JPH039307A - 光ファイバ入り金属管の接続方法 - Google Patents

光ファイバ入り金属管の接続方法

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JPH039307A
JPH039307A JP1142254A JP14225489A JPH039307A JP H039307 A JPH039307 A JP H039307A JP 1142254 A JP1142254 A JP 1142254A JP 14225489 A JP14225489 A JP 14225489A JP H039307 A JPH039307 A JP H039307A
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JP
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optical fiber
tube
metal
welding
metal cladding
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JP1142254A
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Inventor
Yasunobu Miyazaki
康信 宮崎
Toru Saito
斉藤 亨
Nobuo Araki
荒木 信男
Shimizu Yokoi
清水 横井
Mitsuo Kurihara
栗原 光雄
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Nippon Steel Corp
Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は金属製被覆管内に光ファイバが挿通された状
態での光ファイバ入り金属管(すなわち、光フアイバ心
線、光フアイバコードまたは光フアイバケーブル)の接
続方法に関する。
この発明における光ファイバとは、コアとクラッド層か
らなるファイバ素線、このファイバ素線に合成樹脂、金
属、セラミックなどでコーチインクしたもの、ならびに
こわらの卯心のもの、多心のもの、より線のもの、およ
びテープ状のものをいう。また、被覆管とは銅、銅、ア
ルミニウム、チタンその他の金属製被覆管をいう。
[従来の技術] 架空、海底、地下などに延線される光ファイバは、過度
の張力を防止したり、耐環境性を持たゼるために金属管
なとて被覆して用いられることかある。たとえば、近年
広く用いられるようになった光通仏用ケーブルには、光
ファイバか強度的に弱いことから、金属製被覆管に挿通
された光ファイバか要求され、るようになってきている
また、海底光ケーブルのように長距離間に延線されるも
のでは、光ファイバ入り金属製被覆管同士が接続される
。このような接続では、接続部において、被覆管同士の
間に接続管あるいは接続筒を介して被覆管を接続する。
たとえば、光ファイバ入り金属製被覆管同士の接続方法
として実開昭59−33015号公報で開示された接続
部では、接続筒と光フアイバケーブルのシースどの接続
部を溶6または溶接により一体化”Y8際、光ファイバ
を接続r1)及び光フアイバケーブルのシ・−スのそi
l、、i’ tLにまたがる保護バイブ内に挿通してい
る。
[発明か解決しようとする課題] しかし従来の光ファイバ入り金属製被覆管の接続方法に
は次のような課題かあった。
すなわち、光ファイバの挿通さおだ金属製板■(管の内
径が十分大きく、光ファイバと被覆管内壁との間に十分
な距離かと才する場伯には、接続部−トの光ファイバに
保護管をかふせることによ)て、溶接時の熱から光ファ
イバを絶縁することは容易であった。
ど4:ろか金属製被覆管が細径になり、内径か小さくな
るにつわて溶接時の熱から光ファイバを遮断することは
容易でなくなり、溶接入熱をある程度抑えて溶接しても
連続で溶接すると、光ファイバの被覆が焼損′1−るな
とその熱的劣化を避けることができなかった。
また被覆管が厚肉になると一度に溶融ずべき金属量が多
くなり、溶接には大量の入熱が必要となって、溶接部の
冷却が間に合わなくなり内部の光ファイバを焼損してい
た。逆に肉厚が極めて薄くなっても溶融金属が溶は落ち
て内部の光ファイバに熱的損傷を与えていた。
そこでこの発明はプラズマアーク、低エネルギー密度の
レーザ光束など比較的低いエネルギー密度の熱源をもっ
て簡便かつ効果的に溶接時の熱量を規制する溶接方法を
提供し、もって光ファイバ入り金属製被覆管の接続方法
を提供するものである。
ここでいう低エネルギー密度のレーザ光束とは、プラズ
マアークど同程度のエネルギー密度を有するレーザ光束
で、具体的には101′watt/cm2未満のエネル
ギー密度のレーザ光束である。
[課題を解決するための手段] 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その要
旨とするところ以下のとおりである。
1、光ファイバが金属製被覆管の内壁との間に隙間をも
って挿通された光ファイバ入り金属製被覆管同士を金属
製接続管を介して溶融溶接方法により接続する方法にお
いて、プラズマアーク、低エネルギー密度のレーザ光束
を用い、点状の溶接を縁り返して連続した気密性のある
溶接部を形成することによって溶接時の熱量を規制し、
光ファイバ入り金属製被覆管同士を金属製接続管を介し
て接続する方法。
2、また、金属製被覆管と金属製接続管との周方向の溶
接を行うには、金属製被覆管または金属製接続管の一方
、または金属製被覆管および金属製接続管の双方を回転
治具に装清して金属製被覆管と接続管の周方向の接続部
を金属製被覆管管軸まわりに微小角ずつ回転させ、プラ
ズマアーク、低エネルギー密度のレーザ光束を用い、点
状の溶接を縁り返して連続した気密性のある溶接部を形
成する方法。
3、溶接時の熱から光ファイバを効果的に遮断するには
、金属シJ被覆管中の光ファイバを金属製被覆管の管軸
にほぼ一致させて、少なくとも接続部の管壁には挫触し
ないように保持した状態で、前記1または2に記載した
接続方法。
4.また被覆管が厚肉の場合には予め薄肉またはフレア
状に、逆に肉厚が極めて薄く溶融金属が溶は落ちる場合
には接続部となる金属製被覆管の端部を予め厚肉に加工
しておいて前記1ないし3のいずれかに記載した接続方
法。
以下において前記要旨に基づいた接続方法を手順を追っ
て説明する。
第1図は光ファイバの金属被覆管を接続している割形ス
リーブ5のスリット部6を溶接する手順を示したもので
ある。光ファイバ1,3の両端部は割形スリーブ5をス
リット6を開いて金属製被N管2または4の外周にかぶ
せ、光ファイバ1゜3の端部を露出させた状態で既に融
着されている。この後割形スリーブ5をずらせて金属製
被覆管2.4の間にはさみ、スリット6を溶接すること
になる。
この時溶接はプラズマアーク、低エネルギー密度のレー
ザ光束を用い、適当な時間間隔をおいて短時間ずつ作用
させることによりて、小さな領域毎に分割して行う。こ
の時、隣合フた溶接点を互いに重なり合うように形成1
−ることによって全体として気密性のある溶接線を形成
する。以下このような溶接方法を重複点溶接と叶ふ。
スリット6を溶接するには、先ず割形スリーブ5を回転
して溶接線となるスリット6が光ファイバ1および3に
接触しない配置をとる。スリット6が熱変形によって開
かないように溶接は点7.16を先に、冷却時間を縮め
る意味で3番目の溶接点には点12を選ぶのがよい。
7B2図は管の円周方向の溶接線18.19を溶接する
手順を示すものである。溶接線18.19の溶接は管を
回転治具の割形チャック20.2]に挟んで行う。例え
ば溶接線18を形成するには、回転治具か矢印33の方
向に回転するから、先ず初めに第2図の溶接点32を狙
って例えばパルスYAGレーザを短時間照射する。そし
て溶接点22,23.24・・・・31.32と順次重
複点溶接を行う。溶接順序は溶接点22の次に溶接点3
2を選ぶ等冷却が促進される順序を選択するとよい。
第3図は金属製被覆管2に挿入した光ファイバ1と、金
属製被覆管4に挿入した光ファイバ3を光ファイバの融
着部41で接続した後、予め金属製被覆管2または4上
にずらしてあったスリーブ42の溶接線43を形成する
方法を示す図である。溶接線43を形成するには、スリ
ーブ42を回転治具の割形チャック20.21  (第
2図)で挟み、照射方向44からYAGレーザ光束を溶
接線43上に照射して重複点溶接を行う。この場合光フ
ァイバの線条軸を金属製被覆管の中央、管軸にほぼ一致
させるため、光ファイバの外周を同心円状に取り巻く光
フアイバ支持具45.46を予め光ファイバ1.3とと
もに金属製被覆管2.4の中に装填しておく。この支持
具45.46によって、例えば溶接線43を溶接する場
合少なくとも光ファイバ1か金属製被覆管2の管壁に溶
接線43の直下で接触しないように光ファイバを保持す
ることが出来る。
第4図は接合部の溶融金属量を小さくして溶接に必要な
入熱下限を下げる方法を示したものである。融着部41
で接続された光ファイバ1および3が、管端がフレア状
に起こされた金属製被覆管51.52の管軸にほぼ一致
するように光フアイバ支持具45.46によって保持さ
れている。割形スリーブ53も両端かフレア状に加工さ
れており、光ファイバの融着部41か形成された後、金
属製被覆管51または52の上からずらして融着部41
を覆うようにはめ込まれている。
溶接線54をYAGレーザ等で重複点溶接するとき、金
属製被覆管51および割形スリーブ53のフレア状端部
の接触面積が小さいため、溶接に要する入熱量が少なく
てすむ。また、溶接線の上部が溝状に成形されているこ
とから熱効率か良くなり、溶接入熱量の下限を下げるこ
とが出来、溶接部直下の空気の温度上昇を低く抑える事
が出来る。さらにフレア状にしたために溶接部と光ファ
イバとの距離が大きくなるため、溶接入熱の光ファイバ
に与える影響を軽派てきる。
第5図は融着部41で接続された光ファイバ1゜3が厚
肉金属製被覆管61.62の管軸にほぼ一致するように
、光フアイバ支持具45.46によって保持さ第1″′
〔いる状況を示1.・ている。Jf)肉スリ・−ブ53
(J両管端部を加工ざ才1、薄肉鍔65.66を形成し
て才、3つ、融着部41を覆り下いる。溶接線64をプ
ラズマアーク、YAG lノーサ等て重複点溶接する場
合、俤肉鍔65か溶融金属となって金属製被覆管61ど
厚肉ス1ノープロJを接合する。薄肉鍔65がない場合
は溶接に必要な入熱が多大になり、金属製被覆’f’(
・61内部の空気を加熱1〕光フアイバ1の表面を焼損
1−る。
[作用] 従来の接続方法イビ用いて光ファイバが管内に二挿逆さ
ねた金属製被覆管を連続的に溶接すると、管内の空気温
度は局部的にではあるが数!00℃+、二近し、耐熱温
度が約200℃以下である光ファイバの外被けはは゛例
外なく瞬時に焼損する。変色する程度であっても被覆は
劣化Lノ、光ファイバの強度を著しく下げる。
第3図において従来技術を適用した例を示す。
外q7o、4φのつ1ノタンコ・−ディングガラス光フ
ァイバ1をスデンlノス(SUS304)製で外径0.
8φ、内径°0,5φ(肉J!XO,I5t )の金属
製被覆管2に神通し、外径1.1φ、内径0.8φく肉
J!J O,+51− )の5US304製スリーフ4
2を1妾合線43て゛周溶1妄)トろ力1人において、
スリーブ4ソを回転治具の割形ナヤック20.21  
(第2図)に挾んでミニパルスプラズマアークを、照射
方向44が金属製被覆管2と45゛の角度り・な4−よ
うに連続照射して接合線43を回転前核する。この場合
、ミニパルスプラズマはピーク電流5.0Δ、ベース電
流〇へ、平均電流0.8A、パルス周波数l叶Z、パル
ス幅率15%、アーク電肝約30V ’7竹は5秒間′
T′1回転させた。
第11図は上記溶接条イ′1での溶松線直下の管壁の温
度変化を示す温度−時間曲線である。1横軸45秒目を
含む5秒間で、室温からピークまでの曲線が溶接作業期
間である。溶接部偵トは1000℃を越える高温に曝さ
れ、この時光ファイバは9n+m前後にわたって被覆が
焼損し”C光ファイバのガラス部が露出し、この領域に
隣接する両側数mmは熱で変色し・ た。
本発明の接続方法では、1点j′つ短時間で溶核オるか
ら、休止時間内に溶接部は速やかに冷却ざ、tlて溶接
部の平均温度は常C低く保た第1る−1−1光フアイバ
を溶接部がら距離をおいて保持することにより、光フア
イバ表面に伝導する熱間はきわめて小さくなり、熱に弱
い被覆の熱的損傷を避けることが出来る。
溶接部と光ファイバの隔離には気体層が最良との結果を
得ている。突合せ溶接の場合、YAGレーサが付き合わ
せ部から漏洩するのを遮蔽したり、プラズマアーク溶接
部が溶は落ちるのを防止するために、金属製被覆管2の
内面で溶接線直下に密着する、管状で薄肉の裏当材を利
用できる。
[実施例] (実施例1) 第6図ではスリーブ42を金属製被覆性・1または2に
かぶセ、光ファイバ1を支持具45および48て、光フ
ァーrバ2を支持具46および47で管軸に沿って保持
し・、融着部41で光ファイバを接続した後スリーブ4
2をかぶせCいる。光ファイバを焼損ゼずに′接合線4
3をY A Gレーザで重複点溶接する手順を以下に示
す。
光ファイバはクラッド外径125g1l+の石英カラス
ファイバにウレタン樹脂で被覆を施し、夕1仔40゜μ
mとしたものである。この被覆相II)看は約200 
”C以−にで熱焼損を受ける。
金属製被覆管はスデンlノス鋼(SUS31’!4)で
木管2.4の外径は1.5φ、内径は160φ(肉NO
,25t)、スリ・〜ブ42の外径は2.0φ、内径は
1.5φ(肉厚0 、25 t、)である。
光フアイバ支持具45,46,47.48にはビニール
管を用いたが、耐熱テープ(カラスファイバ製)、耐熱
樹脂管など破壊しても光ファイバを傷っりるような破片
のでないものが望ましい。
溶接にはYへG1ノーザ(最高出力300+vat、t
)を連続発振モードで使用した。シールドガスはAt−
で消量20リットル/分、溶接はシールドボックス中で
行った。YAG lノーザ照射時間は02秒/溶接点、
発振出力125ワツトでフォーカスは溶接部表面J、す
1mmJ−H,照射平均エネルギー密度は8.3X10
’watt、/cm’である。1照射位置は第7図のB
の位置か最適であるが、こねより±0.5mn+(±5
01Jm)のA、Cの間であれば溶接可能である。溶接
点は1周て30点あり、点溶接と点溶接との間の間隔は
10秒である。
第8図は点溶接を1回した時のYAGレーザ照射位置直
下、管内壁の温度測定結果を示す温度−時間曲線である
。1回点溶接した時、最高到達温度675℃から200
℃までの冷却時間は1.3秒(ガス冷却の場合1.1秒
)、200℃から100℃までの冷却時間は9.0秒(
カス冷却の場合4.4秒)である。この条件のもとて1
0秒間の時間間隔をもって重複点溶接を行ったところ、
光ファイバの変色、変質はなく溶接可能てあった。
なお、接合線43における管2とスリーブ42のクリア
ランスは25μm以下が好適で、溶接前に締め付けるな
どして、クリアランスなしの状態が最適である。
照射位置直下の光ファイバ1を絶縁管(熱電対用アルミ
ナ管)で覆った場合は、光ファイバへの熱伝達が大きく
なり、光フアイバ表面が変色した。空気層が最も断熱効
果が大きかった。
(実施例2) 1溶接点当りの入熱が小さいパルスYAGによる実hh
例: 第3図はステンレス(SUS304)製の外径1.2φ
、内径0.8φ(肉厚0.2t)の金属製被覆管(本管
)2および4に外径0.4φのウレタン被覆の石英系光
ファイバ1,3を挿通し、管2,4を5US304製の
外径1.4φ、内径1.2φ(肉B0.1t)のスリー
ブ42で接続する方法を示す。光フアイバ支持具45.
46は耐熱ガラステープを使用した。
スリーブ42を回転治具の割形チャック20.21(第
2図)で挟み、溶接線44を20分割で重複点溶接でき
るよう回転速度を調節した上、照射方向44が本管と4
5°の角度をなすように位置決めをする。焦点を管表面
に合わせてジャストフォーカスとし、レーザ出力2ジュ
ール/パルス、パルレス中畠(照射時間) 3.5m5
ec 、パルスからパルスまでの時間間隔を0.2秒と
して溶接を行った。焦点距離は50r+++nとした。
この時平均°エネルギー密度は8.0X 103wat
t/cm2であった。
管接続後に光ファイバの焼損、変色はなかった。この溶
接方法によると、1溶接線を4〜5秒で仕上げることが
出来た。
(実施例3) 第9図は光ファイバ3を挿通した厚肉軟鋼管62にスリ
ーブ63をかぶせ、光ファイバに熱的影響を与えずに両
者を溶接により接続する方法を示している。
金属製被覆管は本管スリーブとも炭素含有量0.08%
の軟鋼管で、本管の外径は8φ、内径は2φ(肉厚3t
)、厚肉スリーブ63の外径は14φ、内径は8.1φ
で長さ1mである。スリーブ63の両端には薄肉鍔66
が加工成形してあり、鍔の突き出しは1 +nm、肉厚
は0.35mmである。
光ファイバ3は外径0.4φの石英系でウレタン被覆の
下に外径0.125φの光フアイバ心線がある。第5図
のように光フアイバ支持具46として、光ファイバ3の
外周にはガラスファイバ製耐熱テープが巻いてあり、光
ファイバを木管62の管軸に沿って保持している。
溶接はへC−プラズマを使用し、プラズマの照射方向4
4の本管との角度を45°に保ち、プラズマの狙いを鍔
66の角端部とした。回転治具の割形チャックに挟んだ
スリーブ63を回転方向33て18゛ずつ回転してプラ
ズマアークで点溶接し、1周20点て重複点溶接する。
溶接はa、b、c、d、e。
f、g、hのように順次行い、連続した溶接線を形成し
て溶接を完了する。
プラズマアークのシールドガスはArカスで流量を5リ
ットル/分とした。溶接電流はピーク電流67A1ベー
ス電流9A、平均38Aでアーク電圧は約30Vであっ
た。1溶接点の溶接時間(プラズマアーク照射時間)は
0.5秒である。
第1O図は溶接点直下の管内、管軸上の空気温度を測定
したもので、測定中に9回の点溶接を時間間隔約12秒
で行った。1回の点溶接で管内の温度は20℃前後上昇
することが分かる。この時の平均エネルギー密度は3.
6 X 10’ watt/cm2である。
この事実をもとにして点溶接間の時間間隔を1分に取り
、その間シールドガスを流し続けて冷却速度を早めて重
複点溶接した。管内の光ファイバへの熱的影響はなかっ
た。溶接部の引張り試験による破断荷重は690kgf
てあり、280Rの[l1ロブ゛試験で溶接部に欠陥は
なかった。
[発明の効果] 本発明は、管と管を溶接で接続する場合、管内に光ファ
イバを挿通しであるなど、管内の温度制限か厳しい条件
を満足するように点溶接の溶接金属を−・部分重ねなが
ら連続溶接線とする重複点溶接方法てあり、1溶接点の
入熱を溶接に必要なたけに抑えるため照射時間または入
熱四、を調節する。これにより、溶接部の温度上昇を光
ファイバが熱的に損傷しないように制限できる。また溶
接点と溶接点の時間間隔を幾らでも延ばすことが出来る
から、十分な時間をおいて次の点の溶接をすれば溶接熱
が蓄積して管内が過熱することが防止でき、光ファイバ
の品質劣化がなくなる。
また光ファイバが金属製被覆管の内壁に接触することに
よって溶接時に熱影響を受けないように、内壁の全周か
ら最も距離の大きい管軸に沿って光ファ゛イバを保持す
るように光フアイバ支持具を使用するから、光ファイバ
が溶接熱によって焼損、変質、変色等の変化を受けるこ
とかない。
金属製被覆管壁と光ファイバの断熱には空気層等のガス
体を用いるのが最も効果的である。伝導による熱伝達を
容易にする媒体(金属、セラミック、ガラス等)を管状
に介在させると光ファイバへの熱影響はそれたけ大きく
なるか、肉厚を十分小さくして光ファイバに接触しない
ようにすわば、レーザ光の突合せ目からの漏洩、溶接金
属の垂れ落ち等を防ぐことができ、光ファイバの焼損が
なくなる。
溶接時の入熱量を少なくするには、溶接部の溶融金属量
を少なくすればいいから、肉厚が大の場合は接合部の端
部を減肉し、薄肉の場合には管端なフレア状に起こして
溶接部を突出させて熱効率を上げさせると少入熱での溶
接か可能になり、管内の光ファイバの熱損傷をなくすこ
とが出来る。
尚、第5図で厚肉スリーブ63の両端をテーパー状に加
工して先端の薄肉の部分を鍔65.66と同等の役割を
させることもできる。
又、溶接部の肉厚が極めて薄く、しかも溶接入熱の下限
を下げら九ずに溶接部か溶は落ちる場合には、接合端を
なめつけ溶接や、折り曲げなどで肉厚を増加させて重複
点溶接を行うことにより、光ファイバを焼損することな
く管を接合できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は光フアイバ挿通金属製被覆管のスリーブによる
接続方法の斜視図、第2図は光フアイバ挿通金属製被覆
管を回転治具で接続する方法の斜視図、第3図は光ファ
イバを管中央に支持したスリーブと金属製被覆管の接続
方法の断面図、第4図は金属製被覆管の管端をフレア状
にした方法の断面図、第5図は厚肉金属製被覆管の接続
方法を示す断面図、第6図はYAGレーザによる接続方
法の断面図、第7図はYAGレーザ光の狙い位置を示す
側面図、?;8図、第1O図および第】1図は管内の温
度変化を示す時間−温度曲線図、第9図(a)および(
b)は厚肉金属製被覆管の接続方法を示す斜視図および
側面図である。 1・・・光ファイバ、2・・・金属製被覆管、3・・・
光ファイバ、4・・・金属製被覆管、5・・・割形スリ
ーブ、6・・・スリット、7〜16・・・溶接点、18
.19・・・溶接線(周方向)、20.21・・・ヂャ
ック(回転治具)、22〜32・・・溶接点、33・・
・治具回転方向を示す矢印、41・・・光ファイバの融
着部、42・・・スリーブ、43・・・接合線、44・
・・照射方向、45〜48−・・光フアイバ支持具、5
1.52−・・金属製被覆管(フレア端)、53・・・
割形スリーブ(フレア端)、54−・・接合線(スリー
ブ)、61.62・・・厚肉の金属製被覆管、63・・
・厚肉のスリーブ、64・・・接合線(厚肉管)、65
.66・・・薄肉鍔、a〜h・・・溶接点

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、光ファイバが金属製被覆管の内壁との間に隙間をも
    って挿通された光ファイバ入り金属製被覆管同士を金属
    製接続管を介して溶融溶接方法により接続する方法にお
    いて、プラズマアーク、低エネルギー密度のレーザ光束
    を用い、点状の溶接を繰り返して連続した気密性のある
    溶接部を形成することによって光ファイバ入り金属製被
    覆管同士を金属製接続管を介して接続することを特徴と
    する、光ファイバ入り金属製被覆管の接続方法。 2、金属製被覆管と金属製接続管との周方向の溶接を行
    うために金属製被覆管または金属製接続管の一方または
    金属製被覆管および金属製接続管の双方を回転治具に装
    着して金属製被覆管と金属製接続管との周方向の接続部
    を金属製被覆管および金属製接続管の管軸まわりに回転
    させることを特徴とする、請求項1に記載の光ファイバ
    入り金属製被覆管の接続方法。 3、金属製被覆管中の光ファイバを金属製被覆管の管軸
    にほぼ一致させて、少なくとも接続部の管壁には接触し
    ないように保持することを特徴とする、請求項1または
    2に記載の光ファイバ入り金属製被覆管の接続方法。 4、接続部となる金属製被覆管の端部を金属製被覆管の
    肉厚に応じて薄肉、フレア状または厚肉に加工して接続
    することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に
    記載の光ファイバ入り金属製被覆管の接続方法。
JP1142254A 1989-06-06 1989-06-06 光ファイバ入り金属管の接続方法 Pending JPH039307A (ja)

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