焊接冶金具有一定的特殊性，是焊缝及热影响区金属在电、磁、热、力复合能场作用下发生的非平衡凝固及快速冷却状态下的组织转变。

焊接过程中，在由电弧、保护区气氛、熔渣、熔滴、熔池组成的焊接高温区（图1）内发生的物质之间的相互作用。化学冶金的反应体系包括气态（气体及金属蒸气）、液态及高温固态。化学冶金包括：①气体与金属的冶金反应。焊接区的气体来源于保护气体、杂质气体、侵入的空气、金属蒸气，以及焊条或焊剂中的造气物质分解。氮气不论是与液态金属反应形成氮化物还是固溶在金属晶格中，都将降低焊缝的塑性和韧性，特别是使低温韧性急剧下降。氢气和金属反应生成脆性的氢化物等，是造成焊缝或熔合区氢脆的主要原因；固溶在金属晶格间隙中的氢，扩散能力非常强，特别是残余氢的含量较高时，是形成氢致裂纹的主要因素之一。氧除了和铁反应以外，还极易和合金元素发生化学反应，形成各种氧化物，造成合金元素的烧损，降低接头的强度、塑性及韧性。此外，气体的溶入是焊缝形成气孔的主要原因。②熔渣与金属的冶金反应。熔渣是熔化焊时的主要保护方法之一，是焊条药皮、焊剂等在焊接热源作用下经过一系列物理化学反应形成的，可分为氧化物型、盐型、氧化物-盐型3种类型。熔渣的作用是保护焊缝区，以液膜的形式（冷却后形成熔壳）覆盖在熔池及高温焊缝金属的表面；通过高温液体金属与活性组分反应，改变液体金属的化学成分，从而实现化学冶金的调控。此外，熔渣还可以改善焊接工艺，减少飞溅，利于电弧的引燃和维持，并可通过化学反应达到脱氢、脱硫、脱磷等目的。熔渣与金属的反应根据渣系而不同，氧化物型熔渣容易向焊缝金属过渡氧，使焊缝金属发生氧化；盐型熔渣通过反应减少焊接区金属的氧化，并从液态金属中排出氧气。③焊缝金属的合金化。通过熔池金属和添加材料的作用，将所需的合金元素添加到焊缝金属中，以弥补合金元素的烧损、改善焊缝组织、提高焊缝性能或者获得具有特殊性能的堆焊层。

焊接中发生在焊接区到母材热影响区内的物质流动、结晶凝固、固态相变、组织转化等物理变化过程。如图2所示，焊缝区的物理变化主要与液态金属的凝固有关。通过熔池中生成的固态晶核和焊缝边沿的金属结晶，开始由液态向固相转变。同时伴随着晶粒的逐步长大，偏析及裂纹等缺陷也在焊缝中产生。熔合区的物理变化主要是部分母材发生熔化，在冷却时发生凝固，同时出现晶粒粗化、裂纹、偏析、碳迁移等问题。该区的化学成分、组织及性能等非常不均匀，也是应力集中的区域，极易出现液化裂纹及氢致裂纹。热影响区的物理变化比较复杂，不同种类的母材发生不同的变化，主要有固态转变、回复、再结晶、裂纹产生等。该区的组织转变具有非平衡及不均匀的特性，各元素的分布也具有不均匀性，容易出现软化、硬化、脆化问题，降低了接头的耐腐蚀性和疲劳性能。

图1 发生化学冶金的高温区

图2 物理冶金示意图