水垢形成是一个复杂的物理化学过程。这个过程分为两步：第一步为水烧开或加热（60℃～70℃以上）后，一部分水蒸发了，水中钙镁盐类物质浓度逐渐升高达到过饱和状态，并从水中析出；第二步为结晶的钙镁盐类物质在受热面上形成各种不同密度和不同成分的固体附着物水垢或悬浮在溶液中成为水渣。

成为水垢还是成为水渣不仅取决于它们的化学成分和结晶状态，而且还与析出的条件有关。如在省煤器、给水管道中，水中析出的碳酸钙常常结成坚硬的水垢。而在锅炉的受热面中，如果水的碱度较强，又处于剧烈的沸腾状态，则析出的碳酸钙常形成海绵状的松软水渣。

硬水中钙镁盐类物质的饱和指数如果未超过或正好在饱和的临界点上，就不会有水垢生成。同样，在软水中如果超出了饱和指数也会产生水垢。

饱和指数由水的PH值（酸碱度）决定。PH值越低，水中的酸性越强，饱和指数越高，所能溶解的矿物质成分也就越多；PH值越高，水中的碱性越强，饱和指数越低，所能溶解的矿物质成分也就越少。对水加热、水压降低（如打开水龙头等）、在水中添加化学品剂等都会导致PH值升高。

最初所形成的过饱和状态溶液很不稳定，开始时是在过饱和溶液中盐类结晶核心上，极小的微粒逐渐长大成颗粒，最后形成粗结晶体或絮状的水垢或水渣。形成水垢或水渣，不仅与盐类物质的化学成分有关，而且还取决于盐类杂质和受热面之间物理化学因素。如果金属受热面粗糙并有凸起时，便会在过饱和溶液产生固态的结晶核。金属受热面氧化层有相当大的附着力，它可成为金属壁与析出结晶沉淀物的粘结中间层。因此，金属表面粗糙或覆盖一层氧化物时，盐类杂质沉淀出来将主要成为水垢；相反在光洁的受热金属面上，则多呈水渣。

按水垢的形成过程可分为两种：一是盐类杂质在受热面上直接结晶而形成的一次水垢；一是易粘附在受热面上的水渣，再次生成二次水垢。

水垢对热水器的危害

1、降低热效率。由于水垢比金属的导热系数小几百倍。因此，即使在受热面上形成不太厚的水垢，也会因为热阻大，使其导热效率降低，造成热损失。受热面上结有水垢，会使金属管壁局部过热，当壁温超过其工作允许极限温度时，就会使其局部鼓包，这种现象多发生在电加热管上，也是致使电加热管损坏的主要原因之一。

2、降低循环量。太阳能真空管内结垢后，流通截面积减少，增加了水循环的速度和流动阻力致使升温效果明显下降。

3、降低使用寿命。水垢附在太阳能真空管内，很难清除。为了除垢需要经常清洗，因而增加检修次数，费时费料费财。而且可能由于除垢方法不当而降低使用寿命。

4、腐蚀金属内壁。水垢是一种复杂的盐类，其中含有卤素离子，在高温下对铁有腐蚀作用。通过对铁质水垢的分析，可知它含铁量达20%～30％左右。水垢的侵蚀会使金属内壁变脆并不断向深处腐蚀。

5、使传感器失效。水垢的导热系数低，一旦结垢，传感器内部的感温元件不能及时感应到外部水温的变化，使得显示的温度比实际水温要低。

因为水垢的特性，使得水位显示出现偏差。这个过程一般有两种现象：一种是结垢初期水垢稀松似海绵状，这时的水垢能吸收水份，即使水箱内只有少量水也会因为毛吸现象而显示满水位；另一种是结垢后期水垢坚硬、致密，由于水垢阻碍了电信号的传送，太阳能水箱内就是注满水也会显示缺水或无水。