專(zhuān)利名稱(chēng)：防止至少裝入一根光纖的金屬管內(nèi)部發(fā)熱的裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種至少裝入一根光纖的密封金屬管的連續(xù)制造技術(shù)，更具體地說(shuō)，它涉及一種預(yù)防金屬管內(nèi)熱的裝置，該裝置用來(lái)限制用于管子縱向密封而接受的熱量向管子內(nèi)部的傳導(dǎo)，它還涉及該裝置的使用方法。
傳輸光纖，特別是用于海底光纜的傳輸光纖是采用普通的方法，將其置于金屬管內(nèi)，例如裝在鋼管內(nèi)，以起到機(jī)械防護(hù)層作用，并確保光纜結(jié)構(gòu)中的每根光纖或者所有內(nèi)部光纖四周的密封性。
把一根或多根光纖置入金屬管中的工藝操作是人們熟知的。具體的介紹可參看歐洲公開(kāi)專(zhuān)利申請(qǐng)文件EP-A-0299123。
該方法在于把一個(gè)帶狀金屬平板變成一個(gè)敞口(開(kāi)縫)狀的管子，再把光纖導(dǎo)入這個(gè)敞口管子里面，并縱向在管子周?chē)压饫w封閉起來(lái)，通過(guò)激光焊接把敞口邊緣焊上。把光纖導(dǎo)入金屬管中是通過(guò)一個(gè)輔助管實(shí)現(xiàn)的，它穿入敞口的金屬管中，并一直延伸到激光焊接處。
根據(jù)法國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)文件FR-A-2 517 073，光纖的導(dǎo)管還有利于在金屬管中裝進(jìn)緩沖物質(zhì)，比如，在封閉的金屬管中裝入一種膠質(zhì)填充物質(zhì)，光纖被浸沒(méi)在這種膠質(zhì)中。該導(dǎo)管可簡(jiǎn)便地同時(shí)把光纖和填充物引入金屬管中，或者它具有兩個(gè)同心管壁，以便分別把光纖導(dǎo)入中心管道內(nèi)，而使填充物質(zhì)進(jìn)入外圍環(huán)形管道中。該導(dǎo)管是一種能承受封閉金屬管的高溫的材料。
該導(dǎo)管可以是復(fù)合材料，包含一種低熱導(dǎo)率的外部材料和一種高熱導(dǎo)率的內(nèi)部材料，使得由于焊封而吸收和釋放的熱能量實(shí)際上不再傳導(dǎo)到里面的光纖和/或緩沖物質(zhì)上。
這樣的導(dǎo)管價(jià)格昂貴且加工精細(xì)。它并不能總是確保對(duì)金屬管內(nèi)部的充分保護(hù)作用，從而達(dá)到適當(dāng)?shù)叵拗平饘俟軆?nèi)的發(fā)熱，特別是在用激光焊封金屬管的情況下更是如此。這種管子尤其無(wú)法肯定地避免在填充的膠體物質(zhì)中產(chǎn)生出氫來(lái)，由此而影響光纖的傳輸特性，并且加大光學(xué)傳輸信號(hào)的衰減。
根據(jù)美國(guó)專(zhuān)利US-A 4 811 888文件，金屬管在縱向焊封后，馬上冷卻降溫，為的是盡可能快地減少金屬管的發(fā)熱。這種冷卻顯然是有用的，但不徹底。
另有一種現(xiàn)有的解決辦法，就是為了避免由于焊封管子引起填充膠質(zhì)被加熱所造成的有害影響，在填充膠質(zhì)中加入一種能吸收氫分子的化學(xué)元素。該辦法是有效的，不過(guò)費(fèi)用很高。
本發(fā)明旨在避免以上所知的那些方法的不足之處，通過(guò)一種簡(jiǎn)便的方法確保光纖和金屬管內(nèi)可填充膠質(zhì)的熱保護(hù)。
本發(fā)明的內(nèi)容是關(guān)于一種防止裝入至少一根光纖的金屬管內(nèi)部發(fā)熱的裝置，它與一個(gè)激光固定焊接機(jī)相配合，該焊接機(jī)在所述金屬管上限定了一個(gè)密封區(qū)，金屬管正對(duì)著焊接機(jī)的方向拉伸，該裝置還與一個(gè)第一輔助管相配合，以便能夠把每一根光纖導(dǎo)入和插入金屬管內(nèi)，并超過(guò)所述焊接區(qū)伸到金屬管內(nèi)。該裝置的特征在于它包括一個(gè)安裝在金屬管里的熱擴(kuò)散器，該熱擴(kuò)散器位于第一輔助管和金屬管上限定的所述密封區(qū)之間，與激光焊接機(jī)相垂直。
該裝置較有利地至少具有其中一個(gè)以下所列的附加特征—所述裝置另外還與至少一個(gè)第二輔助管相配合，以確保把填充物質(zhì)注入金屬管里，該輔助管同樣地伸展超過(guò)密封區(qū)，該裝置的特征在于所述的熱擴(kuò)散器直接正對(duì)著密封區(qū)并置于各個(gè)第二輔助管上。
—所述的熱擴(kuò)散器固定在兩個(gè)第二輔助管上，這兩個(gè)第二輔助管并排伸展并把所述的第一輔助管和熱擴(kuò)散器相互分隔開(kāi)。
—所述裝置還包括一個(gè)金屬管的外部冷卻系統(tǒng)，它直接安裝在激光焊接機(jī)的下游。
本發(fā)明還涉及到該裝置的使用方法，所述的金屬管是由初變形的帶狀金屬板作成的，其特征在于它使正對(duì)著激光焊接機(jī)方向拉伸的金屬管子具有一個(gè)近似卵形的截面，截面值大于所期望的最終截面值，卵形截面的上半部分基本呈圓形，所述密封區(qū)對(duì)準(zhǔn)其中心，下半部分基本呈V字形，其半圓底邊的半徑小于上半部分圓的半徑，而且基本等于置于其內(nèi)的所述的第一輔助管的半徑，然后，在金屬管中的每個(gè)輔助管的端部以外，該卵形截面被縮小并變成圓形。
本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)對(duì)下面附圖所示的實(shí)施例的描述而顯示出來(lái)。圖中所示—

圖1是配有防護(hù)裝置的在金屬管內(nèi)設(shè)置光纖的生產(chǎn)線(xiàn)的局部示意圖，這套防護(hù)裝置是按照本發(fā)明用來(lái)限制與密封有關(guān)的金屬管的內(nèi)部發(fā)熱的。
—圖2是所述金屬管的與密封區(qū)相垂直的剖面圖。
參看圖1，不銹金屬的帶狀平板1按箭頭2的方向連續(xù)運(yùn)行，從裝置3的滾軸組中穿過(guò)，漸漸地變形成管狀，然后對(duì)著激光焊炬4沿著金屬管方向焊封，接著穿過(guò)一個(gè)拉撥模5，最后成形為封閉管。
該帶狀平板取自一卷庫(kù)存板材(在此未表示出來(lái))，當(dāng)然在做管子前應(yīng)適當(dāng)除油。還要指出，該帶狀平板由裝置3上游的變形滾軸組沿箭頭2方向拉入，然后由拉撥模5下游的裝置或者這個(gè)拉撥模構(gòu)成的裝置拉出。從拉撥模5出來(lái)的管被存于一個(gè)接收卷軸上。
為了更便于理解，由激光焊炬4焊封的管標(biāo)為6，最后在拉撥模5出口處得到的成形管標(biāo)為7。
毛細(xì)管狀的第一輔助管10是一個(gè)把多根光纖11插入金屬管6中的導(dǎo)管。
該輔助管在裝置3滾軸組的中間部位進(jìn)入在此處仍處于敞口狀態(tài)的管子中。它一直伸展到激光焊炬4的密焊封區(qū)以外的封閉了的管6的里面。
毛細(xì)管狀的第二輔助管12，或者最好用兩個(gè)相同的第二輔助管，標(biāo)為12和13，如圖2中所見(jiàn)，同樣地進(jìn)入仍處于敞口狀態(tài)的管子中，并排一直伸展到激光焊炬4的密封區(qū)以外被封閉了的管6里面。這兩個(gè)第二輔助管把填充膠質(zhì)14注入管6中，在最終得到的管7里面，光纖完全浸沒(méi)在膠質(zhì)里。
管10、12和13最好是不銹金屬材料的。
同樣參照?qǐng)D2，可以看到在激光炬處的防止金屬管6內(nèi)部發(fā)熱的防護(hù)裝置，該防護(hù)裝置主要有一個(gè)金屬管內(nèi)的熱擴(kuò)散器15，它位于輔助管10、12及金屬管6的密封區(qū)之間。該熱擴(kuò)散器縱向和橫向伸展在密封區(qū)的兩邊。它最好是用熱導(dǎo)性能好的材料做成的板，尤其可用銅材料。它固定在兩個(gè)注入填充膠質(zhì)的第二輔助毛細(xì)管12和13上，比如可以焊在這兩個(gè)管子上面，正對(duì)著密封區(qū)因而也與光纖的導(dǎo)向插入管10相對(duì)，該導(dǎo)向插入管在金屬管中位于輔助管12和13的下面。
該熱擴(kuò)散器吸收來(lái)自激光焊炬在所述密封接觸區(qū)上產(chǎn)生的熱量，再把這些熱量分散在它的整個(gè)表面和厚度上。與一個(gè)具有同樣能量的激光焊炬但沒(méi)有這種熱擴(kuò)散器的焊封系統(tǒng)相比，這種熱擴(kuò)散器有效地降低了激光接觸區(qū)的最高溫度。因而，最高溫度保持在填充膠質(zhì)中產(chǎn)生氫的溫度閾值以下。
有利的是該防護(hù)裝置還包括一個(gè)用來(lái)冷卻金屬管6的外部設(shè)備16，如圖1所示，它正好位于激光焊炬4的下游。該設(shè)備有一個(gè)環(huán)狀外套圍繞著金屬管6，并在金屬管周?chē)b備有噴水或者吹風(fēng)管道16A，至少要裝備在焊封線(xiàn)及其兩邊的附近區(qū)域。變型中，它也可以讓金屬管穿過(guò)一個(gè)套殼，在套殼里進(jìn)行冷卻液體循環(huán)和/或配備一種或多個(gè)冷卻管。
該防護(hù)裝置，即有垂直于激光焊炬的內(nèi)部熱擴(kuò)散器，又有位于激光焊炬下游的外部冷卻系統(tǒng)，使得可以使用一種標(biāo)準(zhǔn)的填充膠質(zhì)而不必添加吸收氫的化學(xué)元素。這樣可以避免在膠質(zhì)中產(chǎn)生氫分子而達(dá)到充分防護(hù)作用。該裝置能夠很成功地保護(hù)輔助管中的光纖，該輔助管固定在兩個(gè)第二輔助管12、13和熱擴(kuò)散器下面，因而遠(yuǎn)離金屬管的密封區(qū)。它避免了對(duì)光纖的損傷和由此造成的以后光學(xué)信號(hào)傳輸?shù)乃p加大。它使得可以連續(xù)快速地制造出用于遠(yuǎn)距離連接的海底光纜的非常長(zhǎng)的裝有由填充膠質(zhì)浸沒(méi)的光纖的金屬管。
此外，如圖2所示，為了特別有效地使用該防護(hù)裝置，尤其是有效使用熱擴(kuò)散器15，管6是由最初的帶狀金屬平板作成的，而且是用激光焊炬封閉的，要讓管6的截面一方面比所希望的最終的管7的截面大，另一方面也不像圖1中拉撥模5出口處的管7那樣呈圓形而是近似卵形。最后的管在拉撥模中形成縮小的圓截面，該拉撥模處在金屬管中各輔助管10、12和13的端頭以外。
從截面看，金屬管6的下半部分6A基本呈圓形底邊的V字形狀，其底邊圓形的半徑略微大于輔助管10的半徑，該輔助管10就處于這一部分中，此管就差不多支撐在該V字形的底部；所述金屬管截面的上半部分6B基本呈圓形，正對(duì)其上方中心處為管的密封線(xiàn)，但這部分的半徑明顯大于下半部分的半徑。輔助管12和13基本位于金屬管6的中間部位，同時(shí)置于輔助管10的外緣上。
固定在輔助管12和13上的熱擴(kuò)散器15相對(duì)于激光密封線(xiàn)有一段距離，并且相應(yīng)地使輔助管12、13和10遠(yuǎn)離密封區(qū)。
權(quán)利要求
1.防止至少裝入一根光纖的金屬管內(nèi)部發(fā)熱的裝置，它與一個(gè)固定激光焊接機(jī)相配合，該固定焊接機(jī)在正對(duì)著它拉動(dòng)的所述金屬管上限定了一個(gè)密封區(qū)，它還與第一輔助管相配合，以確保把每根光纖引導(dǎo)和插入所述的金屬管中，該輔助管在所述金屬管中伸展，一直超過(guò)所述的密封區(qū)，該裝置的特征在于它包括一個(gè)裝在所述金屬管(6)里的熱擴(kuò)散器(15)，此熱擴(kuò)散器插在所述第一輔助管(10)和在所述金屬管(6)上限定的密封區(qū)之間，與激光焊接機(jī)(4)垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，該裝置還與至少一根第二輔助管相配合，以便于把填充材料注入所述的金屬管內(nèi)，該輔助管同樣伸展到超過(guò)密封區(qū)的位置，其特征是所述熱擴(kuò)散器(15)由各個(gè)第二輔助管(12，13)支撐并直接對(duì)著所述密封區(qū)放置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于熱擴(kuò)散器(15)固定在兩個(gè)第二輔助管(12，13)上，這兩個(gè)管并排伸展并把所述的第一輔助管(10)和所述的熱擴(kuò)散器(15)互相分隔開(kāi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，熱擴(kuò)散器(15)是一個(gè)熱導(dǎo)性能好的材料制成的板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，它還包括一個(gè)所述金屬管(6)的外部冷卻系統(tǒng)(16)，直接安裝在激光焊接機(jī)(4)的下游。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述裝置的使用方法，所述金屬管是由初變形的帶狀金屬平板制成的，其特征在于使正對(duì)著激光焊接機(jī)拉動(dòng)的金屬管(6)具有的截面大于最終所期望的管的截面，并且截面形狀近似卵形，其第一個(gè)上半部分(6B)基本呈圓形，其上方中心處為所述密封區(qū)(6F)；第二個(gè)所述下半部分(6A)基本呈V字形，其半圓底邊的半徑小于第一個(gè)上半部分的半徑，并基本等于位于管內(nèi)的第一輔助管(10)的半徑，該輔助管就處在這下半部分內(nèi)，然后在上述金屬管(6)中的各個(gè)輔助管(10、12、13)的端部以外處把管的卵形截面縮小并變成圓形。
全文摘要
防止至少裝入一根光纖的金屬管內(nèi)部發(fā)熱的裝置，它限制了由輔助管插入的光纖和填充膠質(zhì)的發(fā)熱，它垂直于金屬管上的激光焊縫，其特征在于，它包含一個(gè)熱擴(kuò)散器(15)，該熱擴(kuò)散器位于插光纖(11)的輔助管(10)和金屬管(6)上限定的密封區(qū)之間。
文檔編號(hào)B23K26/20GK1136669SQ95119119
公開(kāi)日1996年11月27日 申請(qǐng)日期1995年10月6日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月7日
發(fā)明者格利·瑪利艾, 阿爾伯特·皮卡維特 申請(qǐng)人:阿爾卡特·塞伯馬克姆股份有限公司