（一）焊接用气体焊接用气体主要是指气体保护焊中使用的保护性气体和可燃气体。这些水在焊接过程中随CO2挥发并混入CO2气体中，一起进入焊接区。氮气可用作焊接时的保护气体；由于氮气导热及携热性较好，常用作等离子弧切割的工作气体，有较长的弧柱、又有分子复合热能，故可切割较厚的金属。如焊接大厚度铝板，推荐用氩气加氦气；焊接不锈钢可采用氩气加CO2或氩气加氧气等。（二）钨电极焊接用钨电极主要指非熔化极氩弧焊时的电极。......
2023-06-23
焊接用气体的基本性质及相关应用
【摘要】：氩气作为焊接用保护气体，一般要求纯度为99.0%～99.999%，视被焊金属的性质和焊缝质量要求而定。表6-35 工业液体二氧化碳的技术要求在生产现场使用的市售CO2气体如含水较高，可采取如下减少水的措施。在气路中设置高压干燥器和低压干燥器，进一步减少CO2中的水分。表6-36 常用可燃气体的物理性能和化学性能注：①标准状态下。②15.6℃，0.1MPa情况下。乙炔是目前在气焊、气割中应用较广的可燃气体。氮可用作焊接时的保护气体。
1.氩气（Ar）
氩气是无色无味的气体，比空气约重25%，在空气中的体积分数约为0.935%，是一种稀有气体。其沸点为-186°C。介于O2（-183℃）和N2（-196℃）的沸点之间，是分馏空气制取氧气时的副主品。
氩气是惰性气体，它既不与金属起化学作用也不溶于金属中，因此可以避免焊缝中合金元素烧损和由此带来的其他焊接缺陷，使得焊接冶金反应变得简单和易于控制，为获得高质量的焊缝提供了有利条件。
氩气导热系数小，且是单原子气体，高温时不分解吸热，电弧在氩气中燃烧时热量损失少，故在各类气体保护焊中氩气保护焊的电弧燃烧稳定性最好。氩气的密度较大，在保护时不易漂浮散失，保护效果良好。熔化极氩气保护焊的焊丝金属很易呈稳定的轴向射流过渡，飞溅极小。氩弧焊适用于高强钢、铝、镁、铜及其合金的焊接和异种金属的焊接。
氩气作为焊接用保护气体，一般要求纯度（体积分数）为99.0%～99.999%，视被焊金属的性质和焊缝质量要求而定。有关氩气的质量技术要求，根据GB/T 4842—2006《氩》的规定，列于表6-33。
表6-33 氩气的技术要求（体积分数）
（续）
2.氦气（He）
氦气也是无色无味的惰性气体，不溶于金属，属于单原子气体，沸点为-269°C。导热系数比Ar大，在相同的电弧长度下，电弧电压高，电弧温度高，热输入量大。这是He弧焊的优点，但电弧稳定性不及Ar弧焊。GB/T 4844—2011《纯氦、高纯氦和超纯氦》规定的技术要求见表6-34。
表6-34 氦气的技术要求（体积分数）
3.二氧化碳（CO2）
CO2是氧化性气体。液态CO2是无色液体，沸点-78°C。在0°C和101.3kPa大气压下，1kg液态CO2可气化为509L气态的CO2。容积为40L的标准钢瓶即可装入25kg的液态CO2（按容积的80%计），剩余约20%的空间则充满汽化了的CO2。气瓶压力表所指示的压力值，就是部分气体的饱和压力，此压力的大小与环境温度有关，温度升高，压力增大。
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CO2一起挥发并混浊入CO2气体中，一起进入焊接区。因此水分是CO2气体中最主要的有害杂质，随着CO2气体中水分的增加即露点温度的提高，焊缝金属中含氢量增高、塑性下降，甚至产生气孔等缺陷。焊接用CO2的纯度（体积分数）应大于99.5%。GB/T 6052—2011标准《工业液体二氧化碳》的技术要求见表6-35。
表6-35 工业液体二氧化碳的技术要求
在生产现场使用的市售CO2气体如含水较高，可采取如下减少水的措施。将新灌气瓶倒置2h，开起阀门将沉积在下部的水排出（一般排2～3次，每次间隔约30min），放水结束后仍将气瓶倒正。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。在气路中设置高压干燥器和低压干燥器，进一步减少CO2中的水分。一般是用硅胶或脱水硫酸铜作干燥剂，可复烘去水后多次重复使用。当瓶中气压降低到980MPa以下时，不再使用。此时液态CO2已挥发完，气体压力随气体消耗而降低，水分分压相对增大，挥发量增加（可增加约3倍），如继续使用，焊缝金属将会产生气孔。
4.氧气（O2）
氧气在常温状态和大气压下，是无色无味的气体。在标准状态下（即0°C和101.325kPa压力下），1m3气体质量为1.43kg，比空气重。氧气本身不能燃烧，是活泼的助燃气体。
氧气是气焊和气割中不可缺少的助燃气体。氧气的纯度对气焊、气割的效率和质量有很大影响。对质量要求高时使用Ⅰ类或Ⅱ类一级氧气。氧气也常用作惰性气体保护焊时的附加气体，有细化熔滴，改善焊缝成形的作用。根据GB/T 3863—2008《工业氧》的技术要求，工业用氧的纯度有两种，分别为99.5%和99.2%（体积分数），无游离水。
5.可燃气体
可燃气体种类很多，应用最多的是乙炔气（C2H2），其次是液化石油气。也有根据本地区的条件或所焊（割）材料采用氢气、天然气或煤气等作为可燃气体。几种常用可燃气体的物理性能和化学性能，见表6-36。
表6-36 常用可燃气体的物理性能和化学性能
注：①标准状态下。
②15.6℃，0.1MPa情况下。
1）乙炔（C2H2）。乙炔是目前在气焊、气割中应用较广的可燃气体。乙炔在常温和大气压下是无色气体，工业用乙炔，因含有H2S及PH3等杂质，故有特殊的臭味，可溶于水、丙酮等液体中。乙炔本身具有爆炸性。工业上利用其在丙酮中溶解度大的特性，将乙炔灌装在盛有丙酮或多孔物质的容器中，通常称为溶解乙炔或瓶装乙炔。溶解乙炔的纯度（体积分数）要求大于98%。瓶装乙炔由于具有安全、方便、经济等优点，是目前应用广泛的乙炔供给方法。
2）液化石油气。液化石油气是裂化石油的副产品，主要成分为：丙烷（C3H8）、丁烷（C4 H10）、丙烯（C3H6）、丁烯（C4H8）和少量的乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、戊烷（C5H12）等碳氢化合物的混合物。在常温和大气压下，组成液化石油气的碳氢化合物以气态存在。只需加上不大的压力（一般为0.8～1.5MPa）即变为液体，便于瓶装储存和运输。丙烷（C3H8）作为乙炔的替代品，正逐步被广泛使用，而且更安全。
3）氢气（H2）。氢气是无色、无臭的可燃性气体，氢的相对原子质量最小，可溶于水，导热性能好，分解时吸收大量分解热。氢气常被用于等离子弧的切割和焊接；有时也用于铅的氢焊；在熔化极气体保护焊时在Ar中加入适量H2，可增大母材的输入热量，提高焊接速度和效率。GB/T 3634—2006《氢气》的技术要求，见表6-37。
表6-37 氢气的技术要求（体积分数，%）
6.氮气（N2）
氮气在空气体积中约占78%，沸点-196℃，氮的电离势较低，原子质量较Ar小，N2分解时吸收热量较大。氮可用作焊接时的保护气体。由于氮气导热性较好，常用作等离子弧切割的工作气体，有较长的弧柱，又有分子复合热能，故可切割较厚的金属。用作焊接或等离子弧切割的氮气其纯度应符合GB/T 8987—2008《纯氮、高纯氮和超纯氮》规定的纯氮要求，见表6-38。
表6-38 氮气的技术要求（体积分数）
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