專利名稱：用于將初始預型體與二氧化硅棒焊接起來的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于在制造光纖預型體期間將初始預型體的一 端與具有不同屬性的二氧化硅棒的 一端焊接起來的方法。
背景技術：
光纖是通過在拉伸塔上拉伸預型體來制作的。預型體通常包括 由純的或摻雜的二氧化硅的二氧化硅管所構成的初始預型體，其中 已經(jīng)連續(xù)地沉積了摻雜的和/或純的二氧化硅層以形成光纖的內(nèi)包層 和中央光學內(nèi)芯。接著，給該初始預型體涂包層或裝上套管以增加 其直徑并形成可在拉伸塔上使用的最終預型體。在本文中，術語內(nèi) 包層用于指在二氧化硅管的內(nèi)側(cè)形成的光學包層，而外包層用于指在二氧化^s圭管的外側(cè)形成的光學包層。同位相似(homothetic)光纖 拉伸操作包括將預型體垂直放到塔中以及從預型體的 一端來拉伸光 纖條(strand)。出于這種目的，對預型體的一端局部地施加高溫直 到二氧化硅軟化為止，接著在拉伸操作期間持久地控制光纖拉伸速 度和溫度，因為它們將確定光纖的直徑。通常，光纖包括光學內(nèi)芯和光學包層，光學內(nèi)芯的功能是傳輸 并可選地放大光信號，而光學包層的功能是將光信號限制在光學內(nèi) 芯內(nèi)。出于這種目的，光學內(nèi)芯的折射率nc和光學包層的折射率ng 是這樣ne〉ng。眾所周知，單模光纖中的光信號的傳播分解成在光 學內(nèi)芯中傳導的基模以及在光學內(nèi)芯-光學包層組合體中的某個距 離上傳導的次模，次模也被稱為包層模。這種二氧化^圭管可以^4居在文獻US 3,907,536中所描述的方法 來制作。管子中的沉積可以是化學氣相沉積類型，其由首字母縮略 詞CVD來指明。這種類型的沉積是通過在管子中注入氣體混合物以及通過電離所述混合物來實現(xiàn)的。CVD類型的沉積包括改進化學氣 相沉積(MCVD)、熔爐化學氣相沉積(FCVD)和等離子增強型化 學氣相沉積(PCVD)。例如，在US 4,145,456中描述了管子中的 PCVD沉積。在沉積了對應于光學內(nèi)芯和內(nèi)包層的各層之后，二氧化硅管在 所謂的塌陷操作中閉合在其自身上。于是，獲得了包括二氧化硅桿 的初始預型體。接著，給該初始預型體涂包層以增加直徑，因為成 本的原因通常用天然二氧化硅顆粒來涂包層。US 2003/0019245公開了一種提純二氧化硅并將所述二氧化硅沉 積在光纖預型體上的方法?？梢酝ㄟ^等離子沉積來實現(xiàn)涂包層，其 中天然二氧化硅顆粒被投射在初始預型體上，并且用2300。量級的溫 度的等離子體焰炬來熔融，從而在初始預型體的外周形成玻璃狀以 形成光學外包層。使初始預型體繞著其縱軸旋轉(zhuǎn)，而等離子體焰炬 或初始預型體或者二者彼此相對地縱向移動，以便在初始預型體的 整個外周上提供均勻的二氧化硅沉積。需要將初始預型體連接到或固定到涂包層設備，諸如玻璃制品 加工車床，并允許它繞著其縱軸旋轉(zhuǎn)。通常，這種連接是通過將初 始預型體的末端焊接到例如保持在涂包層設備中的適當位置中的二 氧化硅棒來實現(xiàn)的。涂包層操作通常是在具有受控氣壓的封閉倉室 中實現(xiàn)，從而提供抗電磁微擾以及等離子體焰炬所發(fā)出的臭氧釋放 的保護。JP 57111255公開了在兩個石英預制桿之間同軸地焊接有色石英 盤片，以形成差別懸殊的層，目的是在拉伸光纖期間檢測預制桿的 連接部分。US 6,178,779公開一種通過加熱待連接的預型體的末端并且將 被加熱的末端按在一起，從而將兩個光纖預型體端對端地組裝在一 起的方法。DE 912 622 ^^開一種通過4吏用中間玻璃塊(intermediate pieces of glass)來組裝具有不同熔點的兩根玻璃桿的方法。US 4,407,667公開了 一種通過在拉伸塔中 一個接一個地插入預 型體以及在焊接站處端對端地焊接它們來制造光纖的連續(xù)過程。US 6，305，195公開了一種用于端對端地焊接預型體的等溫等離 子體焰炬技術。EP 1 690 836公開了一種用于通過將末端彼此靠近并且加熱兩 個末端并連接它們來連接光纖預型體的方法。圖1示出用于給光纖預型體涂包層的傳統(tǒng)裝置。使初始預型體 100的第一末端焊接到通過夾具225固定在第一玻璃制品加工車床 支架205上的第一二氧化硅棒215。例如，預型體100的該第一末端 是通過手工用112/02噴燈焊接到二氧化硅棒215的。這種噴燈焊接操 作實現(xiàn)起來時間相當長，因為它是由操作員手工地完成，并且因為 噴燈的高熱量的原因，它應當在排氣罩下實現(xiàn)以滿足安全規(guī)程。接 著，初始預型體IOO應當被放置在玻璃制品加工車床上，該玻璃制 品加工車床包括通過夾具220固定在玻璃制品加工車床支架200上 的另一二氧化-圭棒210。提供心軸以驅(qū)動二氧化硅4奉210旋轉(zhuǎn)，從而 使預型體100繞著其縱軸旋轉(zhuǎn)。用于附接預型體100的二氧化硅棒210、 215所使用的二氧化硅 是低成本的非摻雜的二氧化硅，并且常包含諸如灰塵顆粒或水之類 的雜質(zhì)。另一方面，初始預型體10p的二氧化硅桿中的二氧化硅可 以被摻雜，并且當預型體是用來生產(chǎn)單模光纖或色散補償光纖時甚 至可以是高摻雜的。預型體100中的二氧化硅與二氧化硅棒210、215 中的二氧化硅之間的摻雜差異導致了兩種材料之間的顯著差異，特 別是在粘性和熱膨脹方面的顯著差異。在本文中，初始預型體IOO 與玻璃制品加工車床支架200、 205的支撐二氧化硅棒210、 215的 焊接是精密的。使用噴燈將初始預型體100的第一末端精密地焊接 到第一二氧化硅棒215。通過緩慢且逐漸地加熱，可以生產(chǎn)緊密的焊 接，但是這種操作費時且生產(chǎn)成本大。因此，有利的是使用涂包層 裝置中可用的等離子體焰炬來將初始預型體100的第二末端焊接到 第二支撐二氧化硅棒210。第一末端需要手工地進行焊接，以便將初始預型體100附接到玻璃制品加工車床支架200。應當理解，如果在 形成第一焊接點期間具有可用于將初始預型體固定在恰當位置的裝 置則還可以使用涂包層裝置來將初始預型體100的兩個末端焊接到 第一和第二二氧化硅棒210、 215。當將所述燃燒器對準制作焊接點 的區(qū)域或者從那移開時，使用手工固定的焊炬導致二氧化硅的突然 加熱或冷卻。這種突然加熱或冷卻增強了熱行為的差異，也即在所 焊接的兩種材料之間的膨脹或收縮的差異，使得初始預型體100的 第二末端與第二棒215的焊接點質(zhì)量較低，也即易碎。另外，在焊 接過程中，初始預型體100的末端與二氧化硅棒210、 215的末端二 者都被加熱并軟化，并且前面所提及的二氧化硅棒210、 215中存在 的污染物可擴散進初始預型體IOO的末端。該污染物的擴散是導致 在焊接之后初始預型體100的末端不再與焊接之前具有相同的組成 的原因。因此，被焊接的外部末端不能再被用于光纖拉伸。因此， 對于使用該過程的光纖拉伸，初始預型體IOO的一部分丟失了。這樣的將光纖預型體焊接起來的方法是公知的，其中將被端對 端地焊接的兩個預型體通常性質(zhì)相同(也即旨在拉伸相同的光纖)， 并且每個都包括包含著基本相同的摻雜物濃度的二氧化硅。US-A-6 178 779描述了一種端對端地裝配兩個光纖預型體的方 法。兩個預型體被縱向?qū)实匕惭b在玻璃制品加工車床上并開始旋 轉(zhuǎn)；燃燒器加熱將以軸向相對運動進行裝配的兩個末端，以便均勻 地加熱每個末端。接著，使預型體的兩個被加熱的末端靠得更近并 進行焊接。US-A-6 098 429描述了 一種光纖拉伸方法，其中光纖預型體被連 續(xù)地拉伸。預型體在拉伸塔中通過伺服控制的激光器端對端地進行 焊接，目的是與在塔中的預型體同時移動激光器，從而減少受焊接 影響的區(qū)域。對在粘性和熱膨脹方面具有基本相同屬性的二氧化硅棒210、 215實現(xiàn)光纖預型體IOO的這種焊接，因為由此被焊接的預型體100 具有相同的摻雜物濃度，因為它們旨在用于拉伸相同的光纖。由此，焊接點通常是干凈且牢固的。另一方面，當焊接具有相當不同的屬性的二氧化硅棒210、 215 時，例如在將常包含各種濃度的摻雜物的初始預型體100與作為非 摻雜的二氧化硅且常常被強污染的玻璃制品加工車床支架200、 205 的支撐二氧化硅棒210、 215進行焊接的情況下，被焊接的材料之間 的屬性差異導致焊接點變脆并且破損常常是導致非常昂貴的初始預 型體100的落價(fall)和破壞的原因。在焊接具有非常不同的摻雜 物濃度的兩個預型體的情況下，例如焊接高摻雜的預型體和輕微摻 雜的預型體的情況下，也可能遇到這種情況。由此，需要一種用于將初始預型體100的一端與具有不同屬性 的二氧化硅棒210、 215的一端焊接起來的方法，所述二氧化硅才奉 210、 215諸如是玻璃制品加工車床支架200、 205的支撐二氧化硅棒 210、 215或第二初始預型體，該方法可以4皮容易且快速地實現(xiàn)而沒 有任何破壞風險。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出 一種用于借助等離子體焰炬以及通過在加熱預型體 100的末端和二氧化硅棒210、 215的末端的操作期間投射二氧化硅 顆粒來將初始預型體100的一端與具有不同屬性二氧化硅棒210、 215的一端焊接起來的方法，其中所述二氧化硅棒210、 215諸如是 玻璃制品加工車床支架200、 205的支撐二氧化硅棒210、 215或第 二初始預型體。于是，摻雜梯度出現(xiàn)在初始預型體IOO和二氧化硅 棒210、 215的相應末端上。接著，這些末端可以被焊接，其破損風 險被最小化，因為沉積在每個焊接端處的二氧化硅具有相同的性質(zhì)。本發(fā)明更具體地提出一種將初始預型體100的一端與具有不同 屬性的二氧化硅棒210、 215的一端焊接起來的方法，該方法包括步 驟在等離子體焰炬300下將二氧化硅顆粒投射并熔融在初始預型 體100的末端上和二氧化硅棒210、 215的末端上；以及使初始預型 體100的末端與二氧化石圭棒210、 215的末端相接觸，以^更在初始預型體100的末端與二氧化硅棒210、 215的末端之間形成焊接區(qū)域 150。根據(jù)一個實施例，二氧化硅棒是用于給初始預型體涂包層的玻 璃制品加工車床支架的支撐二氧化硅棒。根據(jù)另一實施例，二氧化硅棒是第二初始預型體。根據(jù)一個實施例，被投射在初始預型體的末端上和支撐二氧化 硅棒的末端上的二氧化硅顆粒是天然二氧化硅。根據(jù)一個實施例，投射二氧化硅顆粒的步驟與使預型體100末 端和二氧化硅棒210、 215末端相接觸的步驟同時被j丸行。根據(jù)一個實施例，形成幾立方厘米(優(yōu)選的是1到5立方厘米) 的焊接區(qū)域150。


參考附圖時，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將變得顯而易見，附圖中 已描述過的圖1示出公知的用于給光纖預型體涂包層的裝置； 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的方法將初始預型體焊接到玻璃制品加工車床支架的支撐二氧化硅棒的示圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的用于給光纖預型體涂包層的裝置的示圖。
具體實施方式
現(xiàn)在，將參考實施例描述本發(fā)明，其中必須將初始預型體焊接 到玻璃制品加工車床支架的支撐二氧化硅棒。然而，下面所提供的 解釋也適用于將初始預型體與具有屬性不同于預型體的屬性的任何 二氧化硅棒進行焊接，例如焊接兩個不同摻雜的初始預型體。圖2和圖3示出初始預型體100以及固定的玻璃制品加工車床 支架200，其帶有通過夾具進行固定的二氧化硅棒210并且適合于固 定初始預型體100以給它涂包層從而形成可用在拉伸塔上的最終預 型體。初始預型體100是高純度二氧化硅；它是根據(jù)任何公知技術例 如通過二氧化硅管中的PCVD沉積來制成的。通常，初始預型體100 具有至少一個摻雜區(qū)域并且常常具有若干不同摻雜的環(huán)形區(qū)域。玻璃制品加工車床支架200的支撐二氧化硅棒210被調(diào)整，目 的是固定初始預型體100的一個末端從而在涂包層的操作期間驅(qū)動 它繞著其縱軸旋轉(zhuǎn)。初始預型體100的另一端已經(jīng)被焊接到玻璃制 品加工車床支架205的支撐二氧化硅棒215。如前面所解釋，支撐二 氧化硅棒210中的二氧化硅常常被污染并且是非摻雜的。初始預型 體100中的二氧化硅與支撐二氧化硅棒210中的二氧化硅之間的材 料差異導致不同的熱行為，其使將初始預型體IOO焊接到支撐二氧 化硅棒210變得復雜。本發(fā)明提出將二氧化硅顆粒投射并熔融在待焊接的每個末端 上，也即在支撐二氧化硅棒210的末端上和在初始預型體100的待 焊接的末端上。已經(jīng)在適當位置的涂包層裝置可用于實現(xiàn)這種對二 氧化硅顆粒的投射。實際上，涂包層可通過對二氧化硅顆粒進行等 離子沉積來實現(xiàn)。以本身就公知的方式，在靠近等離子體焰炬300 處提供用于饋送二氧化硅顆粒的管道。根據(jù)本發(fā)明，在沿著初始預型體進行涂包層的操作之前，通過 等離子體焰炬300將二氧化硅顆粒投射并熔融到待焊接的初始預型 體100的末端上以及到支撐二氧化硅棒210的末端上。出于成本考 慮，所投射的顆粒優(yōu)選地是天然二氧化硅顆粒，但是例如在預型體 自身是高度摻雜的條件下也可以使用輕微摻雜的二氧化硅顆粒。所 投射的顆粒被熔融在加熱的初始預型體IOO的末端上。于是純二氧 化硅顆粒與初始預型體100的末端中的摻雜二氧化硅進行混合，其 中初始預型體IOO的末端中的摻雜二氧化硅因為受熱的原因而軟化。 由此，在初始預型體100的一個末端上以及在支撐二氧化硅棒210 的末端上，也即在待焊接的每個部分上，生成了二氧化硅中的摻雜 梯度150。這種摻雜梯度150確保了待焊接的材料基本上具有相同的 熱屬性。因此，將初始預型體100焊接到支撐二氧化硅棒210上是通過該生成了摻雜梯度的焊接區(qū)域150來實現(xiàn)的，其提供了牢固且 可靠的焊接點。如前面所討論，使用根據(jù)現(xiàn)有技術的方法，因為污 染物擴散的原因，損失了初始預型體100的被焊接的末端，其不能 用于進行光纖拉伸。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，初始預型體的被顆粒 覆蓋的末端也不能用于進行光纖拉伸。因此，無論應用了什么焊接 方法，相同量的初始預型體100不能用于進行光纖拉伸。因此，通在本發(fā)明的一個實施例中，首先在初始預型體100的末端上和 在支撐二氧化硅棒210、 215的末端上形成了焊接區(qū)域150,并且在 第二步驟中使焊接區(qū)域150接觸以促成焊接。在本發(fā)明的另一實施例中，可以在生成焊接區(qū)域150的同時實 現(xiàn)將初始預型體100焊接到支撐二氧化硅棒210。這可以例如通過自 動機械來完成，該自動機械將初始預型體IOO朝著支撐二氧化硅棒 210、 215移動以使初始預型體100的末端更靠近支撐二氧化硅棒 210、 215的末端，而與此同時等離子體焰炬300將已投射的二氧化 硅顆粒熔融到初始預型體100的末端上和支撐二氧化硅棒210、 215 的末端上。為了形成在初始預型體100與支撐二氧化硅棒210之間形成強 粘結所需的焊接區(qū)域150而投射的二氧化硅顆粒量是有限的并且由 此形成根據(jù)本發(fā)明的這種焊接點的成本也是有限的。出于說明的目 的，圖2和圖3中的圖示出相對較大的焊接區(qū)域150，但是焊接區(qū)域 150量為數(shù)立方厘米，優(yōu)選的是l到5立方厘米，就足夠用于確保將 初始預型體100合適地粘著到支撐二氧化硅棒210。例如，對于33 毫米直徑的初始預型體100,大約3立方厘米的二氧化硅顆粒量就足 夠用于形成焊接區(qū)域150。在根據(jù)本發(fā)明的方法已經(jīng)將初始預型體100附著到玻璃制品加 工車床支架200、 205之后，可通過使用本身已公知的技術來對初始 預型體涂包層，諸如通過投射二氧化硅顆粒，其被熔融在初始預型 體100的表面上直到達到了最終預型體的目標直徑為止。一旦對初始預型體100涂上了包層并且完成了其他可能的處理步驟，則通過加熱在根據(jù)本發(fā)明的將初始預型體ioo與玻璃制品加工車床支架200、 205的支撐二氧化硅棒210、 215焊接起來的方法 期間所形成的焊接區(qū)域150,將最終預型體從玻璃制品加工車床支架 200、 205的支撐二氧化硅棒210、 215分開。在加熱焊接區(qū)域150 之后，在與焊接區(qū)域150的接頭處將最終預型體從玻璃制品加工車 床支架200、 205拉開。這種加熱和拉開操作在最終預型體的末端處 形成錐形物，該錐形物將被用作在拉伸塔上拉伸光纖的開始點。本發(fā)明的方法被用于可用的涂包層設備。等離子體焰炬300和 二氧化硅顆粒饋送管道是可獲得的，因為需要它們用于對初始預型 體100涂包層。另外，用于將初始預型體IOO焊接到玻璃制品加工 車床支架200的支撐二氧化硅棒210的步驟可以由在控制程序中做了稍微改變的專門進行涂包層操作的自動機械來整體地控制。由此， 焊接操作不需要許多人力資源并且提高了生產(chǎn)率。另外，因為與玻璃制品加工車床支架200、 205的支撐二氧化硅棒210、 215的劣質(zhì) 焊接的原因所造成的初始預型體100的破損風險被顯著降低了 。本發(fā)明的方法不限于所描述和所說明的例子和實施例；本發(fā)明 的方法特別地適用于焊接具有不同成分(例如導致顯著的粘性差異 的不同摻雜濃度)的任何二氧化硅棒。
權利要求
1.一種用于將初始預型體(100)的一端與具有不同屬性的二氧化硅棒(210、215)的一端焊接起來的方法，所述方法包括步驟在等離子體焰炬(300)下將二氧化硅顆粒投射并熔融到所述初始預型體(100)的末端上和所述二氧化硅棒(210、215)的末端上；以及使所述初始預型體(100)的末端與所述二氧化硅棒(210、215)的末端相接觸，以便在所述初始預型體(100)的末端與所述二氧化硅棒(210、215)的末端之間形成焊接區(qū)域(150)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述二氧化硅棒(210、 215)是用于給所述初始預型體(100)涂包層的玻璃制品加工車床 支架(200、 205 )的支撐二氧化硅棒(210、 215)。
3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述二氧化硅棒(210、 215)是另一初始預型體。
4. 根據(jù)權利要求1至3中的任何一項所述的方法，其中投射到 所述初始預型體(100 )的末端上和所述支撐二氧化硅棒(210、 215 ) 的末端上的所述二氧化硅顆粒是天然的二氧化硅。
5. 根據(jù)權利要求1至4中的任何一項所述的方法，其中將所述 初始預型體(100)的末端朝著支撐二氧化硅棒(210、 215)的末端 移動，與此同時所述等離子體焰炬(300)將所投射的二氧化硅顆粒 熔融到所述初始預型體(100)的末端和所述支撐二氧化硅棒(210、 215)的末端上。
6. 根據(jù)權利要求1至5中的任何一項所述的方法，其中形成了 1 cm3至5 cm3的焊接區(qū)域(150)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將初始預型體的一端與具有不同屬性的二氧化硅棒的一端焊接起來的方法，該方法包括步驟在等離子體焰炬下將二氧化硅顆粒投射并熔融在初始預型體的末端上和二氧化硅棒的末端上；以及使初始預型體的末端與二氧化硅棒的末端相接觸，以便在初始預型體的末端與二氧化硅棒的末端之間形成焊接區(qū)域。二氧化硅棒可以是用于將給初始預型體涂上包層的玻璃制品加工車床支架的支撐二氧化硅棒。通過本發(fā)明，可以以較低成本將初始預型體固定在玻璃制品加工車床支架上，同時限制了焊接點破損的風險。
文檔編號C03B37/01GK101274815SQ20081008853
公開日2008年10月1日 申請日期2008年3月27日 優(yōu)先權日2007年3月27日
發(fā)明者E·珀蒂弗雷爾, G·庫韋利爾, L·雅爾迪 申請人:德雷卡通信技術公司