焊接残余应力的产生是在焊接过程中，焊接部位局部急速加热到高温，由于表面与内部温度的不均匀而引起的。可见，与淬火过程中热应力产生的原因有类似之处。从原理上分析似乎比淬火情况要简单，但是焊接是将构件彼此之间结合起来，并因为这种结合使整个构件处于束缚状态。焊接结构形状、尺寸等变化及焊接工艺的不同，使焊接应力非常复杂，一般将焊接应力分成焊接残余应力与约束应力两类。
焊接残余应力：是指构件焊接部位附近处在自由状态的部分，由于焊接本身急速加热到高温而产生的残余应力，这种应力是靠本身保持平衡而存在的。
约束应力：是指来自结合部以外的约束而造成的残余应力。
对于焊接残余应力按其发生来源区分有以下三种情况：
（1）直接应力。不均匀加热的结果取决于加热和冷却时的温度梯度而表现出来的应力。它是形成焊接残余应力的主要原因。可见，淬火热应力产生的原因类似，所以分布规律与淬火热应力也应有类似之处，认为这种应力是焊接残余应力的主要部分。
（2）组织应力。由于焊接过程中材料发生相变，组织发生变化而产生的应力。也就是相变造成的比容变化而产生的应力，这与淬火组织应力产生原因类似。认为这种应力在焊接残余应力中起到的作用是较小的。因为焊接一般均采用低碳钢，发生马氏体相变得到的一般是含碳很低的板条马氏体。马氏体比容与含碳量有重要关系，含碳低的马氏体比容相对较小。
（3）间接应力。焊接前加工状况造成的残余应力，如构件经过轧制或拉拔，会产生残余应力。这种应力如果没有消除在焊接构过程中就会叠加到焊接残余应力上去。
由于直接应力是焊接残余应力的主要来源，有必要详细分析。
在焊缝附近是被急速加热到高温状态，此处要发生膨胀，而周围材料温度低于焊缝处，所以膨胀远小于焊缝处，也就是焊缝周围区域对焊缝处膨胀有抵制作用，因此焊缝区域产生很大的热应力，并在结合方向上产生明显塑性变形，而在垂直结合方向上一般也产生压缩塑性变形。(www.xing528.com)
结论：在焊接加热阶段，焊缝区在结合方向上产生压缩热应力，焊缝区实质部分（因热膨胀而分开部分）的长度变短。
如果从这种状况各处一样冷却到室温，必然会使焊缝部分成为拉应力状态。可进行这样的类比，因焊缝部分温度最高，在冷却过程中最后冷却到室温，相当于表面加热淬火过程中工件表面冷却时产生热应力情况（见2.3.2 节）。
根据上述分析可知：在焊接冷却阶段，焊缝区在结合方向上产生拉应力。
焊接残余应力的产生是由加热和冷却时的热应力及由它造成的塑性变形决定的。从前面分析可以看到，加热与冷却阶段应力方向相反，最后叠加结果应该是何种应力状态呢？因为在加热阶段工件处在高温，变形容易，应力释放多，因此叠加后的残余应力应该是冷却过程中应力状态占主导作用，所以焊缝处一般应是拉应力状态，而在焊缝两侧为压应力状态。这种应力状态可能引起开裂。通过上述分析可得到与热处理过程类似的结论：
焊接变形主要决定于焊接加热阶段（类似淬火冷却初期）的应力状态，焊接裂纹与最后残余应力主要决定焊接冷却阶段（类似淬火冷却后期），焊接残余应力基本上以焊缝为中心对称分布。
表2-14 所列为焊接残余应力的一些具体数据。
表2-14 焊接残余应力的一些具体数据
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