CN1129812A - 光导纤维金属套管封闭缺陷的修复作业线及修复方法 - Google Patents

Abstract

包有至少一根光导纤维的金属套管封闭缺陷的修复方法，修复方法的特征为：使含有缺陷的管段成为弓形，并处于拉伸状态；在缺陷处进行激光点焊，并将每点的热量控制在焊接所需的最小值。

Description

光导纤维金属套管封闭缺陷的修复作业线及修复方法

本发明用于包有至少一根光导纤维的金属套管封闭缺陷的修复作业线和修复方法。

光导纤维，特别是海底光缆，均被包在一根或数根金属管，如钢管，之中。这些金属管在光缆的结构中起着保护和密封的作用。

将光导纤维放在金属管中的方法是人们熟知的，而且在文献EP—A—0299123中已有描述。整个过程是在成管生产线上连续进行的。它包括：将平的金属带弯成纵向开口的管子；将纤维引入开口管，然后用激光沿管长将管子的开口焊接起来。一根附属的管子伸入开口管，一直延伸到激光焊接的位置，以便将纤维导入金属管。

在上述过程中，通常还要对金属管的封闭质量进行检查，以便使纤维得到人们所希望的保护。这个检查过程可以检查出沿管长的封闭缺陷，并将其位置记录下来，便于以后的修复。

管子的封闭缺陷可以用在缺陷区域加套管的方法修复。但这将导致修复后管子局部尺寸加大，不符合使用要求，对海底光缆结构更是如此。

也可以将金属管和纤维在缺陷区域两侧切断，去掉缺陷部分然后将两部分连接起来。

文献US—A—5076657描述了一个这样的连接方法，它可以将管子连接起来而不引起尺寸超出。连接过程是将一段保护套包在相互焊接在一起的纤维上，保护套两端与切断的金属管焊接在一起，两者具有相同的外径。也可以不用保护套，而将一个管子的端部直径减小，插入另一个内然后将两端焊死。这种连接方法将会使管子在相互套起来的地方的内径减小。

这些已知的修复方法费时且复杂，容易损坏管内的纤维。此外，一根金属管内往往包有多根光导纤维，这使得金属管封闭缺陷的修复更为费时和复杂。

本发明的目的就是为了避免上述问题，建立一种快速，可靠，并且不改变管子内外径的修复方法，并将降低管子内纤维的传导特性的危险降至最低。

本发明涉及包有至少一根光导纤维的金属套管封闭缺陷的修复方法。这里所说的缺陷位于上述管子对应封闭处的母线上。修复方法的特征为：含有缺陷的管段成弓形，并处于机械拉伸的状态，封闭处的母线突出；而此处内部的纤维位于与缺陷相对的另一侧；在缺陷处用激光进行点焊，每点的热量为点焊所需的最小值。

本发明还涉及实现本发明的修复方法的修复作业线，其特征为：作业线包括两个分别装有管线的放线盘和收线盘的支座；一个使管线在两个绕线盘之间直线移动的驱动装置，它与位于管线移动路线上控制管线运动或停止的控制装置配合；一个修复台架，它安装在上述运动路线的一侧，位于称为修复路线的绕行路线上。作业线的特征还在于：修复台架上有一台点焊激光器，以及使对着激光器的管子弓起变形和处于机械拉伸状态的辅助装置。

此外，这条修复作业线还至少具有如下附加特点中的一个：

——辅助装置包括一个管子的支持零件，其正面沿纵向凸出；还包括第一和第二管子导向和张力装置，它们安装在上述支持零件的两侧，与支持零件一同构成修复路线。

——上述的第一和第二导向和张力装置可以沿由修复路线确定的X方向相对移动。

——此外，上述作业线还包括至少一个在X方向移动的第一驱动装置，它与第一和第二导向和张力装置相连。

——上述作业线有一个第一支座，称为被驱动平台，它与X方向的第二移动驱动装置配合，用于支持第一驱动装置和支持零件，第一驱动装置固定在被驱动平台上。作业线上还有一个第二支座，称为主固定支座，用于支持第一和第二导向和张力装置。它们在X方向是可动的，还用于支持被驱动平台。第二驱动装置最好是步进电机。

——此外，作业线中还有第三支座，称为平台。它在Y方向上可以移动，Y轴在被驱动平台上于X轴横向交叉；第三支座受第三驱动装置的推动沿Y方向移动。它用于支持管线的弓形变形装置。第三驱动装置最好是精密丝杆。

本发明的特性及优越性通过对下述实例的描述将变的更为清楚，这些实例将结合附图进行说明。这些附图为：

——图1和图2是本发明的修复作业线的正视和俯视示意图；

——图3和图4是修复作业线中修复台架的正视和俯视部分示意图。

从图1和图2中，我们可以看到修复作业线包括两个支座1和2，放线盘3和收线盘4用于收放包住至少一根光导纤维的金属套管。这两个绕线盘确定了要修复管线在它们之间移动的直接移动路线6。管线从绕线盘3上放出，修复缺陷后绕在收线盘4上。一个牵引绞盘7使管线沿路线6移动。牵引绞盘与控制装置8连接，以便控制绕线盘3放管线，并在有缺陷时停止。

绕线盘3上的管线是已包了纤维并沿封闭母线封闭了的。要修复的缺陷为管线上的局部封闭不良。

装置8有一条外接线8A，它传送位于绕线盘3上管线的各种缺陷沿管长的位置信息。这些缺陷是在将纤维封闭在套管内后被检测出来的。其沿管长的位置信息贮存在一个记忆装置中，这个记忆装置与控制装置相连，但未画出。

作业线中有一个位于放线盘之后(下游)的缺陷监测台9；一个位于监测台和牵引绞盘7之间的修复台，修复台相对于管线的直线移动路线相后错一点。管线在每个台上的定位是由手工操作的。

监测台上有一个显微镜，它使操作者能判断修复观测到的缺陷的可行性。操作者最好能向控制装置8发出一个进行修复的信号8B和(或)一个放弃修复的信号8C。作为一种变化，也可以向相连的记忆装置发出信号。修复信号将使管线在路线6上处于停留和自由状态的时间延长，以便进行修复，放弃修复信号使管线被拖动，而不进行修复。而且还使未修复的缺陷的位置信息保存在记忆装置中。

修复工位10上有一台点焊激光器11和与点焊机相对的管线处理装置12。点焊激光器11和管线处理装置12分别位于绕行路线，又称修复路线13的两侧。点焊激光器11位于路线的上方，而管线处理装置12则位于路线的下方。这条路线在这个实例中位于直接路线6的后面。

管线处理装置12主要包括一个使管子变成弓形的装置14，它与激光器11相对；两个起导向作用并使管线处于拉伸状态的装置15和16。它们位于弓形变形装置之上。这三者确定了修复路线13。

在修复缺陷时，管线5停止运动，在路线6上处于自由状态。这时用手工将其从路线6拉向修复路线13，如图2所示，使缺陷位于激光器下。随后在导向拉伸装置15和16的作用下，管线在此路线上呈拉伸状态。在位于激光器下管线弓形变形的部分的内部，纤维紧贴在与缺陷及激光器相对一侧的管壁上，尽可能地远离激光束。

缺陷的修复是用激光束一点一点实现的。同时，在每一点将产生的热量调整在焊接所需的最小值。纤维最大限度的远离激光束和在每一点最小限度地提供必要的能量，避免了使管内纤维(特性)下降的危险。

整个缺陷区域的修复是通过管线或激光器相对小幅度移动实现的。因此，为了修复能够进行，缺陷区域的尺寸不能太大。上述的微幅移动是沿路线上管线的轴线方向的，同样，最好在横向也能移动。而激光器是固定的。或者作为一种变化，激光器可以移动，而处理装置固定或可沿两个方向之一移动。

处理装置12中，使管子弓形变形的装置14是一个由固定零件14A和移动零件14B两部分组成的支持部件。目的是使管子容易在其前表面处就位和撤出。它的前表面与激光器相对。当移动零件位于闭合位置时，保证夹住管子。支持部件的两部分构成一个虎钳，它的固定钳口14A的正面与移动钳口14B相对。移动钳口在关闭位置时与固定钳口确定了一个朝向正面的槽14C，其宽度约等于管子的直径。

槽的形状是鼓起的，可以将管线变成弓形的。更确切地说，槽的中部是平的，而位于两侧端部弓起。移动钳口的动作是由丝杠14D实现的。

两个导向和拉伸装置15和16是两个导向轮。每个轮上都有导引管线的周向槽15A和16A。其中一个轮，最好是两个轮，可以移动。以便调整二者的间距和位于它们之间和虎钳14上的管子的张力。

两个导向支架17和18与导向轮相连，分别位于路线13上两个导向轮的外侧。此外，还有两个导向支架21，22与虎钳相连，并分别位于虎钳的两侧。这些支架将管线保持在路线13上。

在图示的实例中，两个导向轮的轴是铅垂的，这是为了减小外形尺寸。两个轮位于路线13的后面。作为结构上的变化，导向轮的轴也可以是水平的，导向轮位于路线13的下面。因此，它的大部分都将位于直接运动路线6的下方。

管线在导向轮上就位时，最好在每个轮上绕一整圈，以防在调整导向轮间距使管线受拉时管线打滑。槽的宽度约为管线直径的2倍，与路线13平齐。

步进电机23使导向轮和虎钳沿路线13定义的X方向移动。两个千斤顶25和26分别与两个导向轮连接，保证使它们对称移动，相互接近或分开。

为了使导向轮和虎钳固定或移动，装置12有一个具有水平支持表面的主固定支座30和一个固定在主支座上的附属支座31，其支持表面也是水平的。装置12还有一个被驱动平台，可以在附属支座上移动，它在X方向上受到双向驱动。

如图所示，为了通过固定装置27驱动被驱动平台的移动，丝杆33被电机带动旋转，从而使装在其上的齿条移动。齿条与被驱动平台固接。

两个千斤顶25和26通过固定机构27与被驱动平台相连，在平台两侧对称地伸出。在本例中，这两个千斤顶是电动的，也可以用独立的丝杆或其它方式。它们使导向轮以相反的方向移动，但移动量相同。

导向轮15和16分别装在支持臂35和26上。后者在X方向直接受千斤顶驱动。支持臂还支撑着导向支座17和18。导向支座分别安装在滑轨37和38上，并可沿其移动。滑轨支持在主支座30上，在滑轨上有导向块35A和36A。

虎钳14安装在支持平台40上，这个平台支持在被驱动平台上，并可以在垂直路线13的Y方向上移动。为此，位于两个滑轨42上的滑块41固定在平台上。滑轨是固定在被驱动平台上的。平台的移动是微量的，由驱动丝杆43驱动。丝杆43穿过一对连接件44，这两个连接件未分别标注。其中之一与平台固定，受丝杆驱动。另一个与被驱动平台连接，丝杆从中自由穿过。

微动平台40上还有两个支架21和22。

固定钳口14A定义了虎钳的支持面，并直接固定在平台40上。驱动丝杆14D使移动钳口14B相对与固定钳口开启或闭合。

装置12的虎钳和导向轮结构的作用为：

——在整个修复过程中，通过控制两个千斤顶，使位于两个导向轮之间及虎钳上的管线处于拉伸状态。

——通过控制电机23，使装置沿X方向移动，使得管线相对于固定的激光器移动。这样，可以对在激光器下移动的缺陷进行纵向焊接。

——在丝杆43的驱动下，管线在激光器下沿Y方向移动，对缺陷进行宽度方向上的焊接。

在整个修复过程中处于拉伸状态的管线被固定在导向轮上。当修复完成后，千斤顶使两个导向轮彼此靠近，放松管线。使管线可以撤出路线13，回到路线6上，以便收到收线盘4上。

本发明的这一实例避免了改变管线内径和(或)外径尺寸。也避免了对纤维的损坏，无论这种损坏是发生在激光焊接时，还是发生在修复后管线绕在收线盘上时，或者在以后的任何操作中。与现有的修复方法相比，它节约了大量时间，所获得的管线长度大，无缺陷，无内径或外径的局部尺寸超出。使用于大长度的光缆的使用要求。

Claims (17)

1.包有至少一根光导纤维的金属套管封闭缺陷的修复方法，这里的缺陷是指位于管子封闭母线上的缺陷，修复方法的特征为：使含有缺陷的管段成为弓形，并处于拉伸状态；这样将使封闭母线凸起，导致此处管内的纤维靠向与缺陷相对的管壁；在缺陷处进行激光点焊，并将每点的热量控制在焊接所需的最小值。

2.实现由权利要求1中所描述的修复方法的修复作业线，其特征为：作业线有两个支座(1，2)，分别支持着管线(5)的放线盘(3)和收线盘(4)；一个管线的驱动装置(7)，它使管线沿位于两绕线盘之间的直接移动路线(6)移动，驱动装置与一个控制管线沿上述路线(6)移动或停止的控制装置(8)连接；作业线上还有一个修复台(10)，安装在与上述直接移动路线(6)错开的绕行路线，或称修复路线(13)上；修复作业线的特点还在于修复台(10)上有一个点焊激光器(11)和一个管线处理装置(12)，它使与上述激光器相对的管线成弓形并处于拉伸状态。

3.由权利要求2所描述的修复作业线，其特征为：处理装置(12)有一个其正面沿纵向为凸出状(14C)的管段支持部件(14)，以及第一和第二管线导向和拉伸装置(15，16)，它们分别装在支持部件的两侧，与支持部件共同确定了修复路线(13)。

4.由权利要求3所描述的修复作业线，其特征为：上述第一和第二导向和拉伸装置在修复路线上可以沿由该路线确定的X方向相对移动。

5.由权利要求4所描述的修复作业线，其特征为：它至少有一个X方向上的第一驱动装置(25，26)，它与第一和第二导向和拉伸装置(15，16)相连。

6.由权利要求5所描述的修复作业线，其特征为：它有一个第一支座(32)，称为被驱动平台，它与X方向驱动的第二驱动装置(23)连接，被驱动平台上面固定安装着上述第一驱动装置(25，26)，支持部件(14)也在其上；作业线上还有一个第二支座(30)，称为主固定支座，上面安装着上述第一和第二导向和拉伸装置(15，16)，它们在主支座上可沿X方向移动；主支座还支撑着上述被驱动平台。

7.由权利要求6所描述的修复作业线，其特征为：上述主支座上有滑轨(37，38)，与导向和拉伸装置固接的导向滑块(35A，36A)配合。

8.由权利要求6和7中的一条所描述的修复作业线，其特征为：上述的第二驱动装置(23)是一个步进电机。

9.由权利要求6和8中的一条所描述的修复作业线，其特征为：它还有一个称为平台的第三支座(40)，安装在被驱动平台(32)上，可以沿穿过X方向的Y方向横向移动，它由一个第三驱动装置(43)驱动；前述使管段成为弓形的装置(14)固定在平台上。

10.由权利要求9所描述的修复作业线，其特征为：上述的装置(43)是一个微动丝杆，它穿过一对连接部件(44)，其一固定在平台上，另一个固定在被驱动平台上。

11.由权利要求9和10中的一条所描述的修复作业线，其特征为：上述平台和被驱动平台之间装有使平台能够在被驱动平台上移动的辅助导向装置(41，42)。

12.由权利要求3至11中任意一条所描述的修复作业线，其特征为：它有辅助导向装置(17，18，21，22)，它们设置在修复路线上，其中至少有一部分与支持部件(14)固接。

13.由权利要求3至12中任意一条所描述的修复作业线，其特征为：上述第一和第二导向和拉伸装置(15，16)是两个具有周向槽(15A，16A)的导向轮，周向槽用于不打滑地牵引管线。

14.由权利要求3至13中任意一条所描述的修复作业线，其特征为：支持部件(14)是一个具有固定钳口(14A)，活动钳口(14B)及驱动丝杆(14D)的虎钳；虎钳的正面有一个凸槽(14C)，这里的正面是指活动钳口与固定钳口闭合后形成的平面。

15.由权利要求3所描述的修复作业线，其特征为：它上面还有一个缺陷的目视观察台(9)，该台位于放线盘(3)和修复台(10)之间。

16.由权利要求15所描述的修复作业线，其特征为：控制装置(8)有一个外接引线(8A)，用于输入位于放线盘(3)上的管子上的缺陷沿长度的位置信息。

17.由权利要求16所描述的修复作业线，其特征为：控制装置(8)上至少有一个输入端(8B，8C)，用于进行修复和放弃修复信号的输入，这些信号是操作者在观察缺陷之后发出的。

Images