焊件在焊接过程中，热应力、相变应力、加工应力等超过屈服极限(Yield strength)，以致冷却后焊件中留有未能消除的应力。 这样，焊接冷却后的残余在焊件中的宏观应力称为残余焊接应力。焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。焊接残余应力会导致焊接变形翘曲，后期的焊接开裂，应力腐蚀问题，极大影响焊接件的使用寿命，降低可靠性。
焊接残余应力，是焊接工程研究领域的重点问题。涉及焊接的各种工程应用中，都十分关注残余应力的影响。例如，在土木工程领域，对于钢结构焊接连接，残余应力对结构的疲劳性能，稳定承载力等均有影响。
A. 焊接残余应力是指焊件冷却后残留在焊件内的应力。从结构的使用要求来看，焊接残余应力有着重要意义。残余应力按其方向可分为纵向、横向和沿厚度方向的应力三种。
1.纵向焊接残余应力
焊接过程一个不均匀加热和冷却的过程。在施焊时，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝及附近温度最高，可达1600℃以上，其邻近区域则温度急剧下降。不均匀的温度场将产生不均匀的膨胀。焊缝及附近高温处的钢材膨胀最大，由于受到两侧温度较低，膨胀较小的钢材的限制，产生了热状态塑性压缩。焊缝冷压时，被塑性压缩的焊缝区趋向于缩得比原始长度稍短，这种缩短变形受到焊缝两侧钢材的限制，使焊缝区产生纵向拉应力。
在低碳钢和低合金钢中，这种拉应力以常达到钢材的屈服强度。焊接残余应力是荷载未作用时的内应力，因此会在焊件内部自相平衡，这就必然在距焊缝稍远区域应力。
2.横向残余应力
横向残余应力产生的原因有：
①由于焊缝纵向收缩，两块钢板趋向于外弯成弓形的趋势，但在实际上焊缝将两块钢板连成整体，不能分开，于是在焊缝中部将产生横向拉应力，而在两端产生横向压应力；
②焊缝在施焊过程中，先后冷却的时间不同，先焊的焊缝已经凝固，且具有一定的强度，会阻止后焊焊缝在横向的自由膨胀，使其产生横向的塑性压缩变形。当焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受到已凝固焊缝的限制而产生横向拉应力，同时在先焊部分的焊缝内产生横向压应力。横向收缩引起的横向应力与施焊方向及先后次序有关，焊缝的横向残余应力是上述两种原因产生的应力的合成。
3.沿焊缝厚度方向的残余应力
在厚钢板的连接中，焊缝需要多层施焊。因此，除有纵向和横向残余应力之外，沿厚度方向还存在着残余应力。这三种应力可能形成比较严重的同号三轴应力；会大大降低结构连接的塑性。这就是焊接结构易发生脆性破坏的原因之一。
以上分析是焊件在无外加约束情况下的焊接残余应力。若焊件施焊时处在约束状态，如采用强大夹具或焊件本身刚度较大等，焊件将因不能自由伸缩变形而产生更大的焊边残余应力，且随约束程度增加而增大。
B. 焊接残余变形的影响：变形若超出了施工验收规范所容许的范围，将会影响结构的安装、正常使用和安全承载能力；所以，对过大的残余变形必须加以矫正。
C. 减少焊接残余应力和变形的方法：
1. 合理设计:选择适当的焊脚尺寸、焊缝布置应尽可能对称、进行合理的焊接工艺设计，选择合理的施焊顺序；
2. 正确施工：在制造工艺上，采用反变形和局部加热法；按焊接工艺严格施焊，避免随意性；尽量采用自动焊或半自动焊，手工焊时避免仰焊。常用方法：退火处理、锤击处理、时效、高能超声冲击等方法; 高能超声冲击适合各种大型焊接件，适合应用在各种场合。
2.1、采用合理的焊接顺序和方向
(1)焊接平面上的焊缝，要保证纵向焊缝和横向焊缝(特别是横向)能够自由收缩。如焊对接焊缝，焊接方向要指向自由端。
(2)先焊收缩量较大的焊缝，如结构上有对接焊缝，也有角焊缝，应先焊收缩量较大的对接焊缝；
(3)先焊横向短焊缝；
(4)工作时应力较大的焊缝先焊，使内应力分布合理。
(5)交叉对接焊缝焊接时，必须采用保证交叉点部位不易产生缺陷的焊接顺序。T形焊缝和十字焊缝焊接时，应该将交叉处先焊的焊缝铲干净，按图中的顺序焊接，才能使T形焊缝和十字捍缝的横向收缩比较自由，有助于避免在焊缝的交点处产生裂纹。
2.2、降低焊接结构的局部刚性
结构刚性增加时，焊接应力随之加大。因此，降低构件焊接部件的局部刚性，有利于减小应力。在焊接封闭焊缝或其刚性较大的焊缝时，可以采取反变形法来降低结构的局部刚性或者在焊缝附近开缓和槽的方法来降低焊接部位的局部刚性。
2.3、加热"减应区"
焊接时，加热那些阻碍焊接区自由伸缩的部位，使之与焊接区同时膨胀、同时收缩.就能减小焊接应力，这种方法称为加热"减应区"法，或称为同步收缩法。加热的部位就称为"减应区"。
2.4、采用"冷焊"方法降低焊接残余应力
"冷焊"的原则是尽量使焊接结构上的温度分布均匀，要求焊缝的局部温度尽量控制得低些，同时这个局部在焊接结构整体中所占的体积尽量小些。这种在结构中尽量减小温差的办法，可以有效地减小焊接残余应力，降低热应力裂纹倾向。
在冷焊操作时采用较小直径的焊条，较小的焊接电流，每次只焊很短一段焊缝。例如，铸铁的补焊每段只焊10~40mm。焊刚性较大的构件，每次只焊一根或半根焊条，每道焊完后，要冷却至不烫手时，才可焊下道焊缝。
2.5、锤击焊缝
在每道焊缝冷却过程中，用圆头小锤锤击焊缝，使焊缝金属受锤击产生塑性拉伸变形而向四周延展，抵消焊缝的收缩而降低内应力。锤击应保持均匀适度，避免锤击过度而产生过深的锤痕。
2.6、焊前预热
焊前预热的目的是使焊接区和结构的温度梯度减小，降低约束度，达到减小焊接内应力的目的。焊件焊前预热可整体预热，也可焊接区局部预热。预热的方法有炉内整体加热、局部远红外线加热、局部工频加热、火焰加热等。
D. 焊接残余应力危害
残余应力危害大！
金属结构件在焊接时，普遍采用熔化焊接的方法，在金属填充过程中，在接头部位留有余高、凹坑、咬边及各种焊接缺陷，造成严重的应力集中，同时还产生一定焊接残余拉应力。
残余拉应力是对焊接结构的疲劳强度极其不利的，容易导致开裂、加速应力腐蚀以及焊接变形；
同时大量研究表明，在焊趾处存在焊接缺陷，该缺陷比较尖锐，造成应力集中致使疲劳裂纹提早萌生，导致焊接的开裂现象。E.残余应力测试
残余应力检测方法主要包括盲孔法、磁测法和X射线法
残余应力的测量方法可以分为有损和无损两大类。
有损测试方法就是应力释放法，也可以称为机械的方法;无损方法就是物理的方法。
机械方法目前用得最多的是钻孔法(盲孔法)，其次还有针对一定对象的环芯法。 物理方法中用得最多的是X射线衍射法，其他主要物理方法还有中子衍射法、磁性法、超声法以及压痕应变法。 残余应力的检测国内外均已开展多年，其测定方法可分为机械测定法和物理测定法。机械测定法测定时须将局部分离或分割使应力释放，这就要对工件造成一定损伤甚至破坏，典型的有切槽法和钻孔法，这方面技术成熟，理论完善。
其中尤以小直径盲孔法因对工件损伤较小、测量较可靠，已成为现场实测的一种标准试验方法(见ASTM E837-99)。
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