Chapter 5
Welding Metallurgy
Table of Contents
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .197
5.2 Basic Concepts of Iron and Steel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .198
5.3 Iron, Cast Iron and Steel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .199
5.4 Phase Transformation During Heating and Cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .200
5.4.1 Phase Diagrams (Iron-Carbon Equilibrium Diagram) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .202
5.5 Effect of Heating and Cooling on Steel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .203
5.5.1 Slow Cooling of Steel from Above 910°C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .203
5.5.2 Fast Cooling of Steel from Above 910°C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .207
5.5.3 How Fast a Cooling Rate is Fast Enough to Form Martensite? . . . . . . . . . . . . . . . . .208
5.5.4 Heat Treatment of Structural Low Alloy and Quenched and Tempered Steel . . . . . . .211
5.6 Alloying Elements in Steels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .213
5.7 How Does Hardness Affect Welding? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .215
5.8 Heat Affected Zone (HAZ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .216
5.9 Weldability of Metals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .218
5.9.1 Weld Cooling Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .219
5.10 Solidification Cracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .226
5.11 Strength and Toughness in the Weld Zone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .227