專(zhuān)利名稱(chēng)：一種兩級(jí)反射匯聚式太陽(yáng)能焊機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種匯聚式太陽(yáng)能焊機(jī)，具體涉及一種兩級(jí)反射匯聚式太陽(yáng)能焊機(jī)，屬于太陽(yáng)能焊接技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
焊接時(shí)，高溫?zé)嵩磳⒋竷晒ぜ涌谔幯杆偌訜崛刍纬扇鄢?。熔池隨熱源向前移動(dòng)，冷卻后形成連續(xù)焊縫而將兩工件連接成為一體。傳統(tǒng)焊機(jī)的能源來(lái)源主要為電源或高溫燃燒氣體等。然而，傳統(tǒng)的焊機(jī)能源轉(zhuǎn)化利用率非常低、能源消耗大。文獻(xiàn)《以匯聚太陽(yáng)光為輸入能源的鎳超級(jí)合金粉對(duì)AISI 4140鋼覆層》(太陽(yáng)能材料與太陽(yáng)能電池，1998年，53卷，153頁(yè)-161頁(yè))記載了以CO2氣體激光保護(hù)焊為例，能源有效利用率僅為6^-10 ^此外，在某些沒(méi)有架設(shè)電線地區(qū)的特殊工 作環(huán)境下就需要準(zhǔn)備發(fā)電車(chē)或高壓氣體瓶。對(duì)于小型焊接件或單個(gè)裂縫，準(zhǔn)備發(fā)電車(chē)需要較高的成本；采用高溫燃燒氣體作為焊機(jī)能源輸入又涉及到長(zhǎng)途運(yùn)輸氣體瓶、氣體消耗盡及運(yùn)行成本高等諸多問(wèn)題。太陽(yáng)能資源具有分布廣泛，資源豐富，取之不盡，用之不竭等優(yōu)點(diǎn)。盡管太陽(yáng)能輻射總能量巨大，但是到達(dá)地球大氣層外緣的能流密度較低，僅為1367W/m2左右。由于大氣層中的CO2、水蒸氣以及灰塵等粒子的吸收、衰減等作用，到達(dá)地球表面的能流密度更低。在可見(jiàn)度為22km晴朗天空下、中緯度地區(qū)的地球表面的太陽(yáng)輻射能流密度僅為600 800W/m2。由于太陽(yáng)能資源的能流密度比較低，必須通過(guò)匯聚技術(shù)以提高能流密度使低能流密度的太陽(yáng)能匯聚在較小的換熱面上。國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用的太陽(yáng)能焊機(jī)的匯聚方式有定日鏡與太陽(yáng)爐組合和多凸透鏡組合等形式。由于平面定日鏡與太陽(yáng)爐組合方式的匯聚比不高，因此需要較大的反射鏡面積達(dá)到高熱流密度的要求，反射鏡的面積高達(dá)150m2之多；多凸透鏡組合方式的匯聚比更是有限，焦平面處的熱流密度不高，例如發(fā)明人為王景鵬，鄒江，王耀光，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?01010611685. 5，名稱(chēng)為一種太陽(yáng)能焊機(jī)的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)中公開(kāi)的匯聚方式即為多凸透鏡組合方式，目前多凸透鏡組合匯聚方式鮮有實(shí)際應(yīng)用的報(bào)道。因此，提出一種具有高匯聚比匯聚方式的太陽(yáng)能焊機(jī)是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有太陽(yáng)能焊機(jī)采用太陽(yáng)爐的匯聚方式存在匯聚面面積大和采用多凸透鏡組合式匯聚方式存在匯聚比低的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種兩級(jí)反射匯聚式太陽(yáng)能焊機(jī)。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種兩級(jí)反射匯聚式太陽(yáng)能焊機(jī)包括一級(jí)拋物型碟式匯聚面、固定支架、二級(jí)雙曲線型匯聚面和焊頭，一級(jí)拋物型碟式匯聚面和二級(jí)雙曲線型匯聚面的表面涂有反射涂層，反射涂層為真空鍍鋁或拋光蒸鍍薄膜銀涂層，二級(jí)雙曲線型匯聚面安置在一級(jí)拋物型碟式匯聚面的焦點(diǎn)處，二級(jí)雙曲線型匯聚面的焦平面處為一級(jí)匯聚面的中心點(diǎn)處，一級(jí)拋物型碟式匯聚面和二級(jí)雙曲線型匯聚面之間通過(guò)固定支架連接，焊頭的頂端安置在二級(jí)雙曲線型匯聚面的焦點(diǎn)處，焊頭的尾端采用螺紋與一級(jí)拋物型碟式匯聚面進(jìn)行連接。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果表面涂有涂層的一級(jí)拋物型碟式匯聚面，將入射的低熱流密度太陽(yáng)光進(jìn)行第一次匯聚，二級(jí)雙曲線型匯聚面將一級(jí)拋物型碟式匯聚面匯聚的入射太陽(yáng)光線進(jìn)行再次反射并匯聚到二級(jí)雙曲線型匯聚面的焦平面處，焊頭頂端安置在二級(jí)匯聚面的焦點(diǎn)處，焊頭尾端采用螺紋與一級(jí)匯聚面進(jìn)行連接以便于拆卸安裝。本發(fā)明的兩級(jí)反射匯聚式太陽(yáng)能焊機(jī)的幾何匯聚比為一級(jí)匯聚面、二級(jí)匯聚面和復(fù)合拋物面的各自幾何聚光比的乘積。對(duì)于具有準(zhǔn)確 跟蹤的點(diǎn)聚焦匯聚器，其理論最大幾何聚光比為4000 ;復(fù)合拋物面的幾何聚光比一般為5 10。因此，本發(fā)明提出的兩級(jí)反射匯聚式太陽(yáng)能焊機(jī)具有匯聚比高、匯聚面面積小的優(yōu)點(diǎn)，其理論最大幾何聚光比可以達(dá)到8X IO7到I. 6X108。


圖I是本發(fā)明的兩級(jí)反射匯聚式太陽(yáng)能焊機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是采用匯聚焊頭的兩級(jí)反射匯聚式太陽(yáng)能焊機(jī)的焊接原理圖；圖3是內(nèi)開(kāi)口腔為半球形焊頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是匯聚焊頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是粉末焊焊頭結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖I和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的一種兩級(jí)反射匯聚式太陽(yáng)能焊機(jī)包括一級(jí)拋物型碟式匯聚面I、固定支架2、二級(jí)雙曲線型匯聚面3和焊頭4，一級(jí)拋物型碟式匯聚面I和二級(jí)雙曲線型匯聚面3的表面涂有反射涂層，反射涂層為真空鍍鋁或拋光蒸鍍薄膜銀涂層，二級(jí)雙曲線型匯聚面3安置在一級(jí)拋物型碟式匯聚面I的焦點(diǎn)處，二級(jí)雙曲線型匯聚面3的焦平面處為一級(jí)匯聚面的中心點(diǎn)處，一級(jí)拋物型碟式匯聚面I和二級(jí)雙曲線型匯聚面3之間通過(guò)固定支架2連接，焊頭4的頂端安置在二級(jí)雙曲線型匯聚面3的焦點(diǎn)處，焊頭4的尾端采用螺紋與一級(jí)拋物型碟式匯聚面I進(jìn)行連接。反射涂層為真空鍍鋁或拋光蒸鍍薄膜銀涂層具有高反射率，反射率為大于O. 90。
具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的焊頭4是內(nèi)開(kāi)口腔4-1為半球形的焊頭，內(nèi)開(kāi)口腔4-1的壁面上涂有吸收涂層，吸收涂層為電鍍黑鎳或電鍍黑鉻涂層。如此設(shè)置，吸收涂層為電鍍黑鎳或電鍍黑鉻涂層具有高的吸收率，吸收率高達(dá)O. 96，內(nèi)開(kāi)口腔的壁面上涂有高吸收率涂層以達(dá)到有效吸收入射高匯聚太陽(yáng)光線吸收和減少輻射損失的目的。采用內(nèi)開(kāi)口腔4-1為半球形的焊頭入射的低熱流密度太陽(yáng)光線經(jīng)過(guò)一級(jí)拋物型碟式匯聚面、二級(jí)雙曲線型匯聚面匯聚后到達(dá)焊頭的內(nèi)開(kāi)口腔4-1，焊頭的內(nèi)開(kāi)口腔4-1壁面的吸收涂層有效的吸收入射高匯聚太陽(yáng)熱流并轉(zhuǎn)化為熱能。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的內(nèi)開(kāi)口腔4-1為半球形的焊頭采用銅、不銹鋼或合金材料制成。如此設(shè)置，焊頭采用具有高導(dǎo)熱系數(shù)、高熔點(diǎn)的材料銅、不銹鋼或合金材料制造而成，能夠有效的減少焊頭沿壁面的溫度梯度，使焊頭工作端4-2 (焊頭頂端)溫度達(dá)到最高，并被焊接工件的接口加熱至熔化狀態(tài)。采用內(nèi)開(kāi)口腔為半球形的焊頭的太陽(yáng)能焊機(jī)的幾何匯聚比為一級(jí)匯聚面、二級(jí)匯聚面的各自幾何聚光比的乘積，理論最大幾何聚光比可以達(dá)到I. 6 X 107。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的焊頭4為匯聚焊頭，匯聚焊頭的內(nèi)開(kāi)口腔4-1形狀為復(fù)合拋物面形狀，內(nèi)開(kāi)口腔4-1的側(cè)壁面4-1-1上涂有反射涂層，反射涂層為真空鍍鋁或拋光蒸鍍薄膜銀涂層，內(nèi)開(kāi)口腔4-1的底壁面4-1-2上涂有吸收涂層，吸收涂層為電鍍黑鎳或電鍍黑鉻涂層。如此設(shè)置，吸收涂層為電鍍黑鎳或電鍍黑鉻涂層具有高吸收率，吸收率高達(dá)O. 96，內(nèi)開(kāi)口腔4-1的底壁面上涂有高吸收率涂層以達(dá)到有效吸收入射高匯聚太陽(yáng)光線吸收和減少輻射損失的目的。反射涂層為真空鍍鋁或拋光蒸鍍薄膜銀涂層具有高反射率，反射率大于O. 90，內(nèi)開(kāi)口腔4-1的側(cè)壁面上涂有高反射率涂層可以將入射高匯聚太陽(yáng)光線進(jìn)行第三次匯聚。采用匯聚焊頭入射的低熱流密度太陽(yáng)光線經(jīng)過(guò)一級(jí)拋物型碟式匯聚面、二級(jí)雙曲線型匯聚面匯聚后到達(dá)匯聚焊頭的內(nèi)開(kāi)口腔。側(cè)壁面具有高反射率涂層的復(fù)合拋物面內(nèi)開(kāi)口腔可以將入射高匯聚太陽(yáng)光線進(jìn)行第三次匯 聚。匯聚焊頭內(nèi)開(kāi)口腔的底壁面涂有高吸收率涂層以達(dá)到有效吸收入射高匯聚太陽(yáng)光線并轉(zhuǎn)化為熱能的目的。匯聚焊頭尤其適用于超高溫(溫度高于1300K)焊接時(shí)使用，其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的匯聚焊頭采用銅、不銹鋼或合金材料制成。如此設(shè)置，焊頭采用具有高導(dǎo)熱系數(shù)、高熔點(diǎn)的材料銅、不銹鋼或合金材料制造而成，能夠有效的減少焊頭沿壁面的溫度梯度，使焊頭工作端4-2 (焊頭頂端)溫度達(dá)到最高，并被焊接工件的接口加熱至熔化狀態(tài)。采用匯聚焊頭太陽(yáng)能焊機(jī)的幾何匯聚比為一級(jí)匯聚面、二級(jí)匯聚面和具有復(fù)合拋物面內(nèi)開(kāi)口腔匯聚焊頭的各自幾何聚光比的乘積，理論最大幾何聚光比可以達(dá)到8X107到1.6X108。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
四相同。
具體實(shí)施方式
六結(jié)合圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的焊頭為粉末焊焊頭，粉末焊焊頭的外形為管型，管壁外覆蓋有石英棉保溫層4-3，管壁內(nèi)層涂以反射涂層構(gòu)成光路導(dǎo)管4-4，反射涂層為真空鍍鋁或拋光蒸鍍薄膜銀涂層。如此設(shè)置，石英棉保溫層用以減少熱損失；管壁內(nèi)層涂以高反射率涂層將高匯聚太陽(yáng)光線導(dǎo)入到粉末焊的焊池中，反射涂層為真空鍍鋁或拋光蒸鍍薄膜銀涂層具有高反射率，反射率大于O. 90。采用粉末焊焊頭入射的低熱流密度太陽(yáng)光線經(jīng)過(guò)一級(jí)拋物型碟式匯聚面、二級(jí)雙曲線型匯聚面匯聚后通過(guò)粉末焊焊頭將高匯聚太陽(yáng)光線導(dǎo)入到粉末焊的焊池中。粉末焊焊頭的管內(nèi)壁面涂以高反射率涂層以降低高匯聚光線在粉末焊焊頭內(nèi)傳輸過(guò)程的光學(xué)損失，粉末焊焊頭的管外壁敷以石英棉保溫層以減少熱損失。采用粉末焊焊頭的太陽(yáng)能焊機(jī)的幾何匯聚比為一級(jí)匯聚面、二級(jí)匯聚面的各自幾何聚光比的乘積，理論最大幾何聚光比可以達(dá)到I. 6X107。
權(quán)利要求
1.一種兩級(jí)反射匯聚式太陽(yáng)能焊機(jī)，其特征在于一種兩級(jí)反射匯聚式太陽(yáng)能焊機(jī)包括一級(jí)拋物型碟式匯聚面(I)、固定支架(2)、二級(jí)雙曲線型匯聚面(3)和焊頭(4)，一級(jí)拋物型碟式匯聚面(I)和二級(jí)雙曲線型匯聚面(3)的表面涂有反射涂層，反射涂層為真空鍍鋁或拋光蒸鍍薄膜銀涂層，二級(jí)雙曲線型匯聚面(3)安置在一級(jí)拋物型碟式匯聚面(I)的焦點(diǎn)處，二級(jí)雙曲線型匯聚面(3)的焦平面處為一級(jí)匯聚面的中心點(diǎn)處，一級(jí)拋物型碟式匯聚面(I)和二級(jí)雙曲線型匯聚面(3)之間通過(guò)固定支架(2)連接，焊頭(4)的頂端安置在二級(jí)雙曲線型匯聚面(3)的焦點(diǎn)處，焊頭(4)的尾端采用螺紋與一級(jí)拋物型碟式匯聚面(I)進(jìn)行連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種兩級(jí)反射匯聚式太陽(yáng)能焊機(jī)，其特征在于焊頭(4)是內(nèi)開(kāi)口腔(4-1)為半球形的焊頭，內(nèi)開(kāi)口腔(4-1)的壁面上涂有吸收涂層，吸收涂層為電鍍黑鎳或電鍍黑鉻涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種兩級(jí)反射匯聚式太陽(yáng)能焊機(jī)，其特征在于內(nèi)開(kāi)口腔(4-1)為半球形的焊頭采用銅、不銹鋼或合金材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種兩級(jí)反射匯聚式太陽(yáng)能焊機(jī)，其特征在于焊頭(4)為匯聚焊頭，匯聚焊頭的內(nèi)開(kāi)口腔(4-1)形狀為復(fù)合拋物面形狀，內(nèi)開(kāi)口腔(4-1)的側(cè)壁面(4-1-1)上涂有反射涂層，反射涂層為真空鍍鋁或拋光蒸鍍薄膜銀涂層，內(nèi)開(kāi)口腔(4-1)的底壁面(4-1-2)上涂有吸收涂層，吸收涂層為電鍍黑鎳或電鍍黑鉻涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種兩級(jí)反射匯聚式太陽(yáng)能焊機(jī)，其特征在于匯聚焊頭采用銅、不銹鋼或合金材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種兩級(jí)反射匯聚式太陽(yáng)能焊機(jī)，其特征在于焊頭為粉末焊焊頭，粉末焊焊頭的外形為管型，管壁外覆蓋有石英棉保溫層(4-3)，管壁內(nèi)層涂以反射涂層構(gòu)成光路導(dǎo)管(4-4)，反射涂層為真空鍍鋁或拋光蒸鍍薄膜銀涂層。
全文摘要
一種兩級(jí)反射匯聚式太陽(yáng)能焊機(jī)，它涉及一種匯聚式太陽(yáng)能焊機(jī)。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有太陽(yáng)能焊機(jī)采用太陽(yáng)爐的匯聚方式存在匯聚面面積大和采用多凸透鏡組合式匯聚方式存在匯聚比低的問(wèn)題。兩級(jí)反射匯聚式太陽(yáng)能焊機(jī)的一級(jí)拋物型碟式匯聚面和二級(jí)雙曲線型匯聚面的表面涂有反射涂層，二級(jí)雙曲線型匯聚面安置在一級(jí)拋物型碟式匯聚面的焦點(diǎn)處，二級(jí)雙曲線型匯聚面的焦平面處為一級(jí)匯聚面的中心點(diǎn)處，一級(jí)拋物型碟式匯聚面和二級(jí)雙曲線型匯聚面之間通過(guò)固定支架連接，焊頭的頂端安置在二級(jí)雙曲線型匯聚面的焦點(diǎn)處，焊頭的尾端采用螺紋與一級(jí)拋物型碟式匯聚面進(jìn)行連接。本發(fā)明提出的兩級(jí)反射匯聚式太陽(yáng)能焊機(jī)用于焊接，其理論最大幾何聚光比可以達(dá)到8×107到1.6×108。
文檔編號(hào)B23K28/00GK102873460SQ20121038419
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月11日
發(fā)明者王富強(qiáng), 林日億, 王新偉 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)