一种石英管自动封管装置的制作方法

本实用新型涉及一种石英管自动封管装置，属于石英管的封口领域。

背景技术：

在磷化铟单晶生长、多晶合成、砷化镓单晶生长、多晶合成等晶体技术领域中，因为石英材质有耐高温、耐腐蚀、价格低等优良特性，因此都会使用石英管作为生长和合成的容器。使用时，都需要先把石英管内抽真空，再采用氢氧焊枪把管口封住，防止在生长过程中原料被污染和泄漏。

目前的晶体生长中，石英管的封口采用人工封管，当管径超过90mm时，需要两人配合封管，通常采用氢氧焊枪将石英管和封帽烧融化，并焊接在一起，达到密封的效果。人工焊接中会存在以下问题：(1)由于氢气的使用，会有回火爆炸的风险；(2)亮度太高，焊接工人需要佩戴防强光护目罩，不利于焊接；(3)焊接工人需要佩戴防护用具，而焊接中由于高温辐射，周围温度比较高，尤其是炎热的夏天，工人的工作环境非常差，容易烫伤或中暑；(4)每个人的焊接技术不统一，会有应力裂管的风险，且焊接的质量控制不好，会加大生长过程中爆管的风险；(5)焊接事故率高，易造成石英管、人工、原辅料的浪费。

技术实现要素：

本实用新型提供一种石英管自动封管装置，实现了石英管的自动封管，确保了封管的质量，提高了封管的稳定性和效率，解决了人工封管存在的人为因素的影响，达到封管质量统一；避免工人与高温火焰和氢气等危险因素直接接触，可以有效的避免烫伤、中暑、爆炸等生产事故的发生，减少了资源浪费；降低了工人的劳动强度。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种石英管自动封管装置，包括依次相接的真空抽取段、焊接段和支撑段；

焊接段包括焊枪、环形轨道、安装底座、轨道滑块、定位底板、固定卡套和驱动装置；安装底座包括安装环和支撑安装环的座体，环形轨道安装在安装环的正侧、且环形轨道与安装环同轴线设置；焊枪、固定卡套、定位底板和轨道滑块均有两个以上、且三者数量相等、一一对应；所有的轨道滑块均滑动连接在环形轨道上，驱动装置驱动轨道滑块在环形轨道上滑动；固定卡套通过对应的定位底板安装在对应的轨道滑块上，焊枪安装在固定卡套上、且焊枪的枪头指向环形轨道的圆心；

支撑段包括支撑架和加热套，加热套安装在支撑架上，加热套内侧设有加热腔，加热套靠近焊接段一侧侧壁上设有与加热腔贯通的插入孔，插入孔与环形轨道同轴线设置；

真空抽取段包括真空泵和连接管，连接管一端与真空泵连通、另一端穿过环形轨道和安装底座与加热套上的插入孔对接连通。

焊接段中，驱动装置驱动驱动轨道滑块在环形轨道上滑动，进而带动焊枪在环形轨道上滑动。

上述同轴线设置，指不同部件轴线的延长重合。安装环的正侧，指安装环靠近真空抽取段的一侧，另一端为背侧。

使用时，按照如下步骤操作：把装好料的石英管穿过环形轨道与安装环，从插入孔插入加热套的加热腔中，将真空抽取段的连接管对接在石英管端部、实现对石英管的定位和抽真空，石英管上需要封管的位置正对焊枪的枪头；焊枪的枪头指向石英管，设置好焊枪氢气和氧气的气流量，达到预热时候火焰强度800-900摄氏度，封焊时火焰温度达到最强1300-1600摄氏度，退火时火焰强度逐渐减小直至关火；打开真空泵，把石英管内的真空度抽至10-4pa，同时加热石英管到原料脱氧的温度(250摄氏度以下)；开启驱动装置、打开焊枪，在驱动装置的驱动下，焊枪在环形轨道上沿周向滑动，进而完成石英管沿周边的自动封管，封管结束，停止加热和抽真空，打开放气阀门，取下石英管，封管完成。

作为本申请一种优选的实现方式，驱动装置包括外齿轴承、伺服电机、第一驱动齿轮和第二驱动齿轮；外齿轴承的内圈固定在安装环的背侧；将外齿轴承宽度方向上与安装环相邻的一端定义为前端、另一端定义为后端，第一驱动齿轮啮合在外齿轴承外圈的后端、并通过伺服电机驱动；第二驱动齿轮的数量与轨道滑块的数量相等、且一一对应；第二驱动齿轮啮合在外齿轴承外圈的前端，第二驱动齿轮通过连接件连接对应的轨道滑块、并驱动应的轨道滑块在环形轨道上滑动。

伺服电机带动第一驱动齿轮转动，进而驱动外齿轴承外圈转动，进而带动第二驱动齿轮转动，进而驱动应的轨道滑块在环形轨道上滑动。

伺服电机根据现场的情况，可安装在加热套顶部，也可搭建其他安装支架或安装在其它平台上，电机安装是非常成熟的现有工艺，此处不再赘述。外齿轴承包括内圈和外圈，且外圈可相对内圈转动。

作为本申请一种实现方式，轨道滑块与环形轨道之间通过相互匹配的ω形的凹槽凸起滑动配合。

为了降低成本，同时确保封管质量，优选，焊枪有两把，每把焊枪上枪头有6-12个。焊接时，每把焊枪各转动半圈，即可完成焊接。多枪头焊枪的选择可提高焊接效率。

为了便于焊枪位置的调整，定位底板上设有两组以上的安装孔，固定卡套通过螺栓安装在定位底板上的其中一组安装孔上。

上述真空抽优选为涡轮分子泵。

为了方便控制真空度，连接管上设有真空计。

为了提高加热效率，上述加热腔为圆柱形，插入孔设在加热腔轴向的一端。这样加热腔与石英管的外形相互匹配，利于提高加热效率。

本实用新型未提及的技术均参照现有技术。

本实用新型石英管自动封管装置，实现了石英管的自动封管，确保了封管的质量，解决了人工封管存在的人为因素的影响，达到封管质量统一；避免工人与高温、高亮火焰和氢气等危险因素直接接触，可以有效的避免烫伤、中暑、爆炸等生产事故的发生，减少了资源浪费；降低了工人的劳动强度，提高了封管的为稳定性和封管效率。

附图说明

图1为实施例1中石英管自动封管装置结构示意图；

图2为实施例2中驱动装置结构示意图；

图3为实施例4中两把焊枪的使用状态图；

图4为图3中a处放大示意图；

图5为实施例4中安装底座结构示意图；

图中，1为真空抽取段，11为真空泵，12为连接管，13为真空计，2为焊接段，21为焊枪，211为氧气，212为氢气，22为环形轨道，23为安装底座，231为安装环，232为座体，24为轨道滑块，25为定位底板，26为固定卡套，27为驱动装置，271为外齿轴承，2711为内圈，2712为外圈，272为伺服电机，273为第一驱动齿轮，274为第二驱动齿轮，3为支撑段，31为支撑架，32为加热套，321为加热腔，4为石英管。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。

本申请“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等方位词为基于附图所示或使用状态时的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

实施例1

如图1所示，一种石英管4自动封管装置，包括依次相接的真空抽取段1、焊接段2和支撑段3；

焊接段2包括焊枪21、环形轨道22、安装底座23、轨道滑块24、定位底板25、固定卡套26和驱动装置27；安装底座23包括安装环231和支撑安装环231的座体232，环形轨道22安装在安装环231的正侧、且环形轨道22与安装环231同轴线设置；焊枪21、固定卡套26、定位底板25和轨道滑块24均有两个以上、且三者数量相等、一一对应；所有的轨道滑块24均滑动连接在环形轨道22上，驱动装置27驱动轨道滑块24在环形轨道22上滑动；固定卡套26通过对应的定位底板25安装在对应的轨道滑块24上，焊枪21安装在固定卡套26上、且焊枪21的枪头指向环形轨道22的圆心；

支撑段3包括支撑架31和加热套32，加热套32安装在支撑架31上，加热套32内侧设有加热腔321，加热套32靠近焊接段2一侧侧壁上设有与加热腔321贯通的插入孔，插入孔与环形轨道22同轴线设置；

真空抽取段1包括真空泵11和连接管123，连接管123一端与真空泵11连通、另一端穿过环形轨道22和安装底座23与加热套32上的插入孔对接连通。

使用时，按照如下步骤操作：把装好料的石英管4穿过环形轨道22与安装环231，从插入孔插入加热套32的加热腔321中，石英管4上需要封管的位置正对焊枪21的枪头；焊枪21的枪头指向石英管4，设置好焊枪21氢气212和氧气211的气流量，达到预热时候火焰强度800-900摄氏度，封焊时火焰温度达到最强1300-1600摄氏度，退火时火焰强度逐渐减小直至关火；打开真空泵11，把石英管4内的真空度抽至10-4pa，同时加热石英管4到原料脱氧的温度(250摄氏度以下)；开启驱动装置27、打开焊枪21，在驱动装置27的驱动下，焊枪21在环形轨道22上沿周向滑动，进而完成石英管4沿周边的自动封管，封管结束，停止加热和抽真空，打开放气阀门，取下石英管4，封管完成。

实施例2

在实施例1的基础上，进一步作了如下改进：如图2所示，驱动装置27包括外齿轴承271、伺服电机272、第一驱动齿轮273和第二驱动齿轮274；外齿轴承271的内圈2711固定在安装环231的背侧；将外齿轴承271宽度方向上与安装环231相邻的一端定义为前端、另一端定义为后端，第一驱动齿轮273啮合在外齿轴承271外圈2712的后端、并通过伺服电机272驱动；第二驱动齿轮274的数量与轨道滑块24的数量相等、且一一对应；第二驱动齿轮274啮合在外齿轴承271外圈2712的前端，第二驱动齿轮274通过连接件连接对应的轨道滑块24、并驱动应的轨道滑块24在环形轨道22上滑动。伺服电机272带动第一驱动齿轮273转动，进而驱动外齿轴承271外圈2712转动，进而带动第二驱动齿轮274转动，进而驱动应的轨道滑块24在环形轨道22上滑动。

实施例3

在实施例2的基础上，进一步作了如下改进：如图2所示，轨道滑块24与环形轨道22之间通过相互匹配的ω形的凹槽凸起滑动配合；如图3所示，焊枪21有两把，每把焊枪21上枪头有12个。焊接时，每把焊枪21各转动半圈，即可完成焊接。多枪头焊枪21的选择可提高焊接效率。

实施例4

在实施例3的基础上，进一步作了如下改进：如图4所示，为了便于焊枪21位置的调整，定位底板25上设有两组以上的安装孔，固定卡套26通过螺栓安装在定位底板25上的其中一组安装孔上。真空抽为涡轮分子泵，连接管123上设有真空计13。为了提高加热效率，上述加热腔321为圆柱形，插入孔设在加热腔321轴向的一端。这样加热腔321与石英管4的外形相互匹配，利于提高加热效率。如图5所示，安装底座23包括安装环231和支撑安装环231的座体232。

采用上述装置的封管步骤如下：(1)把装好料的石英管4穿过环形轨道22与安装环231，从插入孔插入加热套32的加热腔321中，设置好加热温度，石英管4上需要封管的位置正对焊枪21的枪头；(2)调整封管位置，并根据石英管4外径调整好焊枪21枪头与石英管4的距离达到20-40mm；(3)设置好焊枪21氢气212和氧气211的气流量，达到预热时候火焰强度达800-900摄氏度，封焊时火焰温度达到最强1300-1600摄氏度，退火时火焰强度逐渐减小直至关火；(4)设置伺服电机272的参数，使两把焊枪21沿着半圆的轨迹来回运动，速度达到5mm/s-10mm/s，并使两把焊枪21运动全覆盖石英管4圆周；(5)开启真空泵11，把石英管4内的真空度抽至10^-4pa，同时打开加热套32，加热石英管4到原料脱氧的温度，250摄氏度以下；(6)开启伺服电机272，使装置按照预先设置好的参数进行自动封管，封管结束，停止加热和抽真空，打开放气阀门，取下石英管4，封管完成，上述自动封管与人工封管的性能比较见表1。

表1人工封管和自动封管的性能比较

经长期试验验证，自动封管质量更加稳定，能达到甚至超过人工封管的耐压强度，达到外压1mpa完好无损，完全可以替代人工封管，达到更智能化、更高效、更安全、成本更低的效果。