焊接接頭的熔池金屬在經歷了一系列的化學冶金反應後,隨著熱源的離去,溫度迅速下降,凝固後成為牢固的焊縫。焊縫金屬從高溫的液體狀態到常溫的固體狀態,經歷了兩次結晶過程。第一次是從液相轉變為固相的結晶過程,包括晶粒的生成和長大兩個基本過程。第二次是在固相中出現同素異構轉變的結晶過程,其間經歷了一系列的相變過程。焊縫金屬在一次結晶時冷卻速度很快,固相內的成分很難趨於一致,而且結晶又有先後,因此在相當大的程度上存在著化學成分不均勻性,這種焊縫金屬中化學成分分佈不均的現象就是偏析。偏析會導致焊縫效能改變,同時也是產生裂紋、氣孔、夾雜物等焊接缺陷的主要原因之一。焊縫中的偏析主要有顯微偏析、區域偏析和層狀偏析。顯微偏析顯微偏析就是在一個柱狀晶粒內部和晶粒之間的化學成分分佈不均勻的現象。在柱狀晶粒生長過程中,一是晶粒軸向延長,二是徑向擴充套件。焊縫結晶時,最先結晶的結晶中心的金屬最純,而後結晶的部分含合金元素和雜質略高，最後結晶的部分，即晶粒的外緣和前端含合金元素和雜質最高。這種一個柱狀晶粒內部化學成分分佈不均的現象稱作晶內偏析。焊縫結晶過程是無數個柱狀晶粒同時生長的過程，每個晶粒都有自己的結晶軸，很多相鄰的晶粒都以自己的晶軸為中心向四周和前方發展，所以相鄰晶粒之間的液體結晶最遲，含有較多的合金元素和雜質。這種經歷之間化學成分分佈不均的現象稱作精簡偏析。對於低碳鋼一般來說，因其結晶開始和終了的溫度區間不大，所以顯微偏析並不那麼嚴重。而在高碳鋼、合金鋼中含合金元素較多結晶區間大，顯微偏析現象就很嚴重，常會引起熱裂紋等缺象。因此，高碳鋼、合金鋼等焊件焊後必須進行擴散及細化晶粒的熱處理，以此來消除顯微偏析。區域偏析區域偏析就是焊縫熔池結晶時，由於柱狀晶體的不斷長大推移，把雜質推向熔池中心而使熔池中心的雜質含量比其它部位高的現象。焊縫成型係數不同，其偏析的地方也不一樣。焊縫成形係數小焊縫窄而深，各柱狀晶粒的交界在中心，使摘焊縫的中心聚集較多雜質，這時極易形成熱裂紋；焊縫成形係數大，焊縫寬而淺，雜質聚集在焊縫上部，這種焊縫具有較強的抗熱裂紋能力。因此，可以利用這一特點來降低焊縫產生熱裂紋的可能性。比如，同樣厚度的鋼板，用多層多道焊要比一次熔焊的焊縫抗熱裂紋能力強得多。層狀偏析層狀偏析就是隨著晶粒長大速度的變化，引起結晶前沿液體金屬中夾雜濃度的變化而形成周期性的偏析現象。由於焊接熔池始終是處於氣流和熔滴金屬的脈動作用下，因此無論是金屬的流動或熱量的提供和傳遞都具有脈動性質。同時熔池結晶過程中放出的結晶潛熱，造成結晶過程週期性停頓，使晶粒長大速度顯現週期性增加和減少。這種層狀偏析常集中了一些有害元素，因而缺欠也常出現在偏析層中，進而造成氣孔的產生。