一种加热器及其制作方法与流程

1.本发明涉及光伏技术领域，尤其涉及一种加热器及其制作方法。


背景技术：

2.目前，拉晶设备中的加热器主要为拼接加热器和筒状整体加热器两种。现有技术中，通常利用车床对石墨实心料进行掏料加工，从而制作筒状整体加热器。这种掏料加工方式，不仅会产生较大的刀缝，而且需要预留较大的加工余量，造成材料浪费。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种加热器的制作方法，以减少加热器制作过程中的材料浪费。
4.第一方面，本发明提供一种加热器的制作方法。该加热器应用于拉晶炉，加热器的制作方法包括：
5.提供一实心的坯体，坯体沿预设方向延伸；
6.利用切割工具对坯体进行环形切割，获得上下开口的加热器筒体。进行环形切割时，切割工具的延伸方向与预设方向平行，切割工具的两个夹持端分别位于坯体的两端。
7.采用上述技术方案时，两个夹持端在切割工具的延伸方向上分布，切割工具的刀刃位于两个夹持端之间，那么，切割工具进行环形切割时，在两个夹持端的作用下，切割工具绷紧，当切割工具完成一圈的环形切割后，就可以将实心的坯体切割成两端开口的加热器筒体。由此可见，第一方面，切割工具按照预设路径运动，切割精度高，切割轨迹误差极小，可以不同预留加工余量，或预留少许加工余量；第二方面，被切割下来的材料是整块的，还可以再利用，减少材料浪费；第三方面，相比于现有技术中掏料加工的多次切削掏料步骤，本方案的加工速度快，生产效率高。
8.综上可知，本发明提供的加热器的制作方法，加工余量极小或无需预留加工余量，可以减少材料浪费，降低成本；且加工步骤少，生产效率高。
9.在一些实现方式中，切割工具为切割线或带锯。此时，无论是切割线，还是带锯，均可以对实心材料块的轮廓进行切削处理，使其形成符合要求的圆柱形的坯体。
10.在一些实现方式中，坯体呈圆柱形；坯体的高度与加热器筒体的高度相等，坯体的材料为石墨。此时，坯体的外轮廓形状、高度以及材料，均与加热器的形状、高度和材料相同。加热器筒体具有外轮廓和内轮廓。加工时，坯体的外轮廓与加热器筒体的外轮廓形状、高度相匹配，仅需对坯体进行环形切割一种工艺处理即可外轮廓和内轮廓，从而可以节约工艺，提高加工效率。
11.在一些实现方式中，提供一实心的坯体包括：提供一实心材料块；切割实心材料块，形成圆柱形的坯体；对圆柱形的坯体进行表面平整处理。通过切割工艺可以方便的对大尺寸实心材料块进行切削，形成较小尺寸的坯体。此时，无需限定实心材料块的形状，只要其尺寸大于坯体即可。而进行表面平整处理后可以形成符合设计要求的加热器的顶面和底
面。并且平整的表面便于后续处理工艺对坯体进行安装固定，减少误差的产生。
12.在一些实现方式中，提供一实心的坯体后，利用切割工具对坯体进行环形切割之前，加热器的制作方法还包括：在坯体上加工止口，止口的长度和坯体的高度相等。一方面，环形切割时切割工具可以由止口进入坯体内，进而切屑出坯体的内轮廓，以获得加热器筒体；另一方面，止口便于环形切割时对切割起点和切割终点进行定位，避免过度切割。
13.在一些实施例中，止口的深度大于或等于加热器筒体的壁厚。
14.在一些实现方式中，利用切割工具对坯体进行环形切割包括：
15.驱动切割工具由止口进入坯体；
16.驱动切割工具环形移动，或驱动坯体旋转，使得切割工具对坯体进行环形切割。此时，无论是切割工具移动坯体不动，还是坯体运动切割工具不移动，均可以实现切割工具相对于坯体的环形运动，从而实现切割工具对坯体的环形切割。当驱动坯体旋转时，切割工具仅进行往复运动，无需整体移动位置，从而可以较好的确保切割过程中切割工具保持绷紧，降低切割误差，进一步减少加工余量。
17.在一些实现方式中，环形切割的轨迹与坯体的外壁之间的垂直距离，为加热器筒体的壁厚。此时，环形切割后即可形成加热器筒体成品。并且，环形切割后的壁厚即为加热器筒体的设计壁厚，无需进行后加工，可以节约工艺，降低成本。
18.在一些实现方式中，环形切割的设备为非金属线性切割机。非金属线性切割机可以实现对切割工具的支撑和往复运动，并实现对坯体的固定和移动。此时，利用非金属线性切割机可以实现对切割工具和坯体两者同时进行操作，从而可以简化操作，提高生产效率。
19.在一些实现方式中，非金属线性切割机包括：切割机构，切割机构包括切割工具，用于对坯体进行环形切割；旋转机构，旋转机构用于承载并旋转坯体，其中，坯体与旋转机构通过定位销卡接；以及水平移动机构，旋转机构设在水平移动机构上。该旋转机构为针对环形切割工艺进行的改进。基于此，非金属线性切割机可以实现对坯体的承载和旋转，无需切割工具进行环形移动，有利于提高环形切割的切割质量，提高加热器的质量。水平移动机构使得非金属线性切割机可以支持坯体在水平面上运动，并支持坯体旋转，从而可以很大程度上提高坯体的机动性能，便于切割。
20.第二方面，本发明提供一种加热器。该加热器采用第一方面或第一方面任一实现方式所描述的加热器的制作方法制作而成。
21.第二方面提供的加热器的有益效果，可以参考第一方面或第一方面任一实现方式所描述的加热器的制作方法的有益效果，在此不再赘言。
附图说明
22.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
23.图1为本发明实施例涉及的加热器的制作方法的流程示意图；
24.图2为本发明实施例涉及的加工止口的局部示意图；
25.图3为本发明实施例涉及的环形切割的状态示意图；
26.图4为本发明实施例涉及的环形切割的局部放大示意图。
27.附图标记：
28.图2～4中，10-坯体，11-止口，20-非金属线性切割机，21-切割机构，22-旋转机构，23-水平移动机构。
具体实施方式
29.为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
30.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
31.需要说明的是，本发明中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
32.本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
33.光伏发电作为绿色能源已成为人类可持续发展的主要能源之一。单晶硅片是光伏发电的一种基础材料，有着广泛的市场需求。制作单晶硅片的方法主要为利用拉晶炉拉制单晶硅棒，然后将单晶硅棒切片，从而获得单晶硅片。在拉晶炉中，用来融熔硅原料的加热器主要为石墨加工的拼接加热器和筒状整体加热器。在拉晶过程中，加热器不仅要经受高温与腐蚀的影响，而且在开炉停炉过程中，要不断经历加热与冷却的循环过程，导致加热器成为实际使用过程中损坏和更换频率较高的热场部件，成本较高。降低加热器成本，可以大大降低拉晶成本。
34.从制作成本来说，筒状整体加热器的加工成本大于拼接加热器。从使用寿命来说，拼接加热器因为拼接部位过多使用寿命严重不达标，导致加热器辅材成本升高。筒状整体加热器使用寿命较长，更换频率较低。目前，筒状整体加热器主要是利用车床将整体石墨实心料掏料加工。因为要保证掏料刀的硬度，所以掏料刀不能过窄。并且掏料深度逐渐递增时，掏料刀会倾斜，为了保证加工筒状整体加热器内外直径精度，掏料时需要留有较大的加工余量。掏料刀较宽，会导致刀缝过宽。刀缝过宽和加工余量较大，都会导致石墨材料浪费，材料利用率低，导致筒状整体加热器制作成本过高，拉晶成本过高。这种情况下，如何降低筒状整体加热器的制作成本成为重要研究问题。
35.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种加热器的制作方法。该加热器应
用于拉晶炉，作为拉晶炉的主加热器，用于加热硅料。如图1～4所示，上述加热器的制作方法包括：
36.步骤100：如图2～4所示，提供一实心的坯体10，坯体10沿预设方向延伸。利用切割工具对坯体进行环形切割，获得两端开口的加热器筒体。进行环形切割时，切割工具的延伸方向与预设方向平行，切割工具的两个夹持端分别位于坯体的两端。其中，预设方向是与获得的加热器筒体的轴线方向一致的。
37.采用上述技术方案时，两个夹持端在切割工具的延伸方向上分布，切割工具的刀刃位于两个夹持端之间，那么，切割工具进行环形切割时，在两个夹持端的作用下，切割工具绷紧，当切割工具完成一圈的环形切割后，就可以将实心的坯体10切割成两端开口的加热器筒体。由此可见，第一方面，切割工具按照预设路径运动，切割精度高，切割轨迹误差极小，可以不同预留加工余量，或预留少许加工余量；第二方面，被切割下来的材料是整块的，还可以再利用，减少材料浪费；第三方面，相比于现有技术中掏料加工的多次切削掏料步骤，本方案的加工速度快，生产效率高。
38.综上可知，本发明提供的加热器的制作方法，加工余量极小或无需预留加工余量，可以减少材料浪费，降低成本；且加工步骤少，生产效率高。
39.在一种可能的实现方式中，切割工具可以为切割线，也可以为带锯，只要能够对坯体10进行切割处理即可。切割线可以是金刚线(即金刚石切割线)或树脂金刚石线，具有切割能力强，切割速度快的优点。
40.在一种可能的实现方式中，该坯体10可以呈圆柱形，坯体10的高度与加热器筒体的高度相等，坯体10的材料可以为石墨。此时，坯体10的外轮廓形状、高度以及材料，均与加热器的形状、高度和材料相同。加热器筒体具有外轮廓和内轮廓。加工时，坯体10的外轮廓与加热器筒体的外轮廓形状、高度相匹配，仅需对坯体10进行环形切割工艺即可形成外轮廓和内轮廓，从而可以节约工艺，提高加工效率。在实际应用中，上述坯体10可以为一圆柱状的石墨块，且该石墨块的外轮廓尺寸与加热器筒体的外轮廓尺寸相同。
41.上述实心的坯体10，可以通过购买获得，也可以自行制作。具体的，制作上述实心的坯体10可以包括以下步骤：
42.步骤101：提供一实心材料块。应理解，该实心材料块的尺寸应大于要制作的坯体10的尺寸，以便于能够通过切割工艺制作相应尺寸的坯体10。该实心材料块的形状本发明实施例不做具体限定，其材料与坯体10一致。
43.步骤102：切割实心材料块，形成圆柱形的坯体10。通过切割工艺可以方便的对大尺寸实心材料块进行切削，形成较小尺寸的坯体10。此时，无需限定实心材料块的形状，只要其尺寸大于坯体10即可。
44.此时，无论是切割线，还是带锯，均可以对实心材料块的轮廓进行切削处理，使其形成符合要求的圆柱形的坯体10。
45.以带锯为例，切割时，可以使用行车将实心材料块吊装至大型锯床工作台上，将实心材料块与工作台的基准面靠紧后进行切割刀口对齐和找正。找正后，开启大型锯床，利用大型锯床的带锯对实心材料块进行切割，获得与加热器筒体高度相同、外轮廓直径相同的坯体10。该坯体10的高度与加热器筒体的高度相同。
46.在实际应用中，上述坯体10的外直径与加热器筒体的外直径，可以相等，也可以不
相等。当坯体10与加热器筒体的外直径相等时，后续进行一次环形切割形成内轮廓。当坯体10的外直径大于加热器筒体的外直径时，需要对坯体10进行两次环形切割。第一次环形切割形成外轮廓，第二次环形切割形成内轮廓。
47.步骤103：对圆柱形的坯体10进行表面平整处理。此时，可以形成符合设计要求的加热器的顶面和底面。并且平整的表面便于后续处理工艺对坯体10进行安装固定，减少误差的产生。
48.示例性的，平整处理的方式可以为：利用车床车削上述坯体10，使得坯体10的上下表面平整且垂直于坯体10的圆周面。具体的，可以使用行车将坯体10吊装至车床的卡盘上进行安装固定，并对坯体10进行找正和对齐。然后，开启车床，对坯体10的顶面进行车削处理。车削平整后，使用行车将坯体10进行调转翻面，固定并找正对齐后对坯体10的底面进行车削平整。
49.在实际应用中，可以在步骤102之后步骤103之前，或者在步骤103之后，对坯体10进行中心打孔，形成定位孔，以便于与后续的非金属线性切割机20上的定位销进行卡接固定。
50.进行环形切割前，还包括以下步骤：
51.步骤200：如图2所示，在坯体10上加工止口11，止口的长度和坯体的高度相等。此时，一方面，环形切割时切割工具可以由止口进入坯体10内，进而切屑出坯体10的内轮廓，以获得加热器筒体；另一方面，加工止口11，便于环形切割时切割起点和切割终点进行定位，避免过度切割。
52.在一种实施例中，对坯体10内部开始进行环形切割时，切割工具首先进入到止口中，从止口开始进行环形切割。可以使止口11的深度大于或等于加热器筒体的壁厚。这样，当两者相等时，切割工具进入止口11并与止口11的底壁抵接后，开口沿环形切割；当止口11深度较大时，不仅可以为切割工具预留出容纳空间，还可以在切割时，为加热器筒体壁厚预留少许加工余量，以便于后续对加热器筒体的内壁和外壁进行表面修整。需要注意的是，止口11的深度只需略微大于加热器筒体的壁厚，例如，可以比加热器筒体壁厚大0.2mm、0.4mm、0.6mm或0.8mm。这里，止口11的深度是指在加热器筒体的径向方向上，止口11的尺寸。
53.加工止口11的设备可以为非金属线性切割机20，也可以为其他加工设备。以非金属线性切割机20为例，加工止口11包括以下步骤：
54.步骤201：如图2所示，将上述坯体10安装到非金属线性切割机20的工作台上。具体的，使用行车将上述坯体10吊装到非金属线性切割机20的工作台上，工作台上的定位销正对坯体10的定位孔进行配合嵌套，保证坯体10的圆心与工作台圆心同心。
55.步骤s202：如图2所示，根据设计的止口11形状及尺寸，利用非金属线性切割机20的编程软件进行画图并编制止口11切割程序。
56.具体的，在非金属线性切割机20的操作屏幕上，绘制止口11图纸，对止口11图纸进行切割线路和走刀回路模拟，模拟成功后保存并生成切割程序。在切割程序操作界面，按照生成的切割程序进行试切模拟，模拟成功后保存该止口11切割程序。
57.步骤s203：如图2所示，在非金属线性切割机20上，读取已编制的止口11切割程序，控制非金属线性切割机20的电机运转带动环形金刚线进行线性运动，并通过工作台控制坯
体10在水平方向上移动，使得坯体10相对于金刚线线性运动，环形金刚线对坯体10进行切割形成止口11。
58.具体的，使用手轮控制工作台水平运动，进行对刀操作。然后，将环形金刚线的切割段与工作台上的坯体10的中心轴线对齐，使坯体10的半径与环形金刚线的平面呈90
°
夹角。启动机台，上述编制的止口11切割程序运行。电机运转使环形金刚线进行线性运动，工作台按照止口11切割程序的路径运动，进行止口11切割，切割完成后工作台停止运动。
59.步骤300：如图3和图4所示，利用切割工具对坯体10进行环形切割，获得上下开口的加热器筒体。具体包括以下步骤：
60.步骤301：驱动切割工具进入坯体10。具体的，可以驱动切割工具通过止口11进入坯体10，进入的深度为止口11的加工深度。
61.步骤302：如图3和图4所示，驱动切割工具环形移动，或驱动坯体10旋转，使得切割工具对坯体10进行环形切割。此时，无论是切割工具移动坯体10不动，还是坯体10运动切割工具不移动，均可以实现切割工具相对于坯体10的环形运动，从而实现切割工具对坯体10的环形切割。
62.上述环形切割，是指切割工具切割坯体10后，在坯体10上形成一个圆环形的切割轨迹(刀缝)。圆环形的切割轨迹的厚度，也就是刀缝的宽度，为切割工具的宽度(也即切割线的直径)。上述坯体10旋转，是指坯体10绕着其中心轴旋转。优选的，可以使切割工具做高速往复运动，坯体10旋转，以使切割工具对坯体10进行切割。此时，切割工具仅进行往复运动，无需整体移动位置，从而可以较好的确保切割过程中切割工具保持绷紧，降低切割误差，进一步减少加工余量。
63.上述环形切割的轨迹与坯体10的外壁之间的垂直距离，为加热器筒体的壁厚。此时，环形切割后即可形成加热器筒体成品。并且，环形切割后的壁厚即为加热器筒体的设计壁厚，无需进行后续加工，进而可以节约工艺，降低成本。
64.上述环形切割的设备可以为非金属线性切割机20。非金属线性切割机20可以实现对切割工具的支撑和往复运动，并实现对坯体10的固定和移动。此时，利用非金属线性切割机20可以实现对切割工具和坯体10两者同时进行操作，从而可以简化操作，提高生产效率。
65.如图2-图4所示，为了适应环形切割工艺，本发明实施例对非金属线性切割机20进行了改进。上述非金属线性切割机20可以包括切割机构21和旋转机构22。切割机构21包括切割工具，用于对坯体10进行环形切割。旋转机构22用于承载并旋转坯体10；其中，坯体10与旋转机构22通过定位销卡接。该旋转机构22为针对环形切割工艺进行的改进。基于此，非金属线性切割机20可以实现对坯体10的承载和旋转，无需切割工具进行环形移动，有利于提高环形切割的切割质量，提高加热器的质量。
66.如图2-图4所示，上述非金属线性切割机20还可以包括水平移动机构23，旋转机构22设在水平移动机构23上。此时，非金属线性切割机20可以支持坯体10在水平面上运动，并支持坯体10旋转，从而可以很大程度上提高坯体10的机动性能，便于切割。
67.使用非金属线性切割机20进行环形切割时，可以使用u型夹固定坯体10的中心及外壁。启动旋转机构22，旋转机构22进行旋转，带动坯体10旋转，环形金刚线进行线性运动切割坯体10。当坯体10旋转一周后，筒体加热器切割完成，停止旋转机构22，停止非金属线性切割机20环形金刚线运动。
68.环形切割完成，获得加热器筒体后，可以对筒体进行铣槽、铣装配面、打孔、攻丝等工艺处理。
69.应理解，上述切割形成坯体10，加工止口11以及环形切割，三个工序均可以使用非金属线性切割机20进行加工。此时，可以减少加工设备，降低成本，提高加工效率。
70.基于上述加热器的制作方法可知，本发明实施例利用切割工具对坯体10进行环形切割，从而获得上下开口的加热器筒体。基于此，首先，切割工具与掏料加工的刀具相比，尺寸大大减小。当利用切割工具对坯体10进行切割时，由切割工具所产生的刀缝远远小于因车床刀具所产生的刀缝，切割工具对坯体10的切削去除量也远远小于车床刀具的切削去除量。可见，使用切割工具对坯体10进行切割，可以减少对坯体10的切削去除量，进而减少材料损耗。其次，在切割过程中，切割工具绷紧呈直线状，进行环形切割时，轨迹误差极小可以忽略，因此无需后加工处理。基于此，利用切割工具对坯体10进行环形切割，无需预留加工余量，从而可以节省加工余量所产生的材料浪费。最后，切割工具对坯体10进行环形切割时，仅需控制切割工具进行一次切割即可，相比于掏料加工的多次切削掏料步骤，不仅可以减少误差，提高切割精度，而且可以提高加工速度，提高生产效率。
71.综上可知，本发明实施例的加热器的制作方法，切割产生的刀缝较小，加工余量极小或无需预留加工余量，并且可以提高切割精度和生产效率。这种情况下，可以减少制作加热器时的材料浪费，降低加热器成本和拉晶成本，并提高加工效率。另外，本发明实施例的加热器的制作方法加工步骤少、加工设备少，可以减少挪料次数，降低人员劳动强度。
72.本发明实施例还提供一种加热器。该加热器采用上述加热器的制作方法制作而成。该加热器的有益效果，可以参考上述加热器的制作方法的有益效果，在此不再赘言。
73.尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
74.尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。