焊接环境对304L不锈钢熔合区结构的影响

在焊接过程中，熔池中会出现两种类型的表面形成。一种是悬浮颗粒中的杂质引起的，另一种是在基材表面附近加热到半熔融状态的非自发形成。熔合区从焊缝表面向中心生长，呈柱状晶，晶核不断生长。这是相互作用晶体（或结晶体）的生长过程。

图4-6为304L不锈钢与ER308药芯焊丝在不同焊接环境下的16Mn钢接头中304L不锈钢母材侧熔合区的显微组织。从图4-6可以看出，304L不锈钢熔合区晶粒的生长方式为一般相互作用晶体生长。晶粒的优先生长主要由散热方向和晶粒生长方向决定，只有这两个方向一致时，晶粒才能获得优先生长的优势，晶粒的优先生长才能生长。最终形成与焊缝中心一样大的枝晶。如果散热最快的方向与晶粒最容易生长的方向不匹配，则无助于晶体生长，晶体生长将停止不锈钢焊接管。

304L不锈钢熔合区晶粒没有明显的生长方向，枝晶间形成等轴晶。随着液态金属在熔池中开始结晶，晶粒通常开始从熔合线附近的母体材料结合并生长到半熔融状态。但在空气中焊接时，熔池的冷却速度很慢，焊缝各个方向的温度梯度变化趋势不同，最终导致晶粒长大趋势不同。晶体可以大量生长并生长到焊缝中心，但有些晶体只能生长到一半。那是因为这些柱状枝晶在中间生长，在凝固界面之前发生融合、解离和增殖，在那里它们停止生长，在融合区内形成等轴晶体。最后，将304L 不锈钢与ER308 药芯焊丝在空气中焊接，接头的显微组织为具有等轴晶区的柱状枝晶簇，与热流方向和高湍流分布非常接近。被卡在里面。从图4-6(b)可以看出，晶粒的生长方向清晰，但大部分晶粒已熔合，晶粒难以向焊缝中心生长，相似。 (a) 内部等距晶体比数字小得多。由于水下焊接时散热最快的方向总是沿着焊缝的中心，所以晶粒朝明显的生长方向即焊缝中心生长。并且由于晶粒的生长方向相同，晶粒之间的熔化和解离较少，从而减少了内部等轴晶的数量。

本章主要分析两种焊接接头的显微组织、抗拉强度和显微硬度，以阐明焊接环境对304L不锈钢和16Mn钢接头的影响。得出的主要结论是：

(1)对于过热区，空气中的接头主要由Widmanstatten组织组成，相应的水下接头主要由粗马氏体组成。对于相变再结晶区，空气中的接头主要由细小、均匀的铁素体和珠光体组织组成，水中的接头主要由细小马氏体和少量粒状贝氏体组成。对于不完全再结晶区域，空气中的接头主要由大小不一且不均匀的铁素体和珍珠岩组织组成。这些潜接头主要由大量粒状贝氏体、少量细小马氏体和大小不一的铁素体组成。

(2)两种焊接环境得到的异种钢接头焊接结构不同。两侧母材附近的焊缝组织以柱状晶体的形式向焊缝中心生长，在空气中焊接得到的焊缝组织晶粒度比在水中得到的大。但在空气中结的焊缝结构具有明显的柱状晶体结构，在水中结的焊缝结构在晶界处有蠕虫状的铁素体析出，中心会形成等轴晶区。焊接。

(3)由此产生的304L熔合区结构在两种焊接环境下也不同。在空气中焊接时，304L不锈钢的熔合晶粒没有明显的生长方向，而是在内部形成等轴晶。在水下焊接过程中，会形成304L 不锈钢的熔合晶粒，但具有明确的生长方向。等距晶体相对较少。

(4)ER308药芯焊丝在空气中焊接304L不锈钢和16Mn钢。接头抗拉强度高达420MPa，16Mn母材出现裂纹。有明显的缩颈现象。典型的塑性断裂。水下焊接的304L不锈钢与16Mn钢接头抗拉强度仅为165MPa，无缩颈，典型脆性开裂。

(5)用ER308药芯焊丝在水中和空气中焊接304L不锈钢和16Mn钢得到的焊缝平均硬度分别为237HV和213HV。 304L不锈钢母材侧面的焊缝硬度呈下降趋势，水下焊缝焊缝区硬度最小值低于空气中焊缝。 16Mn钢母材侧热影响区硬度先升高后降低后升高，水下焊接接头的最大硬度值高于空焊接头的硬度值。