了解二氧化碳气体的性质和作用

1.CO₂气体的性质

CO₂气体是氧化性保护气体，CO₂有固态、液态、气态三种状态。纯净的CO₂气体无色、无味。CO₂气体在0℃和1atm（101325Pa）下，密度是1.9768g/L，是空气的1.5倍。CO₂易溶于水，当溶于水后略有酸味。

CO₂气体在高温时发生分解（CO₂→CO+O，-283.24kJ），由于分解出原子态氧，因而使电弧气氛具有很强的氧化性。在高温的电弧区域里，因CO₂气体的分解作用，高温电弧气氛中常常是三种气体（CO₂、CO和O₂）同时存在。CO₂气体的分解程度与焊接过程中的电弧温度有关，随着温度的升高，CO₂气体的分解反应越剧烈，当温度超过5000K时，CO₂气体几乎全部发生分解。

液态CO₂是无色液体，其密度随温度变化而变化，当温度低于-11℃时比水密度大，高于-11℃则比水密度小，饱和压力CO₂气体的性能见表3-34。CO₂由液态变为气态的沸点很低（-78℃），所以工业用CO₂一般都是使用液态的，常温下即可汽化。在0℃和1atm下，1kg液态CO₂可汽化成509LCO₂气体。

表3-34 饱和压力CO₂气体的性能

（续）

2.CO₂气体的存储

焊接用的CO₂气体常为装入钢瓶的液态CO₂，既经济又方便。CO₂钢瓶规定漆成黑色，上写黄色“液化二氧化碳”字样。焊接常用气体的钢瓶颜色标记见表3-35。

表3-35 焊接常用气体的钢瓶颜色标记

CO₂气体标准钢瓶通常容量为40kg，可灌装25kg的液态CO₂。25kg液态CO₂约占钢瓶容积的80%，其余20%左右的空间则充满了汽化的CO₂。钢瓶压力表上所指示的压力值就是这部分气体的饱和压力。此压力大小和环境温度有关，温度升高，饱和气压增大；温度降低，饱和气压减小。只有当钢瓶内液态CO₂已全部挥发成气体后，瓶内气体的压力才会随着CO₂气体的消耗而逐渐下降。

一标准钢瓶中所盛的液态CO₂可以汽化成12725LCO₂气体，根据焊接时CO₂气体流量的选择（见表3-36），若焊接时CO₂气体平均消耗量为10L/min，则一瓶液态CO₂可连续使用约24h。

表3-36 焊接时CO₂气体流量的选择

标准CO₂钢瓶满瓶时的压力为5.0～7.0MPa，随着使用中瓶内压力的降低，溶于液态CO₂中水分的汽化量也随之增多。经验表明，当瓶中气体压力低于0.98MPa时（温度为20℃），钢瓶中的CO₂不宜再继续使用，因为此时液态CO₂已基本挥发完，如继续使用，焊缝金属将产生气孔等焊接缺陷，此时必须重新灌装CO₂气体。(www.xing528.com)

3.焊接用CO₂气体的纯度

液态CO₂中可溶解质量分数为0.05%的水，多余的水则成自由状态沉于瓶底。这些水在焊接过程中随CO₂一起挥发并混入CO₂中，直接进入焊接区。因此水分是CO₂气体中最主要的有害杂质。CO₂气体湿度不同时焊缝金属的含氢量见表3-37。

表3-37 CO₂气体湿度不同时焊缝金属的含氢量

随着CO₂气体中水分的增加（即露点温度的提高），焊缝金属中含氢量逐渐升高，塑性下降，甚至产生气孔等缺陷，因此焊接用的CO₂气体必须具有较高的纯度。工业液体CO₂的技术要求见表3-38。

表3-38 焊接用液体CO₂的技术要求（GB/T 6052—2011）

①焊接用二氧化碳含量应≥99.5%。

②焊接用二氧化碳应检验该项目；工业用二氧化碳可不检验该项目。

如果在生产现场使用的市售CO₂气体水分含量较高、纯度偏低时，应该做提纯处理，经常采用的方法如下：

1）将新灌CO₂气体钢瓶倒立静置1～2h，使水分沉积在底部，然后打开倒置钢瓶的气阀，根据瓶中含水量的不同，一般放水2次或3次，每次放水间隔约30min，放水结束后将钢瓶放正。

2）经放水处理后的钢瓶在使用前先放气2～3min，因为上部的气体一般含有较多的空气和水分，而这些空气和水分主要是灌瓶时混入瓶内的。

3）在CO₂供气管路中串接高压干燥器和低压干燥器，干燥剂可采用硅胶、无水氧化钙或脱水硫酸铜，以进一步减少CO₂气体中的水分，用过的干燥剂烘干后可重复使用。

4）当瓶中气压降低到0.98MPa时，不再使用。

当通风不良或狭窄空间内采用CO₂作为保护气体施焊时，须加强通风措施，以免因CO₂浓度超过国家规定的允许浓度（30kg/m²）而影响焊工的身体健康。