NO322118B1

NO322118B1 - Optical cable assembly

Info

Publication number: NO322118B1
Application number: NO20051623A
Authority: NO
Inventors: Tom Harald Birkeland; Tom Eirik Toften; Inge Vintermyr; Per A Osborg; Vegard B Larsen
Original assignee: Nexans
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2006-08-14
Also published as: NO20051623D0; NO20051623L

Abstract

Det er tilveiebragt en optisk kabelenhet omfattende et metallrør med en langsgående lasersveist skjøt og minst en optisk bølgeleder i det innvendige av metallrøret, metallrøret består av to lag, omfattende det første indre laget (13c) består av kobber og det andre ytre laget (13b) består av austenittisk stål og at den langsgående skjøten (13a) av begge lag (13b, 13c) er lasersveist og at skjøtene til lagene (13b, 13c) er innrettet oppå hverandre, lasersveisingen har blitt gjort ved hjelp av en C02-laser. Den optiske kabelenheten er kjennetegnet ved at metallrøret (13) består av et laminat av austenittisk stål og kobber. Det er tilveiebragt en fremgangsmåte for fremstilling av en optisk kabelenhet omfattende et metallrør med en langsgående sveist skjøt og minst en optisk bølgeleder i det indre av metallrøret, der et metallbånd er kontinuerlig utformet til et rør med et spor, den minst ene optiske bølgelederen puttes kontinuerlig inn i det fortsatt åpne sporet i røret og sporet lukkes med en lasersveiseenhet. Fremgangsmåten er kjennetegnet ved at laminatbåndet med et lag av austenitisk stål og et lag av kobber er dannet til et rør med et spor, og at skjøten av røret med sporet sveises med en C02-laser, hvorved varmen som bringes inn i skjøten i laget med austenitisk stål forårsaker sveising av skjøten i kobberlaget.An optical cable assembly is provided comprising a metal tube with a longitudinal laser welded joint and at least one optical waveguide in the interior of the metal tube, the metal tube consisting of two layers comprising the first inner layer (13c) composed of copper and the second outer layer (13b). consists of austenitic steel and that the longitudinal joint (13a) of both layers (13b, 13c) is laser welded and that the joints of the layers (13b, 13c) are arranged on top of each other, the laser welding has been done by means of a CO2 laser. The optical cable assembly is characterized in that the metal tube (13) consists of a laminate of austenitic steel and copper. There is provided a method of manufacturing an optical cable assembly comprising a metal tube having a longitudinally welded joint and at least one optical waveguide in the interior of the metal tube, wherein a metal band is continuously formed into a tube with a groove, the at least one optical waveguide being continuously inserted. into the still open slot in the tube and the slot closes with a laser welding unit. The method is characterized in that the laminate strip with a layer of austenitic steel and a layer of copper is formed into a tube with a groove, and that the joint of the tube with the groove is welded with a CO2 laser, whereby the heat which is brought into the joint in the layer with austenitic steel causes welding of the joint in the copper layer.

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en optisk kabelenhet som angitt i innledningen til det selvstendige krav 1. Den foreliggende oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for fremstilling av en optisk kabelenhet som angitt i den innledende delen av det selvstendige krav 4. The present invention relates to an optical cable unit as stated in the introduction to independent claim 1. The present invention also relates to a method for manufacturing an optical cable unit as stated in the introductory part of independent claim 4.

Rustfrie stålrør med optiske bølgeledere er utstrakt brukt, for eksempel i undersjøiske kabler, i metallskjerming av kraftkabler og i kraftlinjer i lufta (WO 96/31885, EP 0 285 917, EP .0 286 804). Stainless steel tubes with optical waveguides are widely used, for example in submarine cables, in metal shielding of power cables and in power lines in the air (WO 96/31885, EP 0 285 917, EP .0 286 804).

En fremgangsmåte for fremstilling av en optisk kabelenhet omfattende et metallrør og flere optiske bølgeledere er beskrevet i US 5 768 762. A method for manufacturing an optical cable assembly comprising a metal tube and several optical waveguides is described in US 5,768,762.

Et metallband av austenitisk stål formes gradvis til et rør med et lengdevis spor, de optiske bølgelederne innføres inn i det fortsatt åpne røret med sport, røret med lengde-vist spor sveises og den ytre diameteren til det sveiste røret reduseres. A metal strip of austenitic steel is gradually formed into a tube with a longitudinal groove, the optical waveguides are introduced into the still open tube with a sport, the tube with a longitudinal groove is welded and the outer diameter of the welded tube is reduced.

Fra EP 1 184 128 er det kjent å fremstille metallrør av kobber ved å sveise skjøten/ skjøten med en laserstråle. Kobber reflekterer laserstrålen og det er derfor vanskelig å få laserenergien inn i kobbermaterialet. For å løse dette problemet er det foreslått å gjøre området med sveiseskjøten ru og påføre hydrokarbonfluid til sveiseområdet. From EP 1 184 128 it is known to produce metal pipes from copper by welding the joint/joint with a laser beam. Copper reflects the laser beam and it is therefore difficult to get the laser energy into the copper material. To solve this problem, it is proposed to roughen the area with the weld joint and apply hydrocarbon fluid to the weld area.

Formålet med oppfinnelsen er å forbedre en optisk kabelenhet som beskrevet ovenfor med hensyn på den elektriske ledningsenden og ekstrabeskyttelse overfor miljømessige belastninger slik som hydrogen. The purpose of the invention is to improve an optical cable unit as described above with regard to the electrical cable end and extra protection against environmental loads such as hydrogen.

Ifølge den foreliggende oppfinnelsen er det således tilveiebragt en optisk kabelenhet som omfatter et metallrør som angitt i det selvstendige krav 1. Metallrøret består av to lag, det første indre laget er av kobber og det ytre laget er av austenitisk stål. Den langsgående skjøten av begge lag sveises med en laser. Skjøtene til lagene innrettes oppå hverandre. Lasersveisingen har blitt gjort ved hjelp av en CCVlaser. According to the present invention, an optical cable unit is thus provided which comprises a metal tube as stated in independent claim 1. The metal tube consists of two layers, the first inner layer is of copper and the outer layer is of austenitic steel. The longitudinal joint of both layers is welded with a laser. The joints of the layers are aligned on top of each other. The laser welding has been done using a CCV laser.

Ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen er metallrøret laget av et laminat av austenitisk stål og kobber. According to one embodiment of the invention, the metal pipe is made of a laminate of austenitic steel and copper.

Ifølge en annen utførelsesform av oppfinnelsen er den ytre diameteren av metallrøret fra 2,5 til 4,0 mm og veggtykkelsen av røret er fra 0,2 til 0,3 og veggtykkelsen av kobberlaget er fra 0,04 til 0,06 mm. According to another embodiment of the invention, the outer diameter of the metal tube is from 2.5 to 4.0 mm and the wall thickness of the tube is from 0.2 to 0.3 and the wall thickness of the copper layer is from 0.04 to 0.06 mm.

Ifølge oppfinnelsen er det også tilveiebragt en fremgangsmåte for fremstilling av en optisk kabelenhet, omfattende et metallrør med en langsgående sveist skjøt og minst en optisk bølgeleder i det innvendige av metallrøret, der et metallband kontinuerlig formes til et rør med spor og den minst ene optiske bølgelederen puttes kontinuerlig inn i det fortsatt åpne sporede røret, og sporet lukkes med en lasersveiseenhet. According to the invention, a method for manufacturing an optical cable unit is also provided, comprising a metal tube with a longitudinally welded joint and at least one optical waveguide in the interior of the metal tube, where a metal band is continuously formed into a tube with grooves and the at least one optical waveguide is continuously inserted into the still open grooved pipe, and the groove is closed with a laser welding unit.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at det dannes et laminært bånd av et lag av austenitisk stål og et lag av kobber til et rør med et spor, røret med et spor sveises med en CCVlaser hvorved varmen som bringes inn i laget med austentisk stål forårsaker sveising av skjøten i kobberlaget. The method according to the invention is characterized by the fact that a laminar band of a layer of austenitic steel and a layer of copper is formed into a tube with a groove, the tube with a groove is welded with a CCV laser whereby the heat brought into the layer of austenitic steel causes welding of the joint in the copper layer.

Det foretrekkes at kobberlaget er på innsiden av metallrøret. I prinsipp skal det ikke være mulig å sveise kobberrør ved hjelp av en CO2-laser uten spesielle forholdsregler, men induksjonsvarmen fra stålsveisingsprosessen resulterer i sveising av kobberet også. It is preferred that the copper layer is on the inside of the metal pipe. In principle, it should not be possible to weld copper pipes using a CO2 laser without special precautions, but the induction heat from the steel welding process results in welding the copper as well.

Den nye løsningen krever kun en sveisestasjon og sveisingen av både kobber og stål utføres i den samme prosessen. The new solution requires only one welding station and the welding of both copper and steel is carried out in the same process.

Den foreliggende oppfinnelsen skal bedre forstås fra den følgende detaljerte beskrivelsen, som er fremstilt ved hjelp av ikke-begrensende eksempel, som også henviser til figurene på de medfølgende tegningene der: The present invention will be better understood from the following detailed description, which is prepared by way of non-limiting example, which also refers to the figures of the accompanying drawings in which:

Figur 1 er et perspektivriss av en del av en optisk kabelenhet (kjent teknikk). Figure 1 is a perspective view of part of an optical cable assembly (prior art).

Figur 2 er et sideelevasjonsriss av en anordning for utføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen; og Figure 2 is a side elevation view of a device for carrying out the method according to the invention; and

figur 3 er et tverrsnitt av en optisk kabelenhet ifølge oppfinnelsen. Figure 3 is a cross-section of an optical cable unit according to the invention.

I figur 1 er det vist en del av en optisk kabelenhet 1. Den optiske kabelenheten omfatter optiske bølgeledere 2 i et metallrør 3 som inneholder en lengdevis sveist skjøt 3a. Det åpne rommet mellom de optiske bølgelederne 2 og metallrøret 3 kan fylles med en fyllsammensetning for å forhindre vann fra å migrere lengdevis. Antallet optiske bølgeledere 2 er vanligvis mellom seks og tjue, men kan være opptil 40. De optiske bølgelederne 2 har en lengre lengde (eller overlengde) enn metallrøret 3. Denne overlengden er normalt omtrent 0,2 5 til 0,3 %. Veggtykkelsen av metallrøret er 0,2 til 0,3 mm mens dets ytre diametre er 2,4 til 4 mm. Dette er typiske data for en optisk kabelenhet, som brukes i stedet for en ledning i en transmisjonskabel. Figure 1 shows part of an optical cable unit 1. The optical cable unit comprises optical waveguides 2 in a metal tube 3 which contains a longitudinally welded joint 3a. The open space between the optical waveguides 2 and the metal tube 3 can be filled with a filler composition to prevent water from migrating longitudinally. The number of optical waveguides 2 is usually between six and twenty, but may be up to 40. The optical waveguides 2 have a longer length (or overlength) than the metal tube 3. This overlength is normally about 0.25 to 0.3%. The wall thickness of the metal tube is 0.2 to 0.3 mm while its outer diameter is 2.4 to 4 mm. This is typical data for an optical cable assembly, which is used instead of a wire in a transmission cable.

Som vist i figur 2 trekkes et bånd 5 kontinuerlig fra en tilførselsrull 4 og mates til en formingsinnretning 6, der båndet 5 formes til et rør med et langsgående spor. En del av denne utformingsinnretningen 6 er et trimme-/klippeverktøy (ikke vist i detalj) som brukes for å knyttet båndet 5 til den ønskede bredden. Formingsinnretningen 6 omfatter videre flere sett med utformingsvalser (ikke vist i detalj). Det langsgående sporet i røret lukkes med en lasersveisingsanordning 7 som danner den langsgående skjøten 3a (figur 1). Presis føring av røret med det langsgående sporet under sveiseanordningen 7 frembringes med et første oppspenningsverktøy 8 som inneholder et antall innspenningsklemmepar som omgir røret og drives av en endeløs transportør/bånd. En rørreduksjonsinnretning 9, for eksempel en trekkeinnretning der diameteren av røret reduseres er lokalisert nedstrøms det første oppspenningsverktøyet 8. Et andre oppspenningsverktøy 10 er lokalisert nedstrøms rørreduksjonsinnretningen 9 og griper det uttrukkede røret og trekker det gjennom trekkeinnretningen. Trekkehastigheten til det andre oppspenningsverktøyet 10 i forhold til trekkehastigheten til det første oppspenningsverktøyet 8 er kontrollert som en funksjon av rørets slakk mellom trekkeinnretningen 9 og det første oppspenningsverktøyet 8. En drevet opptaksrull 11 er lokalisert nedstrøms det andre oppspenningsverktøyet 10 og røret vikles flere ganger rundt dens omkrets. Hastigheten til opptaksruUen 11 er lik opptakshastigheten til det andre oppspenningsverktøyet 10. En lagringsrull 12 er lokalisert bak opptaksruUen/ spolen 11 og ruller opp kabelen 1 under litt spenning. As shown in Figure 2, a strip 5 is continuously pulled from a supply roll 4 and fed to a forming device 6, where the strip 5 is formed into a tube with a longitudinal groove. Part of this design device 6 is a trimming/cutting tool (not shown in detail) which is used to tie the band 5 to the desired width. The forming device 6 further comprises several sets of shaping rollers (not shown in detail). The longitudinal groove in the pipe is closed with a laser welding device 7 which forms the longitudinal joint 3a (figure 1). Precise guidance of the pipe with the longitudinal groove under the welding device 7 is produced with a first clamping tool 8 which contains a number of clamping clamp pairs which surround the pipe and are driven by an endless conveyor/belt. A tube reduction device 9, for example a pulling device where the diameter of the tube is reduced, is located downstream of the first tensioning tool 8. A second tensioning tool 10 is located downstream of the tube reduction device 9 and grips the extracted tube and pulls it through the pulling device. The pulling speed of the second tensioning tool 10 relative to the pulling speed of the first tensioning tool 8 is controlled as a function of the pipe slack between the pulling device 9 and the first tensioning tool 8. A driven take-up roll 11 is located downstream of the second tensioning tool 10 and the tube is wound several times around it circumference. The speed of the take-up roll 11 is equal to the take-up speed of the second tensioning tool 10. A storage roll 12 is located behind the take-up roll/coil 11 and rolls up the cable 1 under some tension.

En tilførselsinnretning 14 for et antall optiske bølgeledere 2 er lokalisert mellom tilførselsrullen 4 og formingsinnretningen 6 er utstyrt med et antall ruller IS på hvilke det er viklet opp optiske bølgeledere 2. De optiske bølgelederne 2 trekkes fra rullene 15 og føres inn i røret med sporet før sveiseinnretningen 7. Et stasjonært lite metallrør (ikke vist) stikker fram inn i røret med sporet som beskyttelse for de følsomme optiske bølgelederne 2 som ledes igjennom denne. Tidligst frigjøre de små metallrørene de optiske bølgelederne 2 bak sveiseinnretningen 7. Det lille metallrøret er konsentrisk omgitt av et annet lite metallrør (ikke vist). Røret fylles med vaselin (petroleum jelly) under trykk gjennom ringrommet som dannes av de to små konsentriske metallrørene. For å tilveiebringe optiske bølgeledere 2 inne i metallrøret 3 med overlengde, er det sveiste metallrøret kontinuerlig og elastisk spent, det vil si ekspandert, mellom det andre oppspenningsverktøyet 10, hvis innspenningsklemmepar fast griper det sveiste metallet og anvender deformasjonskrefter for å produsere rørreduksjonen, og opptaksruUen 11. Dette forårsaker at opptaksruUen 11 vikler opp samme lengde metallrør 3 og optiske bølgeledere 2. Den elastiske tøyningen "løsner" på opptaksruUen 11 og derved forkortes metallrøret 3 til sin normale tilstand og frembringer overlengden. A supply device 14 for a number of optical waveguides 2 is located between the supply roller 4 and the forming device 6 is equipped with a number of rollers IS on which optical waveguides 2 are wound. The optical waveguides 2 are pulled from the rollers 15 and fed into the pipe with the groove before the welding device 7. A stationary small metal tube (not shown) protrudes into the tube with the groove as protection for the sensitive optical waveguides 2 which are led through this. At the earliest, the small metal tubes release the optical waveguides 2 behind the welding device 7. The small metal tube is concentrically surrounded by another small metal tube (not shown). The tube is filled with petroleum jelly under pressure through the annulus formed by the two small concentric metal tubes. In order to provide optical waveguides 2 inside the overlength metal pipe 3, the welded metal pipe is continuously and elastically tensioned, that is, expanded, between the second tensioning tool 10, whose pair of clamping clamps firmly grips the welded metal and applies deformation forces to produce the tube reduction, and the recording tube 11. This causes the recording roll 11 to wind up the same length of metal tube 3 and optical waveguides 2. The elastic strain "loosens" on the recording roll 11 and thereby shortens the metal tube 3 to its normal state and produces the overlength.

Den elastiske tøyningen forårsakes av en kraft F som avbøyer det sveiste metallrøret mellom det andre oppspenningsverktøyet 10 og opptaksruUen 11. Dette oppnås med en vekt 16 som henges ned på metallrøret, for eksempel ved hjelp av en valse (ikke vist i detalj). Kraften F, det vil si vekten 16, avgjør størrelsen av avbøyningen og derved størrelsen av ekspansjonen. The elastic strain is caused by a force F which deflects the welded metal pipe between the second tensioning tool 10 and the take-up roller 11. This is achieved with a weight 16 which is suspended on the metal pipe, for example by means of a roller (not shown in detail). The force F, that is the weight 16, determines the size of the deflection and thereby the size of the expansion.

Kraften F kan utgjøres av en valse/rulle (ikke vist) som avbøyer røret i samme retning som vekten 16. The force F can be made up of a roller/roller (not shown) which deflects the pipe in the same direction as the weight 16.

Med en spesifisert geometri og ved å velge materialet for metallrøret 3, kan en seleksjon av kraften F produsere en eksakt overlengde av den optiske bølgelederen inne i røret 3. With a specified geometry and by choosing the material for the metal tube 3, a selection of the force F can produce an exact overlength of the optical waveguide inside the tube 3.

Ifølge oppfinnelsen er båndet S et laminat av austenittisk stål og kobber og sveiseinnretningen er en CC^-laser. CO2-laseren sveiser skjøten 13a i det austenittiske laget 13b av metallrøret 13 (figur 3). Ved sveisevarmen som kjøres inn i skjøten 13a i det austenittiske laget av laminatet penetrerer veggtykkelsen av lagets 13b og forårsaker at kantene av kobberlaget 13c sveises sammen. Sveiseskjøten 13d av kobberlaget 13c er fritt for hulrom/voider, og det er også sveiseskjøten 13a i laget 13b. According to the invention, the strip S is a laminate of austenitic steel and copper and the welding device is a CC^ laser. The CO2 laser welds the joint 13a in the austenitic layer 13b of the metal pipe 13 (Figure 3). The welding heat that is driven into the joint 13a in the austenitic layer of the laminate penetrates the wall thickness of the layer 13b and causes the edges of the copper layer 13c to be welded together. The weld joint 13d of the copper layer 13c is free of cavities/voids, and so is the weld joint 13a in the layer 13b.

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen har det laminerte båndet en veggtykkelse på 0,25 mm. Veggtykkelsen til kobberlaget 13c er 0,05 mm. In a preferred embodiment of the invention, the laminated tape has a wall thickness of 0.25 mm. The wall thickness of the copper layer 13c is 0.05 mm.

Claims

1. Optical cable unit comprising a metal tube with a longitudinal laser-welded joint and at least one optical waveguide in the interior of the metal tube, the metal tube consists of two layers, characterized in that the first inner layer (13c) consists of copper and the second outer layer (13b) consists of austenitic steel and that the longitudinal joint (13a) of both layers (13b, 13c) is laser welded and that the joints of the layers (13b, 13c) are aligned on top of each other, the laser welding has been done using a CCV laser.

2. Optical cable unit according to claim 1, characterized in that the metal tube (13) consists of a laminate of austenitic steel and copper.

3. Optical cable unit according to claim 1 or 2, characterized in that the outer diameter of the metal tube (13) is from 2.5 to 4 mm and its wall thickness is from 0.2 to 0.3 mm and that the wall thickness of the copper layer (13c) is from 0.04 to 0.06 mm.

4. Method for manufacturing an optical cable assembly comprising a metal tube with a longitudinally welded joint dg at least one optical waveguide in the interior of the metal tube, where a metal band is continuously formed into a tube with a groove, the at least one optical waveguide is continuously inserted into the continued open the groove in the pipe and the groove is closed with a laser welding unit, characterized in that a laminate strip with an innermost layer of austenitic steel and a layer of copper is formed into a tube with a groove, and that the joint of the tube with the groove is welded with a COrlaser, whereby the heat brought into the joint in the layer of austenitic steel causes welding of the joint in the copper layer.