ПОРТАТИВНЫЙ ГЕЛИОСВАРОЧНЫЙ АППАРАТ Российский патент 1997 года по МПК B23K28/00 B23K1/05 B23K26/00 

Изобретение относится к устройствам для обработки металлов оптическим излучением, например для сварки, резки, образовывания отверстий и др.

Сварка и резка металла являются важными отраслями промышленности. Существует значительное количество технологий резки и сварки различных материалов. Наиболее распространенными являются электросварка и газовая резка и сварка. Указанные виды сварки требуют сложного технологического оборудования, значительных расходов электроэнергии или дефицитных газов, что приводит к высокой стоимости и сложности оборудования, значительным габаритам и весу установок. Известны также солнечные установки для сверхчистого плавления металла. Эти установки используют солнечное излучение и состоят из параболических зеркал, в фокусе которых размещается плавильная камера. Однако для резки и сварки металлических конструкций эти установки не применяются из-за их громоздкости и невозможности использования.

Для устранения указанных недостатков предлагается портативный гелиосварочный аппарат.

Портативный гелиосварочный аппарат собран на раме 1 (см. чертеж), выполненной из легкого материала, например стеклотекстолита. Внутри рамы установлен световой коллектор 2. Световой коллектор собран из совокупности усеченных линз-фоконов (см. заявку N 5046491/10 (027602) от 09.06.92 ) собранный в пакет, укрепленный на каркасе 4.

К узким торцам линз-фоконов приклеивают отрезки световодов 3 требуемой длины, например, с помощью оптического клея ОК-2. Оставшиеся свободные концы световодов собирают в жгут.

Торец жгута полируют. Построенный таким образом концентратор солнечного излучения обладает рядом преимуществ: малыми габаритами; малым весом; низкой стоимостью; простотой конструкции.

Произведем расчет предлагаемого портативного гелиосварочного аппарата.

Плотность потока мощности солнечного излучения падающего на поверхность Земли без учета потерь в атмосфере составляет величину
I₀ 0,135 Вт/см².

Принимая потери в атмосфере равными 50% получим I₀ 0,07.

Выберем размер квадратной стороны широкого торца линзы-фокона l_л 32 мм 3,2 см.

Тогда площадь широкого торца линзы-фокона
S_л= l2л

= 3,2²≈ 10 см².
Выберем световолокно квадратного сечения со стороной квадрата
l_в 10 мкм 10^-3 см.

Площадь сечения световолокна равна
S_в= l2в

= (10^-3)²= 10^-6 см².
Для определения выигрыша, который будет давать применение линз-фоконов воспользуемся соотношением
I_i I₀ • S_л/S_в 0,07 • 10/10^-6 7 • 10⁵ Вт/см².

Принимая потери в линзе и световоде равными ≈ 30% получим плотность потока мощности на торце световолокна I_i 200 кВт/см². Площадь солнечного коллектора может быть различной. Выберем площадь коллектора солнечного коллектора S_к 1 м². Сторона квадрата коллектора l_к 1 м. Тогда количество линз в коллекторе
N S_к/S_л 10000/10 1000 шт.

Суммарная плотность потока мощности, концентрируемого коллектором, будет равна
I_Σ= N•I_i= 1000•200•10³= 200 мВт/см².
Полученная плотность потока мощности будет излучаться из торца жгута световодов. Так как площадь сечения жгута равна
S_ж S_в • N 10^-10 • 1000 10^-7 ≈ 0,1 мм².

то полученную энергию можно использовать для сварки или резки не только металлов, но и других материалов. Если использовать весь жгут, то будет сниматься вся мощность, если использовать часть жгута или отдельные световоды, то можно снимать часть мощности для одних нужд, а часть мощности для других.

При использовании всего жгута для сварки или резки материалов необходимо жгут световодов укрепить на рукоятке, например типа пистолетной, которая позволит значительно упростить процесс применения аппарата.

Предлагаемый портативный гелиосварочный аппарат может найти широкое применение а различных областях деятельности людей. Наиболее эффективно применение этого устройства в горах, пустынях, в космосе, в различных районах, где нет других источников энергии.

Предлагаемый гелиосварочный аппарат может найти применение также в тех случаях, когда необходимо осуществлять сварку на основе экологически чистых технологий.

Изобретение относится к области сварки, в частности к устройствам для сварки световым лучом, и может найти применение в машиностроении при выполнении сварки, резки, образования отверстий и т.д. Сущность изобретения состоит в следующем: устройство представляет собой портативный сварочный аппарат, который содержит оптический коллектор, световоды и оправку. Оптический коллектор выполнен в виде совокупности линз с отрицательной гауссовой кривизной поверхности, к узким торцам которых присоединены отрезки световодов. Свободные концы световодов собраны в жгут. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Портативный гелиосварочный аппарат, характеризующийся тем, что содержит коллектор и световоды, при этом оптический коллектор выполнен в виде совокупности линз-фоконов с отрицательной гауссовой кривизной поверхности, к узким торцам которых присоединены отрезки световодов, а свободные концы световодов собраны в жгут с отполированным концом. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что торец жгута, его часть или отдельные световоды укреплены в различных оправках. 3. Аппарат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что оправка выполнена в виде пистолетной рукоятки.