[发明专利]一种两级反射汇聚式太阳能焊机

说明书

技术领域

本发明涉及一种汇聚式太阳能焊机，具体涉及一种两级反射汇聚式太阳能焊机，属于太阳能焊接技术领域。

背景技术

焊接时，高温热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。

传统焊机的能源来源主要为电源或高温燃烧气体等。然而，传统的焊机能源转化利用率非常低、能源消耗大。文献《以汇聚太阳光为输入能源的镍超级合金粉对AISI 4140钢覆层》(太阳能材料与太阳能电池，1998年，53卷，153页-161页)记载了以CO₂气体激光保护焊为例，能源有效利用率仅为6％-10％。此外，在某些没有架设电线地区的特殊工作环境下就需要准备发电车或高压气体瓶。对于小型焊接件或单个裂缝，准备发电车需要较高的成本；采用高温燃烧气体作为焊机能源输入又涉及到长途运输气体瓶、气体消耗尽及运行成本高等诸多问题。

太阳能资源具有分布广泛，资源丰富，取之不尽，用之不竭等优点。尽管太阳能辐射总能量巨大，但是到达地球大气层外缘的能流密度较低，仅为1367W/m²左右。由于大气层中的CO₂、水蒸气以及灰尘等粒子的吸收、衰减等作用，到达地球表面的能流密度更低。在可见度为22km晴朗天空下、中纬度地区的地球表面的太阳辐射能流密度仅为600～800W/m²。由于太阳能资源的能流密度比较低，必须通过汇聚技术以提高能流密度使低能流密度的太阳能汇聚在较小的换热面上。

国内外学者采用的太阳能焊机的汇聚方式有：定日镜与太阳炉组合和多凸透镜组合等形式。由于平面定日镜与太阳炉组合方式的汇聚比不高，因此需要较大的反射镜面积达到高热流密度的要求，反射镜的面积高达150m²之多；多凸透镜组合方式的汇聚比更是有限，焦平面处的热流密度不高，例如发明人为王景鹏，邹江，王耀光，中国发明专利申请号：201010611685.5，名称为一种太阳能焊机的发明专利申请中公开的汇聚方式即为多凸透镜组合方式，目前多凸透镜组合汇聚方式鲜有实际应用的报道。

因此，提出一种具有高汇聚比汇聚方式的太阳能焊机是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有太阳能焊机采用太阳炉的汇聚方式存在汇聚面面积大和采用多凸透镜组合式汇聚方式存在汇聚比低的问题，进而提供一种两级反射汇聚式太阳能焊机。

本发明的技术方案是：一种两级反射汇聚式太阳能焊机包括一级抛物型碟式汇聚面、固定支架、二级双曲线型汇聚面和焊头，一级抛物型碟式汇聚面和二级双曲线型汇聚面的表面涂有反射涂层，反射涂层为真空镀铝或抛光蒸镀薄膜银涂层，二级双曲线型汇聚面安置在一级抛物型碟式汇聚面的焦点处，二级双曲线型汇聚面的焦平面处为一级汇聚面的中心点处，一级抛物型碟式汇聚面和二级双曲线型汇聚面之间通过固定支架连接，焊头的顶端安置在二级双曲线型汇聚面的焦点处，焊头的尾端采用螺纹与一级抛物型碟式汇聚面进行连接。

本发明与现有技术相比具有以下效果：表面涂有涂层的一级抛物型碟式汇聚面，将入射的低热流密度太阳光进行第一次汇聚，二级双曲线型汇聚面将一级抛物型碟式汇聚面汇聚的入射太阳光线进行再次反射并汇聚到二级双曲线型汇聚面的焦平面处，焊头顶端安置在二级汇聚面的焦点处，焊头尾端采用螺纹与一级汇聚面进行连接以便于拆卸安装。本发明的两级反射汇聚式太阳能焊机的几何汇聚比为一级汇聚面、二级汇聚面和复合抛物面的各自几何聚光比的乘积。对于具有准确跟踪的点聚焦汇聚器，其理论最大几何聚光比为4000；复合抛物面的几何聚光比一般为5～10。因此，本发明提出的两级反射汇聚式太阳能焊机具有汇聚比高、汇聚面面积小的优点，其理论最大几何聚光比可以达到8×10⁷到1.6×10⁸。

附图说明

图1是本发明的两级反射汇聚式太阳能焊机结构示意图；

图2是采用汇聚焊头的两级反射汇聚式太阳能焊机的焊接原理图；

图3是内开口腔为半球形焊头的结构示意图；

图4是汇聚焊头结构示意图；

图5是粉末焊焊头结构示意图。

具体实施方式