OPGW光纜用不銹鋼管光單元焊接質量的控制分析

我國電力通信高速發展，而電力通信最佳載體為OPGW光纜，并且廣泛應用于當前的電力通信系統中。同時，對OPGW光纜也提出更高的質量要求，使得OPGW光纜技術不斷創新優化。當前在生產和使用OPGW光纜時，也開始精細化地控制各項工藝，綜合考慮對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，因此其焊接質量直接關系到OPGW光纖性能。在實際生產過程中，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OPGW光纜用不銹鋼管光單元焊接，提出針對性的質量控制措施，對于實際工作起到參考作用。通過保障焊接質量，優化OPGW光纜使用性能，推動我國電力通信行業高質量發展。

一、OPGW光纜用不銹鋼管光單元焊接質量控制的重要性

由于其優良的特性，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元件應用范圍的不斷擴展，對產品品質的需求也越來越高，相應的生產過程也越來越嚴格。若在光纖電纜的制造與使用過程中，不銹鋼管的光學組件發生了焊接故障，將會引發光纜斷裂和滲水等問題，最終演變為嚴重的事故。通過保障焊接質量，有利于優化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。纖膏可以保護不銹鋼管中的光纖，如果不銹鋼管發生焊接問題，將會對整體光纖性能造成影響，不利于保障光纖通信傳輸的穩定性。在使用光纜的時候，因為不銹鋼管表面存在問題，不銹鋼管中將會侵入OH-離子和H+離子等，嚴重危害光纖。

在生產不銹鋼管時發生焊接問題，只能截斷出現問題的部位，但是這樣一來長度要求就無法得以滿足，增加了整體投資。如果出現了虛焊等焊接問題，不利于通過渦流檢測確定問題，最終在成纜絞合過程中，因為扭力的影響，會導致不銹鋼管光單元出現斷裂問題。

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，采用的是激光深熔焊技術，實現了對不銹鋼管的無縫連接。

目前，在深熔焊工藝中，采用的是連續的激光束，而在深熔焊中，則要依靠結構的能量轉化機理。在高強度的光線照射下，在物體表面會出現一個孔洞，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孔洞傳輸出去，使周圍的金屬熔化，最終形成一個熔池。當燈光裝置被移走，熔化的金屬被移走，被填滿的小孔被移走，剩下的裂縫通過凝結變成了焊縫。

三、激光焊接質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備進行回收。一般采用的都是用大口徑的鋼板卷作為不銹鋼板，盡管在加工時對鋼板進行了切割，但在實際的運送中，鋼板的邊角還是會出現損傷。盡管一些廠家沒有切邊處理直接開展激光焊接工作，但是不利于保障焊接質量，因此需要在激光焊接之前切邊處理不銹鋼帶，這樣可以及時將不銹鋼帶邊緣部位的問題消除掉，避免影響焊接質量。

在切邊處理過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，避免產生毛刺等問題。如果無法保證切邊處理質量，那么因為高能激光束的影響，將會燃燒邊緣毛刺，從而在熔池中產生打點問題。

為了優化處理不銹鋼帶切邊工作，工作人員需要對刀刃間隙進行合理調整，同時需要謹慎地利用刀具，避免隨意拿取損傷刀刃。同時需要控制刀具使用時間，結合實際工作經驗嚴格規定控制刀具使用的公里數，并且需要定期更換刀具，每天檢查一次刀具切邊效果，如果發現問題，需要立即更換刀具。

（二）鋼帶成型

不銹鋼帶材切割后，需經模具模框縱向包制，然后采用激光切割工藝實現鋼板的連續焊接，故成形模座與不銹鋼管的品質有密切的聯系。在實際的制造中，必須確保模具滿足以下幾個條件：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平穩。

在不銹鋼絲網成形后，通過調節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，從而確保整個成形的質量。如果焊縫缺乏平整性，在焊接階段將會發生包邊問題，引發斷裂問題。在激光焊接的時候，因為鋼帶搭接不夠平整，不利于統一兩側鋼帶厚度，在拉拔不銹鋼管時很容易產生凹坑，在后續絞合過程中，會增加不銹鋼管光單元扭力，導致撕裂整體焊縫。

在調整成型模架時，需要安排專業的操作人員，并投入較長的時間和精力，保障成型模架穩定運行。另外，對成形模具框的支撐、帶鋼定位鉗要經常進行檢驗，對出現的問題要進行及時地處置，使成形模具的功能得到最大程度地發揮。

（三）激光離焦量

縱向成形后，就是進行激光焊接，在此過程中，必須對散焦量進行精確地控制。散焦度是指在被焊對象的熔接點與雷射聚焦之間的距離。聚焦區域內的焦斑中央區域，其能量強度高，易于形成孔洞，脫離聚焦區域后，可實現面內激光能量密度的均勻分配，從而對焊縫質量產生重要的影響。

將正、負離焦面與熔接面進行協調，可以確保熔接面的能量密度一致性。在焊縫成形過程中，由于高溫金屬蒸汽的存在，熔化的金屬將被導入到焊縫的邊沿，從而導致焊縫中部出現溝槽現象。在負離焦情況下，與焊縫相比，焊縫中的能量密度更高，從而形成了熔透。而當有一定的離焦量時，真實的情形與上面所說的正好相反。由于使用薄壁不銹鋼管，所以必須對焊接深度進行嚴格的控制，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，需要選用特種的不銹鋼絲，當其能量強度超出其自身承受能力時，會出現穿孔現象，從而保證了焊接的穩定性。目前采用的是導熱式與激光深熔焊相結合的方法，既不能保證穿孔的穩定，又增加了熔池的深度起伏，影響了焊接的穩定性。

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，則會產生虛焊接現象。這種方法生產的鋼管在隨后的拉制、絞制過程中，由于受到外力的作用，容易出現裂紋。

當激光能量足夠大時，會使激光器的能量密度增大，使不銹鋼的汽化變得更加嚴重，進而導致過焊接問題，并使焊接面的色澤變深，并且會出現明顯的灼燒情況。如果功率比較大，將會擊穿焊縫。通過合理選擇激光功率，可以弱化焊縫印跡，因此在調試設備時，在不銹鋼管的焊縫中，應根據不同的激光能量及激光因子，進行比較，以確定最佳的焊接電源。

在制造過程中，可采用錘擊試驗、金相顯像等方法來判斷其是否合理。對不銹鋼管進行拋光加工后，采用金相顯微鏡檢查，若能充分穿透焊縫背面，且出現白斑，則可判斷選用了適當的激光能量。

（五）其他影響因素和控制措施

1.保護氣體

在焊接時，要向焊縫中吹進一些保護氣體，使用防護裝置，可以有效地隔絕周圍的氣體，防止熔池的氧化，從而改善整個焊縫的質量，保證焊縫的平滑。另外，它還能保護激光聚焦透鏡，避免金屬蒸汽污染透鏡片，同時可以規避向透鏡片上濺射金屬溶液。目前在焊接過程中常用的保護氣體包括氬氣和氦氣等，工作人員可以根據材料特點合理選擇保護氣體。保護氣體的流量對焊縫氧化程度也發揮著重要作用，因此需要嚴格控制保護氣體的流量。利用不同的流量，焊縫部位將會產生不同的顏色，可以根據焊縫顏色，確定熔池是否被氧化，同時可以判斷氧化程度，其中白色和黃色是最佳的顏色，其次是藍色，出現黑色說明焊接存在問題。

2.清潔油流量

在制造及輸送不銹鋼絲時，極易造成鋼板表面的污染。所以，在對不銹鋼絲進行切割加工前，必須先用清洗劑對其進行徹底地清洗。利用清潔油一方面可以對不銹鋼帶的表面起到清潔作用，另一方面可以對成型輪起到潤滑作用。在實際生產過程中，清潔油流量對不銹鋼帶成型質量和焊接火焰等產生影響。應合理設定清潔油流量，保證在清潔之后，不銹鋼帶表面保持濕潤。

還有很多因素會影響到不銹鋼光單元焊接質量，例如生產環境的溫度、濕度、衛生條件以及不銹鋼帶成本波動情況都會影響到焊接質量。

四、渦流檢測

渦輪檢測指的是利用渦流檢測儀對焊接部位的缺陷進行放大，提醒工作人員及時處理問題，避免因為微小的問題影響到不銹鋼管光單元最終的生產質量，或者演變為更加嚴重的安全問題。

（一）渦流檢測原理

渦流探測的基本理論是基于電磁感應的，它是一種非破壞性的探測方法，通過將交流電流置于導體樣品上的探測線圈來探測線圈的磁場，從而在導體樣品的表面引起感應電流。當兩個磁場互相作用時，探測線圈的阻抗、阻值等都會發生變化。經檢驗，若發現有缺陷，則導體樣品中的渦流將發生變化。所以有必要對導體樣品進行阻抗測試，并根據阻抗的改變來反映導體樣品中的缺陷。

（二）渦流檢測參數

電磁場探測的精度與靈敏度與其頻率、相位等因素密切相關。頻率是指線圈的電流探測頻率，它要與樣品的導電性、厚度等設置的頻率相聯系，并與不銹鋼絲的導電率及壁厚相聯系，來決定探測的最低頻率。在生產過程中，需要結合生產條件精準計算最佳檢測頻率，保障所選頻率的合理性。

五、結語

當前不銹鋼管光單元在特種光纜領域中廣泛利用，因此其焊接質量關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量的控制措施，對于實際工作起到參考作用，有利于精細化地管控生產工藝，保障整體焊接質量。

（作者單位：山東鷹聯光電科技股份有限公司）