一種玻璃棒熔接方法與流程

2023-11-02 00:18:33

本發明涉及玻璃領域，特別是涉及一種玻璃棒熔接方法。

背景技術：

石英玻璃是二氧化矽單一成分的非晶態材料，其微觀結構是一種由二氧化矽四面結構體結構單元組成的單純網絡，由於Si-O化學鍵能很大，結構很緊密，所以石英玻璃具有獨特的性能，尤其透明石英玻璃的光學性能非常優異，在紫外到紅外輻射的連續波長範圍都有優良的透射比。

石英玻璃棒在熔接之後，熔接處的接縫氣泡問題、接縫不牢固和表面不光滑。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明的目的是提供一種玻璃棒熔接方法，通過本方法熔接的石英玻璃棒接縫處無氣泡產生，接縫牢固、過渡連續和表面光滑平整，易於後道工序的生產加工和控制。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：一種玻璃棒熔接方法，包括，

將第一玻璃棒構件與第二玻璃棒構件端部進行預處理工序；

將所述預處理後的第一玻璃棒構件與預處理後的第二玻璃棒構件加熱，進行第一次熔接，得到預製件；

對所述預製件的接口處進行表面處理然後進行第二次熔接，得到熔接的玻璃棒。

優選的，所述預處理工序具體為分別對所述第一玻璃棒和所述第二玻璃棒的端部沿徑向方向由裡向外逐漸遞減，呈預定圓弧狀。

優選的，所述預定圓弧狀為球面狀。

優選的，所述對所述預製件的接口處進行表面處理具體為：

將所述熔接表面進行加熱，至熔融狀態利用磨平裝置進行磨平。

優選的，所述磨平裝置為石墨平板裝置。

優選的，所述第二次熔接具體為對熔接處加熱1-3分鐘。

優選的，所述第一次熔接工序包括，所述第一玻璃棒構件固定不動，所述第二玻璃棒構件按照預定方向進行移動。

本發明還提供了一種用於所述的玻璃棒熔接方法的磨平裝置，包括：

連杆，石墨平板、手柄依次設置於所述連杆上；

水平儀旋轉關節，套裝於所述連杆上，且位於所述石墨平板和所述手柄之間；

水平儀設置於所述水平儀旋轉關節上；

水平儀固定支座，固定連接於所述水平儀旋轉關節下方。

根據本發明提供的具體實施例，本發明公開了以下技術效果：熔接之後的接縫無氣泡產生，接續牢固、過渡連續和表面光滑平整，使後道工序更加易於生產加工和控制。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例石英玻璃棒端面處理效果圖；

圖2為本發明是實施例熔接示意圖；

圖3為本發明實施例熔接處表面處理示意圖；

圖4為本發明實施例熔接過程示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

本發明的目的是提供一種玻璃棒熔接方法，是一種將第一玻璃棒構件與第二玻璃棒構件的熔接方法，包括，將第一玻璃棒構件與第二玻璃棒構件端部進行預處理工序；將第一玻璃棒構件與第二玻璃棒構件按照預定加熱條件，進行第一次熔接工序；對所述第一玻璃構件與所述第二玻璃構件熔接後進行表面處理工序；和第二次熔接工序。

可選的，所述預處理工序為對所述第一玻璃棒端部沿徑向方向有利向外逐漸遞減，呈預定圓弧狀。

可選的，所述預處理工序為對所述第二玻璃棒端部沿徑向方向有利向外逐漸遞減，呈預定圓弧狀。

可選的，所述預定圓弧狀為球面狀，如圖1所示，弦高H可以根據石英玻璃棒直徑D和加熱器的高溫區長度進行調整，一般是石英玻璃棒直徑D的1/10到1/5為宜，最大不宜超過50mm。

可選的，所述表面處理工序包括，將所述熔接表面進行加熱，至乳白色熔融狀態利用磨平裝置進行磨平。採用氫氧火焰、乙炔火焰或其他加熱爐進行加熱第一玻璃棒構件和第二玻璃棒構件的熔接端面，待端面熔融後，向左推動右夾具進行對接，同時保持接縫處於加熱裝置的中心。

可選的，所述磨平裝置為石墨平板裝置。熔接好之後需要對熔接處的接縫表面進行處理，處理的方法是將石英玻璃棒的熔接處繼續加熱，直到表面呈乳白色的熔融狀態，然後用石墨平板裝置將該處表面磨平，石墨平板裝置安裝了水平儀，使其在磨平的過程中，石墨平板下平面始終與石英玻璃棒保持平行，如圖3所示，直到使該處的外徑與熔接處兩側石英玻璃棒的外徑基本保持一致為止。其中，1、石墨平板；2、水平儀；3、手柄；4、水平儀旋轉關節；5、水平儀固定支座；6、石英玻璃棒。

可選的，所述第二次熔接工序包括對熔接處加熱1-3分鐘，使該處表面的缺陷在高溫熔融狀態下自愈，處理之後的熔接處表面平整光滑、過渡連續，整個熔接過程如圖4所示，其中1、工具機底座；2、左夾具；3、右夾具；4、加熱器；5、第一石英玻璃棒；6、第二石英玻璃棒。補充第一次熔接和第二次熔接的溫度及時間

第一次熔接溫度一般為2000～2300℃，時間是根據玻璃棒的直徑大小而定，直徑越大，加熱時間越長。典型的熔接時間是10～30分鐘。

第二次熔接溫度一般為2000～2300℃，處理時間是1-3分鐘。

可選的，所述第一次熔接工序包括，所述第一玻璃棒構件固定不動，所述第二玻璃棒構件按照預定方向進行移動。兩個端面間距保持在5～10mm為宜，然後以10～50rpm的速度旋轉待熔接的第一玻璃棒構件和第二玻璃棒構件，如圖2所示。

本方法的優點在於，在熔接前，需要對石英玻璃棒的兩個端面進行球面處理，處理之後的石英玻璃棒端面呈一定的球面形狀，這種球面形狀的端面可以保證在熔接過程中，熔接的順序是沿石英玻璃棒徑向從裡向外進行，從而保證在熔接過程中端面上存在的空囊缺陷被擠壓出來，而使熔接之後的接縫無氣泡產生，達到接續牢固、過渡連續的目的，使後道工序更加易於加工和控制；本方法的另一個典型特徵在於熔接好之後需要對熔接處的接縫表面進行處理，處理的方法是將石英玻璃棒的熔接處進行繼續加熱，直到表面呈乳白色的熔融狀態，然後用石墨平板裝置將該處表面磨平，石墨平板裝置安裝了水平儀，使其在磨平的過程中，石墨平板下平面始終與石英玻璃棒保持平行，直到使該處的外徑與熔接處兩側石英玻璃棒的外徑基本保持一致為止。取下石墨平板，然後再繼續加熱1～3分鐘，使該處表面的缺陷在高溫熔融狀態下自愈，處理之後的熔接處表面平整光滑、過渡連續。

下面為本發明的具體實施例。

實施例1

在光纖預製棒加工過程中，當對兩根以上相同特性的石英玻璃棒(包括芯棒、光纖預製棒或其他石英玻璃製品)進行拉伸時，將其熔接之後再進行拉伸加工，可以有效地減少產品的浪費，也可以提高拉伸加工的生產效率。但是以往的熔接存在的問題是接縫氣泡多，熔接處外徑不均勻，導致在該處石英玻璃棒的結構發生變化，進而在拉伸加工過程中，該處的加熱時間、軟化狀態等特性與其他部分不一致，使該處在拉伸加工時控制較難，產品的均勻性不好，產生較多的浪費。採用本方法熔接的石英玻璃棒在拉伸過程中解決了這一問題，使產品的均勻性得到了最大程度的提高，大大較少了浪費和降低了生產成本，同時拉伸加工生產效率也得到了提高。

實施例2

在大尺寸光纖預製棒的製作過程中，無論是RIC法還是OVD法，往往都會碰到芯棒長度不足的問題。本發明提供的方法可以有效解決這一問題，因為通過本方法可以將若干根短的芯棒熔接在一起變成可滿足大尺寸光纖預製棒要求的長度。由於採用本方法熔接後的芯棒，在接縫處無氣泡，且熔接處外徑均勻和平整光滑，所以對光纖預製棒的加工製作不會產生影響，控制難度與正常無熔接芯棒幾乎相同，熔接處的接縫僅僅是光纖預製棒內部缺陷之一而已。從而有利於光纖預製棒向更大尺寸方向發展。

實例3

在光纖預製棒的拉絲過程中，由於單根預製棒的可拉絲長度限制，往往會導致在拉絲過程中反覆停機，影響生產的連續性和生產效率。採用本方法可以改變這一現狀，實現光纖預製棒連續拉絲作業，減少停機次數，提高生產效率。將2根以上光纖預製棒通過本方法進行熔接後再進行拉絲作業，可以大大增加每次的可拉絲長度。但以往的熔接方法無法滿足這一要求，因為接縫處有氣泡、熔接處表面不夠平整光滑，導致在拉絲過程中斷纖、賭塞磨具等異常而無法實施。採用本方法熔接的光纖預製棒接縫無氣泡產生，接續牢固、過渡連續和表面光滑，有效地解決了上述問題，實現了拉絲的連續作業，減少停機次數，提高生產效率。

實施例4

我們分別對石英玻璃棒的不同預處理熔接端面進行了熔接對比，在此過程中，準備了2組不同的預處理熔接端面，第一組是本方法的球面形狀，第二組是原來方法的平面形狀。第一組處理之後的石英玻璃棒端面呈典型的球面狀，弦高H是石英玻璃棒直徑D的1/5。第二組處理之後的石英玻璃棒端面為與石英玻璃棒中心軸相互垂直的平面。在熔接加熱過程中，由於火焰的方向與石英玻璃棒中心軸相互垂直，第一組的端面因呈球面狀而加熱均勻，整個球面部分呈均勻的乳白色，熔接時的順序是沿石英玻璃棒徑向從裡向外進行，從而保證在熔接過程中端面上存在的空囊缺陷被擠壓出來，而使熔接之後的接縫無氣泡產生，達到接續牢固、過渡連續的目的。而第二組的端面因平面與火焰方向平行，火焰碰到平面邊緣時會產生漩渦，導致端面受熱不均而出現端面外邊緣呈凸起的乳白色，端面的中心向內凹陷且難以加熱到乳白色狀態。所以熔接時外邊緣呈凸起的乳白色部分先接觸融合，導致中心的氣泡難以擠出。

實施例5

在熔接過程中，我們通過改變旋轉速度和加熱時間來獲得最佳的工藝條件，典型的旋轉速度一般設置為10～50rpm，典型的熔接時間是10～30分鐘。普通的技術人員可以根據實際情況選擇一個最佳的工藝條件，可以參考借鑑我們在熔接過程中對參數的選擇方法。一般而言，在裝夾石英玻璃棒時需要將棒體熔接端面處的跳動調整到最小，在選擇旋轉速度參數時，可以根據熔接端面處的跳動大小和加熱火焰對熔接端面的覆蓋情況進行選擇。跳動越小、覆蓋面越大，旋轉速度選擇越小；反之，旋轉速度選擇越大，旋轉速度大小會影響石英玻璃棒熔接端面跳動和加熱的均勻性，從而影響熔接的質量，典型的旋轉速度是40rpm。加熱時間與石英玻璃棒的直徑大小有關，直徑越大，加熱時間越長。典型的石英玻璃棒直徑在80mm時的熔接時間是15分鐘。一般可以根據熔接端面的顏色變成乳白色為參照標準。在本實施例中熔接端面的距離為5mm，因為在火焰寬度較小的情況下，較小的熔接端面距離有利於火焰燒到整個熔接端面。在熔接過程中，如果熔接端面跳動較大、加熱不均或加熱時間不夠，會導致熔接面錯位或假接等異常情況而返工。

實施例6

本實施例是對石墨平板裝置的效果進行一個驗證，在熔接之後，繼續加熱熔接處的接縫，直到表面呈乳白色的熔融狀態，然後用石墨平板裝置將該處表面磨平。在磨平的過程中我們對比了本方法和原來方法的磨平情況，結果發現用本方法磨平後的熔接處表面光滑、平整，整個過程只需要控制手柄的力度即可，操作簡單省力。而用原來方法磨平後的熔接處表面有很多紋路，且不平整，這是由於在操作過程中，石墨平板在操作受力時無法控制其平衡導致的，而且操作時有一隻手離火源太近而對操作影響較大，費時費力，操作難度增加。磨平之後，需要對磨平處繼續加熱1～3分鐘，作用是使該處表面的缺陷在高溫熔融狀態下自愈，起到拋光效果。

以上僅是本發明的優選實施方式，應當指出的是，上述優選實施方式不應視為對本發明的限制，本發明的保護範圍應當以權利要求所限定的範圍為準。對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明的精神和範圍內，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。