專利名稱：一種兩級反射匯聚式太陽能焊機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種匯聚式太陽能焊機，具體涉及一種兩級反射匯聚式太陽能焊機，屬于太陽能焊接技術領域。
背景技術：
焊接時，高溫熱源將待焊兩工件接口處迅速加熱熔化，形成熔池。熔池隨熱源向前移動，冷卻后形成連續焊縫而將兩工件連接成為一體。傳統焊機的能源來源主要為電源或高溫燃燒氣體等。然而，傳統的焊機能源轉化利用率非常低、能源消耗大。文獻《以匯聚太陽光為輸入能源的鎳超級合金粉對AISI 4140鋼覆層》(太陽能材料與太陽能電池，1998年，53卷，153頁-161頁)記載了以CO2氣體激光保護焊為例，能源有效利用率僅為6^-10 ^此外，在某些沒有架設電線地區的特殊工 作環境下就需要準備發電車或高壓氣體瓶。對于小型焊接件或單個裂縫，準備發電車需要較高的成本；采用高溫燃燒氣體作為焊機能源輸入又涉及到長途運輸氣體瓶、氣體消耗盡及運行成本高等諸多問題。太陽能資源具有分布廣泛，資源豐富，取之不盡，用之不竭等優點。盡管太陽能輻射總能量巨大，但是到達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，到達地球表面的能流密度更低。在可見度為22km晴朗天空下、中緯度地區的地球表面的太陽輻射能流密度僅為600 800W/m2。由于太陽能資源的能流密度比較低，必須通過匯聚技術以提高能流密度使低能流密度的太陽能匯聚在較小的換熱面上。國內外學者采用的太陽能焊機的匯聚方式有定日鏡與太陽爐組合和多凸透鏡組合等形式。由于平面定日鏡與太陽爐組合方式的匯聚比不高，因此需要較大的反射鏡面積達到高熱流密度的要求，反射鏡的面積高達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，例如發明人為王景鵬，鄒江，王耀光，中國發明專利申請號201010611685. 5，名稱為一種太陽能焊機的發明專利申請中公開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際應用的報道。因此，提出一種具有高匯聚比匯聚方式的太陽能焊機是本領域技術人員需要解決的問題。
發明內容
本發明的目的是為了解決現有太陽能焊機采用太陽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題，進而提供一種兩級反射匯聚式太陽能焊機。本發明的技術方案是一種兩級反射匯聚式太陽能焊機包括一級拋物型碟式匯聚面、固定支架、二級雙曲線型匯聚面和焊頭，一級拋物型碟式匯聚面和二級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，二級雙曲線型匯聚面安置在一級拋物型碟式匯聚面的焦點處，二級雙曲線型匯聚面的焦平面處為一級匯聚面的中心點處，一級拋物型碟式匯聚面和二級雙曲線型匯聚面之間通過固定支架連接，焊頭的頂端安置在二級雙曲線型匯聚面的焦點處，焊頭的尾端采用螺紋與一級拋物型碟式匯聚面進行連接。本發明與現有技術相比具有以下效果表面涂有涂層的一級拋物型碟式匯聚面，將入射的低熱流密度太陽光進行第一次匯聚，二級雙曲線型匯聚面將一級拋物型碟式匯聚面匯聚的入射太陽光線進行再次反射并匯聚到二級雙曲線型匯聚面的焦平面處，焊頭頂端安置在二級匯聚面的焦點處，焊頭尾端采用螺紋與一級匯聚面進行連接以便于拆卸安裝。本發明的兩級反射匯聚式太陽能焊機的幾何匯聚比為一級匯聚面、二級匯聚面和復合拋物面的各自幾何聚光比的乘積。對于具有準確 跟蹤的點聚焦匯聚器，其理論最大幾何聚光比為4000 ;復合拋物面的幾何聚光比一般為5 10。因此，本發明提出的兩級反射匯聚式太陽能焊機具有匯聚比高、匯聚面面積小的優點，其理論最大幾何聚光比可以達到8X IO7到I. 6X108。
圖I是本發明的兩級反射匯聚式太陽能焊機結構示意圖；圖2是采用匯聚焊頭的兩級反射匯聚式太陽能焊機的焊接原理圖；圖3是內開口腔為半球形焊頭的結構示意圖；圖4是匯聚焊頭結構示意圖；圖5是粉末焊焊頭結構示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖I和圖2說明本實施方式，本實施方式的一種兩級反射匯聚式太陽能焊機包括一級拋物型碟式匯聚面I、固定支架2、二級雙曲線型匯聚面3和焊頭4，一級拋物型碟式匯聚面I和二級雙曲線型匯聚面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，二級雙曲線型匯聚面3安置在一級拋物型碟式匯聚面I的焦點處，二級雙曲線型匯聚面3的焦平面處為一級匯聚面的中心點處，一級拋物型碟式匯聚面I和二級雙曲線型匯聚面3之間通過固定支架2連接，焊頭4的頂端安置在二級雙曲線型匯聚面3的焦點處，焊頭4的尾端采用螺紋與一級拋物型碟式匯聚面I進行連接。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。
具體實施方式
二 結合圖3說明本實施方式，本實施方式的焊頭4是內開口腔4-1為半球形的焊頭，內開口腔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O. 96，內開口腔的壁面上涂有高吸收率涂層以達到有效吸收入射高匯聚太陽光線吸收和減少輻射損失的目的。采用內開口腔4-1為半球形的焊頭入射的低熱流密度太陽光線經過一級拋物型碟式匯聚面、二級雙曲線型匯聚面匯聚后到達焊頭的內開口腔4-1，焊頭的內開口腔4-1壁面的吸收涂層有效的吸收入射高匯聚太陽熱流并轉化為熱能。其它組成和連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結合圖3說明本實施方式，本實施方式的內開口腔4-1為半球形的焊頭采用銅、不銹鋼或合金材料制成。如此設置，焊頭采用具有高導熱系數、高熔點的材料銅、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)溫度達到最高，并被焊接工件的接口加熱至熔化狀態。采用內開口腔為半球形的焊頭的太陽能焊機的幾何匯聚比為一級匯聚面、二級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到I. 6 X 107。其它組成和連接關系與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
四結合圖4說明本實施方式，本實施方式的焊頭4為匯聚焊頭，匯聚焊頭的內開口腔4-1形狀為復合拋物面形狀，內開口腔4-1的側壁面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，內開口腔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O. 96，內開口腔4-1的底壁面上涂有高吸收率涂層以達到有效吸收入射高匯聚太陽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，內開口腔4-1的側壁面上涂有高反射率涂層可以將入射高匯聚太陽光線進行第三次匯聚。采用匯聚焊頭入射的低熱流密度太陽光線經過一級拋物型碟式匯聚面、二級雙曲線型匯聚面匯聚后到達匯聚焊頭的內開口腔。側壁面具有高反射率涂層的復合拋物面內開口腔可以將入射高匯聚太陽光線進行第三次匯 聚。匯聚焊頭內開口腔的底壁面涂有高吸收率涂層以達到有效吸收入射高匯聚太陽光線并轉化為熱能的目的。匯聚焊頭尤其適用于超高溫(溫度高于1300K)焊接時使用，其它組成和連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五結合圖4說明本實施方式，本實施方式的匯聚焊頭采用銅、不銹鋼或合金材料制成。如此設置，焊頭采用具有高導熱系數、高熔點的材料銅、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)溫度達到最高，并被焊接工件的接口加熱至熔化狀態。采用匯聚焊頭太陽能焊機的幾何匯聚比為一級匯聚面、二級匯聚面和具有復合拋物面內開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到8X107到1.6X108。其它組成和連接關系與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
六結合圖5說明本實施方式，本實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，管壁內層涂以反射涂層構成光路導管4-4，反射涂層為真空鍍鋁或拋光蒸鍍薄膜銀涂層。如此設置，石英棉保溫層用以減少熱損失；管壁內層涂以高反射率涂層將高匯聚太陽光線導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光線經過一級拋物型碟式匯聚面、二級雙曲線型匯聚面匯聚后通過粉末焊焊頭將高匯聚太陽光線導入到粉末焊的焊池中。粉末焊焊頭的管內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傳輸過程的光學損失，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能焊機的幾何匯聚比為一級匯聚面、二級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到I. 6X107。
權利要求
1.一種兩級反射匯聚式太陽能焊機，其特征在于一種兩級反射匯聚式太陽能焊機包括一級拋物型碟式匯聚面(I)、固定支架(2)、二級雙曲線型匯聚面(3)和焊頭(4)，一級拋物型碟式匯聚面(I)和二級雙曲線型匯聚面(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，二級雙曲線型匯聚面(3)安置在一級拋物型碟式匯聚面(I)的焦點處，二級雙曲線型匯聚面(3)的焦平面處為一級匯聚面的中心點處，一級拋物型碟式匯聚面(I)和二級雙曲線型匯聚面(3)之間通過固定支架(2)連接，焊頭(4)的頂端安置在二級雙曲線型匯聚面(3)的焦點處，焊頭(4)的尾端采用螺紋與一級拋物型碟式匯聚面(I)進行連接。
2.根據權利要求I所述的一種兩級反射匯聚式太陽能焊機，其特征在于焊頭(4)是內開口腔(4-1)為半球形的焊頭，內開口腔(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.根據權利要求2所述的一種兩級反射匯聚式太陽能焊機，其特征在于內開口腔(4-1)為半球形的焊頭采用銅、不銹鋼或合金材料制成。
4.根據權利要求I所述的一種兩級反射匯聚式太陽能焊機，其特征在于焊頭(4)為匯聚焊頭，匯聚焊頭的內開口腔(4-1)形狀為復合拋物面形狀，內開口腔(4-1)的側壁面(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，內開口腔(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.根據權利要求4所述的一種兩級反射匯聚式太陽能焊機，其特征在于匯聚焊頭采用銅、不銹鋼或合金材料制成。
6.根據權利要求I所述的一種兩級反射匯聚式太陽能焊機，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)，管壁內層涂以反射涂層構成光路導管(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
一種兩級反射匯聚式太陽能焊機，它涉及一種匯聚式太陽能焊機。本發明為了解決現有太陽能焊機采用太陽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題。兩級反射匯聚式太陽能焊機的一級拋物型碟式匯聚面和二級雙曲線型匯聚面的表面涂有反射涂層，二級雙曲線型匯聚面安置在一級拋物型碟式匯聚面的焦點處，二級雙曲線型匯聚面的焦平面處為一級匯聚面的中心點處，一級拋物型碟式匯聚面和二級雙曲線型匯聚面之間通過固定支架連接，焊頭的頂端安置在二級雙曲線型匯聚面的焦點處，焊頭的尾端采用螺紋與一級拋物型碟式匯聚面進行連接。本發明提出的兩級反射匯聚式太陽能焊機用于焊接，其理論最大幾何聚光比可以達到8×107到1.6×108。
文檔編號B23K28/00GK102873460SQ20121038419
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月11日 優先權日2012年10月11日
發明者王富強, 林日億, 王新偉 申請人:中國石油大學(華東)