CN109516686B - 一种vad烧结的光纤预制棒母棒拉伸装置及拉伸方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种VAD烧结的光纤预制棒母棒拉伸装置及拉伸方法，拉伸装置包括沿竖直方向依次布置的上卡盘、拉伸炉、下卡盘，拉伸方法为：测量并采集各位置段光纤预制棒母棒的直径；计算上卡盘的向上移动速度，所述上卡盘的向上移动速度根据拉伸后芯棒所需要的直径、拉伸炉的向上移动速度以及被拉伸段光纤预制棒母棒的直径确定；加热拉伸前，使上卡盘和下卡盘以相同的转速同步旋转，然后开启拉伸炉对光纤预制棒母棒下端开始进行加热；控制上卡盘以计算得到的向上移动速度对光纤预制棒母棒进行拉伸处理，形成芯棒。本发明既可以保证光纤预制棒母棒拉伸质量和效率，又可以节约引棒用量、减少引棒焊接次数。
Description
技术领域
本发明涉及一种VAD烧结的光纤预制棒母棒拉伸装置及拉伸方法，属于光纤预制棒制备技术领域。
背景技术
光纤预制棒是光纤光缆的关键原材料，长期以来预制棒制造技术被国外公司所垄断，导致我国光纤预制棒严重依赖进口，阻碍了我国光通信网络的发展。随着我国光通信网络规模的不断扩大，对预制棒的需求日益剧增，开发高质量预制棒已成为光通信领域的重要课题。然而，预制棒的生产技术及工艺要求很高，资金投入量大，使国内许多光纤预制棒制备新技术还未能完全实现产业化应用，制约着我国光纤预制棒的发展。
目前，生产光纤预制棒的工艺主要采用两步法，即先制造光纤预制棒芯棒，然后在光纤预制棒芯棒外制造包层。其中，能够制作出优质光纤的预制棒制备方法主要有以下四种:改进的化学汽相沉积法(MCVD)、微波等离子体化学汽相沉积(PCVD)、外部气相沉积法(OVD)和轴向气相沉积法(VAD)，外包层主要的制造技术包括OVD法、套管法、等离子体喷涂法。
在光纤预制棒生产过程中，拉伸工艺对拉伸后芯棒的弓曲度和直径均匀性十分重要。文献号为CN1890189A的专利公开了一种水平方向拉伸光纤基材的方法，该方法在水平拉伸过程中由于棒体自身重力的作用，很难控制预制棒的弓曲度，会造成预制棒拉丝光纤存在较大的纤芯/包层同心度误差。而文献号为CN102627399B专利公开了一种垂直方向拉伸光纤基材的方法，该拉伸设备含有测试系统和信号反馈系统，可以自动控制拉伸后预制棒的外径，但实际生产过程中当检测到拉伸效果不佳时，该系统会对拉伸的相关参数进行调整，但调整参数后其产生的影响体现到拉伸后的效果上时会有很大的滞后性，从而导致拉伸效率和拉伸后芯棒几何及光学性能下降，这会导致生产成本增加，对原材料也造成很大的浪费。
另外，现有光纤预制棒母棒的拉伸技术中，VAD烧结的光纤预制棒母棒上下两端会先焊接拉伸用的引棒，分别固定装夹在拉伸炉上下两个固定的卡盘上，上下两个固定卡盘具有同心夹具，光纤预制棒母棒通过高温区加热后拉伸。因此，拉伸工序对引棒的需求比较大，且引棒由于复用次数增加后脆性增加，很容易造成拉伸过程中掉棒、砸棒的风险。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述现有技术存在不足，提供一种既可以保证光纤预制棒母棒拉伸质量和效率，又可以节约引棒用量、减少引棒焊接次数的VAD烧结的光纤预制棒母棒拉伸装置及拉伸方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种VAD烧结的光纤预制棒母棒拉伸装置，包括沿竖直方向依次布置的上卡盘、拉伸炉、下卡盘；
所述上卡盘能够旋转和升降，上卡盘夹设焊接在光纤预制棒母棒上端的上拉伸引棒；
所述拉伸炉能够升降；
所述下卡盘能够旋转，下卡盘夹设下拉伸引棒，光纤预制棒母棒下端的VAD沉积靶头固定在下拉伸引棒内。
优选地，所述VAD烧结的光纤预制棒母棒拉伸装置还包括测径仪，所述测径仪位于拉伸炉下方，并与拉伸炉相连，在测径仪上方设置有用于隔热的石墨隔热环。
优选地，所述下拉伸引棒为一端开口的筒体，所述筒体的筒壁包含外径相同的靠近筒体开口方向的薄壁部和远离筒体开口方向的厚壁部，所述薄壁部的内径比厚壁部的内径大。
优选地，所述光纤预制棒母棒为VAD沉积烧结后的实芯玻璃棒。
优选地，所述上拉伸引棒为直径小于光纤预制棒母棒的石英玻璃棒。
本发明还提供一种VAD烧结的光纤预制棒母棒的拉伸方法，包括如下步骤：
测量并采集各位置段光纤预制棒母棒的直径；
计算上卡盘的向上移动速度，所述上卡盘的向上移动速度根据拉伸后芯棒所需要的直径、拉伸炉的向上移动速度以及被拉伸段光纤预制棒母棒的直径确定；
加热拉伸前，使上卡盘和下卡盘以相同的转速同步旋转，然后开启拉伸炉对光纤预制棒母棒下端开始进行加热；
控制上卡盘以计算得到的向上移动速度对光纤预制棒母棒进行拉伸处理，形成芯棒。
优选地，加热拉伸前，将焊接在光纤预制棒母棒上端的上拉伸引棒由上卡盘固定夹紧，通过上卡盘的升降，使光纤预制棒母棒竖直穿过拉伸炉，并使光纤预制棒母棒的靶头插入下拉伸引棒内。
优选地，所述光纤预制棒母棒的直径为80～100mm，所述拉伸后芯棒的直径为30～50mm，所述上卡盘和下卡盘同步旋转的转速为5-8mm/min，所述拉伸炉的向上移动速度为30-40mm/min。
优选地，在整个拉伸过程中满足V3＝V2×(D1 2-D2 2)/D1 2，其中，V3为上卡盘的实时移动速度，V2为预设的拉伸炉的向上移动速度，D1为被拉伸段光纤预制棒母棒的直径，D2为拉伸后芯棒所需要的直径。
优选地，所述的拉伸炉为石墨电阻炉或电感应炉，加热温度控制在1800-2200℃，加热时在加热区域充入惰性保护气体。
本发明的有益效果是：
本发明采用将光纤预制棒母棒竖直向上拉伸的方式，可以避免母棒在拉伸时受重力作用而影响芯棒的弓曲度，使拉伸后芯棒的同轴度得到了控制，保证了光纤预制棒母棒拉伸后芯棒的弓曲度，芯棒的几何形状均匀性更好，精度更高，同时在拉伸前通过对母棒各个位置的直径扫描提前计算出拉伸过程中上卡盘沿竖直方向的移动速度，保证了拉伸后芯棒的直径均匀性，提高了拉伸的效率；在拉伸过程中，上下卡盘同步旋转，使母棒在拉伸炉中受热均匀，进一步提高了拉伸效率，减少了拉伸后芯棒表面出现起皱的情况，从而提高了芯棒的几何和光学性能；同时，拉伸的光纤预制棒母棒上端焊接上拉伸引棒，下端仍用VAD沉积的靶头，大大减少了下拉伸引棒的用量，同时也节省了焊接下拉伸引棒所用到的氢氧流量，缩减了焊接下拉伸引棒的工时，进一步提高了生产效率；另外拉伸的母棒下端本身自带的无效变径区，在拉伸起始阶段利用该变径区拉伸到直径合格，可以减少芯棒的报废，进一步降低芯棒的制造成本。
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是本发明实施例的光纤预制棒母棒拉伸装置的结构示意图；
图2是本发明实施例的下拉伸引棒6的结构示意图；
图中的附图标记为：1-上卡盘，2-上拉伸引棒，3-光纤预制棒母棒，4-拉伸炉，5-测径仪，6-下拉伸引棒，7-下卡盘。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
本实施例提供一种VAD烧结的光纤预制棒母棒拉伸装置，如图1所示，包括沿竖直方向依次布置的上卡盘1、拉伸炉4、测径仪5、下卡盘7；
所述上卡盘1能够旋转和升降，上卡盘1夹设焊接在光纤预制棒母棒3上端的上拉伸引棒2；
所述拉伸炉4能够升降；
所述下卡盘7能够旋转，下卡盘7夹设下拉伸引棒6，光纤预制棒母棒3下端的VAD沉积靶头固定在下拉伸引棒6内；
所述测径仪5与拉伸炉4相连，用于测量各位置段光纤预制棒母棒3的直径，在测径仪5上方设置有用于隔热的石墨隔热环。
使用时，将焊接在光纤预制棒母棒3上端的上拉伸引棒2由上卡盘1固定夹紧，通过上卡盘1的升降，使光纤预制棒母棒3竖直穿过拉伸炉4，并使光纤预制棒母棒3的靶头插入下拉伸引棒6内固定；将拉伸炉4下端的测径仪5移动到光纤预制棒母棒3下端的拉伸起始位置，测量并采集各位置段光纤预制棒母棒3的直径；计算上卡盘1的向上移动速度，所述上卡盘1的向上移动速度根据拉伸后芯棒所需要的直径、拉伸炉4向上移动的速度以及被拉伸段光纤预制棒母棒3的直径确定；加热拉伸前，使上卡盘1和下卡盘7以相同的转速同步旋转，然后开启拉伸炉4对光纤预制棒母棒3下端开始进行加热，使其渐变为半熔融状态；控制上卡盘1以计算得到的向上移动速度对光纤预制棒母棒3进行拉伸处理，由此形成自下而上延伸的芯棒；其中，所述光纤预制棒母棒3的直径为80～100mm，所述拉伸后芯棒的直径为30～50mm，所述为5-8mm/min，所述为30-40mm/min，在整个拉伸过程中满足V3×D1 2＝V2×(D1 2-D2 2)，V3为上卡盘1实时移动速度，V2为预设的拉伸炉4的向上移动速度，D1为被拉伸段光纤预制棒母棒3的直径，D2为拉伸后芯棒所需要的直径。
如图1和图2所示，所述下拉伸引棒6为一端开口的筒体，所述筒体的筒壁包含外径相同的靠近筒体开口方向的薄壁部和远离筒体开口方向的厚壁部，所述薄壁部的内径比厚壁部的内径大，此设计方便光纤预制棒母棒3靶头通过开口固定于下拉伸引棒6内；进一步，所述下拉伸引棒6薄壁部开有一径向开口，其目的是将光纤预制棒母棒3的靶头通过插入径向开口内的螺栓固定。
所述下拉伸引棒6的加工简单，且可重复使用，大大减少了所述下拉伸引棒6的用量；采用螺栓把母棒靶棒和下拉伸引棒6固定，利用上下卡盘的同轴度可以保证拉伸后芯棒的弓曲度。
优选地，所述光纤预制棒母棒3为VAD沉积烧结后的实芯玻璃棒，所述上拉伸引棒2为直径小于纤预制棒母棒3的石英玻璃棒，可以避免拉伸到光纤预制棒母棒3上部时由于上拉伸引棒2提前进入高温区熔融所引起的芯棒几何尺寸报废。
优选地，所述的拉伸炉4为石墨电阻炉或电感应炉，加热温度控制在1800-2200℃，加热时在加热区域充入惰性保护气体。
实施例2
本实施例拉伸VAD工艺制备的平均直径83mm、长度600mm的光纤预制棒母棒3，所述光纤预制棒母棒3上端焊接有直径60mm、长度1000mm的上拉伸引棒2(石英引棒)，光纤预制棒母棒3的下端保留有VAD沉积挂棒时的靶头。
光纤预制棒母棒3的拉伸方法为：
将焊接在光纤预制棒母棒3上端的上拉伸引棒2由上卡盘1的固定夹紧，通过上卡盘1的升降，使光纤预制棒母棒3竖直穿过拉伸炉4，并使光纤预制棒母棒3的靶头插入下拉伸引棒6(优选为石英引棒)的开口内，将光纤预制棒母棒3的靶头通过插入下拉伸引棒6径向开口内的螺栓固定；
将拉伸炉4下端的测径仪5移动到光纤预制棒母棒3下端的拉伸起始位置(母棒位置P＝0mm)，测量并采集各位置段光纤预制棒母棒3的直径；计算上卡盘1的向上移动速度，所述上卡盘1的向上移动速度根据拉伸后芯棒所需要的直径、拉伸炉4向上移动的速度以及被拉伸段光纤预制棒母棒3的直径确定；
加热拉伸前，使上卡盘1和下卡盘7以相同的转速同步旋转，然后开启拉伸炉4对光纤预制棒母棒3下端开始进行加热，加热温度为1800℃，使其渐变为半熔融状态；
拉伸炉4下端的下卡盘7只进行旋转，不沿竖直方向移动，拉伸炉4向上移动，以便给光纤预制棒母棒3不同的位置段加热，同时控制上卡盘1以计算得到的向上移动速度对光纤预制棒母棒3进行拉伸处理，形成芯棒；在整个拉伸过程中满足V3＝V2×(D1 2-D2 2)/D1 2，其中，V3为上卡盘1的实时移动速度，V2为预设的拉伸炉4的向上移动速度，D1为被拉伸段光纤预制棒母棒3的直径，D2为拉伸后芯棒所需要的直径。
其中，D1、D2、V1、V2等参数信息如表1所示，拉伸后芯棒的几何参数如下表2所示。
表1母棒直径参数和拉伸速度参数表
表2芯棒拉伸后几何参数
实施例3
本实施例拉伸VAD工艺制备的平均直径100mm、长度450mm的光纤预制棒母棒3，所述光纤预制棒母棒3上端焊接有直径60mm、长度1000mm的上拉伸引棒2(石英引棒)，光纤预制棒母棒3的下端保留有VAD沉积挂棒时的靶头。
光纤预制棒母棒3的拉伸方法为：
将焊接在光纤预制棒母棒3上端的上拉伸引棒2由上卡盘1的固定夹紧，通过上卡盘1的升降，使光纤预制棒母棒3竖直穿过拉伸炉4，并使光纤预制棒母棒3的靶头插入下拉伸引棒6(优选为石英引棒)的开口内，将光纤预制棒母棒3的靶头通过插入下拉伸引棒6径向开口内的螺栓固定；
将拉伸炉4下端的测径仪5移动到光纤预制棒母棒3下端的拉伸起始位置(母棒位置P＝0mm)，测量并采集各位置段光纤预制棒母棒3的直径；计算上卡盘1的向上移动速度，所述上卡盘1的向上移动速度根据拉伸后芯棒所需要的直径、拉伸炉4向上移动的速度以及被拉伸段光纤预制棒母棒3的直径确定；
加热拉伸前，使上卡盘1和下卡盘7以相同的转速同步旋转，然后开启拉伸炉4对光纤预制棒母棒3下端开始进行加热，加热温度为2200℃，使其渐变为半熔融状态；
拉伸炉4下端的下卡盘7只进行旋转，不沿竖直方向移动，拉伸炉4向上移动，以便给光纤预制棒母棒3不同的位置段加热，同时控制上卡盘1以计算得到的向上移动速度对光纤预制棒母棒3进行拉伸处理，形成芯棒；在整个拉伸过程中满足V3＝V2×(D1 2-D2 2)/D1 2，其中，V3为上卡盘1的实时移动速度，V2为预设的拉伸炉4的向上移动速度，D1为被拉伸段光纤预制棒母棒3的直径，D2为拉伸后芯棒所需要的直径。
其中，D1、D2、V1、V2等参数信息如表3所示，拉伸后芯棒的几何参数如下表4所示。
表3母棒直径参数和拉伸速度参数表
表4芯棒拉伸后几何参数
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (8)
1.一种VAD烧结的光纤预制棒母棒的拉伸方法，其特征在于，使用光纤预制棒母棒拉伸装置对VAD烧结的光纤预制棒母棒进行拉伸；
所述光纤预制棒母棒拉伸装置包括沿竖直方向依次布置的上卡盘（1）、拉伸炉（4）、测径仪（5）、下卡盘（7）；所述上卡盘（1）能够旋转和升降，上卡盘（1）夹设焊接在光纤预制棒母棒（3）上端的上拉伸引棒（2）；所述拉伸炉（4）能够升降；所述下卡盘（7）能够旋转，下卡盘（7）夹设下拉伸引棒（6），光纤预制棒母棒（3）下端的VAD沉积靶头固定在下拉伸引棒（6）内；所述测径仪（5）位于拉伸炉（4）下方，并与拉伸炉（4）相连；
所述拉伸方法包括如下步骤：
将拉伸炉（4）下端的测径仪（5）移动到光纤预制棒母棒（3）下端的拉伸起始位置，测量并采集各位置段光纤预制棒母棒（3）的直径；
计算上卡盘（1）的向上移动速度V3，所述上卡盘（1）的向上移动速度根据拉伸后芯棒的目标直径D2、预设的拉伸炉（4）的向上移动速度V2以及被拉伸段光纤预制棒母棒（3）的直径D1确定；
加热拉伸前，使上卡盘（1）和下卡盘（7）以相同的转速同步旋转，然后开启拉伸炉（4）对光纤预制棒母棒（3）下端开始进行加热；
控制上卡盘（1）以计算得到的向上移动速度对光纤预制棒母棒（3）进行拉伸处理，形成芯棒，在整个拉伸过程中满足V3=V2×（D1 2-D2 2）/D1 2。
2.根据权利要求1所述的VAD烧结的光纤预制棒母棒的拉伸方法，其特征在于，加热拉伸前，将焊接在光纤预制棒母棒（3）上端的上拉伸引棒（2）由上卡盘（1）固定夹紧，通过上卡盘（1）的升降，使光纤预制棒母棒（3）竖直穿过拉伸炉（4），并使光纤预制棒母棒（3）的靶头插入下拉伸引棒（6）内。
3.根据权利要求1或2所述的VAD烧结的光纤预制棒母棒的拉伸方法，其特征在于，所述光纤预制棒母棒（3）的直径为80~100mm，所述拉伸后芯棒的直径为30~50mm，所述上卡盘（1）和下卡盘（7）同步旋转的转速为5-8 mm/min，所述拉伸炉（4）的向上移动速度为30-40mm/min。
4.根据权利要求1或2所述的VAD烧结的光纤预制棒母棒的拉伸方法，其特征在于，所述的拉伸炉（4）为石墨电阻炉或电感应炉，加热温度控制在1800-2200℃，加热时在加热区域充入惰性保护气体。
5.根据权利要求1或2所述的VAD烧结的光纤预制棒母棒的拉伸方法，其特征在于，所述光纤预制棒母棒（3）为VAD沉积烧结后的实芯玻璃棒。
6.根据权利要求1或2所述的VAD烧结的光纤预制棒母棒的拉伸方法，其特征在于，所述上拉伸引棒（2）为直径小于光纤预制棒母棒（3）的石英玻璃棒。
7.根据权利要求1或2所述的VAD烧结的光纤预制棒母棒的拉伸方法，其特征在于，所述下拉伸引棒（6）为一端开口的筒体，所述筒体的筒壁包含外径相同的靠近筒体开口方向的薄壁部和远离筒体开口方向的厚壁部，所述薄壁部的内径比厚壁部的内径大。
8.根据权利要求1或2所述的VAD烧结的光纤预制棒母棒的拉伸方法，其特征在于，在测径仪（5）上方设置有用于隔热的石墨隔热环。
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