2.2 Процесс сварки

Целью обеспечения высокого качества сварки предусматривается визуальная, а в ряде случаев и программная проверка устойчивости дуги в процессе разряда. Так, при контроле дуга должна быть прямой и стабильной, в противном случае электроды должны быть очищены или заменены. В связи с этим важным параметром является возможность самодиагностики износа электродов.

Учитывая, что параметры дуги зависят от климатических условий, в ряде сварочных аппаратов предусматривается автоматическая компенсация интенсивности разряда в зависимости от температуры, влажности и давления окружающей среды.

Если же сварочный аппарат не имеет подобной функции, то при изменении его места положения и условий окружающей среды, необходимо сделать калибровку дуги. После чего можно приступать непосредственно к процессу сварки.

Достижение высокого качества сварки невозможно без высокоточного позиционирования, которое осуществляется пьезокерамическими двигателями при юстировке и автоподаче волокон, позволяющими достичь максимального значения люфта системы юстировки, не превышающего 1 мкм. Точность центрирования посредством V-образной канавки достигается использованием стабильных материалов, в частности, керамической основы.

В результате юстировки волокна устанавливаются на расстоянии порядка 9 мкм, после чего разогреваются до температуры размягчения кварцевого стекла (ок. 1000 ºС). Размягченные волокна вдавливаются друг в друга на 5 мкм. Движению волокон при этом противодействует сила внутреннего трения (вязкость) и способствует сила поверхностного натяжения. Вытесненное из волокон при вдавливании расплавленное кварцевое стекло образует на поверхности волокон уплотнение близкое к сферической форме. По завершению сварки в еще нагретом состоянии волокно растягивается для того, чтобы уменьшить уплотнение на сростке.

Применение в сварочных аппаратах видеосистемы позволяет перед началом сварки визуально контролировать результат центрирования, тип сердцевины, качество торцов и микрозагрязнения свариваемых оптических волокон, а по окончании сварки оценить качество свариваемых соединений. Кроме того, ряд сварочных аппаратов представляет в цифровом виде значение угла скола и сдвиге осей оболочек (сердцевины) волокон до и после сварки, а также расчетное значение потерь в месте сварки. Однако такая оценка не учитывает всех возможных факторов, приводящих к возникновению потерь. Так, например, даже при высочайшем качестве сростка возможно возникновение дополнительных потерь, вызванных неравенством диаметров модовых пятен свариваемых волокон.

Результирующее значение потерь определяется либо косвенно по результатам осевых смещений сердечников при внешнем освещении волокна, либо прямым способом, когда центрирование волокон осуществляется по излучению, проходящему через оптические волокна.

Фундаментальными предпосылками обеспечения низкого значения потерь в месте сварки является концентричность сердечника и оболочки, хорошая подготовка торцевых поверхностей волокна.

После завершения сварки полуавтоматический и автоматичес­кий аппараты проверяют прочность сростка, растягивая волокна с усилием 200-250 г (стандартный тест) или 450 г (усиленный тест).

После сплавления волокон место стыка необходимо защитить. Наиболее популярной является термоусадка с помо­щью комплекта деталей защиты сростка (КДЗС) или защитной гильзы (protection sleeve). Этот комплект представляет собой термоусаживающую гильзу длиной 40 или 60 мм, внутри которой расположена трубка из материала с высокой текучестью (сэвилена) и металличес­кий стержень диаметром 1 мм. Обычно внешняя трубка гильзы вы­полняется бесцветной, возможна поставка на заказ цветных защит­ных гильз.

Перед сваркой гильзу КДЗС надевают на один из сращиваемых концов волокна. После сваривания ее надвигают на место стыка и нагревают в печке сварочного аппарата до температуры 100...120°С на протяжении 1-1,5 минуты. Для оптимизации процессов разогрева не­которые типы сварочных аппаратов позволяют выбрать одну из не­скольких возможных управляющих программ. В процессе нагрева сэвилен расплавляется, заливая место стыка волокон и прочно сцепляясь со стеклом и буферными покрытиями, а термоусаживающая трубка плотно прижимает металлический стержень к сращенным волокнам, надежно защищая за счет этого область сростка от изгибающих воздействий. Необходимость применения металлического стер­жня, который играет роль упрочняющего элемента, обусловлена тем, что в процессе сварки из-за термического удара прочность волокон снижается примерно на 20-30 %. После выполнения усадки гильзу укладывают в организатор сплайсов настенной муфты или разделочной полки, который, наряду с механической фиксацией, обеспечивает также соблюдение заданного радиуса изгиба волокон. Для вос­становления защитных оболочек ленточных кабелей применяются специальные гильзы, рассчитанные на 6 или 12 световодов ленты [7].

Большинство моделей сварочных аппаратов имеет интегрированную в них печку для усадки защитных гильз. В некоторых конст­рукциях применяется исполнение этого модуля в виде внешнего прибора с отдельным питанием.

Вместо гильз КДЗС в некоторых случаях могут применяться механические элементы защиты стыка (Mechanical Fusion Splice Protection Cover), которые представляют собой полимерный корпус из двух половин, соединенных пружинным шарниром с защелкой. Корпус надевается на место сварки, после чего шарнир закрывается под защелку. Выпускаемый американской фирмой АСА элемент ULTRASleeve этого типа может устанавливаться как на одиночное волокно в буферном покрытии 0,25 и 0,9 мм, так и на ленточные кабели максимум с 4 световодами. Время установки элемента не пре­вышает 30 с.

При производстве волоконно-оптических компонентов, не допускающих использования КДЗС, применяют восстановитель защитного покрытия оптического волокна. Восстановитель покрытия Fujikura FSR-02 обеспечивает восстановление цветного или бесцветного защитного покрытия оптического волокна до исходного диаметра после выполнения сварки. Программируемое усилие при тестировании сварного соединения на прочность от 4 до 20 Н. Для сварного соединения, не прошедшего тест на прочность, фиксируется усилие в момент разрыва бракованных соединений. Время восстановления покрытия составляет 15 с – нанесение, 15 с – полимеризация.