焊接应力和变形产生的原因
假设在焊接过程中焊件整体受热是均匀的，加热膨胀和冷却收缩将不受拘束而处于自由状态，那么焊后焊件不会产生焊接残余应力和变形。金属棒自由膨胀和收缩过程见表11-1。
表11-1 金属棒自由膨胀和收缩
但是，焊接时焊件实际上是承受局部不均匀的加热和冷却，用一根金属棒进行不均匀加热和冷却实验，可模拟金属材料的焊接过程。
由表11-2可知，金属棒加热时，膨胀受到阻碍，产生了压应力，在压缩应力的作用下，产生一定的热压缩塑性变形。冷却时，金属棒可以自由收缩，冷却到室温后金属棒长度有所缩短，应力消失。
表11-2 金属棒膨胀受阻、自由收缩
由表11-3可知，金属棒在加热和冷却过程中都受到拘束，其长度几乎不能伸长也不能缩短。加热时，棒内产生压缩塑性变形，冷却时的收缩使棒内产生拉应力和拉伸变形，当冷却到室温后，金属棒长度几乎不变，但金属棒内产生了较大的拉应力。
表11-3 金属棒膨胀和收缩都受拘束
在焊接过程中，电弧热源对焊件进行了局部的不均匀加热，如图11-1所示。焊缝及其附近的金属被加热到高温时，由于受到周围较低温度金属的抵抗，不能自由膨胀而产生了压应力。如果压应力足够大，就会产生压缩塑性变形。当焊缝及其附近金属冷却发生收缩时，同样也会由于受周围较低温度金属的拘束，不能自由地收缩，在产生一定的拉伸变形的同时，产生了焊接拉应力。
图11-1 焊件上的温度分布
根据以上分析可知：焊接过程中，对焊件进行局部不均匀地加热是产生焊接应力和变形的主要原因。焊接接头的收缩造成了焊接结构的各种变形。另外，在焊接过程中，焊接接头晶粒组织发生转变引起的体积变化，也会在金属内部产生焊接应力，同时也可能引起变形。
焊接残余应力和残余变形既同时存在，又相互制约。如果使残余变形减小，则残余应力会增大；如果使残余应力减小，而残余变形相应会增大，应力和变形同时减小是不可能的。
在实际生产中，往往焊后的焊接结构既存在一定的焊接残余应力，又产生了一定的焊接残余变形。