焊接过程是一个涉及电弧物理、传质传热、冶金和力学行为的复杂过程。发展焊接数值模拟技术是科学认识焊接过程，使焊接这一传统工艺逐步实现由经验到科学、由定性到定量的桥梁。本章将着重介绍焊接物理过程的复杂性，以及焊接过程数值模拟的内容、意义及发展概况
1.1 焊接物理过程的复杂性
焊接就物理过程本质而言是多样的、复杂的。焊接过程的复杂性一般体现在两个方面:其一，焊接方法本身具有多样性:其二，焊接过程的多物理场耦合性。焊接技术在我国有着悠久的历史，最早可以追溯到商代。到目前为止，已有不下几十种焊接方法，常见的有电弧焊、高能束焊、压焊、摩擦焊、钎焊等。现代焊接技术还在不断发展与创新，近年来出现了复合焊、超声波焊等焊接方法。不同的焊接方法其物理过程一般存在较大的差异，因此无法用一个统一的物理模型来描述焊接过程。
焊接物理过程的复杂性还体现在焊接过程往往是多物理过程耦合在一起、共同作用的过程。就某一特定焊接方法而言，其物理过程通常包括焊接热的产生、焊接热的传导、熔池流体的流动与凝固、材料微观组织演化、焊接应力与变形等诸多物理过程。这些物理过程通常耦合在一起，相互影响和支配着整个焊接过程。总体来说，可将焊接过程中涉及的物理过程分成相互耦合的四大类，即焊接热过程、焊接力学过程、焊接组织演化过程和焊接流体流动过程，如图1-1所示。1)焊接热过程。一般地，除了冷焊等几个特殊的焊接过程外，都需要对工件某一部分进行加热，从而完成焊接过程。焊接热过程包括焊接热的产生过程(不同的焊接方法其产热机理不同，甚至存在较大差异)，以及焊接热在工件与周围环境中的传递过程。焊接热过程是产生后续焊接物理过程的前提和基础。
2) 焊接力学过程。焊接力学过程包含焊接过程中内应力的产生与演化、焊后的残余应力与变形等内容。
3) 焊接组织演化过程。在焊接热的作用下，部分材料发生了由固态熔化为液态再凝固成固态的过程，在某些材料中还会发生固态的相变过程，这些都属于焊接组织演化过程。
4)焊接流体流动过程。焊接流体流动过程一般包括熔池液态金属的流动过程和电弧等离子体的流动行为等。
图 1-1 焊接物理过程
这4个物理过程往往耦合在一起，共同作用在焊接材料体上，决定和支配着整个焊接过程，它们之间的耦合关系还可分解为图1-1所示的若千分支过程。a焊接热过程引起材料组织的改变和相变过程。
b组织的改变及相变过程通过放出或吸收潜热影响着焊接热过程。
c相变过程往往伴随着材料体积的变化,进而影响着材料内部应力的演化进程d部分相变过程还依赖于材料体所处的应力状态，如应力-诱导马氏体相变过程等。
e焊接热行为影响焊接的力学行为，如焊接温度的改变会产生热变形和热应力，进而影响材料体的力学过程。
f材料在发生较大的塑性变形过程中会产生塑性变形热，进而对焊接热过程产生影响。例如在搅拌摩擦焊过程中，材料剧烈的塑性变形产热是其焊接热的主要来源之一。
g电弧等离子体与熔池液态金属的流动行为均会影响传热过程，进而对整体的焊接热行为产生影响。h焊接的不均匀加热行为也是导致电弧及熔池流体流动的驱动力之一。
i电弧及焊接熔池液态金作为一种导电的磁流体,其在运动过程中会受到电磁力的作用。
j带电流体的流动也会产生力的作用。
k 熔池的流体流动行为会对焊缝的凝固过程产生影响，进而影响微观组织相变过程。
l焊缝的凝固行为也会对熔池的流体流动产生影响。
由上可见，焊接过程是一个多物理场耦合的复杂过程。数值模拟技术正是深入理解焊接现象，科学、精确指导焊接设计的一个得力工具。
（内容、图片来源：《焊接过程数值模拟》一书，侵删）
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