目錄TOC\o"1-3"\h\u21519第一章緒論 245481.1計(jì)算流體力學(xué)概述 2133001.2數(shù)值模擬過程 354831.3控制方程的離散方法 6192331.3.1有限差分法 6176921.3.2有限元法 6188191.3.3有限體積法 6230941.4計(jì)算流體力學(xué)軟件結(jié)構(gòu) 6121841.4.1前處理器（preprocessor) 6136781.4.2求解器 7319151.4.3后處理器 773361.5常用的求解器FLUENT簡介 87113第二章流體流動的數(shù)學(xué)模型 81392.1連續(xù)性方程 8280402.2動量守恒方程 9204102.3能量守恒方程 9319572.4組分質(zhì)量守恒方程 919678第三章二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊 1080373.1二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊簡介 10178843.2CO2氣體保護(hù)焊的基本原理 1416633.2.1合金元素的氧化及脫氧方法 14二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊氣流流動模擬摘要：二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊在各種焊接方法中占有重要的地位，在焊接過程中，它具有焊接成本低、生產(chǎn)效率高、操作簡便、焊縫抗裂性能高、焊縫低氫且含量也較少、焊后變形較小等優(yōu)點(diǎn)。并且還具有很大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。但是，二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊在焊接過程中會產(chǎn)生的有害氣體和煙塵。進(jìn)行CO2氣保焊接時(shí)，在焊接區(qū)域，電弧周圍會產(chǎn)生一些有害物質(zhì)。CO2氣保焊接產(chǎn)生的有害物質(zhì)可分為兩類，一類是有害氣體，主要是二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO2）和臭氧（O3）。一類是煙塵，其主要成分是三氧化二鐵（Fe2O3）、二氧化硅（SiO2）和氧化錳（MnO）等。這些有害物質(zhì)，除了二氧化碳是為了保護(hù)電弧和熔池，從焊槍中噴出的，焊接沒有用完而殘存在焊接區(qū)域周圍，其余的有害物質(zhì)都是從焊接電弧和焊接熔池中產(chǎn)生出來的。產(chǎn)生的煙塵廢氣對焊工的健康也產(chǎn)生著不可忽視的危害。通過FLUENT軟件模擬二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的情景，計(jì)算焊接煙塵和廢氣的流動情況，找出合理的方法保護(hù)焊工的身體健康。關(guān)鍵詞：二氧化碳保護(hù)焊焊接煙塵焊工健康Co2gasshieldedweldingairflowsimulation

Abstract:carbondioxidegasshieldedarcweldingisveryimportantinallkindsofweldingmethods,theweldingoflowcarbonsteelandlowalloysteel,hasagreatdealofeconomicadvantages.However,carbondioxidegasshieldedarcweldingintheweldingprocessofsmokeexhausttothehealthofweldershavetheharmcannotbeignored.ThroughthetwosoftwaregambitandFLUENTcooperationsimulationofco2gasshieldedwelding,calculatetheflowofweldingsmokeandexhaust,findoutthereasonablemethodstoprotectwelder'shealth.Keywords:co2shieldedweldingweldingsootwelder'shealth第一章緒論1.1計(jì)算流體力學(xué)概述流體的流動和流體的傳熱現(xiàn)象大量的存在于多種工程領(lǐng)域和大自然，通常，在本科的“流體力學(xué)”課程中，主要教授一元流動和引入平均速度后的近似一元流動。什么是一元流動呢，一元流動是說有關(guān)物理量只和一個(gè)空間坐標(biāo)有關(guān)，但是，在實(shí)際流動中，很多流動都不是一元流動，即使是在直徑均勻圓管中流動，當(dāng)考慮流體的速度時(shí)，在圓柱坐標(biāo)系當(dāng)中，當(dāng)z軸與管軸線相重合時(shí)，還當(dāng)做二元流動；在直角坐標(biāo)系當(dāng)中，就是三元流動。為了了解和預(yù)測流動情況，必須得到控制流體流動過程的相關(guān)物理量，在流場中各點(diǎn)的具體數(shù)值和變化的狀況，理論上的方法是求解物理量所滿足的能量方程、運(yùn)動方程和連續(xù)性方程等流體流動的基本方程。但是，對非一元流動，這些方程通常為非線性的偏微分方程，只有很少的流體流動問題可以得到解析或攝動解。所以，找到數(shù)值解是解決流體流動和傳熱問題的重要方法之一。計(jì)算流體力學(xué)的基本思路有以下幾種:把原來在時(shí)間域及空間域上連續(xù)的物理量用一系列有限個(gè)離散點(diǎn)上的變量值的集合來代替，通過一定的原則和方式對流體基本方程進(jìn)行離散，建立起離散點(diǎn)上的變量值之間關(guān)系的代數(shù)方程組，然后求解代數(shù)方程組獲得變量的近似值。計(jì)算流體力學(xué)是研究在流動基本方程控制下流動的數(shù)值模擬方法。數(shù)值模擬是“在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的一個(gè)特定的計(jì)算，通過數(shù)值計(jì)算和圖像顯示履行一個(gè)虛擬的物理實(shí)驗(yàn)——數(shù)值實(shí)驗(yàn)（P.J.Roache,1983)”。通過這種數(shù)值模擬，可逆得到極其復(fù)雜問題的流場內(nèi)每個(gè)位置上的基本物理量的分布，比如速度、壓力、溫度、濃度等。還有這些物理量隨時(shí)間的變化情況，就可以確定漩渦分布特征、空化特性和脫硫區(qū)等；還能根據(jù)這些算出其他的物理量，比如旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)的轉(zhuǎn)矩、流動損失和效率等。此外，和CAD結(jié)合還可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等。近十多年來，計(jì)算流體力學(xué)獲得了巨大的發(fā)展，大部分有關(guān)流體流動、熱質(zhì)交換、分子輸運(yùn)等現(xiàn)象的問題，幾乎都是可以使用流體力學(xué)的方法進(jìn)行分析和模擬。計(jì)算流體力學(xué)不僅僅是當(dāng)做一個(gè)研究工具，還是一個(gè)在土木工程、水利工程、環(huán)境工程、食品工程、工業(yè)制造和海洋結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用的設(shè)計(jì)工具。1.2數(shù)值模擬過程對流體流動進(jìn)行數(shù)值模擬，一般包括下面的步驟：建立反映工程問題本質(zhì)的數(shù)學(xué)模型建立反映各個(gè)物理量之間的關(guān)系的微分方程及相應(yīng)的定解條件，這就是數(shù)值模擬方法的出發(fā)點(diǎn)。數(shù)學(xué)模型必須建立正確，這樣，數(shù)值模擬才能有意義。流體運(yùn)動的基本方程，包括能量方程，連續(xù)性方程和運(yùn)動方程，和這些方程對應(yīng)的定解條件。尋求高效率，高準(zhǔn)確度的計(jì)算方式可以建立主要針對控制方程的數(shù)值離散化的方法，比如有限體積法、有限差分發(fā)、有限元法等。這里，計(jì)算方法不但包含貼體坐標(biāo)和計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的建立、邊界條件的處理等。這些都是計(jì)算流體力學(xué)研究的主要內(nèi)容。編制程序和進(jìn)行計(jì)算這個(gè)步驟是整個(gè)工作的主要部分。顯示計(jì)算結(jié)果一般來說，計(jì)算結(jié)果是通過曲線與圖像的方式來顯示的，因此，這對結(jié)果的分析和檢具有更重要的作用。對于恒定流動問題，數(shù)值模擬過程可以用圖1.1表示，如果是非恒定問題，那么久可以把這個(gè)圖的過程理解成一個(gè)時(shí)間步的計(jì)算過程，循環(huán)這一過程求解下一個(gè)時(shí)間步的變量值。確立定解條件確立定解條件求解離散方程建立控制方程劃分計(jì)算網(wǎng)格，生成計(jì)算節(jié)點(diǎn)建立離散方程離散定解條件定給求解控制參數(shù)求解離散方程求解是否收斂？否是1.3控制方程的離散方法經(jīng)過五十多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了很多流體力學(xué)的數(shù)值解法。這么多方法之間的主要區(qū)別就是對于控制方程的離散方式。下面的三種方法被流體力學(xué)計(jì)算領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。1.3.1有限差分法應(yīng)用最早，最經(jīng)典的方法就是有限差分法。它把需要求解計(jì)算的的區(qū)域劃分成差分網(wǎng)格，用有限的節(jié)點(diǎn)代替連續(xù)的求解區(qū)域，然后將偏微分方程的導(dǎo)數(shù)用差商代替，然后，推導(dǎo)出含有離散點(diǎn)上有限個(gè)未知數(shù)的差分方程組。最后求解方程組，得到微分方程定向問題的數(shù)值近似解。他是一種可以把微分問題轉(zhuǎn)變?yōu)榇鷶?shù)問題的近似數(shù)值解法，這種方法起步早，發(fā)展時(shí)間長，比較成熟，比較多的用于解決拋物型問題和雙曲型問題。在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的方法還有：PIC(Paritcle-in-cell)法、MAC(Marker-and-cell)，還有美籍華人學(xué)者陳景仁提出的有限分析法(FiniteAnalyticMethod,FAM)等。1.3.2有限元法有限元法是從二十世紀(jì)八十年代開始應(yīng)用。他汲取了有限差分法中離散處理的內(nèi)核，有采用了變分計(jì)算中“選擇逼近函數(shù)對區(qū)域進(jìn)行積分”的有效方法。因?yàn)橛邢拊ǖ那蠼馑俣认鄬τ邢薏罘址ê陀邢摅w積法慢，所以，成為了在計(jì)算流體中應(yīng)用不是特別廣泛的原因。1.3.3有限體積法有限體積法，（又稱為有限容積法），是把流體計(jì)算區(qū)域劃分成一系列控制體積，把待分解微分方程對每一個(gè)控制體積積分得出離散方程。他的主要問題是在導(dǎo)出離散方程的過程中，必須對界面上的被求函數(shù)本身及其導(dǎo)數(shù)的分布做出一種特定的假設(shè)。用他導(dǎo)出的離散方程就能夠保證具有守恒特性。并且離散方程系數(shù)物理意義明確，計(jì)算的量會比較小。1.4計(jì)算流體力學(xué)軟件結(jié)構(gòu)1.4.1前處理器（preprocessor)用于完成前處理工作。用于完成前處理工作。前處理環(huán)節(jié)是向CFD軟件輸入所有相關(guān)數(shù)據(jù)，該過程一般是借助與求解器相對應(yīng)的對話框等圖形界面來完成的。在前處理階段需要用戶進(jìn)行下面的工作：定義所求問題的幾何計(jì)算域；將計(jì)算域劃分成多個(gè)互不重疊的子計(jì)算域，形成了由單元組成的網(wǎng)格。對所有要求研究的流動現(xiàn)象進(jìn)行抽象，建立物理模型，選擇相應(yīng)的控制方程。定義流體的屬性參數(shù)。為計(jì)算域邊界處的單元指定邊界條件。對于恒定流動問題，指定初始條件。流動流體問題的解是在單元內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)上定義的，解的精度有網(wǎng)絡(luò)中單元的數(shù)量來決定的。通常來說，單元格越多、尺寸越小，所得到的解的精度越高，但是所需要的計(jì)算機(jī)內(nèi)存資源（CPU）也相應(yīng)增加。所以為了提高計(jì)算精度，在物理量梯度比較大的區(qū)域，以及人們感興趣的區(qū)域往往要加密計(jì)算網(wǎng)格。子前處理階段制作計(jì)算用的網(wǎng)格時(shí)，關(guān)鍵是要掌握好計(jì)算精度與計(jì)算成本之間的平衡。目前，在使用商用軟件驚=進(jìn)行計(jì)算時(shí)，有超過50%以上的時(shí)間花在集合區(qū)域的定義和計(jì)算網(wǎng)格的生成上?？梢允褂肅FD軟件自身的前處理器來生成幾何模型，也可以借用其他商用CFD或CAD/CAE軟件來提供幾何模型。此外，指定流體參數(shù)的任務(wù)也是前處理階段進(jìn)行的。1.4.2求解器求解器(solver)的核心是數(shù)值求解方案。我們經(jīng)常用的數(shù)值求解方案包括有限差分、有限元和有限體積法等?？偟膩碚f，這些方法的求解過程大致相同，通常包含以下步驟：借助簡單函數(shù)來近似表示待求的流動變量。將該近似關(guān)系帶入連續(xù)型控制方程中，形成離散方程組。求解代數(shù)方程組。通常來說，各種各樣的數(shù)值求解方案的主要區(qū)別在于流動變量被近似的方式及相應(yīng)的離散化過程不同。1.4.3后處理器后處理的目的是有效的觀察和分析流體流動的計(jì)算結(jié)果。隨著計(jì)算機(jī)圖形功能的提高目前的CFD軟件均配置了后處理器，提供了完善的后處理功能，包括:計(jì)算域的幾何模型及網(wǎng)格顯示。矢量圖。等值線圖。XY散點(diǎn)圖。粒子軌跡圖、云圖。圖像處理功能。借助后處理功能，您還可以動態(tài)模擬流動效果，直觀的了解計(jì)算結(jié)果。1.5常用的求解器FLUENT簡介FLUENT是由美國FLUENT公司在一九八三年推出的CFD軟件，他是繼PHOENICS軟件之后的第二個(gè)投放市場的基于有限元體積法的軟件，也是目前功能最全面、實(shí)用性與適用性最廣、國內(nèi)使用最廣泛的CFD軟件之一。FLUENT提供了非常靈活的網(wǎng)格特性，讓用戶可以使用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格來解決具有復(fù)雜外形的流動，甚至可以用混合結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。他允許用戶根據(jù)情況對網(wǎng)格進(jìn)行修改（細(xì)化/粗話）。FLUENT使用GAMBIT作為前處理軟件，他可以讀入多種CAD軟件的三維幾何模型和多種CAE軟件的網(wǎng)格模型。FLUENT可用于二維平面、二位軸對稱和三維流動分析，可完成多種參考系下流場模擬、恒定與非恒定流動分析、不可壓縮流體和可壓縮流體計(jì)算、層流和湍流模擬、傳熱和熱混合分析、化學(xué)組分混合和反應(yīng)分析、多相流分析、固體與流體耦合傳熱分析、多孔介質(zhì)分析等。它的湍流模型包括к-ε模型、Reynolds應(yīng)力模型、LES模型、標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)、雙側(cè)近壁模型等。FLUENT可讓用戶自定義多種邊界條件（如流動入口及出口邊界條件、壁面邊界條件等），可采用多種局部的笛卡爾和圓柱坐標(biāo)系的分量輸入，所有邊界條件均可隨時(shí)間和空間變化，包括軸對稱和周期變化等。FLUENT提供的用戶自定義子程序功能，可以讓用戶自行設(shè)置連續(xù)性方程、運(yùn)動方程、能量方程或組分輸運(yùn)方程中的體積源項(xiàng)，自定義邊界條件、初始條件、流體的物性、添加新的標(biāo)量方程和多孔介質(zhì)模型等。1.6FLUENT的運(yùn)用領(lǐng)域FLUENT軟件是目前市場上最流行的CFD軟件，它在美國的市場占有率高達(dá)60％，它具有豐富的物理模型、先進(jìn)的數(shù)值計(jì)算方法和強(qiáng)大的后處理功能，所以得到廣泛的應(yīng)用。其模擬能力可以從機(jī)翼空氣流動到熔爐燃燒，從鼓泡塔到玻璃制造，從血液流動到半導(dǎo)體生產(chǎn)，從潔凈室到污水處理的設(shè)計(jì)，另外還擴(kuò)展了在旋轉(zhuǎn)機(jī)械、氣動噪聲、內(nèi)燃機(jī)、多相流系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用。FLUENT可以計(jì)算的流動類型如下?！袢我鈴?fù)雜外形的二維／三維流動?！窨蓧?、不可壓流?！穸ǔ?、非定常流?！駸o黏流、層流和湍流?！衽ｎD、非牛頓流體流動?！駥α鱾鳠幔ㄗ匀粚α骱蛷?qiáng)迫對流?！駸醾鲗?dǎo)和對流傳熱相耦合的傳熱計(jì)算?！褫椛鋫鳠嵊?jì)算?！駪T性(靜止)坐標(biāo)、非慣性(旋轉(zhuǎn))坐標(biāo)下中的流場計(jì)算?！穸鄬哟我苿訁⒖枷祮栴}，包括動網(wǎng)格界面和計(jì)算動子／靜子相互干擾問題的混合面等?！窕瘜W(xué)組元混合與反應(yīng)計(jì)算，包括燃燒模型和表面凝結(jié)反應(yīng)模型?！裨错?xiàng)體積任意變化的計(jì)算，源項(xiàng)類型包括熱源、質(zhì)量源、動量源、湍流源、化學(xué)組分源項(xiàng)等形式?！耦w粒、水滴、氣泡等彌散相的軌跡汁算，包括彌散相與連續(xù)項(xiàng)相耦合的計(jì)算?！穸嗫捉橘|(zhì)流動計(jì)算。●用一維模型計(jì)算風(fēng)扇和換熱器的性能?！駜上嗔?，包括帶空穴流動計(jì)算?！駨?fù)雜表面問題中帶自由面流動的計(jì)算。簡而言之，F(xiàn)LUENT適用于各種復(fù)雜外形的可壓和不可壓流動計(jì)算。李進(jìn)良，李承曦等編著,精通FLUENT6.3流場分析,化學(xué)工業(yè)出版社,2009.10,第16頁流體流動的數(shù)學(xué)模型2.1連續(xù)性方程質(zhì)量守恒方程又稱連續(xù)性方程，流體內(nèi)所有質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動問題都要滿足質(zhì)量守恒定律。該定律可以表述為：在一定時(shí)間內(nèi)流體微元體中增加的質(zhì)量與相同時(shí)間內(nèi)流入該微元體的凈質(zhì)量相等。根據(jù)這一定律，我們可以得出質(zhì)量守恒方程為：（2.1）該方程是質(zhì)量守恒方程的一般形式，它適用于可壓縮流動和不可壓縮流動，式中，ρ是密度，t是時(shí)間，V是速度矢量，Sm是源項(xiàng)。2.2動量守恒方程和質(zhì)量守恒定律一樣，動量守恒定律也是一個(gè)所有流體流動系統(tǒng)都必須遵守的守恒定律，其本質(zhì)是牛頓第二定律該定律，可以這樣表述：外界作用在微元體上各種力之和與微元體中流體的動量對時(shí)間的變化率相等。根據(jù)這個(gè)定律，可以得出在慣性（非加速）坐標(biāo)系中的動量守恒方程：（2.2）式（2.2）對所有類型的流體都是成立的，式中g(shù)和F分別代表作用在微元體上的體積力，包括重力和其他外部體積力（如磁場力、電場力等），F(xiàn)還包括如多孔介質(zhì)、相間相互作用力等其他的模型相關(guān)源項(xiàng)；p是流體微元體上的壓力（靜壓）；τ是粘性應(yīng)力張量。2.3能量守恒方程能量守恒定律是所有涉及熱交換的流體流動問題都必須遵守的基本守恒定律，它實(shí)際上是熱力學(xué)第一定律。該定律可表述為：微元體中能量的增長率與進(jìn)入微元體的凈熱量通量和體積力與表面力對微元體所做的功之和相等。具體表達(dá)形式如下：（2.3）2.4組分質(zhì)量守恒方程在一個(gè)特定的系統(tǒng)中，可能存在質(zhì)的交換，或者存在多種化學(xué)組分，每一種組分都遵守組分質(zhì)量守恒定律。根據(jù)組分質(zhì)量守恒定律，采用推到連續(xù)性方程的方法，可得出組分s的質(zhì)量守恒方程：（2.4）用直角坐標(biāo)系中的張量形式表示為：式中Cs——組分s的體積濃度；cs——組分s的質(zhì)量濃度；Ds——組分s的擴(kuò)散系數(shù)；Ss——系統(tǒng)內(nèi)部單位時(shí)間內(nèi)單位體積通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的該組分的質(zhì)量，即生產(chǎn)效率。因此，各組分質(zhì)量守恒方程之和就是總的連續(xù)性方程，系統(tǒng)如果共有z個(gè)組分，那么只有z-1個(gè)獨(dú)立的組分質(zhì)量守恒方程。一種組分的質(zhì)量守恒方程實(shí)際上就是一個(gè)濃度傳輸方程。當(dāng)流體中含有某種污染物時(shí)，污染物質(zhì)在流動情況下除有擴(kuò)散外還會隨流體運(yùn)輸，即傳輸過程包括對流和擴(kuò)散2部分，污染物的濃度隨時(shí)間和空間而變化，因此，組分質(zhì)量守恒方程有些情況下稱為濃度傳輸方程，或稱為濃度方程。第三章二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊3.1二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊簡介在電弧焊接中，為了獲得性能良好的焊縫，必須設(shè)法保護(hù)電弧區(qū)域和融池區(qū)域，防止空氣中的有害氣體入侵。如何保護(hù)呢？目前在生產(chǎn)生活中一般采用以下三種方法：在焊芯上涂覆藥皮，焊接時(shí)藥皮融化，產(chǎn)生氣體和熔渣，起到保護(hù)作用，這是手工電弧焊的保護(hù)方法。如圖3-1所示。在焊接區(qū)域撒放一層焊劑，焊接時(shí)一部分焊劑融化，產(chǎn)生氣體和熔渣，嚴(yán)密地保護(hù)融池和遮蓋電弧，這是埋弧焊的保護(hù)方法。如圖3-2所示。利用從噴嘴中送出的保護(hù)氣流，使熔池和電弧區(qū)域與周圍的空氣隔開，達(dá)到保護(hù)的目的，這就是氣體保護(hù)焊的保護(hù)方法。如圖3-3所示。氣體保護(hù)焊簡稱氣電焊，常用的保護(hù)氣體有氬、氦、二氧化碳（CO2)或混合氣體等。CO2氣體保護(hù)焊就是用CO2作為保護(hù)氣體的一種焊接方法。這種方法根據(jù)用途的不同大致可以分為半自動焊、自動焊、自動堆焊、點(diǎn)焊等。按所使用的焊絲不同，又可以分為實(shí)芯焊絲、粉芯焊絲及粗絲、細(xì)絲等。所用的設(shè)備大同小異。圖3-4為CO2氣體保護(hù)半自動焊接設(shè)備。CO2氣體保護(hù)焊時(shí)，使用成盤的焊絲，焊絲由送絲機(jī)經(jīng)過軟管和焊槍的導(dǎo)電咀送出。電源的兩輸出端，分別連接焊槍和工件。焊絲與工件接觸后產(chǎn)生電弧，在電弧高溫作用下，工件局部融化形成融池，而焊絲端部也不斷融化，形成熔滴過渡到融池中去。同時(shí)，從氣瓶中送出的CO2氣經(jīng)過預(yù)熱，干燥后，通過減壓器減壓，以一定的壓力和流量從焊槍的噴嘴中噴出，形成一股保護(hù)氣流，使得融池和電弧區(qū)與空氣隔離。隨著焊槍的移動，融池凝固成焊縫，從而將被焊工件連接成一個(gè)整體。CO2氣體保護(hù)焊過程中，焊絲是連續(xù)自動送進(jìn)來的，可以不間斷的進(jìn)行焊接。焊槍的移動方法可分為手動和自動兩種。用手移動焊槍時(shí)，就稱為半自動焊；用機(jī)械方法使得焊槍與工件相対移動時(shí)，就稱為自動焊。CO2氣體保護(hù)半自動焊具有手工電弧焊的機(jī)動性，適用于各種焊縫的焊接。CO2氣體保護(hù)自動焊，主要用于較長的直縫、環(huán)縫，以及某些不規(guī)則的曲線焊縫的焊接。CO2氣體保護(hù)焊是五十年代發(fā)展起來的一項(xiàng)新工藝，和其他電弧焊接方法比較，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高：由于CO2氣體保護(hù)焊的焊接電流密度較大，電弧熱量利用率較高，及焊后不需要清理熔渣等原因，生產(chǎn)效率比手工電弧焊及埋弧辦自動焊提高百分之五十以上。成本低：CO2氣體價(jià)格便宜，所以CO2氣體保護(hù)焊的成本僅為手工電弧焊和埋弧焊的百分之四十到百分之五十左右。耗電量少：CO2氣體保護(hù)焊消耗的電能約為埋弧焊的百分之七十，因?yàn)槁窕『笗r(shí)，有相當(dāng)大的一部分熱量消耗在融化焊劑上。焊接變形的內(nèi)應(yīng)力小：CO2氣體保護(hù)焊時(shí)，電弧加熱集中，工件受熱面積小，同時(shí)CO2氣流有較強(qiáng)的冷卻作用，所以焊接變形和內(nèi)應(yīng)力均小，特別是用細(xì)焊絲焊接薄板件時(shí)，這一優(yōu)點(diǎn)尤為突出，一般結(jié)構(gòu)焊后可以不必調(diào)修。焊接質(zhì)量高：CO2氣體保護(hù)焊是一種低氫的焊接方法，焊縫含氫量少，抗裂性好。其抗裂性能優(yōu)于埋弧焊和低氫焊條手工電弧焊。焊縫金屬機(jī)械性能優(yōu)良。抗油銹能力強(qiáng)，焊縫內(nèi)不易產(chǎn)生氣孔，對工件焊前清理的要求低。操作簡便：CO2氣體保護(hù)焊是一種明弧焊接法，可以觀察到電弧和融池的情況。和手工電弧焊相比，不要求熟練的技巧，容易掌握，與埋弧焊相比，不易焊偏，而且不需要撒放和回收焊劑，改善了勞動條件，更易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化。適用范圍廣：CO2氣體保護(hù)焊不僅能焊接碳鋼，也能焊接低合金鋼、高強(qiáng)鋼，還可以焊接不銹鋼及耐熱鋼。不僅能焊接薄板，也能焊接中、厚板。不僅適用于平焊，也能進(jìn)行全位置焊。不僅適用于機(jī)車車輛的制造，也適用于修理，例如堆焊磨耗和焊補(bǔ)鑄鐵等。但是事物總是一分為二的，CO2氣體保護(hù)焊不可避免的也存在一些不足之處：飛濺較大，這是CO2氣體保護(hù)焊的主要缺點(diǎn)。焊縫表面成型不如埋弧焊或氬弧焊美觀。弧光較強(qiáng)，特別是大電流焊接時(shí)，電弧的光熱輻射均較強(qiáng)。很難用交流電源進(jìn)線焊接，設(shè)備比手工電弧焊復(fù)雜。不能焊接容易氧化的有色金屬。由于CO2氣體保護(hù)焊具有上述一系列的突出優(yōu)點(diǎn)，而其不足之處如飛濺大及焊縫形成較差等問題，隨著人們對其認(rèn)識的深化，不斷改進(jìn)設(shè)備及工藝，將逐步得到克服。因此，在機(jī)車車輛制造和修理生產(chǎn)中，CO2氣體保護(hù)焊的應(yīng)用越來越廣泛，有逐漸取代手工電弧焊和埋弧焊的趨勢?？梢钥隙ǎS著我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，CO2氣體保護(hù)焊這一新技術(shù)必將在社會主義建設(shè)中發(fā)揮更大的作用。3.2CO2氣體保護(hù)焊的基本原理3.2.1合金元素的氧化及脫氧方法CO2在電弧高溫作用下分解的化學(xué)式如下：這一反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度越高反應(yīng)進(jìn)行的越強(qiáng)烈。其中CO在焊接條件下不會溶于金屬，也不與金屬發(fā)生作用，但是原子狀態(tài)的氧則能使鐵及其它合金元素迅速氧化。由于C氧化生成大量CO氣體，還會增加焊接過程中的飛濺。因此，必須采取有效的脫氧措施。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊氣流流動數(shù)值模型的建立4.1設(shè)計(jì)思路3．FLUENT求解計(jì)劃當(dāng)遇到一個(gè)需要用FLUENT求解的新問題時(shí)，我們需要按照一定的思路對所要求解的問題進(jìn)行分析，制定求解方案。其求解思路一般包括以下幾步。決定計(jì)算目標(biāo)。確定通過FLUENT計(jì)算需要獲得什么樣的結(jié)果，怎樣使用這些結(jié)果，需要什么樣的模型精度。我們的目標(biāo)是通過fluent計(jì)算來獲得二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊時(shí)氣體流動的情況，有害氣體在工作環(huán)境中的分布情況，主要是其濃度，速度的詳細(xì)分布。通過這些結(jié)果，分析二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊氣流流動的情況，保護(hù)氣是否可以很好的保護(hù)焊接區(qū)域，產(chǎn)生的有害氣體是否會危害到工人的身體健康。(2)選擇計(jì)算模型。對要模擬的整個(gè)物理模型系統(tǒng)進(jìn)行抽象概括和簡化，確定出計(jì)算域包括哪些區(qū)域，在模型計(jì)算域的邊界上使用什么樣的邊界條件，模型按二維還是三維構(gòu)造，什么樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最適合于該問題。把二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的實(shí)際環(huán)境簡化為一個(gè)三維模型，焊槍為一