常用焊接方法的分类
有许多焊接方法。根据焊接工艺的特点，它们可以分为三类:熔焊、压力焊和钎焊。
熔焊:一般来说，将两个焊接工件局部加热至熔融状态，同时加入(或不加入)填充金属，形成熔池，冷却后形成牢固的接头。这是一种常见的焊接方法，包括手工电弧焊和气焊。
压焊:是在焊接时施加一定的压力，使两个焊接部位接触处的金属结合的一种连接方法。这种焊接根据焊接时是否加热可分为两种形式:一种是将被焊金属的接触部分局部加热至塑性状态或局部熔化状态，然后施加一定的压力使金属结合在一起；另一种形式不是加热，而是在金属接触面施加足够的压力，借助压力引起的塑性变形，使原子相互靠近，获得牢固的挤压焊缝。锻焊、接触焊、摩擦焊属于前者；属于后者的有冷压焊和爆炸焊。
钎焊:将熔点低于焊件的钎料与焊件一起加热。当焊接件不熔化但钎料熔化时，两种材料相互扩散形成钎焊接头。钎焊可分为硬钎焊和软纤维焊接。钎焊加热温度低，变形小，接头光滑平整。
在地质勘探和钻探施工中，常用的焊接方法有手工电弧焊(也称电焊)和气焊气割。
(1)电焊
如图4-38所示，是手工电弧焊工艺示意图；1是电焊机，2是焊钳，3是焊条，4是待焊工件。工作时，金属电极夹在电极夹内，连接到电源的一极，工件连接到电源的另一极。工作时，焊条与工件瞬间接触形成短路，然后提起焊条，使其离工件2 ~ 4 mm，从而引燃电弧。待焊工件和焊条在电弧的加热下熔化，形成熔池5。随着电弧沿焊缝移动，不断形成新的熔池，原熔池冷却凝固，形成牢固的连接焊缝。图中箭头a表示连续熔化焊条所需的焊条进给运动。
图4-38手工电弧焊
1-焊接机；2—电焊钳；3-覆盖电极；4-焊接件；5-熔池
1.手工电弧焊工艺
手工电弧焊技术包括三个方面:焊接接头、焊缝的空间位置和焊接规范。
(1)焊接接头
两块钢板通过焊接连接的地方称为焊接接头。
焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区组成。焊缝是指由焊件焊接而成的组合件。热影响区是指焊件的金相组织和力学性能因热的影响(但不熔化)而发生变化的区域。熔合区是从焊缝到热影响区的过渡区。为了保证焊缝的可靠熔透和良好成形，熔池具有良好的结晶条件；焊接前，将待焊接的焊接件加工成具有一定几何形状的坡口，称为坡口。
根据焊接件的结构形状、厚度和工作条件，对接头质量的要求是不同的。有对接接头、搭接接头、丁字接头、角接接头和卷边接头。
1)对接。如图4-39所示；对接接头是两个焊件端面相对平行的接头。它受力状况好，应力集中程度小，是各种结构中应用最广泛的节点形式。关节的沟槽形式有很多种，常用的有:①工字形沟槽。如图4-39a所示。一般适用于厚度小于6mm的钢板对接。熔透可采用单面焊或双面焊。为了使电弧深入金属内部进行加热，保证熔透，边缘之间可以留有0 ~ 2.5 mm的间隙。当焊接工件厚度增加时，需要相应增加间隙，否则可能造成未焊透。这种接头具有制备和装配方便、焊条用量少、焊接生产率高等优点。②Y形槽。如图4-39b所示。适用于板厚3 ~ 26mm。③双Y型坡口。如图4-39c所示。适用于板厚12 ~ 60mm④钝边U型槽。如图4-39d所示。适用于20 ~ 60 mm板厚⑤钝边双U型槽。如图4-39e所示。适用于板厚大于30 mm .各种坡口的坡口角度、根部间隙、钝边(直边部分高度)、根部半径r等尺寸(图4-39)。
图4-39对接接头(单位:毫米)
A-I槽；B-y槽；c型双y型槽；D—带钝边的U形槽；E—带钝边的双U形槽。
2)搭接。如图4-40所示。将两块钢板部分重叠，沿一块板或两块板的边缘焊接，或在上面的钢板上开孔，用塞焊将两块钢板焊接在一起的接头称为搭接接头。在图4-40中，L、C和插头焊点之间的间距由设计决定。搭接一般用于焊接厚度为10 ~ 20 mm的薄板，搭接长度一般为厚度的3 ~ 5倍。必须双面焊接，一般承载力不高。这种节点消耗钢板较多，增加了结构自重。当受到外力时，由于两个工件不在同一平面上，可以产生很大的扭矩，使焊缝受力复杂，所以接头的承载能力较低，所以在结构设计中应尽量避免搭接。
图4-40搭接接头(单位:毫米)
3)丁字接头。如图4-41所示。由两块钢板组成的t形接头称为t形接头。有些人也称之为丁字接头。t型接头也可以是I型、单边V型钝边、双边V型钝边和双J型槽钝边。当T型接头的钢板厚度为2 ~ 30 mm时，可采用I型坡口(图4-41a)；通常不需要熔透，但需要保证两侧焊脚k与工件厚度相等。当立管较厚或重要焊接需要穿透时，应采用图4-41b、图4-41c和图4-41d所示形式的坡口。
图4-41三通接头(单位:毫米)
4)角接。如图4-42所示。它是两块钢板端部夹角为30 ~ 150度的连接接头。同样，根据工件的厚度和强度要求，又可分为工字坡口、单面钝边V形坡口、双面V形坡口和Y形坡口。一般焊件可采取如图4-42a所示的形式。如果工件厚度在10mm以上，为了保证熔深，两个工件可以重叠3 ~ 5 mm(图4-42b)。如果操作方便，也可以在两个工件之间留有L ~ 2mm的间隙进行焊接(图4-42c)。
图4-42角接接头(单位:毫米)
5)压接接头。如图4-43所示。一般适用于厚度在2mm以下的薄金属板。焊接前，用折弯机或手工将接头边缘压接；焊接时，不需要添加填充金属，可以用电弧熔化边缘，金属凝固后就形成焊缝。卷边连接的特点是准备和装配方便，生产率高，但承载能力低，只能用于载荷较小的薄壳结构。
图4-43卷边接缝
(2)焊缝在空间中的位置
根据焊缝在空间中的位置，焊接可分为平焊、立焊、横焊和仰焊。如图4-44a所示，形式为平焊；如图4-44b所示，形式有横焊和竖焊；如图4-44c所示，形式为仰焊。平焊操作方便，质量容易保证，仰焊工艺差。
图4-44焊缝的空间位置
(3)焊接规范
焊接规范包括焊条直径的大小、焊接电流和焊接速度。它是影响焊接质量和生产率的重要因素。因为焊接速度取决于焊条直径和焊接电流。因此，焊接规范主要指焊条直径和焊接电流。
焊条直径的选择基于工件的厚度和接头形式。原则上，在保证焊接质量的前提下，尽量选用大直径的焊条，这样可以提高生产率。
2.电焊设备和工具
(1)焊接机
目前，我国使用的焊接设备有三种:DC弧焊机、交流弧焊机和焊接整流器。施工现场常用交流弧焊机(图4-45)。它的主体是一个特殊的降压变压器。空载电压60 ~ 70 V，工作电压30V，电流调节范围50 ~ 450 A，交流弧焊机结构简单，维修方便，价格低廉，但电弧稳定性差。
图4-45 BX1-330交流弧焊机
1-初级绕组；2，3-次级绕组；4-动铁芯；5—静态铁芯；6端子板；七曲柄
通常，电焊设备必须满足以下要求:
1)应该有较高的空载电压用于引弧，同时保证工作安全，所以一般控制在50 ~ 90V之间。
2)短路电流不能太大，以防损坏设备。
3)电焊机应具有保证电弧稳定性的特殊性能。
4)焊接电流可以调节，以适应焊件厚度的变化。
(2)电焊用具
需要配备焊钳、面罩、焊接电缆、有盖电极盒、尖锤、钢丝刷、毛刷等。此外，焊接时，工人必须戴皮手套、穿帆布工作服、脚套和绝缘胶鞋，以防触电和烧伤。
(2)气焊和气割
1.气焊
(1)气焊的工作原理
气焊是利用乙炔在空气中燃烧产生的热量熔化工件和焊丝进行焊接。
因为气焊有焊接温度较低，升温慢，热量相对分散，生产率低，焊后容易变形的缺点。因此，气焊主要适用于焊接薄钢板、有色金属及其合金、工具钢和铸铁。乙炔是一种无色气体，分子式为C2H2，由电石(CaC2)与水反应得到。
CaC2+2H2O→Ca(OH)2 decac2h2
乙炔在空气中燃烧能产生2200℃的温度。在纯氧中燃烧时，可获得3200℃的高温。
(2)气焊需要配备的设备
1)氧气瓶。储存氧气的容器，最大压力为150×105Pa。
2)减压阀容器。用于将氧气瓶中的高压氧降低到工作压力，约为(3 ~ 4) × 105 Pa，并在焊接过程中保持压力稳定。
3)乙炔发生器。如图4-46所示，它是使水与电石接触产生乙炔的装置。有很多种，最常见的是潜水乙炔发生器。乙炔发生器的工作原理是将电石放入与浮标相连的电石篮中。当电石与钢瓶里的水接触时，它反应释放出乙炔气体，乙炔气体储存在浮标里，通过导管导出。随着反应的不断进行，浮标中储存的乙炔越来越多，压力不断上升，使得浮标逐渐上升。当浮标内乙炔气体的压力超过工作所需的压力时，浮标的高度正好能使电石离开水面，从而停止反应。当浮标内压力下降时，浮标也下降使电石与水接触，反应继续，压力上升。从而保证焊接时压力的稳定性。来自浮标的乙炔必须首先通过回火防止器，然后进入乙炔管道。防回火装置的作用是防止乙炔火焰回流到乙炔发生器中而引起爆炸。回火的原因往往是焊枪喷嘴堵塞，使混合气体的喷射速度小于燃烧速度。
图4-46乙炔发生器
1—电石；2—浮标；3-电石篮；4-乙炔瓶
4)焊枪(又称焊炬)。如图4-47所示。它是将乙炔和氧气按一定比例混合以获得气焊火焰的工具。使用时，先微开氧气调节阀，再开乙炔调节阀点火，然后逐渐开氧气调节阀，适当调节火焰，一手握焊枪，一手握焊丝，沿焊缝移动进行焊接(图4-48)。
图4-47喷吸式焊枪的结构
1-乙炔控制阀；2-乙炔管道；3-氧气管；4-氧气调节阀；5—喷嘴；6-拍吸管；7-混合气管；8—焊接喷嘴
2.气割
(1)气割的工作原理
氧气切割称为气割。
气割时，首先用氧-乙炔火焰将切割处的金属加热到燃点，然后通过注入高压氧气流将金属剧烈氧化成熔渣，从切口吹掉，从而使金属分离(图4-49)。切割时，使用切刀(图4-50)。
图4-48气焊
图4-49气割
图4-50喷射抽吸割炬的结构
1-氧气入口；2-乙炔进口；3-乙炔控制阀；4-氧气调节阀；5-高压氧阀；6—喷嘴；7-拍吸管；8-混合气管；9-高压氧气管；10-切割嘴
气割的过程是从喷嘴喷出氧气和乙炔的混合气体(图4-50)，利用点燃的预热火焰将切割处的金属加热到燃点，然后从中心出口喷出一股高压纯氧气流，将熔渣吹走。
(2)气割的适用范围
气割一般只适合切割中低碳钢，高碳钢由于燃点接近熔点，切割质量较差。铸铁的熔点低于其燃点，所以不能用气割。有色金属导热性好，容易氧化，不能用气体切割。