一种改善预制棒应力的退火装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种改善预制棒应力的退火装置，包括塔架、退火炉和夹具平台，塔架上安装有退火炉，塔架的上部设置夹具平台，夹具平台可相对于塔架上下滑动；退火炉包括外罩、保温层、炉芯管、加热装置、盖板和底板，炉芯管包括上下分布的第一炉芯管和第二炉芯管，保温层和外罩均由上下竖直分布的四部分组成，每部分之间留有间隙，预制棒烧结结束后，转移至夹具平台处并与之固定连接，通过夹具平台向下滑动进入退火炉内进行退火操作；本发明专利技术还提供一种改善预制棒应力的退火方法，采用升温‑恒温‑降温的退火工艺。本发明专利技术可有效去除预制棒的残余应力和气泡，提升拉丝合格率，同时当预制棒意外坠落时，只需要更换下部炉心管即可，节省炉心管成本。

An annealing device and method for improving the stress of preform

【技术实现步骤摘要】
一种改善预制棒应力的退火装置和方法
本专利技术属于光纤预制棒制造和研发
，具体涉及一种改善预制棒应力的退火装置和方法。
技术介绍
从20世纪70年代末期以来，美国Corning公司开发出了适合光纤大规模生产的管外汽相沉积法工艺，其后OVD工艺（管外汽相沉积法）又有不断改进，目前已开发出第7代工艺，使生产效率得到极大提高，生产成本大幅度降低。日本NTT推出了汽相轴相沉积法工艺，早期光纤预制棒的生产均采用“一步法”，即通过选定的工艺技术直接进行预制棒芯层及包层的生产，该方法受外围技术设备和工艺技术本身的制约，生产出的预制棒单棒可拉丝长度受到了极大地限制，妨碍了生产效率的提高。目前，预制棒的生产多采用“两步法”复合工艺技术，即先制造预制棒芯棒，然后在芯棒外采用不同技术制造外包层或直接套管，在不影响光纤性能的同时增加预制棒单棒可拉丝长度，提高生产效率，降低光纤生产成本。目前VAD（汽相轴向沉积法）+OVD（管外汽相沉积法）是最常用的预制棒制备方法。VAD沉积工艺制备的多孔疏松体体经过高温烧结，SiO2微粒间相互接触的部位先液化，并逐渐排除颗粒间隙气体，最终相互熔融，收缩成闭孔，然后闭孔继续收缩直至消失，制备出无气泡的透明的芯棒烧结体。一次成型的VAD芯棒烧结体都不可能做的太长，因此需要将芯棒烧结体拉伸到所需直径，再进入外包层工序。芯棒的质量直接关系到光纤预制棒和光纤光缆的质量，在芯棒的生产和加工过程中芯棒内部及表面的纯度或受污染程度对芯棒的质量有很大的影响。OVD（管外汽相沉积法）将一根芯棒在水平车床上沿纵轴旋转并往复移动，将高纯度的原料化合物，如SiCl4，GeCl4等，通过氢氧焰或甲烷焰火炬喷到芯棒上，高温下水解产生的氧化物玻璃微粒粉尘，沉积在芯棒上，最终形成多孔预制棒疏松体，沉积结束后，将多孔预制棒疏松体送入高温烧结炉内，在1100~1200℃的高温下，进行脱水处理，即在氯气的作用下将预制棒疏松体中的羟基置换出来，然后在1450~1600℃的高温环境下烧缩成透明的无气泡的预制棒；最后进行退火处理以消除残余应力和残留的He。在烧结的过程中SiO2微粒间相互接触的部位先液化，并逐渐排除颗粒间隙气体，最终相互熔融，收缩成闭孔，然后闭孔继续收缩直至消失，制备出无气泡的透明的预制棒。传统的预制棒退火过程退火温度太低或者退火时间太短，退火结束后直接从退火炉内提出，随室温自然冷却，因炉内温度和炉外的温度差异较大，预制棒的表面温度和预制棒的内部温度有较大的温度差，在热胀冷缩的作用机理下，预制棒的芯棒和把棒接口处容易产生微裂纹，个别情况下会导致裂纹扩展，预制棒从芯棒和把棒接口处发生开裂，导致预制棒坠落炉心管。此外，采用恒温退火工艺进行退火的预制棒残余应力较大，预制棒虽经过长时间退火，棒身内部仍有较多的肉眼不可见的小气泡，在后续的运输和拉丝过程中气泡在高温条件下会导致光纤强度降低从而发生“拉丝塔断”现象，容易产生开裂和气线，含有气线的光纤制造成光缆，在光缆施工熔接过程中，容易发生无法融接或“炸缆”现象，造成重大质量事故；同时，若退火温度和升降温速度不合理会导致预制棒芯层和包层界面易析晶产生白色不透明组织影响预制棒强度，在拉丝过程中易塔断。因此对光纤预制棒的退火工艺的摸索显得尤其重要，需要一种有利于去除预制棒残余应力的退火装置和方法，通过调节退火工艺有效的去除预制棒的残余应力和小气泡，避免在后续的运输和拉丝过程中出现开裂和塔断，有效的提升拉丝合格率。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是针对现有技术的不足，而里氏硬度精度不高的问题，提供一种改善预制棒应力的退火装置；本专利技术的第二目的是提供一种改善预制棒应力的退火方法。本专利技术采用以下技术方案：一种改善预制棒应力的退火装置，包括塔架、退火炉和夹具平台，所述塔架上安装有退火炉，塔架的上设置夹具平台，所述夹具平台可相对于塔架沿竖直方向上下滑动；所述退火炉包括外罩、保温层、炉芯管、加热装置、盖板和底板，所述炉芯管分为上下两部分组装的第一炉芯管和第二炉芯管，所述保温层和外罩均由上下竖直分布的四部分组成，每部分之间留有间隙以便于热量的扩散；预制棒烧结结束后，转移至夹具平台处并与之固定连接，通过夹具平台相对于塔架向下滑动，进入退火炉内进行退火操作。进一步的，所述塔架上设置有固定轴承座、支撑轴承座和丝杆，所述固定轴承座设置在塔架下部，支撑轴承座设置在塔架上部，丝杆设置在固定轴承座与支撑轴承座之间，并与固定轴承座和支撑轴承座转动连接，丝杆与水平面垂直，夹具平台与丝杠螺母固定连接，所述夹具平台可随着丝杆的转动进行上下滑动；所述塔架上还设置有两根导轨，相应的，夹具平台两侧设置有与两根导轨相适配的导轨滑块，夹具平台可沿着导轨上下滑动，起到稳定装置的作用。进一步的，所述导轨滑块包括滑块、若干个调节螺钉和若干个固定螺钉，所述调节螺钉水平固定在夹具平台上，滑块穿过调节螺钉并可在调节螺钉上滑动，当滑到所要求位置时，通过所述固定螺钉将滑块与调节螺钉固定，实现了夹具平台可在一定范围内水平移动，便于调节预制棒与退火炉同心度一致；所述丝杆为滚珠丝杆，并设置有自动注油润滑装置，可减小丝杆上下运动的负载；所述夹具平台与丝杠螺母通过内六角螺钉固定连接。进一步的，所述塔架为铝型材，铝型材之间通过螺栓连接固定，质轻但结构牢固；所述导轨为铝合金材质；所述炉芯管材质为GE214高纯石英。进一步的，所述加热装置为金属电阻丝，位于炉心管和保温层之间，由上下四部分组成。进一步的，所述外罩的四个部分之间由连接栓和六角螺丝固定连接；所述底板通过底板固定螺丝固定连接在退火炉上。进一步的，所述退火炉内设置有温度传感器，便于温度的实时反馈，保证预制棒按照设定的升温速度进行升温；所述塔架还上设置有限位传感器。一种根据上述改善预制棒应力的退火装置的退火方法，包括以下步骤：步骤一、预制棒烧结结束后，由操作员使用运输预制棒的小车将预制棒转移至夹具平台下方，并通过转接头与挂棒夹具固定连接；步骤二、打开退火炉盖板，控制丝杆转动，夹具平台沿着导轨向下滑动，进而带动预制棒缓慢下滑直至进棒到退火炉内，盖上盖板；步骤三、预制棒进入退火炉后，先在650℃保温20分钟，以保证预制棒的内部和表面温度达到一致；保温结束后，加热装置开始持续加热，直到炉内温度达到1050℃，在1050℃温度下保温退火处理15h，随后降温至650℃保温20分钟；保温结束后，预制棒退火结束；步骤四、退火结束后，打开退火炉盖板，控制丝杆转动，夹具平台向上滑动，进而带动预制棒向上运动，直至将预制棒从退火炉内提出，随后将预制棒在室温环境下进行冷却。进一步的，步骤三中，所述加热装置加热使退火炉内以3℃/min的速度升温，当温度传感器检测温度达到1050℃后，加热装置停止加热，当温度传感器反馈温度低于1050℃时，加热装置恢复加热，以保证预制棒在1050℃下进行保温退火处理；所述降温过程使退火炉内以2℃/min的速度降温，当温度传感器反馈温度达到650℃时，预制棒在650℃温度下保温20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改善预制棒应力的退火装置，其特征在于，包括塔架（1）、退火炉（14）和夹具平台（7），所述塔架（1）上安装有退火炉（14）和夹具平台（7），夹具平台（7）设置在退火炉（14）上方，所述夹具平台（7）可相对于塔架（1）沿竖直方向上下滑动；所述退火炉（14）包括外罩（21）、保温层（17）、炉芯管、加热装置（6）、盖板和底板，所述炉芯管分为上下两部分组装的第一炉芯管（18）和第二炉芯管（20），所述保温层（17）和外罩（21）均由上下竖直分布的四部分组成，每部分之间留有间隙以便于热量的扩散；预制棒（19）烧结结束后，转移至夹具平台（7）处并与之固定连接，通过夹具平台（7）相对于塔架（1）向下滑动，进入退火炉（14）内进行退火操作。/n

【技术特征摘要】
1.一种改善预制棒应力的退火装置，其特征在于，包括塔架（1）、退火炉（14）和夹具平台（7），所述塔架（1）上安装有退火炉（14）和夹具平台（7），夹具平台（7）设置在退火炉（14）上方，所述夹具平台（7）可相对于塔架（1）沿竖直方向上下滑动；所述退火炉（14）包括外罩（21）、保温层（17）、炉芯管、加热装置（6）、盖板和底板，所述炉芯管分为上下两部分组装的第一炉芯管（18）和第二炉芯管（20），所述保温层（17）和外罩（21）均由上下竖直分布的四部分组成，每部分之间留有间隙以便于热量的扩散；预制棒（19）烧结结束后，转移至夹具平台（7）处并与之固定连接，通过夹具平台（7）相对于塔架（1）向下滑动，进入退火炉（14）内进行退火操作。


2.根据权利要求1所述的改善预制棒应力的退火装置，其特征在于，所述塔架（1）上设置有固定轴承座（2）、支撑轴承座（9）和丝杆（8），所述固定轴承座（2）设置在塔架（1）下部，支撑轴承座（9）设置在塔架（1）上部，丝杆（8）设置在固定轴承座（2）与支撑轴承座（9）之间，并与固定轴承座（2）和支撑轴承座（9）转动连接，丝杆（8）与水平面垂直，夹具平台（7）与丝杠螺母固定连接，所述夹具平台（7）可随着丝杆（8）的转动进行上下滑动；所述塔架（1）上还设置有两根导轨（10），相应的，夹具平台（7）两侧设置有与两根导轨（10）相适配的导轨滑块，夹具平台（7）可沿着导轨（10）上下滑动，起到稳定装置的作用。


3.根据权利要求2所述的改善预制棒应力的退火装置，其特征在于，所述导轨滑块包括滑块（11）、若干个调节螺钉（12）和若干个固定螺钉（13），所述调节螺钉（12）水平固定在夹具平台（7）上，滑块（11）穿过调节螺钉（12）并可在调节螺钉（12）上滑动，当滑到所要求位置时，通过所述固定螺钉（13）将滑块（11）与调节螺钉（12）固定，实现了夹具平台（7）可在一定范围内水平移动，便于调节预制棒（19）与退火炉（14）同心度一致；所述丝杆（8）为滚珠丝杆，并设置有自动注油润滑装置（4），可减小丝杆（8）上下运动的负载。


4.根据权利要求2所述的改善预制棒应力的退火装置，其特征在于，所述塔架（1）为铝型材，铝型材之间通过螺栓连接固定；所述导轨（10）为铝合金材质；所述炉芯管材质为GE214高纯石英；
根据权利要求1所述的改善预制棒应力的退火装置，其特征在于，所述加热装置（6）为金属电阻丝，位于炉心管和保温层（17）之间，由上下四部分组成。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈小平，崔德运，杨意，何炳，戴世亚，朱坤，
申请(专利权)人：江苏通鼎光棒有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32