焊接过程中，焊接接头区域受到不均匀的加热和冷却作用，而周围的母材金属则对焊接接头产生一定的刚性约束。焊接加热时，焊接接头区域不能自由的膨胀，焊后冷却过程中又不能自由收缩， 必然会产生焊接应力和焊接变形。当焊接加热时， 焊缝和附近区将产生压应力，而远离焊缝两侧会产生拉应力。当焊后冷却时， 焊缝和附近区将产生拉应力，远离焊缝两侧会产生压应力，图1 为熔合线附近区域材料热循环过程图。由于局部加热和随后的迅速冷却还将导致焊接接头处金相组织发生变化，产生相变应力，所以焊接残余应力为热应力( 主要为冷却应力)和相变应力的叠加。
焊接残余应力是构件未受荷载时的应力，因而是自相平衡的内应力体系，即在任何截面上残余应力均有拉又有压，内力和内力矩平衡。在熔合线附近产生并残留较大拉应力，而在焊接线以外的部分产生并残留与之相平衡的压应力。拉应力在多数情况下将达到材料的屈服点， 导致焊接变形。压应力的峰值往往低于拉应力，同时在垂直于焊接线的方向上产生沿板厚方向变化的残余应力。该残余应力值在无拘束的场合比较小，但当垂直于焊接线方向上的收缩被拘束时，该值则增大，如果拘束很大就会在整个截面产生残余拉应力。
残余应力对结构的脆性破坏、疲劳破坏、抗弯强度和应力腐蚀裂纹都有很大的影响。在焊接过程中由于应力分布的不平衡。将导致构件产生焊接变形在焊缝区、熔合线、过热区将形成晶粒粗大的树枝状组织和粗大魏氏组织。导致焊接材料产生硬化、脆化现象。使焊接结构在以后的延时或服役中产生严重的断裂破坏现象。