焊接作为钢结构中的重要工序，是一个涉及电弧物理、传热、冶金学和力学的复杂过程，直接关系到工程的质量和结构的安全。由于焊接过程中和焊接后热输入高度集中，会产生相当大的残余应力和残余变形，焊接残余应力会严重影响结构的性能，因此检测焊接残余应力具有重要意义。
什么是焊接残余应力？
残余应力是指在没有外力或扭矩作用的情况下，结构处于平衡状态而存在的力。残余应力是由于物体发生不均匀、不协调的变形，如物体各部位的膨胀系数、刚度、屈服强度等不同而引起的不均匀变形，使物体自身为保持平衡而产生的力。
在没有外力作用下，焊接后焊件内部存在的自平衡内应力称为焊接残余应力。焊接过程中，局部不均匀的热输入是产生焊接残余应力的主要原因。
焊接残余应力对钢结构性能的影响
焊接过程中产生的二次变形和应力重新分布是焊接残余应力与工作载荷叠加的结果。在温度、介质的综合作用下，残余应力将对结构性能产生以下影响：
（1）对结构刚度的影响
在焊接残余应力作用下，结构承受外界荷载的有效截面面积可大大减小，结构刚度减弱。同时，截面上产生的残余拉应力不仅会造成构件在加载时刚度下降，而且会导致卸载时回弹量下降，进一步加大结构变形，使钢结构刚度得不到保证。
钢结构在外载荷作用下会产生应力，应力与结构中的残余应力会相互作用，当二者产生的应力达到屈服极限时，就会使残余应力区域的材料发生塑性变形，降低承受外载荷的能力，大大降低钢结构的刚度。
（2）对结构疲劳强度的影响
在荷载循环作用过程中，如果存在焊接残余应力，则整个应力循环过程会偏移一个值，使其平均值发生变化，而幅值不变，而平均值与极限值成反比关系。因此，在应力集中区域，焊接残余应力呈现拉应力状态，会导致疲劳强度下降。焊接残余应力的影响随应力集中系数的增大而增大。
（3）对焊接构件稳定性的影响
由于外载荷的影响，受压焊接件在残余应力区的截面将受到载荷应力和残余应力的双重叠加作用，可加速截面达到屈服极限，呈现塑性状态，此时其对外载荷的承载能力完全丧失，减少了截面承受外载荷的有效界面，对构件的稳定性影响很大。
（4）对应力腐蚀开裂的影响。
应力腐蚀开裂是在一定的介质材料组合中，在拉应力和腐蚀介质的共同作用下产生裂纹的现象。拉应力的存在使金属表面腐蚀钝化膜的破坏加大，残余拉应力与拉应力产生叠加效应，使拉应力增大，加速腐蚀开裂。
残余应力检测方法
目前，残余应力的检测方法很多，可分为破坏性和非破坏性两大类，超声波检测凭借其非破坏性、快速、准确等优点，在残余应力检测领域取得了长足的发展。
应力超声检测采用声弹性理论，即在材料的弹性范围内，残余应力与超声波传播速度呈线性关系。压应力使超声波传播速度加快，拉应力使超声波传播速度减慢。以参考零应力试块中的超声波传播速度为参照，可得到构件内部服役应力的拉、压状态及大小。
试验开始前，应先进行零应力校准。将探头稳定地放置在均匀涂有耦合剂、与构件曲率一致的参考零应力试块上，或放置在相同材料的无应力区域上进行校准。校准对应于参考零应力状态的超声波临界折射纵波传播速度V0，并将其输入检测系统。
检测过程中，探头应与被测部件表面牢固、紧密结合。耦合接触力应保持恒定并与校准过程一致。夹紧力也可以通过手动、磁力、真空吸盘或弹簧方法产生。
探头放置方向应与检测应力方向一致钢结构焊接误差范围，也可分别在两个垂直方向上检测残余应力钢结构焊接误差范围，然后进行矢量求和得到主应力及其方向。对于存在曲率的焊缝，检测焊接残余应力时宜选择垂直于焊缝的方向，同时还应考虑构件曲率引起的探头耦合损耗。
残余应力检测过程中应实时获取试验件的温度，并按照GB/T 32073的规定对温度变化引起的残余应力检测误差进行补偿。
试验过程中，接收信号中超声波临界折射纵波应稳定、清晰可见，读出仪器显示的残余应力值。应记录试验仪器参数及残余应力值。
结论
焊接残余应力是焊接工艺引起的几乎不可避免的缺陷，对钢结构的结构强度、疲劳强度、应力腐蚀开裂、焊件稳定性等性能产生明显的负面影响。因此，实际工程中应采用适当的残余应力控制与检测方法，最大限度降低残余应力，提高钢结构的安全性。
