残余应力的产生原因主要有以下三种：

1.不均匀塑性变形产生的残余应力
    任何引起非均匀分布的弹塑性变形都会引起材料内相邻部分应变不协调，从而产生的一类残余应力。所产生的残余应力性质与大小取决于工程结构的几何形状、加工处理过程等因素。这是构件在加工过程中最容易出现的残余应力，在很多加工工艺中均会出现，如塑性成型、冷拔、滚压、冷挤压、表面喷丸等。当施加外载荷时，构件一部分区域进入塑性状态；卸载后，由于塑性变形的不可恢复性，塑性变形部分限制了相邻部分变形的恢复，因而产生了残余应力。

2.热作用产生的残余应力
    构件在加热和冷却过程中，由于物体几何形状复杂不对称等因素，构件各部分的热传导状态不同，从而构件所产生的塑性变形也是不均匀的。热作用产生的不均匀塑性变形，会产生第一类残余应力。同时热处理过程中各种金相组织的比容不同，它们之间就会出现相对的形变，从而产生第二类残余应力。即使金属材料热处理时内外相变均匀，只要材料各部分箱变存在就会导致残余应力。淬火、回火、热轧、锻造等热加工工艺均会出现残余应力

3.化学变化产生的残余应力
    这种残余应力是由于构件表面向内部扩展的化学和物理化学的变化而产生的。

    焊接残余应力是属于第二种即热作用产生的残余应力，同时叠加了相变应力（由显微组织转变引起的残余应力）。在焊接过程中，焊接区域以远高于周围区域的速度被急剧加热并局部熔化。焊接区域材料受热而膨胀，热膨胀受到周围较冷区域的结束，造成热应力。由于受热区域温度升高后屈服极限下降，热应力可部分地超过屈服极限，产生了塑性变形。冷却后该区域相对缩短，因此该区域呈现拉伸残余应力，而周围区域出现压缩残余应力。冷却过程中显微组织的转变（奥氏体-铁素体转变）会引起体积增加。如果这种情况发生在较低的温度，由于此时材料的屈服极限较高，则会导致焊接区域产生压缩残余应力，周围区域承受拉伸残余应力。

可以通过以下经验法则判别产生焊接残余应力的情况：构件组后冷却的区域以热应力为主时，呈现拉应力；而以相变应力为主时，呈现压应力。