焊接应力作为金属连接工艺中的“隐形烙印”，深刻影响着工程结构的寿命与安全。当电弧熔合金属的瞬间，局部的炽热与周围的冷峻形成对抗，材料内部便悄然埋下了自相平衡的内力体系。这一现象看似微观，却足以撼动万吨巨轮的结构稳定，甚至引发航天器的致命失效。领会焊接应力的本质，就是掌握现代制造业安全的核心密码。

一、形成机制：温度与约束的博弈

焊接应力的根源在于不均匀温度场引发的变形不协调。焊接经过中，热源中心区温度可达金属熔点（约1500℃以上），而远离焊缝的区域可能仍处于室温情形。这种极端温差导致焊缝区金属膨胀受拘束，形成压缩塑性变形；冷却收缩时，又受周围冷金属牵制无法自在回缩，最终在焊件内部形成自平衡的内应力体系。

材料相变进一步加剧应力复杂性。例如钢在快速冷却中，奥氏体向马氏体转变伴随4%的体积膨胀，而相邻未相变区域会限制这种膨胀，产生高达500MPa的组织应力。这种热-相变耦合效应，使焊接接头成为多种应力交织的“高能区域”。

二、分类与分布特征

按时刻尺度可分为瞬态应力与残余应力。瞬态应力随热循环动态变化，峰值常达材料屈服强度的80%；残余应力则在冷却后永久留存，成为影响结构服役性能的关键影响。

按空间分布呈现显著梯度特征。典型对接接头中，焊缝中心常存高达300MPa的纵向拉应力，向母材路线逐渐过渡为压应力区，形成“拉-压交替”的应力场。这种分布因接头形式而异：T型接头焊根处存在三向拉应力，脆断风险极高；管板接头环向应力集中系数可达2.5以上。

三、多维度的工程影响

静强度层面，焊接应力对塑性材料（如低碳钢）影响较弱，因其可通过塑性变形释放应力；但对脆性材料（如铸铁），残余拉应力与外载叠加，可能使实际应力超过抗拉强度，引发“低应力脆断”。厚板焊接中，三向拉应力情形会显著降低材料断裂韧性，促进裂纹萌生。

疲劳性能研究存在学术争议。ASME标准中的结构应力法表明：残余拉应力使实际应力幅增大40%以上，疲劳寿命降低5-100倍。但法国标准指出，对于高韧性材料，应力集中比残余应力对疲劳的影响更显著。这种争议突显了材料-结构-应力的复杂耦合机制。

独特服役环境下应力危害加剧。腐蚀介质中，残余拉应力诱发应力腐蚀开裂（SCC），304不锈钢在氯化物环境下的SCC门槛值可降低60%；高温工况则加速应力松弛导致的蠕变变形，电站管道焊缝的蠕变空穴率与初始应力呈指数关系。

四、控制与消除技术演进

工艺优化是源头控制的核心。采用分段退焊法（如长焊缝分成8段逆向施焊），可使横向应力降低40%；预热（150-300℃）减缓冷却速度，相变应力下降50%以上。振动焊接技术通过机械振动细化晶粒，同时降低30%残余应力。

焊后消应力技术呈多元化进步：

五、研究前沿与挑战

多尺度模拟技术正突破传统认知。中科院开发的“热-相变-应力”耦合模型，实现了从微观组织演变（如马氏体相变动力学）到宏观变形的跨尺度预测，误差 注：文中数据综合自中国机械工程学会、国际焊接学会等权威研究，豪克能技术数据引自工业应用报告，应力释放槽设计专利CN112536543A。关于残余应力对疲劳的影响争议，法国标准NF EN 1993-1-9。