，需要查很
多文献，对工艺设计有较好的了解。做实验获得数据的过程也并不容易，尤
其是磨金相组织，一开始有很多划痕，结果返工重新磨了多次才可以看清组
织，顺利完成实验。这次的课程设计试验和理论相结合，既提高了自己的动
手操作能力，也学会了很多理论知识，在焊接基础和焊接工艺这方面受益匪
浅，工艺设计和应用能力得到很大的提高，我学到许多课本上没有的知识，
了解到实践的重要性，很感谢老师们的耐心指导。由于自己焊接知识方面还
有很多欠缺，难免存在不足和错误之处，希望老师给以指正。
河南工业大学
29
河南工业大学 29
