Сварка оптических волокон: сварочные аппараты и скалыватели, механическое и сварное сращивание, отмеривание и укладка волокон

Сварочные аппараты

 

Сварка оптических волокон: сварочные аппараты и скалыватели, механическое и сварное сращивание, отмеривание и укладка волокон
Что у сварочного аппарата под крышкой

Сварочный аппарат для оптических волокон (arc fusion splicer) — один из самых дорогих и сложных (наряду с рефлектометром) инструментов спайщика. Это умный прибор, который берёт на себя весь процесс сведения (юстировки) и сварки волокон, спайщику остаётся лишь подготовить их и заложить в аппарат, а затем достать, надвинуть термоусадочную гильзу КДЗС и заложить в печку. Вкратце принцип работы любого современного сварочного аппарат таков:
1) Очищенные, сколотые волокна с заранее надетой защитной гильзой КДЗС закладываются спайщиком в аппарат, фиксируясь зажимами.
2) Аппарат сам (или по нажатию кнопки) начинает их сводить, пока не увидит в оптическую систему, состоящую из камер-микроскопов и зеркал на внутренней поверхности крышки.
3) Когда оба волокна в поле зрения камер, аппарат даёт короткую слабую дугу, «сдувающую» с волокон микропылинки, которые обычно остаются несмотря на любую протирку. Есть мнение, что эта короткая дуга также чуть-чуть «оплавляет» волокна, подготавливая их к сварке. Если на волокнах была несгораемая и несдуваемая грязь (например, гидрофоб или жир с пальцев), то эта дуга только «запечёт» эту грязь, да так, что никакая протирка не поможет, только переделывать скол.
4) Если волокна чистые и сколы хорошие, он начинает их сводить прецизионными моторами по трём координатам — сначала грубо, потом точно. Если с волокнами непорядок — говорит нам об этом (пишет на экране и подаёт сигнал писком) и отказывается продолжать варить.
5) Когда волокна сведены и подвинуты почти вплотную друг ко другу, где-то на секунду-две включается основная мощная дуга, в которой волокна разогреваются, и в разогретом виде ещё чуть-чуть досводятся друг с другом, чтобы спаяться. После выключения дуги место сварки за долю секунды остывает.
6) Аппарат оценивает по картинке, нет ли косяка (хорошую сварку практически не видно), а также на просвет пытается примерно определить затухание на получившейся сварке. Информация о сварке (дата, время, затухание) сохраняется в памяти, необнуляемый счётчик сварок увеличивается на единицу.
7) Аппарат с дозированным усилием пытается развести сваренные волокна обратно, если при этом сварка не порвалась — тест прочности пройден. Многие его отключают за ненадобностью, ходят даже слухи, что он может подпортить ещё не остывшую сварку.
8) Спаянное волокно аккуратно достаёт спайщик, надвигает гильзу КДЗС и кладёт в печку, где КДЗС усаживается, защищая место сварки от воздействий.
9) Когда таймер печки вышел, волокно с горячей КДЗС достаётся и КДЗС кладётся на специальную полочку для охлаждения. Если положить её на стол, горячий пластик прилипнет. В горячем виде запихивать в ложемент на кассете нельзя — легко сломать волокно под ещё мягким пластиком.

Про внутреннее устройство, аппаратную и программную части я, к сожалению, не смогу ничего рассказать: никогда не приходилось ни разбирать сварочник, ни подключать к компьютеру. Могу только поклониться электронщикам, механикам и оптикам, создавшим столь сложное и прецизионное устройство, и программистам, написавшим алгоритмы для работы с изображением волокон.

На рынке сегодня ситуация такова: лучшие сварочные аппараты делают японцы (Fujikura, Sumitomo), на пятки им наступают китайцы (Jilong и другие). Так сложилось, что в России Фуджикуры распространены больше Сумитом и Фителов (моё субъективное мнение).

Цена современного сварочного аппарата, которым можно паять ответственные магистральные линии, немаленькая: она начинается с 120-130 тысяч рублей за китайский (за набор — kit), а хороший японский стоит около 300-350 тысяч рублей за набор. В «китовый» набор обычно входит сам сварочный аппарат, кейс, блок питания, скалыватель, стриппер для волокон, иногда дополнительный аккумулятор, полочка для складывания и остуживания усаженных волокон, пинцеты/кисточки/проволочки для чистки, ремень для переноски кейса, кабели для подключения к компьютеру, диск с ПО и прочее. Из бумаг обычно бывает инструкция, результаты выходных испытаний и декларация о соответствии.

Сварочные аппараты можно примерно классифицировать по назначению. На достоверную и всестороннюю классификацию не претендую, но всё же попробую.

1) Для качественной сварки одиночных волокон. Такие аппараты производят юстировку (взаимное выравнивание) волокон на просвет и по оболочке, и по сердцевине, ориентируясь по картинке с двух стоящих под углом 90 градусов камер с микроскопами (метод PAS — Profile Alignment System). Этот метод предпочтительнее, чем устаревший метод выравнивания по одной только оболочке — ведь волокно может быть с эксцентриситетом, немного овальным или с некоторым осевым смещением центрального 9-микрометрового сердечника. Сервомоторы в таких аппаратах обычно могут двигать волокна «к друг другу — от друг друга», «вниз-вверх», «вперёд-назад», кроме того, микроскопы на камерах могут менять фокус для точной фокусировки. Вращать волокно вдоль продольной оси или наклонять на какой-то угол для компенсации отклонения угла скола от нормы современные сварочники не умеют.

Это дорогие, но качественные и, наверное, самые распространённые аппараты, за счёт своей универсальности и качества. Умеют производить примерную оценку величины затухания на сварке, высчитывая её по хитрому алгоритму по изображению сварки на экране. Многие модели умеют сваривать волокна специально со смещением, чтобы сварка получилась с заданным затуханием, когда нужно получить аттенюатор. Примеры — вся лнейка японских аппаратов Fujikura от FSM-30S до FSM-80S, Sumitomo Type-39 (и друге), Furukawa Fitel S178A, с некоторой натяжкой — китайские Jilong KL-260C, KL-280, KL-300/300T и некоторые другие китайцы.

Сварка оптических волокон: сварочные аппараты и скалыватели, механическое и сварное сращивание, отмеривание и укладка волокон
Fujikura FSM-60S




DVP-740




2) Вариант «подешевле» для сварки менее ответственных и которких линий, где за затуханием на сварке не так гонятся. Такой сварочник сводит волокна не по сердцевине, смотря на изображение с камер, а просто сдвигая по двум особо ровным V-образным канавкам, то есть многих сервомоторов там нет. Камера и экран лишь для контроля оператором и примерной оценки потерь. Подразумевается, что пользователь будет часто паять многомод. Понятно, что точность сведения и качество сварки будут статистически хуже, так как малейшая пылинка, несовершенство и неотцентрованность самих оптических волокон или микроцарапинка на канавке резко ухудшает соосность сердечников в волокнах и соответственно качество сварки. Цена ниже, чем у «профессиональных» японцев, но выше или сравнима с «профессиональными» китайцами. Поэтому я лично не вижу смысла брать такой аппарат. Пример — Fujikura FSM-18S, Fujikura FSM-17S, возможно — Sumitomo Type-46.


Fujikura FSM-18S. Похож на «шестидесятку». Fibertool

3) Сварочные аппараты для групповой сварки ленточных (ribbon) волокон. В России их почти что нет, как нет и соответствующих кабелей, и прочего оборудования (соответствующие скалыватели, термострипперы). Кабель такого стандарта внутри в сечении прямоугольный, и в нём лежат ленты, составленные из нескольких (обычно до 12) волокон.



Кабель с ленточными волокнами


Готовый комплет пиг-тейлов для кросса, объединённых в ленту. Одна сварка — и кросс на 12 портов сварен. Здорово, правда?

Такой сварочный аппарат варит сразу всю ленту, сильно экономя время. Долгое время Фуджикура в России делала вид, что этих аппаратов вообще не существует. Вживую никогда такие сварочные аппараты не видел, точно принципов зачистки, сведения и сварки не знаю и сказать о них ничего не могу. Не могу также точно сказать, могут ли они варить одиночные волокна как простые сварочные аппараты. Покупать в России смысла не вижу.


Fujikura FSM-60R


Sumitomo Type-66 Ribbon

4) Прочие аппараты «второго эшелона», предназначенные для сварки FTTx-сетей, например, Sumitomo TYPE-25 и TYPE-25e. Границу с группой №2 провести трудновато. Конструкция менее продвинутая и качество сварки не такое высокое, как у «магистральных» аппаратов, аккумулятор слабее, но габариты и цена ниже. Сюда же, за не очень высокое качество, можно отнести дешёвые китайские аппараты, такие, как DVP-730, Jilong KL-260C и другие.


Fujukura FSM-12S


DVP-730 со скалывателем и стриппером


Sumitomo Type-25e

5) Специальные и лабораторные сварочные аппараты для сварки специальных волокон, например, волокон с сохранением поляризации (Fujikura FSM-100M, FSM-100P, FSM-45F). Такие аппараты очень дорогие, имеют кучу гибких настроек, требуют специальных скалывателей. Как вам, например, возможность сделать сколы под углом 45 градусов и так сварить?


Fujikura FSM-100P


Fujikura FSM-45F

6) Старые советские аппараты. Имели некоторое значение в 90-х, когда массовая оптика только начиналась и ими можно было как-то сварить многомод «лишь бы работало». Сейчас неактуальны, так как варят с большим по современным меркам затуханием (лучше 0,2 дБ сварку на одномоде и 0,1 на многомоде вряд ли возможно сделать), сварка очень сложна и неудобна (сведение под оптическим микроскопом вручную, дуга горит, пока держишь кнопку, «доводку» волокон для их спаивания в момент горения дуги нужно сделать вручную с более чем ювелирной точностью, и пр.), вероятность того, что следующая сварка будет удачной, мала, имеют большой вес и габариты, нет запчастей и сервиса, родной скалыватель — не скалыватель, а просто комплект из лезвия и резинки в виде параллелепипеда, они не рассчитаны на современные волокна, и пр. Примеры — КСС-111, Сова. КСС — это полный хардкор, всё вручную и на глаз. В Сове уже можно было юстировать волокна по уровню сигнала: перед и после местом стыковки волокна в зажимах изгибались и по принципу бокового ввода в одном из зажимов на изгиб светила лампа, в другом зажиме около изгиба стоял фотодиод. Когда ток с фотодиода максимальный — стало быть, сердечники волокон совпали лучше всего и можно варить. Правда, сам я на таких аппаратах не работал, может быть тот, кто работал, в чём-то меня опровергнет.

Вот несколько фотографий раздолбанного КСС-111, который стоит в моём университете.







Лично я работал на всех Фуджикурах от FSM-30S до FSM-60S, несколько волокон сварил на обучении на «урезанном» FSM-18S (который со сведением по V-канавке), несколько — на каком-то Sumitomo (наверное, Type-39 — уже не помню). А последние годы я работаю на китайском сварочном аппарате Jilong KL-280. Вот про эти аппараты я в основном и буду рассказывать.

У каждого аппарата есть свои особенности, свои сильные стороны. Это может быть гарантированно высокое качество, или высокая скорость сварки, или скорость усадки КДЗС, или наличие двух печек для КДЗС, или наличие дополнительных удобных фич, или сенсорный экран, или продублированные кнопки управления для удобной работы вдвоём, или супер-увеличение места сварки, или сверхкомпактность, или защищённость от ударов, мороси и ветра, или просто выгодная цена. Например, Fujikura FSM-60S — признанный лидер, задавший новую планку качеству, удобству и скорости работы, он не боится влаги, пыли и умеренных ударов, он относительно компактный, можно тонко настроить его поведение как нужно, но цена кусается, дорогие запчасти и обслуживание. (Недавно вышла новая Фуджикура — FSM-80S, вероятно, она совершеннее «шестидесятки», но я её вживую не видел и сказать про неё нечего). Китайский DVP-730, например, медленнее, менее надёжный, по слухам камеры могут разбалансироваться от тряски в багажнике, но цена втрое (!) ниже фуджикур. А вот Jilong KL-300T — по мнению многих, оптимальный вариант: по сути переработанный клон Fujikura FSM-50S, стоит значительно дешевле Фуджикур и Сумитом, обладает хорошей надёжностью, варит почти так же качественно, как фуджикуровские флагманы. А если кому-то нужна компактность? Тогда его выбор — Furukawa Fitel, или попроще — Fujikura FSM-12S. Словом, для каждой задачи найдётся наиболее подходящий вариант.

Почему же при таком разнообразии многие стремятся, несмотря на цену, купить дорогой сварочный аппарат, желательно японца-флагмана, который предназначен для сварки магистралей?

Я полагаю, дело в универсальности (кто знает, что придётся завтра варить — магистраль, FTTx, PON?), а также в том, что возможно встретить некоторое недопонимание с работниками заказчика, отвечающими за приёмку построенного объекта. С технической точки зрения ясно, что если для сети типа FTTB с её небольшими расстояниями или для коротких линий на десяток километров затухания на сварках не особо критичны, то для магистралей под сотню километров потеря 0,15 дБ на сварке — это уже криминал. Однако те, кто принимает работы, особенно крупные заказчики, зачастую ничего не хотят слышать и требуют, чтоб любая линия (не волокно, а вся готовая линия от кросса до кросса) укладывалась в показатели по затуханию не хуже 0,22 дБ/км затухания на длине волны 1550 нм и 0,36 дБ/км на 1310 нм, и поблажек особо не дают. С одной стороны их можно понять — ведь теоретически через нашу короткую линию могут однажды проключить и ответственную магистраль. Но с другой стороны, всё же порой требования излишне жёсткие. Понятно, что вывести линию на такие показатели с дешёвым сварочным аппаратом намного труднее, чем с хорошим и дорогим. С дорогим ты просто штатно сварил все муфты, возможно, потом после анализа измерений прошёл по муфтам и исправил пару косячков. А с плохим аппаратом можно бегать исправлять затухания очень долго.

Вообще, по моему личному мнению, сейчас самый классный аппарат — это Fujikura FSM-60S. Если б я выбирал для себя и не был стеснён в средствах — я бы выбрал его (правда, вероятно, новейший FSM-80S ещё лучше: там, например, заявлена фича с автоматически закрывающейся после закладки волокон крышкой, что экономит время). Если же денег не хватило бы, я взял бы или Jilong KL-280 (лично проверенный, неплохой аппарат, варит качественно, минусы — немного габаритнее, медленнее и неудобнее фуджикур, не умеет варить сварки-аттенюаторы с заданным затуханием, нет специально заточенных программ для сварки «смещёнки» и новых «сверхгибких» волокон, и до меня доходили слухи о его недостаточной надёжности) или Jilong KL-300T (его в интернете хвалят за надёжность, достаточно высокое качество сварок и за то, что это большой шаг вперёд для компании Nanjing Jilong по сравнению с прежними KL-280 и KL-260C, но я сам его не щупал).


Jilong KL-280

Как вариант можно рассмотреть б/у Фуджикуры 50S или 60S, но б/у есть б/у, можно нарваться на аппарат с каким-нибудь скрытым, трудновоспроизводимым дефектом, да и гарантии нет (как говорит мой папа, какой дурак продаст тебе хорошее?), а покупка такого дорогого инструмента — это всё-таки не покупка мобильника с рук. Аппараты FSM-30S, FSM-40S и прочие старые я бы не покупал, даже попадись новый экземпляр, завалявшийся на складе: цена на них будет почти такая же, как на современные японские флагманы, слишком они медленные, старые, с электродами и запчастями могут возникнуть проблемы, аккумуляторы там никель-металлгидридные (вместо литий-полимерных или литий-ионных на современных аппаратах) и слабые.


Fujikura FSM-20CS: демон древнего мира!


FSM-30S. Медленный, старый, для сварки нужно много движений, но варит вроде неплохо.

Конечно, картина у меня не самая полная; для полной картины мне нужно бы поварить на Sumitomo (тоже отличные японские аппараты) и Furukawa Fitel, на INNO Instrument, а также на других китайцах. Полную картину мог бы дать или спайщик из крупной фирмы с большим парком разных аппаратов, или тот, кто их продаёт.

Сварочный аппарат нужно беречь. Думаю, это очевидно, помня, сколько он стоит. Если вы покупаете аппарат, а работать на нём будут другие — нужно это внушить будущим работникам. Беречь его нужно фанатично, как зеницу ока! Обдумывать каждый шаг. Надёжно ли он стоит? Надёжно ли стоит рабочий столик? Не упадёт ли на него что-то сверху? Не накинет ли порыв ветра вот эту пыль с дороги на рабочее место? Не собирается ли гроза? Если собирается, взял ли я палатку? А что будет, если кто-то из прохожих дёрнет за торчащий из рабочей палатки свариваемый кабель, не упадёт ли от этого сварочник? Не захотят ли вот те ребята в туфлях и спортивных костюмах познакомиться поближе со сваркой оптоволокна? И так далее. Я всегда стараюсь садиться за сварочный аппарат с таким же чувством, с каким в начале 2000-х, будучи школьником без денег, в первый раз взял в руки мобильный телефон… :) Хранить и переносить аппарат без кейса нежелательно: кейс неслучайно изнутри отделан толстенным слоем пенопласта. Хотя на испытаниях FSM-60S японцы сбрасывали её с метровой высоты и потом она варила, проверять не советую.


Испытания Фуджикуры FSM-60S пылью и водой

То же самое касается скалывателя: основу скалывателя, наподобие корпусов жёстких дисков, делают из мягкого металла и покрывают легко сдирающейся краской или анодированием/воронением, и это неспроста. Его нельзя бить или ронять. Будет вмятина и содранная краска — гарантии конец. Нельзя также касаться кругового ножа пальцами и прочими предметами, волокна нужно закладывать очень осторожно, одно движение кривыми руками может повлечь порез пальца и минус ресурса в несколько тысяч сколов (если нож частично затупится). За этим также нужно внимательно и фанатично следить. Нельзя, чтоб он ржавел в сырости. Я и напарник можем гордиться: наш скалыватель за 3 года экстремальных чердачно-подвальных условий ни разу не падал.

Сварочному аппарату также периодически нужно делать обслуживание разного «уровня»: минимум — делать очистку электродов мощным током, калибровку положения дуги и калибровку силы тока в дуге. Всё это делается программно, через меню, и всё описано в инструкции. Так обстоит дело с нынешним нашим Jilong'ом KL-280, у японцев немного по-другому, там есть отдельные программы самотестирования. Эти тесты желательно прогонять каждый раз перед началом работы, если после предыдущей калибровки изменилась температура/влажность воздуха (влияет на дугу) или с прошлой калибровки было сделано много сварок (кончики электродов успели немного износиться).

Иногда требуют замены электроды (после нескольких тысяч сварок) и аккумулятор. Иногда требуется чистка от пыли (кстати, продувать баллончиком со сжатым воздухом запрещается — слишком чувствительная механика). Иногда что-то ломается, разъюстируется, и требуется полноценный ремонт в сервис-центре. На некоторых китайцах после 9999 сварок (весьма внушительный объём) аппарат блокируется, требуя нести его в сервис-центр для полного обслуживания.

Что касается электродов, то есть, конечно, рекомендуемые производителем аппарата объёмы сварок, после которых электроды лучше поменять. Однако по факту многие спайщики варят до упора, пока не начнутся плохие сварки и нестабильная дуга. С электродами есть маленький секрет: можно продлить их жизнь ещё на несколько сотен сварок. Дело в том, что износ электродов — штука комплексная. Отчасти он заключается в том, что на электроды постепенно напыляется слой стекла со свариваемых волокон. Отчасти — в выгорании «воронок» на кончиках электродов, что приводит к нестабильной дуге. Так вот, крошки напылённого стекла можно сковырнуть бритвой, то, что осталось — снять чисткой в стирательной резинке. Только резинку нужно выбирать «нежную», без абразивных элементов, иначе электроды придётся выбросить почти сразу.

После замены электродов нужно обязательно прогонять соответствующую калибровку.

Источник - habr.com

  • Приват24
  • МастерКард
  • Visa