激光剝線工藝技術分析及應用

童培富 李軼抄 譚 楠 朱慶鋒

（南京全信傳輸科技股份有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

導線剝線工藝是電纜組件裝配工藝中必不可少的一個工序，導線剝線的質量直接關系到電纜組件的裝配質量。當前，電纜組件業(yè)務量逐年增加，且每種電纜的類型、線徑尺寸均不一樣，由于型號多、規(guī)格多、導線剝線量大、剝線難度大，且導線內外絕緣層的材料和厚度、導線屏蔽層的疏密均不同，完全靠手工進行導線剝線，很難保證剝線質量的一致性。目前行業(yè)內常用的電纜剝線工藝方法為冷剝、熱剝。

1 常見剝線工藝介紹

1.1 冷剝

冷剝工藝方法常用于同軸電纜護套層、高溫導線絕緣層的剝除，冷剝工裝與電纜之間的公差配合關系導致該工藝方法存在損傷電纜屏蔽層的風險，且冷剝在QJ 3268—2006《導線端頭處理工藝技術要求》等多項標準中屬于限用工藝[1]。

1.2 熱剝

熱剝工藝方法為根據線徑大小選擇熱剝器相應孔徑，通過電加熱的方式剝除絕緣層。該方法目前為行業(yè)內低頻電纜組件裝配所使用的剝線方法，對于常規(guī)的聚四氟乙烯（PTFE）、乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）等氟塑料擠塑成型的護套、絕緣層導線剝線效率較高，質量控制較為容易。但該工藝也存在以下不足：

1）高溫繞包導線絕緣層熱剝時間長（單根時長約為30 s），一次只能剝一根導線，效率較低，無法滿足電纜組件批量生產的進度要求。

2）熱剝器采用刀片加熱直接對導線外護套/絕緣層進行旋轉切割，較容易損傷導線屏蔽層和導線芯線的鍍層。

3）熱剝器的溫度調節(jié)不好控制：溫度過高，容易造成導線外護層燒焦褪色，影響電纜的裝配質量；溫度低，導線脫頭較為困難，會造成導線外護層端口拉絲而影響焊（壓）接點的質量。

4）聚酰亞胺作為絕緣材料的導線，本身耐溫等級高，采用熱剝時，熱剝器的溫度即使選擇最高擋位10擋，用對應線規(guī)的刀口夾持導線，保持30 s（對應氟塑料僅需數秒）的時間后，也只能熔斷90%左右的絕緣層，無法完全熔斷，效率極低，而且剝線質量差。

2 激光剝線

基于以上不足，本文研究、摸索了一種新的剝線工藝方法——激光剝線，以提升剝線效率及質量一致性。

目前行業(yè)內常用的激光剝線類型為CO2激光剝線和YAG激光剝線，對應的激光器包括CO2激光器、YAG激光器[2]。CO2激光剝線機可以剝非金屬外層及絕緣內層，由于金屬材料對此類波長的激光吸收系數較低，因此不會損傷到金屬層。YAG激光剝線機可以剝金屬屏蔽層，由于非金屬材料對此類波長的激光吸收系數低，因此不會損傷到內部絕緣層。

3 CO2激光剝線原理

CO2激光的波長為10.6 μm，屬中紅外光區(qū)，人的肉眼無法直接觀測到。CO2激光器的工作方式分為連續(xù)和脈沖兩種，作為一種分子激光，其主要物質為CO2分子，輔以少量的氦、氫、氮等輔助氣體。CO2激光器具有輸出功率大、能量轉換效率高、譜線豐富、大氣透過率高等優(yōu)勢，因此在工業(yè)領域得到了廣泛應用。

在激光剝線領域，由于非金屬材料對CO2激光的吸收系數高于金屬材料這一特性[3]，當CO2激光積聚照射于導線絕緣層后會產生很高的能量密度，使絕緣層快速氣化，同時內部金屬導線不會受到擠壓或者機械損傷，從而保證了加工質量，大大提高了剝線效率。各種材料對CO2激光的吸收率如表1所示。

表1 各種材料對CO2激光的吸收率

4 激光剝線工藝摸索

4.1 剝線參數設置

激光剝線前，先進行參數設置，參數設置完成后，啟動程序進行剝線。激光剝線機可調參數如表2所示。

表2 激光剝線機參數

為保證剝線效率，在剝線速度設置為99%以及剝線次數為1次的前提下，摸索相關電纜最佳剝線功率，常用電纜樣件以及試驗功率如表3所示。

表3 激光剝線機參數設置表

4.2 剝線參數摸索

針對表3涉及的電纜覆蓋類型對導線按直徑及護套/絕緣層厚度進行分類，共分為4組，如表4所示，針對每類覆蓋導線范圍通過功率的調節(jié)摸索最佳剝線功率，在確定剝線質量與效率的最佳范圍后，再針對每一種類型導線，微調確認最佳剝線功率[4]。

表4 激光剝線機參數分類設置表

基于最大速度（99%）、最小初步功率進行剝線試驗，根據護套/絕緣層剝除情況對功率進行調整，以確認每種規(guī)格導線的最佳功率，通過反復剝線試驗，結合剝線效率及質量確定了最佳剝線功率，如表5所示。

表5 剝線功率對照表

4.3 剝線效果

同軸電纜護套層與內部絕緣層之間的鋁箔為360°全包裹，激光無法對內部絕緣層造成損傷。低頻導線屏蔽層為網狀編織結構，激光會通過編織空隙損傷內部導線絕緣層，所以該類導線護套層不適合使用激光剝線工藝進行護套剝除。

剝線后，同軸電纜護套層、繞包層以及低頻電纜絕緣層的斷口及內部導體均應滿足以下要求：

1）導線絕緣層/護套層切割整齊，絕緣層/護套層無明顯氣化等現象，變色長度不超過2 mm；

2）剝線處的導體無劃傷、斷股等缺陷；

3）屏蔽層/導體無損傷，可實現無損剝線的效果，如圖1所示。

圖1 激光剝線效果展示

4.4 激光剝線工裝改進

4.4.1 護套剝除安裝夾具

激光剝線機自帶的導線夾持工裝在剝線時需先取出安裝夾具，打開安裝夾具前后壓條，并排放入導線，壓合壓條，再將安裝導線后的夾具裝入激光剝線機，然后啟動剝線，步驟較為煩瑣，效率較低。通過改進剝線夾具以提高剝線效率，改進前后安裝夾具如圖2所示，在夾具中增加不同內徑（3～8 mm）的導管（根據線徑要求），通過導管的定位輔助可實現快速裝入導線，且在每次剝線過程中無須從設備中拆裝導線安裝夾具，剝線效率提升近3倍。

圖2 改進前后導線安裝夾具

4.4.2 射頻組件端面（繞包層）剝除安裝夾具

射頻電纜組件在焊接外導體后需要對焊接端面內的繞包層進行去除，且要保證端面的平整，原有操作方式為使用精修工裝對繞包層進行環(huán)切，手動單個逐一操作，效率較低。通過設計工裝夾具（圖3）對端面進行精準定位，可實現對射頻組件端面繞包層的剝除，剝除后效果圖如圖4所示，大大提升了精修端面的效率，杜絕了冷剝對內導體造成損傷的風險。

圖3 端面工裝夾具

圖4 端面精修后效果圖

5 結論

試驗驗證表明，CO2激光剝線技術適用于高低頻電纜的護套、絕緣層剝線工序。

本文摸索固化了10 mm以下電纜的剝線參數，優(yōu)化了安裝夾具，通過剝線工藝改進前后工時對比可知，導線剝線效率提升近3倍，彌補了現有剝線工藝技術的不足，且質量一致性高，杜絕了冷剝及熱剝損傷導體及屏蔽層的質量隱患。激光剝線后的質量滿足QJ 3268—2006《導線端頭處理工藝技術要求》中8.2條款的質量檢驗要求，且采用此工藝組裝后的成品滿足廠內全性能檢查、試驗要求。