การแข็งตัวของน้ำหลอม

ตอน จะหลอมละลายทั้งโลหะฐานและให้เป็นบ่อหลอมเหลวเหลว พอถึงตอนนั้น สิ่งที่เกิดขึ้นจะเป็นตัวตัดสินคุณภาพของแนวเชื่อม: น้ำหลอมแข็งตัวในเสี้ยววินาที และไม่ใช่แบบมั่ว ๆ แต่เป็นไปตามกฎทางโลหะวิทยาที่ตายตัว

การแข็งตัวจะเริ่มที่จุดที่เย็นที่สุดเสมอ — นั่นคือขอบแนวเชื่อม ซึ่งเป็นรอยต่อกับที่ยังแข็งอยู่ ตรงนี้ ที่เส้นหลอม จะเกิดนิวเคลียสแรกขึ้น เพราะความร้อนไหลออกด้านนอก ผลึกจึงเติบโตจากขอบทั้งสองข้าง ตั้งฉากกับเส้นหลอม เข้าสู่กลางแนวเชื่อม เกิดเป็นผลึกยาวรูปร่างคล้ายเสา — นั่นคือ ตรงกลางแนวเชื่อม หน้าคลื่นการเติบโตทั้งสองด้านจะมาบรรจบกัน

จุดนี้แหละคือจุดอ่อน เมื่อมาบรรจบกัน ผลึกที่กำลังเติบโตจะดันสิ่งเจือปนและส่วนประกอบที่หลอมเหลวที่อุณหภูมิต่ำสุดไว้ข้างหน้า — พวกมันรวมตัวกันตรงกลางเป็น การแยกตัวกลางแนวเชื่อมนี้คือโซนคลาสสิกของและ เพราะตรงนั้นมีธาตุอันตรายอย่างกำมะถันและฟอสฟอรัสเข้มข้น และแนวเชื่อมอยู่ในสภาวะรับแรงดึงขณะหดตัว

ปัญหาที่สองคือ — ช่วงอุณหภูมิระหว่างเริ่มต้นและสิ้นสุดการแข็งตัว โลหะบริสุทธิ์และยูเทกติกจะแข็งตัวที่อุณหภูมิคงที่ ส่วนโลหะผสมจะแข็งตัวในช่วงหนึ่ง ยิ่งช่วงนี้กว้างเท่าไร ก็ยิ่งเกิดสภาวะเปลี่ยนผ่านแบบกึ่งเหลวกึ่งแข็งที่รอยแตกเกิดได้ง่ายขึ้นเท่านั้น เพราะฉะนั้นเหล็กบางชนิด (ที่มีกำมะถัน/ฟอสฟอรัสสูง) จึงมีแนวโน้มแตกร้าวเป็นพิเศษ

มีสองวิธีรับมือ อย่างแรกคือ ส่วนผสม: ลวดเชื่อมที่มีเล็กน้อย (สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม) หรือลวดเชื่อมสะอาดที่กำมะถันต่ำ จะทำให้ไม่เป็นอันตราย อย่างที่สองคือ รูปทรง: บ่อหลอมที่ลึกและแคบเกินไป (อัตราการหลอมลึกสูง) จะบังคับให้ผลึกเติบโตเข้าหากันโดยตรงและอัดสิ่งเจือปนทั้งหมดไว้ตรงกลาง บ่อที่กว้างกว่าหรือการเชื่อมแบบส่าย จะกระจายหน้าคลื่นการแข็งตัวและลดความรุนแรงตรงกลางลง

การในที่ตามมาก็ขึ้นอยู่กับการแข็งตัวเช่นกัน: บ่อหลอมปล่อยความร้อนออกมามากจนข้าง ๆ เกิดเกรนใหม่ เกรนหยาบจะอ่อนและแตกร้าวง่ายกว่า — เป็นอีกเหตุผลหนึ่งที่ต้องควบคุมการใส่ความร้อนให้ดี