KR102295347B1

KR102295347B1 - 석영 유리의 구성요소들 사이의 일체형 접합을 생성하기 위한 방법 및 그에 적합한 가열 버너

Info

Publication number: KR102295347B1
Application number: KR1020180072840A
Authority: KR
Inventors: 올리페어 간츠
Original assignee: 헤래우스 크바르츠글라스 게엠베하 ＆ 컴파니 케이지
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2018-06-25
Publication date: 2021-09-01
Also published as: EP3421434A1; KR20190003362A; US20190002327A1; JP2019011240A; CN109210533A; JP7009321B2; US20210163336A1; US10947146B2; EP3421434B1; CN109210533B; US11535547B2

Abstract

석영 유리의 구성요소들 사이의 용접 접합을 생성하기 위한 공지의 가열 버너들은, 적어도 하나의 버너 노즐이 그 내부에 형성되는 버너 헤드, 버너 헤드의 온도 제어를 위한 버너 헤드 냉각 시스템, 연료 가스를 위해 버너 노즐에 연결되는 공급 라인을 포함한다. 이로부터 시작하여, 연결될 석영 유리 구성요소들 사이의 용접선 내의 불순물들이 크게 회피되는 방식으로 가열 버너를 수정하기 위해, 버너 헤드가, 은 또는 은-계열 합금의 본체를 포함할 것이 제안된다.

Description

석영 유리의 구성요소들 사이의 일체형 접합을 생성하기 위한 방법 및 그에 적합한 가열 버너{METHOD FOR PRODUCING AN INTEGRAL BOND BETWEEN COMPONENTS OF QUARTZ GLASS AND HEATING BURNER SUITED THEREFOR}

본 발명은, 구성요소들의 연결 표면들 사이의 일체형 접합을 생성함에 의해 석영 유리의 제1 구성요소 및 제2 구성요소를 연결하기 위한 용접 방법으로서, 적어도 하나의 가열 버너에 의해 연결 표면들의 영역에서 구성요소들을 가열 및 연화시키는 것, 용접선(weld seam)을 갖는 구성요소 조립체를 형성하기 위해 서로에 대해 연결 표면들을 압착하는 것, 및 구성요소 조립체를 냉각하는 것을 포함하는, 용접 방법에 관한 것이다.

더불어, 본 발명은, 석영 유리의 구성요소들 사이의 용접 접합을 생성하기 위한 가열 버너로서, 적어도 하나의 버너 노즐이 그 내부에 형성되는 버너 헤드, 버너 헤드의 온도 제어를 위한 버너 헤드 냉각 시스템, 연료 가스를 위해 버너 노즐에 연결되는 공급 라인을 포함하는 것인, 가열 버너에 관한 것이다.

본 발명의 관점에서 가열 버너는, 연료 가스와 산소가 연소 반응으로 서로 반응하며 그리고 그에 의해 공작물이 가열되는, 버너 화염의 형태의 반응 구역에, 연료 가스 또는 연료 가스 혼합물을 공급하는 역할을 한다. 버너 가스들은, 서로의 발열 반응이 본질적으로 버너 화염을 공급하는 것인, 가스들이다. 예를 들어, 산수소 가스 버너에서, 버너 가스들은 산소 및 수소이며, 그리고 프로판 가스 버너에서 버너 가스들은 프로판 및 산소이다.

여기서, 석영 유리는, 적어도 85%의 SiO₂ 함량을 갖는 도핑된 또는 도핑되지 않은 석영 유리를 의미하는 것으로 이해된다. 석영 유리 구성요소들은, 튜브들 또는 중실 실린더들의 형태의 광섬유들의 제조에서의, 클래딩 튜브들과 같은 램프들, 전구들, 커버 플레이트들 또는, 자외선, 적외선 및 가시 스펙트럼 범위의 램프들 및 방사기들을 위한 반사기 지지체들의 제조에서의, 반도체 구성요소들, 운반 트레이들, 벨들, 도가니들, 방호체들, 또는, 튜브들, 봉들, 플레이트들, 플랜지들, 고리들 또는 블록들과 같은, 단순한 석영 유리 구성요소들의 처리를 위한, 석영 유리로 이루어지는 반응기들 및 장치의 형태의, 화학 장치 공학에서의 또는 반도체 제조에서의, 반제품들과 같은, 다양한 용도를 위해 사용된다. 특수한 특성들을 생성하기 위해, 석영 유리는, 티타늄, 알루미늄, 붕소 또는 게르마늄과 같은, 다른 물질로 도핑된다.

석영 유리 구성요소들을 서로에 대해 용접하기 위한 일반적인 방법이, WO 2007/039426 A1에 설명된다. 고순도의 합성 제조 석영 유리의 중공 실린더의 저순도의 석영 유리의 더미 튜브와의 맞대기 용접을 위해, 중공 실린더 및 더미 튜브가, 선반(lathe) 내에 동축의 중심축을 갖도록 고정되며 그리고 선반 구동기에 의해 서로를 향해 이동되도록 하여, 이들이 2개의 가열 버너의 작동 영역 내의 머플 튜브(muffle tube) 내부에서 서로 대향하도록 하는 것이, 제안된다. 양자 모두의 석영 유리 구성요소들의 전방 측부들은, 약 2200 내지 2300℃의 온도까지 가열 버너들에 의해 함께 가열되며 그리고 연화되고, 중공 실린더 및 석영 유리 튜브의 전방 표면들은, 서로에 대해 동시에 압착된다.

필요한 경우, 흑연 형판(template)이, 연화된 외측 표면에 대해 압착되며, 그리고 표면은, 이러한 공정에서 성형된다. 냉각 이후에, 석영 유리 구성요소들의 일체형 접합이, 달성된다.

흑연 주걱(경사지게 처리된 표면을 갖는 정제된 흑연 봉)이, 필요한 경우, 용접선을 부드럽게 하기 위해 사용된다. 이상적으로, 추가의 처리가, 부품들이 함께 압착된 이후에, 요구되지 않는다.

이상에 언급된 유형의 가열 버너가, DE 198 58 831 C2로부터 공지된다. 프로판-산소 버너는, 본질적으로, 자체에 연결되는 버너 샤프트를 갖는 버너 헤드로 구성된다. 버너 헤드는, 전해 연마된 열-저항성 특수강의 튜브형 버너 노즐이 그 내부로 개별적으로 납땜되는 3개의 관통 구멍을 갖도록 제공되는, 무산소 구리의 일체형 블록을 포함한다. 각각의 버너 노즐은, 버너 헤드를 지탱하는 버너 샤프트를 함께 형성하는, 연료 가스 또는 연료 가스 혼합물의 공급을 위한 튜브형 부재에 연결된다. 튜브형 부재들은 또한, 전해 연마된 열-저항성 스테인리스강으로 구성되며 그리고 이들은, 개별적인 튜브형 부재들을 통합하는, 스테인리스강의 전해 연마된 열-저항성 분배기에서 종결된다. 냉각수 재킷이, 버너 헤드 및 버너 노즐들을 냉각하기 위해 버너 헤드 내로 통합된다.

EP 2 008 750 A1은, 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접을 위한 용접 토치를 언급한다. TIG 용접에서, 아크가, 공작물과 텅스텐으로 이루어진 비-용융 전극 사이에서 점화되고, 그러한 아크는, 보호 가스 하에서, 와이어의 형태로 공급되는 충전 금속을 용융시킨다. 용접 토치의 토치 헤드에서, 텅스텐 전극의 상측 단부는, 결과적으로 히트 싱크 내로 돌출하는, 전극 홀더 내에 장착된다. 보호 가스 공급을 위한 가스 노즐은, 히트 싱크의 외측 피복과 외측 캡 사이에 형성된다. 전극 홀더는, 낮은 열 저항성을 갖는 재료로, 특히 구리, 은 또는 이들의 합금들로, 이루어진다. EP 2 366 485 A는, 유사한 용접 토치를 설명한다. 보호 가스 하에서의 아크 용접을 위한 다른 용접 토치가, EP 2 554 319 A1로부터 공지된다. 이러한 공정에서, 플라즈마가, 공작물과 와이어 형태의 용접 금속 사이에서 점화된다. 용접 와이어는, 중앙 보어를 통해 토치 헤드 상에 유지되는 교체 가능 노즐로 공급된다. 토치 헤드의 다른 구성요소들은, 노즐 연결 요소, 폐쇄 요소, 잠금 해제 요소 및 보호 캡을 포함한다. 이러한 구성요소들은 모두, 말하자면 용접 전류의 양호한 전기적 전도의 목적을 위해, 은으로 이루어질 수 있다고 언급된다.

높은 온도 및 부식성 환경으로 인해, 불순물들이, 형성될 수 있으며, 그리고 용접 공정에서 방출될 수 있을 것이다. 입자들이 이때, 결합될 석영 유리 구성요소들 상에 그리고 특히 연화된 연결 표면들 상에 퇴적될 수 있으며, 그리고 조립체의 추가적 처리에서, 경계 표면들 상의 기포들 또는 다른 결함들로, 또는 심지어 파손으로, 이어질 수 있을 것이다. 광섬유의 제조를 위한 반제품으로서 역할을 하는 구성요소 조립체에서, 광섬유의 투명성은, 결정적인 품질 기준이다. 그러나, 대부분의 금속 구성요소들은, 석영 유리 내에 불순물들을 형성하고, 불순물들은 증가된 광학적 감쇠로 이어진다.

용접 지점을 지향하는 버너 토출구(burner mouth)는, 가장 높은 열적 부하 및 부식 부하에 노출된다. 비교적 부드러운 구리의 부식으로 인해, 스테인리스강의 버너 노즐들의 에지들은 이때, 이들이 냉각된 버너 블록으로부터 돌출하도록, 노출된다. 이들은, 그에 따라, 이들이 발광할 종도로 높은 정도까지 가열될 수 있으며, 이는, 플래시 백의 위험을 증가시킨다.

그에 따라, 본 발명의 목적은, 불순물들이 크게 회피되도록 함과 더불어, 결합될 석영 유리 구성요소들 사이에 단단한 용접선이 생성될 수 있도록 하는, 방법을 제시하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 방법을 실행하는데 적합한 가열 버너를 제공하는 것이다.

방법에 대한 것으로서, 이러한 목적은, 이상에 언급된 용접 방법으로부터 시작하여, 연료 가스 또는 연료 가스 혼합물을 위한 공급 라인에 연결되는 적어도 하나의 버너 노즐이 그 내부에 형성되는, 버너 헤드를 가지며, 그리고 온도 제어를 위한 버너 헤드 냉각 시스템을 갖도록 제공되는, 가열 버너가 사용되고, 상기 버너 헤드는, 은 또는 은-계열 합금의 본체를 포함하는 것인, 본 발명에 따라 달성된다.

용접 공정 도중에, 연결될 구성요소들은, 적어도 하나의 가열 버너를 사용하여, 또는, 연결 표면들 상이 동시에 작용하며 그리고 예를 들어 서로 대향하여 놓이거나 또는 서로 인접하게 배열되는, 복수의 가열 버너를 사용하여, 그들의 연결 표면들의 영역에서 가열되고 연화된다.

적어도 하나의 가열 버너는, 중량 및 체적의 관점에서 그의 독점적인 또는 필수적인 구성요소가 은 또는 은-계열 합금으로 이루어진 냉각 가능한 본체인 것인, 버너 헤드를 갖는다. 가장 간단한 경우에, 버너 헤드는, 오로지 본체로 구성된다. 본체는, 여러 부품으로 이루어질 수 있지만, 바람직하게 본체는, 하나의 블록으로 일체형으로 이루어진다.

연료 가스 또는 연료 가스 혼합물을 위한 공급 라인 및 버너 헤드 냉각 시스템에 연결되는, 적어도 하나의 버너 노즐이, 은 또는 은-계열 합금으로 이루어진 본체 내부에 형성된다. 버너 헤드 냉각 시스템 내에서, 냉각수 공급 및 배출을 위한 적어도 2개의 냉각수 파이프가, 유동적으로 연속적인 냉각 채널을 통해 서로 연결된다.

연료 가스 또는 연료 가스 혼합물의 공급을 위해, 그에 따라, 적어도 하나의 버너 노즐은, 바람직하게 적어도 3개의 버너 노즐은, 본체 내에 설계된다. 각 버너 노즐은, 버너 토출구에, 바람직하게 본체 내에 보어에 의해 형성되는, 노즐 개구를 포함한다. 노즐 개구는, 버너 토출구를 향해 좁아질 수 있을 것이다. 버너 토출구는, 용접 지점을 지향하는 버너 헤드의 전방 측부이다.

은은, 430 W/(m·K)의 높은 열 전도성에 의해 특징지어진다. 그에 따라, 은은, 용접 공정으로부터 과잉의 열을 신속하게 소산시키는데, 특히 적합하며, 그리고 버너 헤드는, 962℃인, 은의 용융점 온도 아래의 온도에서 비교적 용이하게 유지될 수 있다. 충분한 냉각을 위해 요구되는 히트 싱크 체적은, 비교적 작을 수 있으며, 따라서 본체 및 그에 따라 또한 버너 헤드는, 구리로 이루어지는 본체를 가질 때보다, 부피가 덜 클 수 있다.

구리와 비교되는 더 빠른 열 소산, 비교적 낮은 온도, 및 버너 헤드의 잠재적으로 더 작은 체적은, 낮은 부식 및 입자 생성에 기여한다.

버너 헤드가 부식될 때, 산화은 또는 황화은과 같은 은-함유 화합물들이 형성된다. 이러한 화합물들은, 전형적으로 통신 기술에서의 광 전송을 위해 사용되는 파장 범위들에서 어떠한 감쇠 기여를 하지 않는다.

본체는, 전체적으로 또는 적어도 부분적으로 금속 형태인, 은으로 이루어지거나, 또는 은-계열 합금으로 이루어진다. 은-계열 합금은, 75 중량% 초과의 함량을 갖는 주 합금 성분으로서 은을 함유한다. 그러나, 금속성 은은, 비교적 연질이다. 특히 자체의 경도 또는 자체의 용융점 온도를 증가시키기 위해, 은-계열 합금은, 하나 이상의 다른 금속 또는, 산화물들, 붕화물들, 탄화물들 또는 질화물들과 같은, 하나 이상의 화합물을 함유할 수 있다. 부가적 성분들은, Pd, Pt, Sn, In, Ba, Y, Al, Sr, Ca, Ga, Ge, Mn, Zn, Sn, Sb를 포함하는 그룹으로부터의, 금속들 또는 화합물들이고, 은-계열 합금 내에서 이러한 원소들의 총 함량은, 25 중량% 미만이며, 그리고 나머지는 생성 불순물들을 동반하는 은이다.

그러나, 특히 연결될 구성요소들의 이질적 원소들을 갖는 그들의 연결 표면들의 영역에서의 낮은 부하에 관련하여, 버너 헤드 본체의 은 함량이, 적어도 90 중량%, 바람직하게 적어도 99 중량%인, 가열 버너가 사용되는 경우, 특히 유리한 것으로 입증된 바 있다.

특히 바람직한 공정에서, 적어도 하나의 버너 노즐이 그 내부에 은 또는 은-계열 합금의 삽입체로서 이루어지는, 가열 버너가, 사용된다.

이러한 경우에, 버너 노즐은, 별개의 삽입 부품으로, 예를 들어, 본체 내의 관통 구멍 내로 삽입되는, 튜브형 삽입 부품으로, 구성된다. 본체 및 버너 노즐은, 유사한 재료로 또는 동일한 재료로 이루어질 수 있으며, 따라서 용접 공정 도중의 부식 관련 재료 제거가, 노즐의 에지를 노출시키지 않거나, 또는 적게 노출시킨다. 그에 따라, 냉각되는 본체로부터 돌출하는 노즐의 가열의 위험이, 감소된다. 그러나, 특히 응력을 받는 버너 노즐은 또한, 유리하게, 본체보다 더 높은 마모 저항성을 갖는 은-계열 합금으로 이루어질 수 있다. 여러 개의 버너 노즐을 갖는 버너 헤드를 갖는 가열 버너의 경우에, 모든 버너 노즐이, 바람직하게, 은 또는 은-계열 합금으로 이루어진다.

다른 동등하게 바람직한 공정 변형예가, 적어도 하나의 버너 노즐이 그 내부에서 버너 헤드 본체 내의 보어로서 설계되는, 가열 버너를 사용한다.

이러한 경우에, 버너 노즐은, 별개의 구성요소로 구성되지 않는 대신, 본체 내의 개구에 의해, 예를 들어 본체 내의 관통 보어에 의해 형성된다.

연결 표면들을 지향하는 본체의 버너 토출구가 연마되는 것인, 가열 버너가 사용될 때, 그 자체로 또한 유리한 것으로 입증된 바 있다.

연마는, 버너 헤드의 가열에 대해 반작용하는, 더 높은 반사도를 버너 토출구 표면에 제공한다.

버너 노즐과 가스 공급 라인 사이의 연결부가 탈착 가능한 실체적 연결체(detachable positive connection)로서 설계되는 것인, 가열 버너가 사용될 때, 유리한 것으로 입증된 바 있다.

이는, 값비싼 버너 헤드가, 연료 가스 또는 연료 가스 혼합물의 공급을 위한 설비와 독립적으로, 교체될 수 있으며, 그리고 예를 들어 재생될 수 있다는 것을 의미한다. 실체적 연결체는, 예를 들어, 나사 연결체로서 설계되며, 기밀이다.

가열 버너에 관하여, 이상에 언급된 목적은, 이상에 언급된 유형의 가열 버너로부터 시작하여, 버너 헤드가 은 또는 은-계열 합금의 본체를 포함한다는 사실에 의해, 본 발명에 따라 달성된다.

본 발명에 따른 가열 버너는, 중량 및 체적의 관점에서 그의 독점적인 또는 필수적인 구성요소가 은 또는 은-계열 합금으로 이루어진 본체인 것인, 버너 헤드를 갖는다. 가장 간단한 경우에, 버너 헤드는, 오로지 본체로 구성된다. 본체는, 여러 부품으로 이루어질 수 있지만, 본체는 바람직하게, 하나의 블록으로 이루어진다.

연료 가스 또는 연료 가스 혼합물의 공급을 위해, 그에 따라, 적어도 하나의 버너 노즐은, 바람직하게 적어도 3개의 버너 노즐은, 본체 내에 형성된다. 각 버너 노즐은, 버너 토출구에, 본체 내로 삽입되는 삽입 부품에 의해, 그러나 바람직하게 본체 내의 보어에 의해, 형성되는, 노즐 개구를 포함한다. 노즐 개구는, 버너 토출구를 향해 좁아질 수 있을 것이다. 버너 토출구는, 용접 지점을 지향하는 버너 헤드의 전방 측부이다.

구리와 비교되는 더 빠른 열 소산, 비교적 낮은 온도, 및 버너 헤드의 잠재적으로 더 작은 체적은, 석영 유리 구성요소들 사이의 일체형 접합을 생성하기 위해 용접 공정에서 사용될 때, 낮은 부식 및 입자 생성에 기여한다.

버너 헤드의 부식 도중에, 은-함유 화합물들, 특히 산화은이, 형성된다. 이러한 화합물들은, 전형적으로 통신 기술에서의 광 전송을 위해 사용되는 파장 범위들에서 어떠한 감쇠 기여를 하지 않는다.

본체는, 완전히 또는 적어도 부분적으로 금속 형태인, 은으로 구성되고; 본체는 또한, 산화은과 같은 은 화합물을 함유할 수 있다. 또는, 본체는, 은-계열 합금으로 이루어진다. 이는, 75 중량% 초과의 함량을 갖는 주 합금 성분으로서 은을 함유한다. 그러나, 금속성 은은, 비교적 연질이다. 특히 자체의 경도 또는 용융점 온도를 증가시키기 위해, 은-계열 합금은, 하나 이상의 다른 금속 또는, 산화물들, 붕화물들, 탄화물들 또는 질화물들과 같은, 하나 이상의 화합물을 함유할 수 있다. 부가적 성분들은, Pd, Pt, Sn, In, Ba, Y, Al, Sr, Ca, Ga, Ge, Mn, Zn, Sn 및 Sb를 포함하는 그룹으로부터의, 금속들 또는 화합물들이고, 은-계열 합금 내에서 이러한 원소들의 총 함량은, 25 중량% 미만이며, 그리고 나머지는 생성 불순물들을 동반하는 은이다.

특히, 가열 버너의 의도된 사용에서의 이질 원소들의 낮은 분포에 관하여, 버너 헤드 본체의 은 함량이, 적어도 90 중량%, 바람직하게 적어도 99 중량%일 때, 유리한 것으로 입증된 바 있다.

본 발명에 따른 가열 버너의 특히 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 버너 노즐은, 은 또는 은-계열 합금의 삽입체로서 이루어진다.

이러한 경우에, 버너 노즐은, 별개의 삽입 부품으로, 예를 들어, 본체 내의 관통 구멍 내로 삽입되는, 튜브형 삽입 부품으로, 구성된다. 본체 및 버너 노즐은, 유사한 재료로 그리고 특히 바람직하게 동일한 재료로 이루어지며, 따라서 용접 공정 도중의 부식 관련 재료 제거가, 노즐 에지를 노출시키지 않거나, 또는 적게 노출시킨다. 그에 따라, 냉각되는 본체로부터 돌출하는 노즐의 가열의 위험이, 감소된다. 여러 개의 버너 노즐을 갖는 버너 헤드를 갖는 가열 버너의 경우에, 모든 버너 노즐이, 바람직하게, 은 또는 은-계열 합금으로 이루어진다.

가열 버너에 대한 다른 동등하게 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 버너 노즐은, 버너 헤드 본체 내의 보어로서 설계된다.

이러한 경우에, 버너 노즐은, 별개의 구성요소로 구성되지 않는 대신, 버너 토출구의 영역에서, 본체의 재료로 이루어지는 개구에 의해, 예를 들어 본체 내의 관통 구멍에 의해, 형성된다.

연결 표면들을 지향하는 본체의 버너 토출구가 연마될 때, 그 자체로 또한 유리한 것으로 입증된 바 있다.

버너 노즐과 가스 공급 라인 사이의 연결부가 탈착 가능한 실체적 연결체로서 설계되는 것인, 가열 버너의 실시예가, 유리한 것으로 입증된 바 있다.

이는, 값비싼 버너 헤드가, 연료 가스 또는 연료 가스 혼합물의 공급을 위한 설비와 독립적으로, 교체될 수 있으며, 그리고 예를 들어 재생될 수 있다는 것을 의미한다. 실체적 연결체는, 예를 들어, 기밀 나사 연결체에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 가열 버너는 본 발명에 따른 방법을 수행하는데 특히 적합하다.

본 발명은 지금부터, 실시예들 및 도면을 참조하여, 더욱 상세하게 설명될 것이다. 구체적으로:
도 1은, 머플 튜브의 형태의 외함을 갖는 본 발명에 따른 장치의 실시예를, 자체의 재킷 표면 상에서의 개략적 도면으로 도시하며,
도 2는, 도 1에 따른 머플 튜브를, 자체의 전방 측부 상에서의 도면으로 도시하고,
도 3은, 본 발명에 따른 가열 버너의 제1 실시예를, 절개도로 도시하며, 그리고
도 4는, 본 발명에 따른 가열 버너의 제2 실시예를, 절개도로 도시한다.

도 1 및 도 2에 따른 장치는, 석영 유리 튜브(1)의 형태의 홀더를 중공 실린더(2)의 면에 용접하기 위해 사용된다. 생성될 석영 유리 튜브(1) 및 중공 실린더(2)의 조립체는, 중공 실린더(2)의 내측 보어 내로 삽입되는 소위 코어 봉(core rod)에 관련하여, 광섬유를 위한 예비 성형물로 또는 직접적으로 광섬유로 연신되도록 의도된다.

석영 유리 튜브(1)는, 예를 들어, 더 많은 양의 불순물들, 기포들, 등을 함유할 수 있는, 저 품질 석영 유리로 구성된다. 석영 유리 튜브(1)는, 동일한 내측 직경을 갖는 석영 유리 실린더(2)보다 약간 더 얇은 벽 두께를 갖는다. 연신 공정 도중에, 중공 실린더(2)는, 석영 유리 튜브(1)에 의해 인출 가열로 내에서 유지되며, 및/또는 석영 유리 튜브(1)는, 연신 도중에 인출을 위해 사용된다. 이러한 목적으로, 중공 석영 유리 실린더(2)는, 일단부에 또는 양단부에 그러한 석영 유리 튜브를 갖도록 제공된다.

장치는 또한, 선반을 포함하고, 선반의 척(3)에서, 한편으로 석영 유리 튜브(1)가 그리고 다른 한편으로 중공 실린더(2)가, 그들의 중심축들(4)이 서로에 대해 동축으로 연장되도록 그리고 용접될 끝단면들이 서로 대향하도록, 고정된다. 석영 유리 튜브(1) 및 중공 실린더(2)의 대향하는 영역들의 가열 및 연화는, 400 mm의 내측 직경(D)을 갖는, 불투명 석영 유리로 이루어진 머플 튜브(5) 내부에서 일어난다. 머플 튜브(5)는, 3개의 부분으로 이루어지며, 그리고 양측으로 개방된다. 머플 튜브의 중앙 부재(11)는, 자체의 측벽 내에, 2개의 가열 버너(7, 8)가 그를 통해 내부공간(9) 내로 돌출하는, 개구(6)를 갖도록 제공된다. 이는, 하나우(Hanau)에 소재한 헤라우스 쿼츠글라스 게엠배하 운트 코 카게(Heraeus Quarzglas GmbH & Co. Kg)의 상표명 "OM 100" 하에서 상업적으로 입수 가능한 재료로 이루어진, 고순도의 불투명 석영 유리로, 이루어진다.

가열 버너들(7, 8) 반대편의 측면 상에서, 머플 튜브(5)의 내측면은, 열의 영향으로부터 머플 튜브(5)의 중앙 부재(11)를 보호하며 그리고 머플 튜브(5) 내부의 온도를 균일하게 분포시키는, 고순도의 석영 유리로 이루어진 단순한 반외피 형상(half-shell-shaped)의 삽입 부재(13)에 의해 덮인다. 머플 튜브 단열체(10)가 또한, 이에 기여한다.

머플 튜브(5) 위에, 머플 튜브(5)의 끝단면 개구들을 따라 부분적으로 연장되며 그리고 그에 의해 고온의 배기 가스가 흡입되어 나가는 것인, 흡인 유닛(12)이 제공된다.

2개의 가열 버너(7, 8)는, 구조에 관해 동일하다. 2개의 실시예가, 도 3 및 도 4를 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.

도 3의 실시예에서, 가열 버너(7)는, 30 중량 ppm 미만의 구리 함량을 갖는 고순도 은(지정: 99.97% Ag를 갖는 Ag 3N7)으로 이루어진 일체형 블록-형상 본체(72)로 본질적으로 구성되는, 통합된 냉각수 재킷을 갖는 버너 헤드(71)를 갖는다. 본체(72)는 본질적으로, 60 mm x 30 mm의 바닥 면적 및 40 mm의 높이를 갖는 그리고, 버너 토출구(78)의 그리고 그에 따른 버너 화염(미도시)을 지향하는 표면의 면적이 그로 인해 감소하게 되는 것인, 버너 토출구(78)의 방향으로의 기울기를 갖는, 직육면체이다. 버너 토출구(78)는 연마된다.

프로판-산소 혼합물의 공급을 위한 버너 노즐들(73, 74, 75)로서 역할을 하는, 3개의 관통 구멍이, 본체(72) 내로 뚫리게 되며, 그 내부에, 은(Ag 3N7)으로 이루어진 내부적으로 전해 연마된 작은 튜브들이 납땜된다. 각각의 버너 노즐(73, 74, 75)은, 일단부에서 버너 토출구(78)와 동일 평면 상에 놓이며, 그리고 타단부에서 탈착 가능한 나사 연결체(90)에 의해 연료 가스 혼합물의 공급을 위한 스테인리스강으로 이루어진 내부적으로 전해 연마된 튜브형 부재(76)에 연결된다. 이러한 튜브형 부재들(76)은, 공통 공급 튜브로 개별적인 튜브형 부재들(76)을 통합하는, 스테인리스강 분배기(77) 내로 통상적인 방식으로 개방된다. 다른 실시예에서, 고순도 은(Ag 3N7)으로 이루어진 버너 노즐들 대신에, 은-팔라듐 합금과 같은, 더욱 내마모성의 무-구리 및 무-니켈 은-계열 합금으로 이루어지는 버너 노즐들이, 사용된다.

버너 노즐들(73, 74, 75)을 갖는 버너 헤드(71)를 냉각하기 위해, 버너 헤드 냉각 시스템을 형성하기 위해 본체(72) 내에서 함께 연결되는, 2개의 냉각수 파이프(79)가, 냉각수 공급 및 배출을 위해 제공된다. 이러한 목적으로, 냉각 채널들(79a)이, 적절한 구멍들을 뚫음에 의해, 버너 헤드 내에 생성되었다. 버너 헤드의 노즐 없는 영역들에서, 횡단 구멍들과 연결되는 구멍들이, 버너 화염으로부터 멀어지게 지향하는 측면들 상에, 뚫리게 된다. 외부로의 개구들은 이어서, 플러그들에 의해 폐쇄되며 그리고 납땜된다. 이는, 버너 헤드 체적을 관통할 뿐만 아니라 자체의 경로를 따를 수 있는, 유동적으로 연속적인 채널을 생성한다.

도 4의 가열 버너(8)의 실시예는, 버너 노즐들(83, 84, 85)의 설계에 관해 그리고 연료 가스 및 냉매 연결체의 유형에 관해, 도 3의 실시예와 상이하다.

여기서, 버너 헤드(81)는 또한 본질적으로, 도 3의 실시예에 대한 것과 같은 동일한 치수들 및 순수 은(지정: 99.97% Ag를 갖는 Ag 3N7)으로 이루어진 일체형 블록-형상 본체(82)로 구성된다. 본체(82)는 또한, 버너 토출구(78)를 향해 경사지게 되며, 그리고 버너 토출구(78)는 연마된다.

동시에 버너 토출구(88)를 향해 원추형으로 약간 좁아지며 그리고 버너 노즐들(83, 84, 85)을 형성하는, 관통 구멍들이, 본체(82) 내로 뚫리게 된다. 버너 토출구(88)의 영역에서 노즐 개구들(83, 84, 85)은 그에 따라, 본체(82)의 재료로 이루어진다. 관통 구멍들은, 암 나사를 구비하며, 그 내부에, 연료 가스 혼합물의 공급을 위한 스테인리스강으로 이루어진 내부적으로 전해 연마된 튜브형 부재들(86)이, 나사 연결체(90)에 의해 나사 체결된다. 튜브형 부재들(86)은, 공통 공급 파이프로 개별적인 튜브형 부재들(76)을 통합하는, 탈착 가능한 스테인리스강 분배기(87) 내로 개방된다.

버너 노즐들(83, 84, 85)을 갖는 버너 헤드(81)를 냉각하기 위해, 본체(82)의 보어들 내로 또한 나사 체결되며 그리고 버너 헤드 냉각 시스템을 형성하기 위해 본체(82) 내에서 함께 연결되는, 2개의 냉각수 파이프(89)가, 냉각수 공급 및 배출을 위해 제공된다. 이러한 목적으로, 유동적으로 연속적인 냉각 채널(89a)을 형성하는, 상응하는 구멍들이, 본체(82) 내로 뚫렸다.

가열 버너(8)에 대한 이러한 실시예에서, 버너 헤드(81)는 그에 따라, 나사에 의해 모든 매체 라인(86, 89)에 연결되며, 그리고 그에 따라 용이하게 탈착될 수 있다. 버너 헤드(81)는 그에 따라, 쉽게 교체 및 재생될 수 있으며, 그리고 매체 공급 시스템(86, 87, 89)은, 더 사용될 수 있다.

이하에서, 본 발명에 따른 방법의 실시예가, 도면들을 사용하여 더욱 상세하게 설명된다.

석영 유리 중공 실린더(2)는, 잘 알려진 OVD 공정을 사용하는 은-함유 출발 물질의 화염 가수분해에 의해 제조된다. 이는, 200 mm의 외측 직경 및 50 mm의 내측 직경을 갖는다. 저순도의 석영 유리로 이루어지는 석영 유리 튜브(1)와의 용접 접합을 생성하기 위해, 중공 실린더(2) 및 석영 유리 튜브(1)가, 동축 상의 중심축들(4)을 갖도록 선반의 척(3) 내에 고정되며, 따라서 이들은 머플 튜브(5) 내부의 가열 버너들(7, 8)의 작용 영역에서 서로 대면한다. 용접 지점을 지향하는 끝단면 영역들은, 가열 버너들(7, 8)에 의해 약 2200 내지 2300℃의 온도로 가열되며, 그리고 연화된다. 약 150 내지 200 mm의 폭을 갖는 표면 영역이 그로 인해, 생성될 용접선의 양측부 상에서 화염-연마된다. 동시에, 중공 실린더(2) 및 석영 유리 튜브(1)의 끝단면들은, 서로에 대해 압착된다. 산소 흐름이, 중공 실린더(2) 및 석영 유리 튜브(1)의 구멍들을 통해 전달된다.

은으로 이루어진 본체(72; 82)를 갖는 본 발명에 따른 가열 버너들(7, 8)의 사용은, 구리로 이루어진 본체와 비교하여 더 빠른 열 소산을 보장하고, 이는, 비교적 낮은 온도 및 그에 따른 낮은 부식 및 입자 생성을 야기한다. 본체(72; 82)의 부식에 의해 형성되는 은-함유 산화물 또는 황화물 성분들은, 중공 실린더로부터 생성되는 광섬유들의 감쇠에 관해 상당한 영향을 갖지 않는다.

정적 인장 강도 측정은, 심지어 3톤의 최대 시험 하중이 가해진 경우에도, 파손이 용접 지점의 영역에서 일어나지 않았다는 것을 보여 주었다.

큰 구성요소들을 용접하기에 특히 적합한 것으로 입증된 바 있는, 대안적인 절차에서, 가열 버너들(7, 8)은, 서로 평행하게 배열되지 않는 대신, 머플 튜브(5)의 벽의 둘레에서 연결 표면들의 영역의 양측부 상에 분포된다. 이는, 가열 버너들(7, 8)의 열 영향을 머플 튜브(5)의 더 큰 표면 영역에 걸쳐 분산시키며, 그에 따라 자체의 열적 부하를 감소시킨다. 가열 버너들(7, 8), 예를 들어, 머플 튜브의 벽 상에서 서로 반대편에 위치하게 될 수 있다.

1: 석영 유리 튜브 2: 중공 실린더
3: 척 4: 중심축
5: 머플 튜브 6: 측벽 개구
7, 8: 가열 버너 9: 내부공간
10: 머플 튜브 단열체 11: 머플 튜브의 중앙 부재
12: 흡인 유닛 13: 삽입 부재
71, 81: 버너 헤드 72, 82: 본체
73, 83: 버너 노즐 74, 84: 버너 노즐
75, 85: 버너 노즐 76, 86: 튜브형 부재
77, 87: 분배기 78, 88: 버너 토출구
79, 89: 냉각수 파이프 79a: 냉각 채널
89a: 버너 헤드 냉각 시스템

Claims

석영 유리의 구성요소들의 연결 표면들 사이에 일체형 접합을 생성하기 위한 방법으로서, 적어도 하나의 가열 버너(7; 8)에 의해 연결 표면들을 가열 및 연화시키는 것, 용접선을 갖는 구성요소 조립체를 형성하기 위해 상기 연결 표면들을 서로에 대해 압착하는 것, 및 상기 구성요소 조립체를 냉각하는 것을 포함하는, 방법에 있어서,
버너 헤드(71; 81)를 갖는 가열 버너(7; 8)가 사용되고, 상기 버너 헤드(71; 81)는 은 또는 은-계열 합금의 냉각 가능한 본체(72; 82)를 포함하며, 상기 본체(72; 82) 내에, 적어도 하나의 버너 노즐(73; 74; 75; 83; 84; 85)이 상기 본체 내의 관통 구멍 내로 삽입되는, 은 또는 은-계열 합금의 튜브형 삽입 부품으로 형성되거나, 또는 상기 적어도 하나의 버너 노즐이 상기 버너 헤드의 상기 본체 내의 보어로서 형성되고, 버너 노즐은 연료 가스 또는 연료 가스 혼합물을 위한 공급 라인(76; 86)에 연결되며, 그리고 상기 본체(72; 82)는, 온도 제어를 위한 버너 헤드 냉각 시스템(79; 79a; 89; 89a)을 갖도록 제공되고, 상기 버너 헤드 냉각 시스템(79; 79a; 89; 89a) 내에서, 냉각수 공급 및 냉각수 배출을 위한 2개의 냉각수 파이프(79)가, 유동적으로 연속적인 냉각 채널(79a)을 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,
가열 버너가 사용되고, 상기 버너 헤드의 상기 본체(72; 82)의 은 함량은, 적어도 90 중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
제 2항에 있어서,
가열 버너가 사용되고, 상기 버너 헤드의 상기 본체(72; 82)의 은 함량은, 적어도 99 중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
가열 버너(7; 8)가 사용되고, 상기 연결 표면들을 지향하는 버너 토출구(78; 88)가 연마되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
가열 버너(7; 8)가 사용되고, 상기 버너 노즐(73; 74; 75; 83; 84; 85)과 상기 공급 라인(76, 86) 사이의 연결부가, 탈착 가능한 형상 끼워맞춤 연결체(90)로서 설계되는 것을 특징으로 하는 방법.
석영 유리의 구성요소들의 연결 표면들 사이의 용접 접합을 생성하기 위한 가열 버너로서, 버너 헤드(71; 81)로서, 적어도 하나의 버너 노즐(73; 74; 75; 83; 84; 85)이 그 내부에 형성되는, 은 또는 은-계열 합금의 냉각 가능한 본체(72; 82)를 포함하는 것인, 버너 헤드(71; 81); 상기 버너 헤드(71; 81)의 온도 제어를 위한 버너 헤드 냉각 시스템(79; 79a; 89; 89a)으로서, 버너 헤드 냉각 시스템(79; 79a; 89; 89a) 내에서, 냉각수 공급 및 냉각수 배출을 위한 2개의 냉각수 파이프(79)가, 유동적으로 연속적인 냉각 채널(79a)을 통해 서로 연결되는 것인, 버너 헤드 냉각 시스템(79; 79a; 89; 89a); 및 연료 가스 또는 연료 가스 혼합물을 위해 상기 버너 노즐(73; 74; 75; 83; 84; 85)에 연결되는 공급 라인(76; 86)을 포함하는 것인, 가열 버너에 있어서,
상기 본체 내에, 적어도 하나의 버너 노즐이 상기 본체 내의 관통 구멍 내로 삽입되는, 은 또는 은-계열 합금의 튜브형 삽입 부품으로 형성되거나, 또는 상기 적어도 하나의 버너 노즐이 상기 버너 헤드의 상기 본체 내의 보어로서 구성되는 것을 특징으로 하는 가열 버너.
제 6항에 있어서,
상기 버너 헤드의 상기 본체(72; 82)의 은 함량은, 적어도 90 중량%인 것을 특징으로 하는 가열 버너.
제 6항에 있어서,
상기 버너 헤드의 상기 본체(72; 82)의 은 함량은, 적어도 99 중량%인 것을 특징으로 하는 가열 버너.
제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
연결 표면들을 지향하는 버너 토출구(78; 88)가 연마되는 것을 특징으로 하는 가열 버너.
제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 버너 노즐(73; 74; 75; 83; 84; 85)과 상기 공급 라인(76, 86) 사이의 연결부가, 탈착 가능한 형상 끼워맞춤 연결체(90)로서 구성되는 것을 특징으로 하는 가열 버너.
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