一种适配微波等离子体焊接的导流保温装置的制作方法

本发明涉及光纤预制棒焊接，更具体地，涉及一种适配微波等离子体焊接的导流保温装置。

背景技术：

1、在传统的石英焊接工艺中，大部分采用氢氧焰来进行焊接，其具有高温能力，可以很迅速地将石英玻璃加热至焊接所需的温度，所以传统的石英焊接工艺并没有保温的需求。但氢氧焰焊接石英玻璃也有弊端，比如由于氢氧焰的高温作用，会导致石英玻璃中存在较大的热应力，而氢氧焰并不能采取一定的降温措施来给石英玻璃退火，这就会导致石英玻璃产生裂纹或者形变；氢氧焰中使用到了氢气，而氢气本身就是一种易燃易爆的气体，遇到明火、电火花等容易发生爆炸。

2、微波等离子体焊接光纤预制棒具有高温焊接、快速焊接、焊接强度高和适用范围广泛等优点，虽未被大规模应用于玻璃焊接领域，但其独特的焊接特点，奠定了其在未来光纤预制棒焊接领域的一席之地。

3、但微波等离子体焊接也存在如下一些缺陷：

4、1、等离子体热射流速速度过快，焊接无法有效通过热传导方式吸收热量。大部分热量是由空气对流换热带走，导致焊接时预制棒棒芯无法达到熔融状态，会造成焊接时棒体焊接区域温区轴向和径向温度梯度均过大，若非增加等离子功率的情况下很难保证棒芯充分熔接。

5、2、大直径(不小于50mm的直径)预制棒导热系数低，本身体积较大，所以吸收的热量在低功率(≤6kw)等离子体焰炬加热时，经实验验证，能达到的玻璃化状态有效深度小于20mm，导致预制棒的芯部无法吸收足够的热量而达到焊接所需的最低温度。

6、3、微波等离子焰炬所携热量利用率较低，绝大部分热量经等离子体热射流喷出后与空气直接进行热交换，无法有效地用于预制棒焊接制造。

技术实现思路

1、针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种适配微波等离子体焊接的导流保温装置，旨在解决如何采用较低功率的等离子体焰炬对较大直径的预制棒进行高可靠焊接的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种适配微波等离子体焊接的导流保温装置，包括：导流保温部和缩径部；

3、所述导流保温部，至少环绕包覆待焊接的两段预制棒的焊接端面区域，将从焊接端面间通过的微波等离子体焰炬导向其与预制棒棒体面间的间隙；

4、所述缩径部，包括第一缩径部和第二缩径部，分别连接所述导流保温部的两端，分别环绕包覆待焊接的两段预制棒的缩径部包覆区域；

5、所述缩径部与预制棒棒体面间的间隙的平均间隙距离小于所述导流保温部与预制棒棒体面间的间隙的平均间隙距离。

6、进一步地，所述导流保温部的材质为石英。

7、进一步地，还包括第一覆盖层；

8、所述第一覆盖层包裹覆盖于所述导流保温部的外表面；

9、所述第一覆盖层的材质为石墨。

10、进一步地，还包括第二覆盖层；

11、所述第二覆盖层包裹覆盖于所述第一覆盖层的外表面；

12、所述第二覆盖层的材质为硅酸铝。

13、进一步地，还包括第三覆盖层；

14、所述第三覆盖层包裹覆盖于所述第二覆盖层的外表面；

15、所述第三覆盖层的材质为不锈钢。

16、进一步地，还包括扩口部；

17、所述扩口部，包括第一扩口部和第二扩口部，分别连接所述第一缩径部和第二缩径部，分别环绕包覆待焊接的两段预制棒的扩口部包覆区域；

18、所述扩口部与预制棒棒体面间的间隙的平均间隙距离大于所述缩径部与预制棒棒体面间的间隙的平均间隙距离。

19、进一步地，所述待焊接的两段预制棒均为横截面直径相同的圆柱体状，且其横截面直径不小于50mm。

20、进一步地，所述微波等离子体焰炬的功率不超过6kw。

21、进一步地，所述焊接端面区域为以待焊接的两段预制棒的相距预设距离的焊接端面为两个底面的柱体空间；

22、所述缩径部包覆区域为所述缩径部在待焊接的两段预制棒上的投影所在的棒体区段；

23、所述扩口部包覆区域为所述扩口部在待焊接的两段预制棒上的投影所在的棒体区段。

24、进一步地，所述导流保温部的内壁空间呈圆柱体状。

25、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

26、(1)本发明设计的导流保温部使得焰流高温区域放大，热焰流通过导流的方式在导流保温部与棒体面间的间隙空间(焊接腔或焊接保温区)内回火，能够均匀包覆棒身，有效减少轴向和径向上的温差，最终可实现焊接部位同温场熔融焊接。热焰流通过焊接部位温降后经过两侧设计的缩径部，此时焊接腔内气体温度保持恒定，气体流速短时下降来实现焊接腔两端的热封保温效果。

27、(2)光纤预制棒本身的主要材料就是石英，焊接光纤预制棒时，高温会烧蚀光纤预制棒，而最内层保温材料选用石英材料就不会在烧蚀的过程中污染光纤预制棒，使得焊接出的光纤预制棒的纯度更高。

28、(3)保温材料从内到外依次选用的是石英、石墨、硅酸铝和不锈钢，是因为以上四种材料的热震性都极好，不会因为温度的突变而产生裂纹。且以上四种材料的线性膨胀系数都极小，不会互相挤压变形。四层保温材料的结构设计能更好地起到锁温的作用以及支撑整个导流保温装置的作用。

29、(4)扩口部的扩口的结构设计增加了排出气体与空气的接触面积，使得从缩径部快速喷出的气体的流速及温度迅速降低，一方面提高了焊接腔内的热交换效率，另一方面也能够有效避免高线度气体排出而聚热灼伤操作人员的情形。

30、(5)本发明的导流保温装置的整体的结构设计可实现采用较低功率(≤6kw)的等离子体焰炬来对直径不小于50mm的大直径预制棒进行可靠性焊接，提高了焊接强度，减小了拉伸脱棒的风险。

技术特征：

1.一种适配微波等离子体焊接的导流保温装置，其特征在于，包括：导流保温部和缩径部；

2.如权利要求1所述的适配微波等离子体焊接的导流保温装置，其特征在于，所述导流保温部的材质为石英。

3.如权利要求2所述的适配微波等离子体焊接的导流保温装置，其特征在于，还包括第一覆盖层；

4.如权利要求3所述的适配微波等离子体焊接的导流保温装置，其特征在于，还包括第二覆盖层；

5.如权利要求4所述的适配微波等离子体焊接的导流保温装置，其特征在于，还包括第三覆盖层；

6.如权利要求1所述的适配微波等离子体焊接的导流保温装置，其特征在于，还包括扩口部；

7.如权利要求1所述的适配微波等离子体焊接的导流保温装置，其特征在于，所述待焊接的两段预制棒均为横截面直径相同的圆柱体状，且其横截面直径不小于50mm。

8.如权利要求7所述的适配微波等离子体焊接的导流保温装置，其特征在于，所述微波等离子体焰炬的功率不超过6kw。

9.如权利要求6所述的适配微波等离子体焊接的导流保温装置，其特征在于，所述焊接端面区域为以待焊接的两段预制棒的相距预设距离的焊接端面为两个底面的柱体空间；

10.如权利要求1所述的适配微波等离子体焊接的导流保温装置，其特征在于，所述导流保温部的内壁空间呈圆柱体状。

技术总结本发明公开了一种适配微波等离子体焊接的导流保温装置，包括：导流保温部和缩径部；导流保温部至少环绕包覆待焊接的两段预制棒的焊接端面区域，将从焊接端面间通过的微波等离子体焰炬导向其与预制棒棒体面间的间隙；缩径部包括第一和第二缩径部，分别连接导流保温部的两端，分别环绕包覆待焊接的两段预制棒的缩径部包覆区域；缩径部与预制棒棒体面间的间隙的平均间隙距离小于导流保温部与预制棒棒体面间的间隙的平均间隙距离。本发明通过导流保温部配合缩径部的结构设计，可将微波等离子体焰炬产生的大部分热量“锁定”，能够将焰炬导流并均匀地包覆在需要焊接的预制棒端面上，从而提升了焊接过程中的热量传递效果，提高了焊接质量和效率。技术研发人员：黄巍,潘泉,凃振宇,童维军,邓泉荣,姚帅受保护的技术使用者：武汉市飞瓴光电科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/16