CN105347663A - 一种光纤预制棒的延伸方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种光纤预制棒的延伸方法及其设备。使用该方法延伸，一是预制棒利用率高；二是对车床的空间要求小，满足预制棒大棒径延伸的要求。包括石墨加热体、石墨隔热体、加热炉体、左密封快门、右密封快门、延伸工作台、切割装置、卡盘一、卡爪一、石墨托辊、压力托辊支撑台、压力托辊一、压力托辊二和压力托辊三；用卡爪一固定对接好的预制棒，下方用石墨托辊支撑，将预制棒移动，直至预制棒右端面正好到达石墨加热体的高温区，压力托辊一和压力托辊二与下方石墨托辊夹持与目标棒径相同的尾柄三也进入高温区，达到对接温度后，开始延伸。延伸过程中目标棒伸出炉体预定长度后，使用切割装置继续切割，将切割下的目标棒转移至其他位置。

Description

一种光纤预制棒的延伸方法及其设备

技术领域

本发明涉及的是一种光纤预制棒的延伸方法及其设备。使用该方法延伸，一是预制棒利用率高；二是对车床的空间要求小，满足预制棒大棒径延伸的要求。

背景技术

光纤制造以及光纤预制棒的制造基本按照以下过程进行：采用轴向气相沉积法（VAD）沉积粉末态芯棒，经过脱羟玻璃化生成玻璃态芯棒；然后延伸为合适长度的较细的芯棒，在每根芯棒外围进一步外包沉积粉末态棒，再次脱羟玻璃化生成大尺寸预制棒。

近年来，为了满足光纤预制棒制造效率提升的要求，预制棒母材直径越来越大，但光纤公司对预制棒棒径的要求不同，以及预制棒中有气泡等杂质，需要对预制棒进行延伸。

在JP2014-19606专利中，在竖直延伸设备上，通过将预制棒首尾段对调延伸提高延伸原料利用率，并通过下方滚轮代替卡盘夹持尾柄及延伸后预制棒来降低设备成本。但该专利有两个明显不足：在接近上锥部的平行部难以彻底有效延伸，原料利用率相对较低；该延伸方法要求设备高度能够保证预制棒能够按照目标棒径延伸完成，如果目标棒径比较细，延伸后的棒长是很长的，对设备高度的要求实际上提高了设备成本。

发明内容

本发明是针对上述不足之处提供一种预制棒的水平延伸方法及其设备。在预制棒上锥部与平行部分界处加接一段尾柄，在延伸收尾阶段延伸尾柄，但已将平行部预制棒完全延伸完毕；另外，采用水平延伸方式，采用切割设备对延伸后的预制棒进行在线切割，降低了对车床长度的要求。

一种预制棒的水平延伸方法及其设备是采取以下技术方案实现：

一种预制棒的延伸设备包括石墨加热体、石墨隔热体、加热炉体、左密封快门、右密封快门、延伸工作台、切割装置、卡盘一、卡爪一、石墨托辊、压力托辊支撑台、压力托辊一、压力托辊二和压力托辊三。

加热炉体安装在延伸工作台后部，加热炉体内安装有石墨加热体，加热炉体与石墨加热体之间安装有石墨隔热体，加热炉体后部的延伸工作台上装有压力托辊支撑台，压力托辊支撑台上装有压力托辊一、压力托辊二和压力托辊三，用于支撑预制棒的尾柄三，压力托辊一和压力托辊二之间装有切割装置，在延伸工作台前端部装有卡盘一，卡盘一上装有卡爪一。

在加热炉体与卡盘一之间的延伸工作台装有石墨托辊，用于支撑用卡爪一固定对接好的预制棒。

用卡爪一固定对接好的预制棒，下方用石墨托辊支撑，将预制棒移动，直至预制棒右端面正好到达石墨加热体的高温区，压力托辊一和压力托辊二与下方石墨托辊夹持与目标棒径相同的尾柄三也进入高温区，达到对接温度后，开始延伸。延伸过程中目标棒伸出炉体预定长度后，使用切割装置7继续切割，并将切割下的目标棒转移至其他位置。

所述的切割装置具有切割传动电机，切割传动电机装有金刚石刀片，可上下移动，移动范围为0~200mm，该切割装置可在延伸过程中同步水平移动，在移动中快速切割，并迅速归位准备下一次切割。

一种光纤预制棒的延伸方法如下：

1、预制棒与尾柄三对接后开始延伸；

2、延伸过程遵循延伸前后的等体积原理，卡盘按定速往炉内送棒，定速范围为5~30mm/min，最优值为10~20mm/min，根据母棒棒径、目标棒径以及送棒速度，按照等体积原理计算压力托辊一和压力托辊二的线速度并设定延伸；

3、尾柄三与预制棒的对接位置移至压力托辊一和压力托辊二之间的切割装置处时，压力托辊三下降夹持尾柄三，切割装置进行切割，使尾柄三与预制棒分离，压力托辊三上升，并将尾柄三转移至其他位置；

4、继续延伸，并在预定的长度使用切割装置继续切割；

5、直至延伸至尾柄二与平行部的接头到达切割装置位置，切割完成后，延伸结束。

所述预制棒为以石英材质为主的掺杂材料。

所述的预制棒的棒径范围为140mm~200mm。

所述尾柄三的棒径范围为40~180mm。

所述的尾柄为石英材质。

所述喷灯为金属单喷灯，燃烧气体为氢气（H2），助燃气体为氧气（O2），分为内外氧。

所述左密封快门和右密封快门，内径可调，，范围为0~220mm

所述卡爪一、卡爪二和卡盘三，装卡直径可调，范围为0~200mm。

所述压力托辊升降距离范围为0~150mm。

所述切割装置为金刚石刀片，切割范围为0~200mm。

本发明一种光纤预制棒的延伸方法及其设备优点：一是预制棒利用率高，在要延伸预制棒的末端加接一段尾柄，延伸过程中损失部分为尾柄部分，原料几乎没有浪费；二是由于延伸后预制棒是延伸的同时进行切割，所以该延伸方法对车床的空间要求小，具体尺寸由切割长度而定。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是一种光纤预制棒的延伸设备示意图。

图2是一种光纤预制棒的切割及尾柄对接示意图。

图3是一种光纤预制棒的延伸过程示意图。

图中：1、石墨加热体；2、石墨隔热体；3、加热炉体；4、左密封快门；5、右密封快门；6、延伸工作台；7、切割装置；8、卡盘一；9、卡爪一；10、尾柄一；11、上锥部；12、尾柄二；13、预制棒；14、石墨托辊；15、压力托辊支撑台；16、压力托辊一；17、压力托辊二；18、压力托辊三；19、对接工作台；20、对接喷灯；21、卡盘二；22、卡爪二；23、尾柄三；24、上尾柄切割对接位置；25、下尾柄切割位置；26、预制棒与尾柄三对接位置；27、尾柄三切割位置；28、预制棒有效切割位置；29、卡盘三；30、卡爪三。

具体实施方式

参照附图1～3，一种预制棒的延伸设备包括石墨加热体1、石墨隔热体2、加热炉体3、左密封快门4、右密封快门5、延伸工作台6、切割装置7、卡盘一8、卡爪一9、石墨托辊14、压力托辊支撑台15、压力托辊一16、压力托辊二17、压力托辊三18。

加热炉体3安装在延伸工作台6后部，加热炉体3内安装石墨加热体1，加热炉体3与石墨加热体1之间安装有石墨隔热体2，加热炉体3后部的延伸工作台6上装有压力托辊支撑台15，压力托辊支撑台15上装有压力托辊一16、压力托辊二17和压力托辊三18，用于支撑预制棒的尾柄三23，压力托辊一16和压力托辊二17之间装有切割装置7，在延伸工作台6前端部装有卡盘一8，卡盘一8上装有卡爪一9。

在加热炉体3与卡盘一8之间的延伸工作台6装有石墨托辊14，用于支撑用卡爪一9固定对接好的预制棒。

用卡爪一9固定对接好的预制棒13，下方用石墨托辊14支撑，将预制棒13移动，直至预制棒右端面正好到达石墨加热体1的高温区，压力托辊一16和压力托辊二17与下方石墨托辊夹持与目标棒径相同的尾柄三23也进入高温区，达到对接温度后，开始延伸。延伸过程中目标棒伸出炉体预定长度后，使用切割装置7继续切割，并将切割下的目标棒转移至其他位置。

所述的切割装置7具有切割传动电机，切割传动电机装有金刚石刀片，可上下移动，移动范围为0~200mm，该切割装置可在延伸过程中同步水平移动，在移动中快速切割，并迅速归位准备下一次切割。

一种光纤预制棒的延伸方法步骤如下：

1、预制棒13与尾柄三23对接后开始延伸；

2、延伸过程遵循延伸前后的等体积原理，卡盘9按定速往炉内送棒，定速范围为5~30mm/min，最优值为10~20mm/min，根据母棒棒径、目标棒径以及送棒速度，按照等体积原理计算压力托辊一16和压力托辊二17的线速度并设定延伸；

3、尾柄三23与预制棒13的对接位置移至压力托辊一16和压力托辊二17之间的切割装置7处时，压力托辊三18下降夹持尾柄三23，切割装置7进行切割，使尾柄三23与预制棒分离，压力托辊三18上升，并将尾柄三23转移至其他位置；

4、续延伸，并在预定的长度使用切割装置7继续切割；

5、直至延伸至尾柄二12与平行部13的接头28到达切割装置7位置，切割完成后，延伸结束。

所述预制棒13为以石英材质为主的掺杂材料。

所述的预制棒13的棒径范围为140mm~200mm。

所述尾柄三的棒径范围为40~180mm。

所述的尾柄为石英材质。

所述喷灯为金属单喷灯，燃烧气体为氢气（H2），助燃气体为氧气（O2），分为内外氧。

所述左密封快门和右密封快门，内径可调，，范围为0~220mm

所述卡爪一、卡爪二和卡盘三，装卡直径可调，范围为0~200mm。

所述压力托辊升降距离范围为0~150mm。

所述切割装置为金刚石刀片，切割范围为0~200mm。

参照附图2，一种预制棒的对接设备包括尾柄一10、上锥部11、尾柄二12、预制棒（平行部）13、石墨托辊14、卡盘二21、卡爪二22、上尾柄切割对接位置24、下尾柄切割位置25、卡盘三29、卡爪三30。使用切割机在预制棒上尾柄与平行部分界处24和下尾柄目标棒径处25切割，将尾柄一10用卡盘一8固定，与预制棒13相等棒径的合适长度的尾柄二12用卡爪二22固定，并用石墨托辊14支撑，用喷灯20将上锥部11和尾柄二12对接。在对接位置降至室温后用喷灯20将尾柄二12与预制棒（平行部）13对接。

参照附图1，一种预制棒的延伸设备包括石墨加热体1、石墨隔热体2、加热炉体3、左密封快门4、右密封快门5、延伸工作台6、切割装置7、卡盘一8、卡爪一9、尾柄一10、上锥部11、尾柄二12、平行部13、石墨托辊14、压力托辊支撑台15、压力托辊一16、压力托辊二17、压力托辊三18、尾柄三23。用卡爪一9固定对接好的预制棒13，下方用石墨托辊14支撑，将预制棒13移动，直至预制棒13右端面正好到达石墨加热体1的高温区，压力托辊一16和压力托辊二17与下方石墨托辊夹持与目标棒径相同的尾柄三23也进入高温区，达到对接温度后，开始延伸。延伸过程中目标棒伸出炉体预定长度后，使用切割装置7继续切割，并将切割下的目标棒转移至其他位置。

参照附图3，一种预制棒的延伸方法：图3.a)~c)预制棒与尾柄尾柄三23对接后开始延伸；图3.d)~e)尾柄三23与预制棒的对接位置移至压力托辊一16和压力托辊二17之间的切割装置7处时，压力托辊三18下降夹持尾柄三23，切割装置7进行切割，使尾柄三23与预制棒分离，压力托辊三18上升，并将尾柄三23转移至其他位置；图3.f)继续延伸，并在预定的长度使用切割装置7继续切割；图3.g)直至延伸至尾柄二12与平行部13的接头28到达切割装置7位置，切割完成后，延伸结束。

所述预制棒13为以石英材质为主的掺杂材料。

所述的预制棒13的棒径范围为140mm~200mm。

所述尾柄三23的棒径范围为40~180mm。

所述的尾柄为石英材质。

所述左密封快门4和右密封快门5，内径可调，范围为0~220mm

所述卡爪一9、卡爪二22和卡盘三29，装卡直径可调，范围为0~200mm。

所述压力托辊升降距离范围为0~150mm。

所述切割装置7为金刚石刀片，切割范围为0~200mm。

以下结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例一：采用全合成法生产的光纤预制棒母棒，棒径为180mm±0.5mm，应客户要求延伸为棒径120±0.5mm长为1500±20mm的光纤预制棒，采用本发明将直径为180mm预制棒母棒延伸为棒径120±0.5mm长为1500±20mm的光纤预制棒，并采用后续工序在预制棒两端对接相应尺寸的尾柄，便于进行后续生产。延伸炉体长度为600mm，炉体右侧到压力托辊二17的距离为100mm。

此实施例中根据几何计算，母棒长度为1335mm时正好可延伸两根棒径120mm长为1500mm的光纤预制棒，中间加接的尾柄二12的棒径为180mm，长度为510mm，选取尾柄三23的棒径为120mm，长度为600mm，延伸母棒棒长设定为1335+100mm=1435mm，延伸目标棒径设定为120mm。根据图3，首先将尾柄三23与预制棒13在石墨加热体1的高温加热下对接，然后开始进行延伸，预制棒母棒的送棒速度为20mm/min，右侧在压力托辊一16和压力托辊二17的转速下进行延伸，转速由母棒棒径与目标棒径根据等体积原理控制。

当尾柄三23与预制棒13的界限到达切割装置处，开始切割，使尾柄三23与预制棒分离，并将尾柄三23转移至其他位置；继续延伸，目标预制棒延伸1500mm时，切割装置在1500mm处进行切割；当延伸自动结束后，将预制棒13在多个石墨托辊14的支撑下适当右移，在预制棒13与尾柄二12的分界处切割，测量第二根目标棒长为1508mm。两根目标棒棒径和长度符合客户要求，预制棒母棒的利用率为99.85%，对车床的长度要求减少1500mm。

实施例二：采用全合成法生产的光纤预制棒母棒，棒径为180mm±0.5mm，预制棒平行部棒长为1200mm，发现在距预制棒右端500mm处芯层有约2mm的气泡，采用本发明将直径为180mm±0.5mm预制棒母棒延伸为棒径80±0.5mm的光纤预制棒，将气泡异常处切除，并采用后续工序在预制棒两端对接相应尺寸的尾柄，便于进行后续生产。延伸炉体长度为600mm，炉体右侧到压力托辊二17的距离为100mm。

此实施例中根据几何计算，中间加接的尾柄二12的棒径为180mm，长度为420mm，选取尾柄三23的棒径为80mm，长度为600mm，延伸母棒棒长设定为1200+100mm=1300mm，延伸目标棒径设定为80mm；前半段可以延伸80mm目标棒约2530mm，中间切除约10mm气泡，后半段可以延伸80mm目标棒约3540mm。根据图3，首先将尾柄三23与预制棒13在石墨加热体1的高温加热下对接，然后开始进行延伸，预制棒母棒的送棒速度为20mm/min，右侧在压力托辊一16和压力托辊二17的转速下进行延伸，转速由母棒棒径与目标棒径根据等体积原理控制。

当尾柄三23与预制棒13的界限到达切割装置处，开始切割，使尾柄三23与预制棒13分离，并将尾柄三23转移至其他位置；继续延伸，目标预制棒延伸1265mm时，切割装置在1260mm处进行切割，前半段第二根目标棒长为1264mm；后半段气泡长度为11mm，第一段切割长度为1180+11=1191mm，第二段切割长度为1180mm，当延伸自动结束后，将预制棒在多个石墨托辊14的支撑下适当右移，在预制棒与尾柄二12的分界处切割，并切除气泡11mm；测量第三根目标棒长为1181mm。一根棒径为180mm±0.5mm，平行部棒长为1200mm的预制棒在切除气泡异常后分为5段80mm目标棒，长度分别为1260mm、1264mm、1180mm、1180mm以及1181mm，在两端对接尾柄后销售给客户要求。预制棒母棒的利用率为99.65%，对车床的长度要求减少4815mm。

Claims (10)

1.一种预制棒的延伸设备，其特征在于：包括石墨加热体、石墨隔热体、加热炉体、左密封快门、右密封快门、延伸工作台、切割装置、卡盘一、卡爪一、石墨托辊、压力托辊支撑台、压力托辊一、压力托辊二和压力托辊三；

加热炉体安装在延伸工作台后部，加热炉体内安装有石墨加热体，加热炉体与石墨加热体之间安装有石墨隔热体，加热炉体后部的延伸工作台上装有压力托辊支撑台，压力托辊支撑台上装有压力托辊一、压力托辊二和压力托辊三，用于支撑预制棒的尾柄三，压力托辊一和压力托辊二之间装有切割装置，在延伸工作台前端部装有卡盘一，卡盘一上装有卡爪一；

在加热炉体与卡盘一之间的延伸工作台装有石墨托辊，用于支撑用卡爪一固定对接好的预制棒；

用卡爪一固定对接好的预制棒，下方用石墨托辊支撑，将预制棒移动，直至预制棒右端面正好到达石墨加热体的高温区，压力托辊一和压力托辊二与下方石墨托辊夹持与目标棒径相同的尾柄三也进入高温区，达到对接温度后，开始延伸；延伸过程中目标棒伸出炉体预定长度后，使用切割装置继续切割，并将切割下的目标棒转移至其他位置。

2.根据权利要求1所述的一种预制棒的延伸设备，其特征在于：所述的切割装置具有切割传动电机，切割传动电机装有金刚石刀片，可上下移动，移动范围为0~200mm，该切割装置可在延伸过程中同步水平移动，在移动中快速切割，并迅速归位准备下一次切割。

3.根据权利要求1所述的一种预制棒的延伸设备，其特征在于：所述左密封快门和右密封快门，内径可调，，范围为0~220mm。

4.根据权利要求1所述的一种预制棒的延伸设备，其特征在于：所述卡爪一、卡爪二和卡盘三，装卡直径可调，范围为0~200mm。

5.根据权利要求1所述的一种预制棒的延伸设备，其特征在于：所述压力托辊升降距离范围为0~150mm。

6.根据权利要求1所述的一种预制棒的延伸设备，其特征在于：所述切割装置切割范围为0~200mm。

7.一种光纤预制棒的延伸方法，其特征在于：步骤如下：

（1）预制棒与尾柄三对接后开始延伸；

（2）延伸过程遵循延伸前后的等体积原理，卡盘按定速往炉内送棒，定速范围为5~30mm/min，最优值为10~20mm/min，根据母棒棒径、目标棒径以及送棒速度，按照等体积原理计算压力托辊一和压力托辊二的线速度并设定延伸；

（3）尾柄三与预制棒的对接位置移至压力托辊一和压力托辊二之间的切割装置处时，压力托辊三下降夹持尾柄三，切割装置进行切割，使尾柄三与预制棒分离，压力托辊三上升，并将尾柄三转移至其他位置；

（4）继续延伸，并在预定的长度使用切割装置继续切割；

（5）直至延伸至尾柄二与平行部的接头到达切割装置位置，切割完成后，延伸结束。

8.根权利要求7所述的一种光纤预制棒的延伸方法，其特征在于：使用喷灯在预制棒上锥部与平行部分界处加接一段尾柄，利用水平方式延伸，预制棒用卡爪固定，加热炉左右两侧分别用左密封快门和右密封快门进行密封，尾柄用压力托辊固定，在延伸收尾阶段延伸尾柄，采用切割设备对延伸后的预制棒进行在线切割。

9.根权利要求7所述的一种光纤预制棒的延伸方法，其特征在于：所述的预制棒的棒径范围为140mm~200mm。

10.根权利要求7所述的一种光纤预制棒的延伸方法，其特征在于：所述尾柄的棒径范围为40~180mm。