焊接是一種運用加熱或加壓手段、添加或不添加填充材料將構件不可拆卸地連接在一起或在基表面堆敷覆蓋層的加工工藝。不銹鋼焊管因焊接而產生的內應力稱之為焊接應力，按作用時間可分為焊接瞬時應力和焊接殘余應力。焊接過程中，某一瞬時的焊接應力稱之為焊接瞬時應力，它隨著時間而變化。直縫不銹鋼焊管焊后殘留在焊管內自身相互平衡分布的焊接應力稱之為焊接殘余應力。焊接殘余應力是由于焊接加熱產生不均勻溫度場引起的，主要為熱應力，其相反作用的相變應力可再疊加其上。可以運用以下的經驗法則判別產生焊接殘余應力的情況：不銹鋼焊管最后冷卻的區域以熱應力為主時，呈現焊接拉伸應力；以相變應力為主時，呈現焊接壓縮應力。

1. 焊接殘余應力產生的原因

  直縫不銹鋼焊管在加工過程中是比較容易產生殘余應力的加工過程。焊接是把結構構件彼此之間連接起來，這種結合就會使這些工件之間形成約束狀態。因此，通常所說的焊接殘余應力包括兩個部分：一是當焊接件處于自由狀態時，由于焊接而產生的應力，這種應力在焊接件中保持自身平衡，稱為焊接殘余應力；一是由于焊接件以外的約束而造成的殘余應力，稱為約束應力。

  不銹鋼焊管焊接加工殘余應力的形成，一般包括下列三個方面：

  a. 直接應力，這是由于不均勻加熱而造成的，它是取決于焊接件加熱和冷卻時的溫度梯度而表現出來的熱應力，是焊接殘余應力形成的主要方面。

  b. 間接應力，這是焊接前工序帶來的應力，構件在軋制和冷拔后其表面具有拉伸應力，它與焊接產生的應力疊加，并對焊接后的構件的變形產生附加的影響。

  c. 組織應力，這是由于組織變化而產生的應力，它與含碳量及材料的其他成分有關。其中，直接應力是焊接殘余應力形成的主要方面，即焊接殘余應力的產生主要是由加熱和冷卻時的熱應力及由它所造成的塑性變形來確定，對這種殘余應力起決定性影響的是開始加熱時焊接件的溫度分布，也就是焊接件各點的溫度梯度。焊接件的溫度分布受焊接件的形狀、焊接速度及材料的熱傳導系數等熱學性質的影響。

  此外，不銹鋼焊管的變形特性對殘余應力的產生也有影響。因為諸如材料的屈服應力、彈性模量、熱膨脹系數等都與溫度有關，屈服應力、彈性模量等隨溫度的升高而下降，而熱膨脹系數則隨溫度的升高而增大。焊接是一個涉及電弧物理、傳熱傳質、冶金力學的復雜過程，并在傳熱過程中金屬進行著熔化和凝固、加熱或冷卻的相變、焊接應力與變形等。高溫停留時間、冷卻速度等熱傳循環系數會對焊件的組織狀態、力學性能、氫擴散以及焊接冷裂紋等產生重要影響。因此焊接溫度場的準確計算是焊接冶金分析、殘余應力與變形計算以及焊接質量的控制的前提。從中可以看出，要想研究焊接殘余應力必須首先對焊接過程中的溫度場進行分析，然后得出應力的動態分布和應力場和溫度場的耦合。焊接溫度場、應力場的模擬就是運用其熱、結構及二者的耦合分析功能進行計算，即先運用其熱分析功能計算整個焊接過程的溫度場，然后將溫度場的計算結果作為熱載荷進行結構的力學分析，得到應力場的整個動態變化過程。

2. 焊接殘余應力的測試

 目前雖然已發展了焊接熱彈塑性理論，借助于有限元和高速計算機來計算和預測焊接殘余應力的形成和分布，在某些場合可以獲得比較理想的結果；但是，由于焊接過程本身的復雜性和數值模擬分析本身的局限性，理論計算和實際檢測的結果并不總是符合得很好，因此焊接殘余應力的實測經常是很必要的。

 焊接殘余應力的測量方法很多。參照文獻按其對結構是否破壞來講，有全破壞法、半破壞法和無損法。按其測試原理來講，可分為物理測定法和機械測定法。

 物理測量方法，它的特點是無需將材料進行分離或分割。可利用材料的物理特性采用一定的方法直接測量構件的殘余應力。X射線和磁性測定法是利用晶體的X射線的衍射現象和材料的磁性(往往伴用著色劑)來求出殘余應力的大小及其分布狀況。超聲波法是根據聲波在材料的傳播狀態來測定殘余應力的方法。

 機械測定法的測量原理，是將具有殘余應力的部分，用一定的方法進行局部分離或分割。從而使殘余應力被局部釋放，測定這時的變形，然后應用彈性力學來求出殘余應力。這種方法大多要破壞或半破壞構件，也稱應力釋放法。是以測量宏觀殘余應力為對象的，其中全破壞應力釋放法包括切條法、車削法和刨削法。而半破壞法中有盲孔松弛法、釋放法和套孔釋放法。其中盲孔松弛法是利用電阻應變片測定由于鉆孔而釋放的應變形狀來判知焊件內殘余應力的方法，由于其測試方法相對簡單，準確性好，成為較常用的測量殘余應力方法。

3. 焊接殘余應力對不銹鋼焊管疲勞性能的影響

 焊接殘余應力對斷裂的影響可以分為：對靜載強度的影響，對疲勞強度的影響，對應力腐蝕斷裂的影響。

 a. 對靜載強度的影響如果材料是脆性材料，由于材料不能進行塑性變形隨著外力的增加，構件中不可能應力均勻化。應力峰值將不斷增加，直至達到材料的屈服極限，發生局部破壞，最后導致整個構件斷裂。對于塑性材料，在低溫環境下存在三向拉伸殘余應力的作用，會阻礙塑性變形的產生，從而也會大大降低構件的承載能力。

 b. 對疲勞強度的影響殘余應力對構件疲勞強度的影響，常與其它一些因素交織在一起。試驗研究表明對不同的鋼種，不同類型的應力集中源、殘余應力場對構件疲勞性能的影響是不同的。同一材料，同樣的殘余應力場，因作用的疲勞載荷應力循環特征系數不同會產生不同的影響。應力比率越低，應力集中系數越大，影響越大。

 c. 對應力腐蝕斷裂的影響應力腐蝕斷裂是指敏感金屬或合金在一定的拉應力和一定腐蝕介質環境共同作用所引起的腐蝕斷裂過程。由于拉應力的作用對金屬表面腐蝕鈍化膜不斷破壞，從而加速腐蝕斷裂過程。拉應力越大，發生應力腐蝕斷裂越快。焊接殘余應力不僅對斷裂有影響，而且對結構穩定性、剛度、機械加工精度都有影響。

4. 殘余應力的特性

 經過長期的實踐和研究，人們逐漸認識到不銹鋼焊管焊接殘余應力具有以下特性。

 a. 自相平衡性殘余應力是內應力的一種，一般情況下，拉、壓應力同時存在于一個焊管中，并且互相平衡，在沒有外界因素干擾的情況下，拉壓應力的分布特征將有一定的穩定性。

 b. 遵循疊加原理應力疊加原理包含有兩個方面：第一，在焊接應力的產生、演變過程中，如果在熱應力、組織應力和拘束應力中同時存在兩種或三種，最終結果將為這兩種或三種應力的疊加。投入使用的焊接結構，如果存在未消除的殘余應力，將于工作載荷引起的工作應力相疊加，從而影響到結構的承載能力和工作壽命。

 c. 產生應力重分布現象當不銹鋼焊管在工作或加工中由外部因素(加載、受熱等)引起的應力與焊接殘余應力相疊加超過材料的屈服極限而產生局部屈服，去除外因后，則焊管不能恢復原來而出現新的變形，而且殘余應力的分布狀態也將發生變化，一般應力峰值會下降；如果這種應力疊加產生全面屈服，則該處殘余應力中的彈性部分將全面消除。這種殘余應力分布狀態的變化稱為應力重分布，伴隨應力重分布所發生的變形稱為二次變形。這一特性帶來正負兩方面的影響。正面影響是降低殘余應力的峰值又可提高承載能力和使用壽命。工程界利用這一特性進行所謂超載實驗，以消除或降低殘余應力數值，改善殘余應力分布，已經發展成為控制殘余應力的有效措施之一。在套管的生產工序中，高強度的水壓實驗可以產生應力重分布，降低峰值，提高其使用壽命。負面影響是降低不銹鋼焊管的使用壽命和使用強度。