OPGW光纜用不銹鋼管光單元焊接質(zhì)量的控制分析

我國(guó)電力通信高速發(fā)展，而電力通信最佳載體為OPGW光纜，并且廣泛應(yīng)用于當(dāng)前的電力通信系統(tǒng)中。同時(shí)，對(duì)OPGW光纜也提出更高的質(zhì)量要求，使得OPGW光纜技術(shù)不斷創(chuàng)新優(yōu)化。當(dāng)前在生產(chǎn)和使用OPGW光纜時(shí)，也開(kāi)始精細(xì)化地控制各項(xiàng)工藝，綜合考慮對(duì)最終使用性能的影響因素。OPGW光纜核心組成部分為不銹鋼管光單元，因此其焊接質(zhì)量直接關(guān)系到OPGW光纖性能。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，需要不斷提高OPGW光纜用不銹鋼管光單元焊接水平。本文主要針對(duì)OPGW光纜用不銹鋼管光單元焊接，提出針對(duì)性的質(zhì)量控制措施，對(duì)于實(shí)際工作起到參考作用。通過(guò)保障焊接質(zhì)量，優(yōu)化OPGW光纜使用性能，推動(dòng)我國(guó)電力通信行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

一、OPGW光纜用不銹鋼管光單元焊接質(zhì)量控制的重要性

由于其優(yōu)良的特性，目前已被廣泛地用作光通訊的承載裝置，特別是在水下電纜以及OPPC等。隨著不銹鋼管材光學(xué)元件應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展，對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的需求也越來(lái)越高，相應(yīng)的生產(chǎn)過(guò)程也越來(lái)越嚴(yán)格。若在光纖電纜的制造與使用過(guò)程中，不銹鋼管的光學(xué)組件發(fā)生了焊接故障，將會(huì)引發(fā)光纜斷裂和滲水等問(wèn)題，最終演變?yōu)閲?yán)重的事故。通過(guò)保障焊接質(zhì)量，有利于優(yōu)化OPGW光纜用不銹鋼管光單元使用性能。而焊接不良的具體危害如下：OPGW光纜用不銹鋼管光單元主要是通過(guò)縱包成型不銹鋼帶而形成，將光纖和纖膏引入之后，再利用激光熔融完成焊接工作。纖膏可以保護(hù)不銹鋼管中的光纖，如果不銹鋼管發(fā)生焊接問(wèn)題，將會(huì)對(duì)整體光纖性能造成影響，不利于保障光纖通信傳輸?shù)姆€(wěn)定性。在使用光纜的時(shí)候，因?yàn)椴讳P鋼管表面存在問(wèn)題，不銹鋼管中將會(huì)侵入OH-離子和H+離子等，嚴(yán)重危害光纖。

在生產(chǎn)不銹鋼管時(shí)發(fā)生焊接問(wèn)題，只能截?cái)喑霈F(xiàn)問(wèn)題的部位，但是這樣一來(lái)長(zhǎng)度要求就無(wú)法得以滿足，增加了整體投資。如果出現(xiàn)了虛焊等焊接問(wèn)題，不利于通過(guò)渦流檢測(cè)確定問(wèn)題，最終在成纜絞合過(guò)程中，因?yàn)榕ちΦ挠绊懀瑫?huì)導(dǎo)致不銹鋼管光單元出現(xiàn)斷裂問(wèn)題。

二、激光焊接原理

焊接OPGW光纜用不銹鋼管光單元，主要是利用激光焊接方式，因此在控制OPGW光纜用不銹鋼管光單元焊接質(zhì)量之前，需要分析激光焊接原理。在研制"OPGW光纖電纜用的不銹鋼管時(shí)，采用的是激光深熔焊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不銹鋼管的無(wú)縫連接。

目前，在深熔焊工藝中，采用的是連續(xù)的激光束，而在深熔焊中，則要依靠結(jié)構(gòu)的能量轉(zhuǎn)化機(jī)理。在高強(qiáng)度的光線照射下，在物體表面會(huì)出現(xiàn)一個(gè)孔洞，這些孔洞可以將所有的能量都吸入其中，其中最大的作用就是將小孔中的光線通過(guò)孔洞傳輸出去，使周圍的金屬熔化，最終形成一個(gè)熔池。當(dāng)燈光裝置被移走，熔化的金屬被移走，被填滿的小孔被移走，剩下的裂縫通過(guò)凝結(jié)變成了焊縫。

三、激光焊接質(zhì)量影響因素和控制措施

（一）不銹鋼帶切邊處理

不銹鋼帶加工是在模具成形前，先用工具將鋼板的邊沿裁切掉。在此步驟中，切斷的廢料可用卷取設(shè)備進(jìn)行回收。一般采用的都是用大口徑的鋼板卷作為不銹鋼板，盡管在加工時(shí)對(duì)鋼板進(jìn)行了切割，但在實(shí)際的運(yùn)送中，鋼板的邊角還是會(huì)出現(xiàn)損傷。盡管一些廠家沒(méi)有切邊處理直接開(kāi)展激光焊接工作，但是不利于保障焊接質(zhì)量，因此需要在激光焊接之前切邊處理不銹鋼帶，這樣可以及時(shí)將不銹鋼帶邊緣部位的問(wèn)題消除掉，避免影響焊接質(zhì)量。

在切邊處理過(guò)程中需要保障刀具精度，在切邊處理不銹鋼帶之后，需要保障邊緣部位的平整性，避免產(chǎn)生毛刺等問(wèn)題。如果無(wú)法保證切邊處理質(zhì)量，那么因?yàn)楦吣芗す馐挠绊懀瑢?huì)燃燒邊緣毛刺，從而在熔池中產(chǎn)生打點(diǎn)問(wèn)題。

為了優(yōu)化處理不銹鋼帶切邊工作，工作人員需要對(duì)刀刃間隙進(jìn)行合理調(diào)整，同時(shí)需要謹(jǐn)慎地利用刀具，避免隨意拿取損傷刀刃。同時(shí)需要控制刀具使用時(shí)間，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)嚴(yán)格規(guī)定控制刀具使用的公里數(shù)，并且需要定期更換刀具，每天檢查一次刀具切邊效果，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，需要立即更換刀具。

（二）鋼帶成型

不銹鋼帶材切割后，需經(jīng)模具模框縱向包制，然后采用激光切割工藝實(shí)現(xiàn)鋼板的連續(xù)焊接，故成形模座與不銹鋼管的品質(zhì)有密切的聯(lián)系。在實(shí)際的制造中，必須確保模具滿足以下幾個(gè)條件：第一，縱向包成形后，必須確保焊接面的平整度；二是確保模具的移動(dòng)平穩(wěn)。

在不銹鋼絲網(wǎng)成形后，通過(guò)調(diào)節(jié)成形輪的水平形式及焊鉗的高低，確保其焊縫兩邊的平整度，從而確保整個(gè)成形的質(zhì)量。如果焊縫缺乏平整性，在焊接階段將會(huì)發(fā)生包邊問(wèn)題，引發(fā)斷裂問(wèn)題。在激光焊接的時(shí)候，因?yàn)殇搸Т罱硬粔蚱秸焕诮y(tǒng)一兩側(cè)鋼帶厚度，在拉拔不銹鋼管時(shí)很容易產(chǎn)生凹坑，在后續(xù)絞合過(guò)程中，會(huì)增加不銹鋼管光單元扭力，導(dǎo)致撕裂整體焊縫。

在調(diào)整成型模架時(shí)，需要安排專業(yè)的操作人員，并投入較長(zhǎng)的時(shí)間和精力，保障成型模架穩(wěn)定運(yùn)行。另外，對(duì)成形模具框的支撐、帶鋼定位鉗要經(jīng)常進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題要進(jìn)行及時(shí)地處置，使成形模具的功能得到最大程度地發(fā)揮。

（三）激光離焦量

縱向成形后，就是進(jìn)行激光焊接，在此過(guò)程中，必須對(duì)散焦量進(jìn)行精確地控制。散焦度是指在被焊對(duì)象的熔接點(diǎn)與雷射聚焦之間的距離。聚焦區(qū)域內(nèi)的焦斑中央?yún)^(qū)域，其能量強(qiáng)度高，易于形成孔洞，脫離聚焦區(qū)域后，可實(shí)現(xiàn)面內(nèi)激光能量密度的均勻分配，從而對(duì)焊縫質(zhì)量產(chǎn)生重要的影響。

將正、負(fù)離焦面與熔接面進(jìn)行協(xié)調(diào)，可以確保熔接面的能量密度一致性。在焊縫成形過(guò)程中，由于高溫金屬蒸汽的存在，熔化的金屬將被導(dǎo)入到焊縫的邊沿，從而導(dǎo)致焊縫中部出現(xiàn)溝槽現(xiàn)象。在負(fù)離焦情況下，與焊縫相比，焊縫中的能量密度更高，從而形成了熔透。而當(dāng)有一定的離焦量時(shí)，真實(shí)的情形與上面所說(shuō)的正好相反。由于使用薄壁不銹鋼管，所以必須對(duì)焊接深度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，所以在加工中要合理使用正焦量。

（四）激光功率

由于在加工時(shí)，需要選用特種的不銹鋼絲，當(dāng)其能量強(qiáng)度超出其自身承受能力時(shí)，會(huì)出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象，從而保證了焊接的穩(wěn)定性。目前采用的是導(dǎo)熱式與激光深熔焊相結(jié)合的方法，既不能保證穿孔的穩(wěn)定，又增加了熔池的深度起伏，影響了焊接的穩(wěn)定性。

若激光器的輸出功率較低，在不銹鋼管材所能承受的范圍之內(nèi)，則會(huì)產(chǎn)生虛焊接現(xiàn)象。這種方法生產(chǎn)的鋼管在隨后的拉制、絞制過(guò)程中，由于受到外力的作用，容易出現(xiàn)裂紋。

當(dāng)激光能量足夠大時(shí)，會(huì)使激光器的能量密度增大，使不銹鋼的汽化變得更加嚴(yán)重，進(jìn)而導(dǎo)致過(guò)焊接問(wèn)題，并使焊接面的色澤變深，并且會(huì)出現(xiàn)明顯的灼燒情況。如果功率比較大，將會(huì)擊穿焊縫。通過(guò)合理選擇激光功率，可以弱化焊縫印跡，因此在調(diào)試設(shè)備時(shí)，在不銹鋼管的焊縫中，應(yīng)根據(jù)不同的激光能量及激光因子，進(jìn)行比較，以確定最佳的焊接電源。

在制造過(guò)程中，可采用錘擊試驗(yàn)、金相顯像等方法來(lái)判斷其是否合理。對(duì)不銹鋼管進(jìn)行拋光加工后，采用金相顯微鏡檢查，若能充分穿透焊縫背面，且出現(xiàn)白斑，則可判斷選用了適當(dāng)?shù)募す饽芰俊?/p>

（五）其他影響因素和控制措施

1.保護(hù)氣體

在焊接時(shí)，要向焊縫中吹進(jìn)一些保護(hù)氣體，使用防護(hù)裝置，可以有效地隔絕周圍的氣體，防止熔池的氧化，從而改善整個(gè)焊縫的質(zhì)量，保證焊縫的平滑。另外，它還能保護(hù)激光聚焦透鏡，避免金屬蒸汽污染透鏡片，同時(shí)可以規(guī)避向透鏡片上濺射金屬溶液。目前在焊接過(guò)程中常用的保護(hù)氣體包括氬氣和氦氣等，工作人員可以根據(jù)材料特點(diǎn)合理選擇保護(hù)氣體。保護(hù)氣體的流量對(duì)焊縫氧化程度也發(fā)揮著重要作用，因此需要嚴(yán)格控制保護(hù)氣體的流量。利用不同的流量，焊縫部位將會(huì)產(chǎn)生不同的顏色，可以根據(jù)焊縫顏色，確定熔池是否被氧化，同時(shí)可以判斷氧化程度，其中白色和黃色是最佳的顏色，其次是藍(lán)色，出現(xiàn)黑色說(shuō)明焊接存在問(wèn)題。

2.清潔油流量

在制造及輸送不銹鋼絲時(shí)，極易造成鋼板表面的污染。所以，在對(duì)不銹鋼絲進(jìn)行切割加工前，必須先用清洗劑對(duì)其進(jìn)行徹底地清洗。利用清潔油一方面可以對(duì)不銹鋼帶的表面起到清潔作用，另一方面可以對(duì)成型輪起到潤(rùn)滑作用。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，清潔油流量對(duì)不銹鋼帶成型質(zhì)量和焊接火焰等產(chǎn)生影響。應(yīng)合理設(shè)定清潔油流量，保證在清潔之后，不銹鋼帶表面保持濕潤(rùn)。

還有很多因素會(huì)影響到不銹鋼光單元焊接質(zhì)量，例如生產(chǎn)環(huán)境的溫度、濕度、衛(wèi)生條件以及不銹鋼帶成本波動(dòng)情況都會(huì)影響到焊接質(zhì)量。

四、渦流檢測(cè)

渦輪檢測(cè)指的是利用渦流檢測(cè)儀對(duì)焊接部位的缺陷進(jìn)行放大，提醒工作人員及時(shí)處理問(wèn)題，避免因?yàn)槲⑿〉膯?wèn)題影響到不銹鋼管光單元最終的生產(chǎn)質(zhì)量，或者演變?yōu)楦訃?yán)重的安全問(wèn)題。

（一）渦流檢測(cè)原理

渦流探測(cè)的基本理論是基于電磁感應(yīng)的，它是一種非破壞性的探測(cè)方法，通過(guò)將交流電流置于導(dǎo)體樣品上的探測(cè)線圈來(lái)探測(cè)線圈的磁場(chǎng)，從而在導(dǎo)體樣品的表面引起感應(yīng)電流。當(dāng)兩個(gè)磁場(chǎng)互相作用時(shí)，探測(cè)線圈的阻抗、阻值等都會(huì)發(fā)生變化。經(jīng)檢驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)有缺陷，則導(dǎo)體樣品中的渦流將發(fā)生變化。所以有必要對(duì)導(dǎo)體樣品進(jìn)行阻抗測(cè)試，并根據(jù)阻抗的改變來(lái)反映導(dǎo)體樣品中的缺陷。

（二）渦流檢測(cè)參數(shù)

電磁場(chǎng)探測(cè)的精度與靈敏度與其頻率、相位等因素密切相關(guān)。頻率是指線圈的電流探測(cè)頻率，它要與樣品的導(dǎo)電性、厚度等設(shè)置的頻率相聯(lián)系，并與不銹鋼絲的導(dǎo)電率及壁厚相聯(lián)系，來(lái)決定探測(cè)的最低頻率。在生產(chǎn)過(guò)程中，需要結(jié)合生產(chǎn)條件精準(zhǔn)計(jì)算最佳檢測(cè)頻率，保障所選頻率的合理性。

五、結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前不銹鋼管光單元在特種光纜領(lǐng)域中廣泛利用，因此其焊接質(zhì)量關(guān)系到整體光纜使用效果。本文主要分析了OPGW光纜用不銹鋼管光單元焊接質(zhì)量的控制措施，對(duì)于實(shí)際工作起到參考作用，有利于精細(xì)化地管控生產(chǎn)工藝，保障整體焊接質(zhì)量。

（作者單位：山東鷹聯(lián)光電科技股份有限公司）