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太阳能储能多用焊机的研制 |
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作者：天津市焊接研究所 白津生 |
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前言
根据科学家的计算，太阳的总辐射功率相当于5000万亿亿马力的发电机功率，即使经大气层吸收和反射损耗，每秒钟到达地面仍有81万亿千瓦的能量。太阳能清洁卫生,不会带来任何环境污染，不需任何费用。在无供电条件下工作，它具有能源取得方便，适应性强，节约能源，利用绿色能源，操作简便等优点，利用它能为人类制造很高的经济效益。
为了更有效地利用太阳能，将太阳能作为焊接能源，我们进行了太阳能储能多用焊机的研究与制造工作。首先，有以下几个亟待解决的技术问题。
1)太阳能作为焊接能源功率是否能够得到保障?
2)太阳能作为焊接能源是否能够做到全天候?
3)太阳能作为焊接能源是否能够根据工件需要灵活调解焊接规范?
4)太阳能作为焊接能源是否能够做到一机多用?
5)太阳能作为焊接能源是否能够储存?
6)连续无阳光条件下,能够转用220V市电作为电源?
根据上述提问，我们研究、设计、制造了全天候太阳能储能多用焊机，较好的解决了上述技术问题。
一、太阳能储能多用焊机的结构及主要技术指标。
太阳能储能多用焊机如图1所示，由太阳能光电板、主机和焊枪等组成。成为。为适应精密小型焊接工件的要求，能够焊接金属丝、网、箔片和螺柱。巧、精致、体积小、重量轻、能耗低。
太阳能储能多用焊机的主要技术指标如下：
1 能源：阳光或单相220V电源。
2 充电电压：0-24V电源
3 充电时间：≤15s
4 电压指示精度:正负5%
5 电极压力: >3kg
6 适用螺柱: ≤Φ2mm 适用板厚: ≤0.5mm
7 焊接强度: (Φ2.0) >母材强度
8 外形尺寸: 400X360X210
9 焊机重量:15kg
二 、新设备的主要技术特点及设计原理
根据该项目先进性、新颖性、实用性的要求，采用了模块化设计思想，新设计的太阳能储能多用焊机的主要技术特点是：
1)利用太阳光，通过光电板和专用控制模块为核心的能量转换和控制系统，实现太阳能直接转换进行焊接的功能，由于二次储能，焊接功率大大提高；
2)具有太阳能储能功能，可在无阳光条件下连续工作4小时或3000个工作点；
3)具有供电转换控制，在无阳光条件下，可转入220伏交流电源系统进行焊接；
4)焊接规范可无级调节，一机多用，配上相应的电极或夹头可进行各种金属(含铂、铑、钨)材料、丝、网、箔和螺柱的焊接。
1.光电板的设计特点
光电板的设计，既考虑所需的功率，又考虑到能全方位旋转的特殊要求。
光电板是由8块12V、2.5W 硅太阳能电池给分组并联组成。
其特点在于：硅太阳能电池组所产生的由光所产生的电能，经硅太阳能电池转出导线负极接至主机太阳能电池转入端子。硅太阳能电池转出导线正极上串联有光电转换电路限流电阻和光电换电路反向截至二极管接至设置在主机外壳上预留的太阳能电源转和端了。如图2所示：
硅太阳能电池组(1)，旋转支架(2)，硅太阳能电池转出导线负极(3)，
硅太阳能电池转出导线正极(4)，光电转换电路限流电阻(5)，
光电转换电路反向截至二极管(6)，主机太阳能电源转入端子(7)
2.主机的设计特点
太阳能储能多用焊接的主机设计主导思想是为了适宜全天候进行焊接如图3所示
(1)利用太阳能作为储能多用焊机的能源。
(2)太阳能储能多用焊机采用二次储能方式
1)一次储能：即先将太阳能通过光电板转换为电能，再转化为化学能储存到蓄电池里；或将220伏市电经过变压、整流转化为化学能储存到蓄电池里。
2)二次储能：将蓄电池能化学能转化为电能，通过充电控制电路板进行处理后，储存到储能电容器里。形成高容量电流后，一极转出给电流，释放于工件转化为热能进行焊接。
(3)太阳能储能多用焊机可全天候使用
1)可在阳光下工作，在放电焊接的同时，利用太阳能向蓄电池内充电。
2)在无阳光或黑夜里时，可转用220伏市作能源
3)在无阳光和220伏市电作能源时，蓄电池内二次储存的能量仍可维持工作4小时以上。
(4)模块化设计思想
1)光电板分组并联
2)蓄电池分组并联
3)储能电容器分组并联
4)核心控制电路模块化
5)可方便组成不同规格、系列化焊机
3 焊枪的设计的 特点:
为了一机多用，设计了便于更换的铬锆铜、铈钨、石墨等几种材料的四种形状的夹头和电极，以便焊接各种金属材料的丝、网、箔片和螺柱。
如图4所示：
三、焊接实例
工件名称 电极形状 电极材料 电极重量(kg) 焊接电压(V)
Φ1.6+Φ2钛丝 夹头 H62 黄铜 ≥3 ≥22
Φ1.6+不锈钢芯 夹头 H62 黄铜 ≥3 20
Φ1.6+为锈钢网 夹头 H62 黄铜 ≤1 16
金箔+银丝 平头 石 墨 ≥3 20
箔丝+银丝 平头 石 墨 ≥3 20
铜片+铝箔 平头 石 墨 ≥3 20
铝箔+铝箔 圆锥 铈 钨 ≥3 22
铝箔+镍箔 圆锥 铈 钨 ≥3 22
铜片+钨丝 平头 铬锆铜 ≥3 18
铼钨丝+钌铑丝 平头 铬锆铜 ≥3 20
钼片+钼丝 平头 铬锆铜 ≥3 20
铅片+箔丝 平头 铬锆铜 ≥2 18
铅片+不锈钢网 圆锥 铬锆铜 ≥2 18
铅片+铜片 圆锥 铈 钨 ≥3 20
铜片+镍片 圆锥 铈 钨 ≥3 20
铜丝+马口铁片 平头 铈 钨 ≥3 20
钼丝+钨丝 平头 铬锆铜 ≥3 18
铜丝+镍片 平头 铬锆铜 ≥3 20
铜片+铝片 平头 石 墨 ≥3 20
四、结语
太阳能储能多用焊机于2002年5月作为中国科技部成果司、知识产权局、中国发明协会组团的中国代表团的项目参加第93届法国巴黎国际博览会暨列宾竞赛，国际评审专家们认为它填补了世界焊接领域中一项空白。其先进性、新颖性、实用性尤为突出，受到一致好评，最终获得了法国巴黎博览会金奖。(end)
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(11/10/2004) |
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