在焊接過程中，熔池中會(huì)出現(xiàn)兩種類型的表面形成。一種是懸浮顆粒中的雜質(zhì)引起的，另一種是在基材表面附近加熱到半熔融狀態(tài)的非自發(fā)形成。熔合區(qū)從焊縫表面向中心生長，呈柱狀晶，晶核不斷生長。這是相互作用晶體（或結(jié)晶體）的生長過程。
圖4-6為304L不銹鋼與ER308藥芯焊絲在不同焊接環(huán)境下的16Mn鋼接頭中304L不銹鋼母材側(cè)熔合區(qū)的顯微組織。從圖4-6可以看出，304L不銹鋼熔合區(qū)晶粒的生長方式為一般相互作用晶體生長。晶粒的優(yōu)先生長主要由散熱方向和晶粒生長方向決定，只有這兩個(gè)方向一致時(shí)，晶粒才能獲得優(yōu)先生長的優(yōu)勢(shì)，晶粒的優(yōu)先生長才能生長。最終形成與焊縫中心一樣大的枝晶。如果散熱最快的方向與晶粒最容易生長的方向不匹配，則無助于晶體生長，晶體生長將停止。
304L不銹鋼熔合區(qū)晶粒沒有明顯的生長方向，枝晶間形成等軸晶。隨著液態(tài)金屬在熔池中開始結(jié)晶，晶粒通常開始從熔合線附近的母體材料結(jié)合并生長到半熔融狀態(tài)。但在空氣中焊接時(shí)，熔池的冷卻速度很慢，焊縫各個(gè)方向的溫度梯度變化趨勢(shì)不同，最終導(dǎo)致晶粒長大趨勢(shì)不同。晶體可以大量生長并生長到焊縫中心，但有些晶體只能生長到一半。那是因?yàn)檫@些柱狀枝晶在中間生長，在凝固界面之前發(fā)生融合、解離和增殖，在那里它們停止生長，在融合區(qū)內(nèi)形成等軸晶體。最后，將304L 不銹鋼與ER308 藥芯焊絲在空氣中焊接，接頭的顯微組織為具有等軸晶區(qū)的柱狀枝晶簇，與熱流方向和高湍流分布非常接近。被卡在里面。從圖4-6(b)可以看出，晶粒的生長方向清晰，但大部分晶粒已熔合，晶粒難以向焊縫中心生長，相似。 (a) 內(nèi)部等距晶體比數(shù)字小得多。由于水下焊接時(shí)散熱最快的方向總是沿著焊縫的中心，所以晶粒朝明顯的生長方向即焊縫中心生長。并且由于晶粒的生長方向相同，晶粒之間的熔化和解離較少，從而減少了內(nèi)部等軸晶的數(shù)量。
本章主要分析兩種焊接接頭的顯微組織、抗拉強(qiáng)度和顯微硬度，以闡明焊接環(huán)境對(duì)304L不銹鋼和16Mn鋼接頭的影響。得出的主要結(jié)論是：
(1)對(duì)于過熱區(qū)，空氣中的接頭主要由Widmanstatten組織組成，相應(yīng)的水下接頭主要由粗馬氏體組成。對(duì)于相變?cè)俳Y(jié)晶區(qū)，空氣中的接頭主要由細(xì)小、均勻的鐵素體和珠光體組織組成，水中的接頭主要由細(xì)小馬氏體和少量粒狀貝氏體組成。對(duì)于不完全再結(jié)晶區(qū)域，空氣中的接頭主要由大小不一且不均勻的鐵素體和珍珠巖組織組成。這些潛接頭主要由大量粒狀貝氏體、少量細(xì)小馬氏體和大小不一的鐵素體組成。
(2)兩種焊接環(huán)境得到的異種鋼接頭焊接結(jié)構(gòu)不同。兩側(cè)母材附近的焊縫組織以柱狀晶體的形式向焊縫中心生長，在空氣中焊接得到的焊縫組織晶粒度比在水中得到的大。但在空氣中結(jié)的焊縫結(jié)構(gòu)具有明顯的柱狀晶體結(jié)構(gòu)，在水中結(jié)的焊縫結(jié)構(gòu)在晶界處有蠕蟲狀的鐵素體析出，中心會(huì)形成等軸晶區(qū)。焊接。
(3)由此產(chǎn)生的304L熔合區(qū)結(jié)構(gòu)在兩種焊接環(huán)境下也不同。在空氣中焊接時(shí)，304L不銹鋼的熔合晶粒沒有明顯的生長方向，而是在內(nèi)部形成等軸晶。在水下焊接過程中，會(huì)形成304L 不銹鋼的熔合晶粒，但具有明確的生長方向。等距晶體相對(duì)較少。
(4)ER308藥芯焊絲在空氣中焊接304L不銹鋼和16Mn鋼。接頭抗拉強(qiáng)度高達(dá)420MPa，16Mn母材出現(xiàn)裂紋。有明顯的縮頸現(xiàn)象。典型的塑性斷裂。水下焊接的304L不銹鋼與16Mn鋼接頭抗拉強(qiáng)度僅為165MPa，無縮頸，典型脆性開裂。
(5)用ER308藥芯焊絲在水中和空氣中焊接304L不銹鋼和16Mn鋼得到的焊縫平均硬度分別為237HV和213HV。 304L不銹鋼母材側(cè)面的焊縫硬度呈下降趨勢(shì)，水下焊縫焊縫區(qū)硬度最小值低于空氣中焊縫。 16Mn鋼母材側(cè)熱影響區(qū)硬度先升高后降低后升高，水下焊接接頭的最大硬度值高于空焊接頭的硬度值。