Как происходит сварка оптоволокна?

Предлагаем практическое руководство по сварке оптоволоконных кабелей. Материал будет полезен новичкам в сварочном деле и всем, кто желает расширить свои знания в электротехнике. В статье описываем, какие есть типы оптических кабелей и инструменты для их сварки. Также предлагаем пошаговую инструкцию по сварочным работам.

Особенности оптоволокна

Строение и преимущества

Оптоволоконный кабель имеет многослойную структуру. В основе — тончайшие прозрачные нити-световоды, которые уложены в трубчатые оптические модули. Оптоволокно способно передавать сигнал в видимом или инфракрасном диапазоне на большие расстояния.

Прозрачная оболочка защищает сердцевину от внешних воздействий и обеспечивает полное внутреннее отражение света. За счет этого провод удерживает световые волны в пределах сердцевины и позволяет сохранить сигнал в неизменном виде до самого приемника. Также конструкция кабеля содержит несущие, упрочняющие элементы и влагозащитные материалы.

К преимуществам ВОЛС относятся высокая скорость передачи данных, низкое энергопотребление, компактность, малый вес и надежная защита от электромагнитных помех. Благодаря своим достоинствам проводники широко используются для организации современных сетей связи и телекоммуникаций, а также для подключения медицинских и научных приборов.

Разновидности

В зависимости от материала сердцевины оптические кабели подразделяются на модели GOF из кварцевого стекла и POF из прозрачных пластиковых полимеров. Диаметр оптоволокна может быть разной величины, что также определяет тип проводника:

• Мономодовый (одномодовый) кабель (SM). Содержит сердцевину диаметром 8 — 10 мкм. Световой луч (мод) в нем распространяется только по одному пути и не отклоняется от траектории. Это обеспечивает высокую пропускную способность, минимальное затухание сигнала и возможность его передачи без искажения формы на значительные расстояния и с большой скоростью.
• Многомодовый кабель (FM). Имеет сердцевину диаметром до 50 (62,5) мкм и одновременно пропускает несколько модов. Лучи от передатчика идут зигзагом с различным шагом, из-за чего сигнал менее точный и имеет небольшие искажения. Конструкция надежная и имеет высокую производительность.

Мономодовые проводники благодаря высокой точности передачи сигнала используются для построения магистральных интернет-сетей и междугородных телекоммуникационных линий. Многомодовые кабели в основном применяются для прокладки локальных сетей и линий в серверных центрах.

Строение защитных оболочек зависит от способа укладки кабелей. Самая простая конструкция у проводников для внутреннего монтажа. Они оснащены защитным полимерным покрытием. Кабели для применения в других условиях имеют оболочки со специальными характеристиками:

• для укладки в грунт — защитное покрытие из оцинкованной стальной проволоки;
• для канализации — броню из стальной гофрированной ленты;
• для опор ЛЭП — грозозащиту.

У подводных кабелей многослойное покрытие, исключающее повреждения и проникновение влаги. Подвесные модели оснащены кевларовым или стальным тросом.

Какие инструменты и расходники нужны для сварки

Сварочный аппарат

Для сварки оптического волокна используются специальные аппараты. Они позволяют соединить кабели путем нагрева их концов и последующего сращивания. Обеспечивают высокую точность и оперативно работы, помогают создавать надежные коммуникационные сети.

Аппарат для сварки оптоволокна содержит дугу и нагреватель для расплавления термоусадочного материала изоляционной муфты. Центровочный механический узел выполняет перемещение оптоволокна в вертикальном и горизонтальном направлениях с помощью сервомоторов. Микропроцессор управляет процессом пайки и позволяет контролировать качество сварного соединения. Цветной ЖК-дисплей отображает все рабочие показатели.

Качественная сварка оптического кабеля получается при условии точного совпадения центров соединяемых проводников. В зависимости от способа сведения (юстировки) выделяют сварочные аппараты с выравниванием по V-образным канавкам и по сердцевине. В оборудовании используются технологии PAS — юстировка по профилю волокна, LID — локальный ввод оптического излучения и его обнаружение, CDS — детектирование сердцевины.

По степени автоматизации аппараты для сварки оптических волокон подразделяются на модели с ручным управлением, полуавтоматические и автоматические с микропроцессорной системой. Ручное оборудование требует высокой квалификации мастера. Чаще всего для работы используют полуавтоматические модели, где оператор укладывает провод и двигает его к месту сварки, а стыковку выполняет аппарат.

Другое оборудование и расходные материалы

Также сварка волокон оптического кабеля производится с использованием следующего оборудования:

• стриппера для снятия изоляционного материала с кабеля;
• прецизионного скалывателя для отрезания оптоволокна;
• рефлектометра и других измерительных приборов для оценки надежности соединения.

Кроме того, при подготовке волокна к сварке понадобятся изопропиловый спирт для обезжиривания и удаления загрязнений и безворсовые салфетки, чтобы протереть пыль.

Чтобы предохранить соединение от внешних воздействий, используются элементы КДЗС. В комплект входит гильза для защиты места сварки оптических волокон. Она представляет собой трубку, состоящую из трех слоев: внешнего полимерного, армирующего и внутреннего из специального клея. Необходима для защиты соединения от механических повреждений, воздействия влаги, пыли.

Процесс сварки

Сварка волоконно-оптического кабеля включает подготовку волокон, непосредственно сращивание и контроль качества соединения. Процесс состоит из пяти шагов.

Шаг 1. Обработка концов кабелей

Перед сварочными работами оптические кабели с помощью стриппера освобождают от изоляции, брони и других материалов до обнажения оптоволокна. Концы проводников обрабатывают с помощью прецизионного скалывателя, очищают от гидрофобного защитного клея и обезжиривают специальными чистящими салфетками и изопропиловым спиртом.

На одно из волокон надевают гильзу КДЗС. Затем кабели закладывают в сварочный аппарат для сварки оптических волокон и фиксируют зажимами на расстоянии около 1 мм до электродов.

Шаг 2. Выравнивание волокон

Если используется ручной прибор для сварки оптоволокна, задачу выполняет сварщик. При применении полуавтоматического оборудования мастер укладывает кабели в оборудование, а оно сводит их, используя высокоточные моторы для перемещения по трем координатам.

Инструмент для сварки оптоволокна контролирует процесс сращивания и останавливает его, если у проводников есть дефекты. Выравнивание концов выполняется автоматически с высокой точностью, благодаря чему оси кабелей идеально совпадают и располагаются на нужном расстоянии друг от друга.

Шаг 3. Сварка оптоволокна

Сначала сварочный аппарат подает небольшой токовый разряд и формирует микродугу для удаления пылинок и загрязнения с поверхности концов кабелей. Затем выполняется соединение волокон за счет сильного термического воздействия. Аппарат нагревает концы проводников до + 2000 °C, а затем досводит их друг к другу для спаивания.

Шаг 4. Защита места сварки

На место сварки натягивают трубку КДЗС так, чтобы стык находился посередине. Изделие переносят в камеру нагрева для расплавления и усадки гильзы. Затем готовый сваренный кабель оставляют остужаться.

Шаг 5. Контроль качества сварочных работ

После завершения сварочных работ проверяют их качество. Для этого место стыка осматривают на наличие пузырьков воздуха, трещин и других несовершенств. Визуальный способ контроля не позволяет обнаружить скрытые дефекты, поэтому используются и другие методы:

• оптическая микроскопия, которая помогает увидеть микроструктуру сваренного соединения;
• технология OTDR (Optical Time Domain Reflectometry), позволяющая оценить качество сварного соединения с помощью измерения затухания сигнала на определенном расстоянии от стыка.

Эти методы обеспечивают наиболее точный анализ качества сварки, но требуют применения специального оборудования.

Проблемы, которые могут возникнуть при сварке

Оптоволокно обладает высокой чувствительностью к механическим воздействиям, поэтому во время сварочных работ концы кабелей могут повредиться. Для возобновления сварки потребуется повторно выполнить этап обработки волокон.

Нестабильное соединение и прерывание связи в кабеле, а также другие дефекты сварочных работ могут возникнуть из-за применения некачественного оборудования. В этом случае несовершенства появляются из-за недостаточного нагрева волокон или неправильного автоматического выравнивания концов.

Результат сварки во многом зависит от подготовки кабелей. Для получения качественного соединения нужно убедиться, что концы проводов чисты и хорошо обезжирены. Также не последнюю роль играет опыт мастера, особенно если работы выполняются ручным инструментом.

Узнать больше о сварке оптоволоконных кабелей можно у сотрудников компании «СтройТехСнабжение». Мы прекрасно разбираемся в кабельно-проводниковой продукции и знаем все тонкости сварочных работ по оптоволокну. Для получения консультации позвоните нам или напишите свой вопрос в онлайн-чат.