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浅析水下光电复合缆中不锈钢松套管质量的控制
一、引言
      水下光电复合缆是敷设江河、湖泊的光缆。其敷设于水下,要求具有非常好的密封不透水性能,采用钢/聚乙烯粘结护套、钢丝铠装结构,由用于供电的馈电线和不锈钢松套管光单元组成。其中,馈电线主要用于提供电能给水下仪器仪表,光纤则用于上传水下仪器仪表的采集信息和传送机房的控制指令。其工作示意图如图1所示。

图1   水下光电复合缆工作示意图
      由于水下光电复合缆深水敷设,要求缆绳能承受敷设和打捞光缆时的抗拉、抗侧压性能以及并能防潮、防水、防腐蚀等。故选用不锈钢松套管作为水下光电复合缆的光单元,不锈钢管以其优越的机械性能和耐腐蚀性能被广泛运用于OPGW、OPPC、海底电缆、测井光缆等缆绳中。不锈钢松套管作为水下光电复合缆的关键部件,其作用是保护内部的光纤不受外界因素的干扰,为正常通信提供极为可靠的保障,严格控制不锈钢松套管在生产过程中各个参数,保证光纤余长,才能生产出符合设计要求的产品。
 
二、水下光电复合缆中不锈钢束松套管的生产流程
      水下光电复合缆中不锈钢松套管生产流程示意图如图2所示,其核心部分是不锈钢松套管的成型、焊接、不锈钢松套管的缩径拉拔及光纤余长的形成。光纤、油膏通过导入装置引入预成型的不锈钢带中,经完全成型、连续激光焊接使之成为不锈钢松套管。两次缩径拉拔缩小了不锈钢管的外径, 提高生产速度,并改变和提高了不锈钢管的机械物理性能。

图2  不锈钢松套管生产流程示意图
 
三、水下光电复合缆中不锈钢束松套管质量控制
      1、光纤余长控制
      为保证水下光电复合缆在敷设后光纤不受力,光纤在套管中必须有一定的富余度,实际上光纤在套管中成螺旋分布的。光缆在受到外力或温度变化时,光纤的余长会时长时短,导致光纤损耗产生变化。
首先,光纤的余长受到光纤放线张力的影响,增大光纤的放线张力会使单轮牵引前的光纤受力增大,同时光纤拉伸产生应变也增大,形成较大的负余长,这样通过单轮牵引后将会抵消部分的光纤余长,从而使光纤的余长总量减小,而且减少量和放线张力成正比关系。通过实验,在不改变其它生产条件的情况下,在0.2~1N范围内改变放线张力的大小,实验结果如图3所示。

图3   放线张力对余长的影响
      通过试验可以得出,光纤余长的减小量和放线张力成线性关系。即当放线张力增大时光纤余长减小,反之光纤余长增大。
      此外,油膏的粘度也对光纤余长有一定的影响,当油膏填充度较低时光纤余长较小,反之光纤余长较大。其原因是由于光纤本身受一定的张力拉伸,在光纤经过单轮牵引时,光纤会向钢管偏向单轮牵引的内壁移动,造成单轮牵引上不锈钢束管光纤的长度小于钢管的长度,会导致光纤余长的变小,如果填充充足的油膏,会阻碍光纤的移动,从而减小光纤余长的变小。但是实际生产中,除产品工艺明确规定,油膏的填充度不可随意更改。
      同时油膏的物理性能也会影响光纤余长。不锈钢束管一般是经过一级或二级拉拔以后,生产出不同规格的成产品。这样在生产过程中,光纤将会和拉拔前的钢管不同步,产生一个速度差,而油膏则会和钢管的速度相对一致,这样光纤将会和钢管内的油膏产生相对滑动。当选取油膏的粘度大、流动性差时,光纤将要克服较大的摩擦阻力,从而增大光纤的受力,导致光纤的应变增大,产生较大的负余长,使最终的光纤余长变小。
      2、焊接质量的控制
      不锈钢松套管仅有油膏保护光纤,如表面存在细微的损伤,将直接影响光纤的传输性能。由于不锈钢松套管生产过程中因为存在缩径拉拔工序,所以对不锈钢管的激光焊接质量是某种程度的考验,焊接质量不佳的不锈钢松套管则会在拉拔过程中暴露出问题。如不锈钢带表面有污迹造成焊接不充分、存在微量缺陷等各种因素,在形成光缆后会存在质量隐患。存在的微量会使OH-或H-离子直接侵入不锈钢管内,对光纤产生危害而造成光纤传输性能的下降。为提高不锈钢带的焊接质量,不锈钢松套管在焊接前应经过一系列处理措施。首先,应保持整条生产线及不锈钢带的清洁,利用洁净纱布及相关清洗剂清洁不锈钢带。其次,对经过对接的不锈钢带在焊接前可在线进行切边处理,良好的不锈钢带边是保证焊接质量的前提,为了使焊接时的焊缝稳定,不出现左右晃动,通常采用一个夹块将不锈钢管压在与成型模具在同一水平的铜块上,经过此装置可提高焊接时焊缝的稳定性从而提高焊接质量。并且,在焊接时必须使用惰性气体保护以防止焊缝氧化等问题。
 
四、结束语
     水下光电复合缆由于需要承受敷设和打捞光缆时较大的抗拉、抗侧压性能,故对不锈钢松套管质量要求较高,随着不锈钢松套管工艺的不断提高,新的质量控制方法将不断出现,以完善不锈钢松套管在水下光电复合缆中运行的高可靠性和高稳定性。                                
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