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CN100387536C - 用等离子吹管对头焊接光纤预制棒 - Google Patents

用等离子吹管对头焊接光纤预制棒 Download PDF

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Abstract

一种把两个光纤预制棒头对头地联接在一起的方法，包括：把所述的两个圆柱预制棒沿同一纵向轴线对准放置；使所述预制棒绕该共同纵向轴线旋转；用加热器装置加热所述预制棒的相对的两端；以及沿平行于该共同轴线的方向将所述预制棒相向地移动使之彼此压紧，以便在冷却之后形成所述两端的紧密联接。其中，加热是使所述加热器装置沿正交于该共同纵向轴线的径向方向相对于所述两端移动以便先加热所述预制棒的圆周，然后加热其核芯。

Description

用等离子吹管对头焊接光纤预制棒
本发明涉及一种把两个光纤预制棒头对头地联接在一起的方法，其中包括下列步骤：
·把所述的两个圆柱预制棒置于同一轴线上；
·使所述的两个预制棒绕所述轴线旋转；
·加热所述的两个预制棒的相对的两端；以及
·沿平行于所述轴线方向使所述的两个预制棒相向地移动以把它们彼此压紧，由此在冷却之后形成所述两加热端的紧密联接。
具体地，这种方法见于德国专利申请DE-2932196。在该申请中，将要联接在一起的预制棒的长度和直径通常分别为300mm和10mm。所使用的加热装置为喷焰灯，或电阻炉，或甚至为激光。将所述的圆柱预制棒绕它们的轴线旋转以确保沿所述每端的圆周加热均匀。
现在，所使用的预制棒的直径通常在100mm到170mm的范围内，以便增加从其中拉制的光纤的长度。
若已知需要软化的材料的体积随它的直径的平方而变化，将这些预制棒联接在一起所需要的热能比那些直径为10mm的预制棒所需要的热能多得多。此外，热量必须以这样一种方式传递，即在每一端加热的体积中材料是以基本均匀的方式软化；这是至关重要的，因为所述的预制棒的圆周和核芯的熔化温度不一样，所述的预制棒的圆周通常不含有杂质元素，而其核芯却含有杂质元素，
因此，本发明的一个目的在于：开发一种把两个大直径的径向组成成份不均匀的光纤预制棒头对头地联接在一起的方法。
为此，本发明提供一种把两个光纤预制棒头对头地联接在一起的方法，该方法包括下列步骤：
·把所述的两个圆柱预制棒沿同一纵向轴线对准放置；
·使所述的预制棒绕所述共同纵向轴线旋转；
·用加热器装置加热所述预制棒的相对的两端；以及
·沿平行于所述共同轴线的方向将所述的预制棒相向地移动，使之彼此压紧，以便在冷却之后形成所述两端的紧密联接。
本方法特征在于：所述加热是通过使所述的加热器装置沿正交于所述共同纵向轴线的径向方向，相对于所述两端移动来进行的，以此种方式加热所述预制棒的圆周，进而加热其核芯。
在每一端前面沿着从所述预制棒的圆周到核芯的径向方向，通过移动加热器装置，加热从因不含杂质元素而使得熔点温度相对较高的层面开始，然后逐次地加热因含杂质而使熔点温度较低的核芯层面。
通过这种方法，在每一端加热的体积以基本均匀的方式软化，因此使得把所述两个预制棒对头焊接在一起成为可能，并且在把所述两个预制棒彼此压紧的同时防止更易熔材料的任何流动。由此得到的均匀焊接确保从焊接区域拉制的那部分光纤与其余的拉制光纤保持相同的机械和光学特性。
有利地是，所述的加热器装置包括一个等离子吹管。该等离子吹管产生一种热的并且聚焦的柔和火焰。等离子吹管加热也使得从每一预制棒加热端蒸发其表面层的材料成为可能。由此省去使用化学试剂进行清洁的预先步骤。优先使用能避免污染每一加热端的洁净的产生等离子的气体。
本发明也适用于把预制棒和玻璃端件联接在一起。在这种情形下，本发明提供了一种把光纤预制棒和玻璃材料的圆柱端件头对头地联接在一起的一种方法，本方法包括下列步骤：
·把所述的圆柱预制棒和所述的端件沿同一纵向轴线对准放置；
·使所述的预制棒和所述的端件绕所述共同纵向轴线旋转；
·用加热器装置加热所述的预制棒和所述的端件的相对的两端；以及
·沿平行于所述共同轴线的方向将所述的预制棒和所述的端件相向地移动，使之彼此压紧，以便在冷却之后形成所述两端的紧密联接。
本方法特征在于：所述加热是通过使所述的加热器装置沿正交于所述共同纵向轴线的径向方向，相对于所述两端移动来进行的，以便先加热所述预制棒的圆周，然后加热所述预制棒的核芯以及所述端件。
在阅读结合附图对一个实施例所做的下列描述时可以发现本发明的其它特点和优点。
在下列附图中：
·图1为装置图，该装置用于实施本发明中的将两个光纤预制棒头对头地联接在一起的方法；
·图2是表示等离子吹管处于偏离所述预制棒的旋转轴线的第一位置以加热所述预制棒两端的圆周区域时的状态图；以及
·图3是表示等离子吹管处于第二位置以加热所述预制棒两端的中心区域时的状态图。
把预制棒头对头地联接在一起的方法由图1所示的装置来实施，该装置包括一台卧式的玻璃制作用车床1，该车床1有两个安装在两个支座3和5上的卡盘11和13。所述的两个卡盘使两个圆柱预制棒7和9绕同一轴线A旋转。该焊接装置安放在大气中。
加热所述两个预制棒7和9的相对的两端7A和9A，使之软化。支座3沿平行于旋转轴线A方向平移运动，使预制棒7向另一预制棒9移动，并使所述的两个软化了的加热端彼此压紧，以便在它们冷却之后形成所述两端的紧密焊接。
根据本发明，等离子吹管15固定地安装在托架17上，托架17沿与旋转轴线A正交的方向T相对于卧式车床1滑动，以使等离子吹管15在所述预制棒的两加热端7A和9A的前面平移运动。
在附图所示的实施方案中，借助于托架17的滑动，等离子吹管15在与旋转轴线A正交的平面内是可以移动的，并且它在与卧式车床1成45°倾角的纵向方向L上延伸。
在加热过程中，借助于托架17的滑动使等离子吹管15移动，以使它首先处于偏离所述两预制棒的旋转轴线A的位置上，如附图2所示。等离子吹管的偏移在附图中用旋转轴线A和等离子吹管15的纵向轴线L之间的距离D表示，火焰15A聚焦于纵向轴线L上。将吹管15保持在这个位置，直至使在预制棒7或9的加热端的圆周区域7B或9B内的由火焰15A加热的体积软化。
接着，借助于托架17的滑动，使等离子吹管15移动，以便占据如附图3所示的位置，在此，吹管的纵向轴线L与旋转轴线A相交。将吹管停留在这个位置上，直至使在预制棒7或9的加热端的中心区域7C或9C内的由火焰15A加热的体积软化。
每一个预制棒的核芯由已掺有杂质例如锗的石英构成，它的熔化温度低于圆周层的熔化温度，因为圆周层由不含锗的石英构成。借助于等离子吹管从所述两个预制棒加热端的圆周到中心的平移运动而获得样可两阶段加热，可使得圆周层7B与核芯层7C被加热到相同的软化程度。这防止在较低温度熔化的区域内的任何流动，该区域是相对于在较高温度熔化的区域而言的，从而确保焊接在特质上一致。如上所述，由此可使从焊接区域拉制的那部分光纤与从不受焊接影响的预制棒区域拉制的那部分光纤保持相同的机械和光学特性。
在加热过程中，所述等离子吹管的热能也用来蒸发将要联接在一起的所述两端的表面层材料。因此无需采取化学措施去处理所述两端，例如用强酸进行处理。所述等离子吹管优先选用不含任何杂质的产生等离子的气体，以避免污染所述的加热端。
在(例如)将预制棒7移向预制棒9并且将所述两端7A和9A压紧联接后，熄灭等离子吹管15。在所述两个预制棒接合处形成的凸起用石墨刀片整形处理。
为达到降低冷却速度的目的，在所述焊接的两侧，围绕所述预制棒各放置一个无污染的绝热护套，例如石英棉护套，或者，围绕所述两个预制棒放置一个烘炉用来控制冷却速度。无论在哪种情况下，都可避免热应力的出现。因为同样原因，还提供了将所述两个预制棒中的一个从卡盘上松开的装置。
在上述的实施例中，相对于固定车床1的旋转轴线A来说，等离子吹管15在T方向上是可平移运动的。还可提供这样的装置，即，把吹管15安装在相对于车床1固定的位置，并且借助于支座3和5使预制棒7和9在T方向上平移运动，其中所述支座3和5在与旋转轴线A正交的平面内都有两个自由度。
有利地是，本发明适用于把预制棒联接到其直径等于或小于该预制棒的圆柱玻璃端件上，例如圆柱玻璃端件直径40mm，而预制棒的直径在100mm到170mm的范围内。在这种应用中，首先加热该预制棒的加热端的圆周层，然后依次加热该预制棒的核芯和端件的加热端。

Claims (6)

1.一种把两个光纤预制棒(7，9)头对头地联接在一起的方法，该方法包括下列步骤：
·把所述的两个圆柱预制棒(7，9)沿共同纵向轴线(A)对准放置；
·使所述的预制棒(7，9)绕所述共同纵向轴线(A)旋转；
·用加热器装置(15)加热所述预制棒(7，9)的相对的两端(7A，9A)；以及
·沿平行于所述共同纵向轴线(A)的方向将所述的预制棒(7，9)相向地移动，使之彼此压紧，以便在冷却之后形成所述两端(7A，9A)的紧密联接，
本方法特征在于：所述加热是通过使所述的加热器装置(15)沿正交于所述共同纵向轴线(A)的径向方向，相对于所述两加热端(7A，9A)移动的方式来进行的，以便先加热所述预制棒(7，9)的圆周(7B，9B)，然后加热其核芯(7C，9C)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述加热器装置包括等离子吹管(15)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述等离子吹管(15)是由不含杂质的产生等离子的气体来供给的。
4.一种把一个光纤预制棒和一个玻璃材料的圆柱端件头对头地联接在一起的方法，该方法包括下列步骤：
·把所述的圆柱预制棒和所述的端件沿共同纵向轴线对准放置；
·使所述的预制棒和所述的端件绕所述共同纵向轴线旋转；
·用加热器装置加热所述的预制棒和所述的端件的相对的两端；以及
·沿平行于所述共同纵向轴线的方向将所述的预制棒和所述的端件相向地移动，使之彼此压紧，以便在冷却之后形成所述两端的紧密联接，
本方法特征在于：所述加热是通过使所述的加热器装置沿正交于所述共同纵向轴线的径向方向，相对于所述两端移动来进行的，以便先加热所述预制棒的圆周，然后加热所述预制棒的核芯以及所述端件。
5.一种用来实施如权利要求1到4中任一项所述方法的装置，其特征在于：所述加热器装置安装在托架(17)上，托架(17)沿与所述共同纵向轴线(A)正交的方向(T)相对于玻璃制作用车床(1)滑动。
6.一种用来实施如权利要求1到4中任一项所述方法的装置，其特征在于：所述加热器装置(15)相对于玻璃制作用车床(1)是固定的，车床(1)有两个在与所述共同纵向轴线(A)正交的平面内可以移动的预制棒支座(3，5)。
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