激光剥线工艺技术分析及应用

童培富 李轶抄 谭 楠 朱庆锋

（南京全信传输科技股份有限公司，江苏 南京 210000）

0 引言

导线剥线工艺是电缆组件装配工艺中必不可少的一个工序，导线剥线的质量直接关系到电缆组件的装配质量。当前，电缆组件业务量逐年增加，且每种电缆的类型、线径尺寸均不一样，由于型号多、规格多、导线剥线量大、剥线难度大，且导线内外绝缘层的材料和厚度、导线屏蔽层的疏密均不同，完全靠手工进行导线剥线，很难保证剥线质量的一致性。目前行业内常用的电缆剥线工艺方法为冷剥、热剥。

1 常见剥线工艺介绍

1.1 冷剥

冷剥工艺方法常用于同轴电缆护套层、高温导线绝缘层的剥除，冷剥工装与电缆之间的公差配合关系导致该工艺方法存在损伤电缆屏蔽层的风险，且冷剥在QJ 3268—2006《导线端头处理工艺技术要求》等多项标准中属于限用工艺[1]。

1.2 热剥

热剥工艺方法为根据线径大小选择热剥器相应孔径，通过电加热的方式剥除绝缘层。该方法目前为行业内低频电缆组件装配所使用的剥线方法，对于常规的聚四氟乙烯（PTFE）、乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）等氟塑料挤塑成型的护套、绝缘层导线剥线效率较高，质量控制较为容易。但该工艺也存在以下不足：

1）高温绕包导线绝缘层热剥时间长（单根时长约为30 s），一次只能剥一根导线，效率较低，无法满足电缆组件批量生产的进度要求。

2）热剥器采用刀片加热直接对导线外护套/绝缘层进行旋转切割，较容易损伤导线屏蔽层和导线芯线的镀层。

3）热剥器的温度调节不好控制：温度过高，容易造成导线外护层烧焦褪色，影响电缆的装配质量；温度低，导线脱头较为困难，会造成导线外护层端口拉丝而影响焊（压）接点的质量。

4）聚酰亚胺作为绝缘材料的导线，本身耐温等级高，采用热剥时，热剥器的温度即使选择最高挡位10挡，用对应线规的刀口夹持导线，保持30 s（对应氟塑料仅需数秒）的时间后，也只能熔断90%左右的绝缘层，无法完全熔断，效率极低，而且剥线质量差。

2 激光剥线

基于以上不足，本文研究、摸索了一种新的剥线工艺方法——激光剥线，以提升剥线效率及质量一致性。

目前行业内常用的激光剥线类型为CO2激光剥线和YAG激光剥线，对应的激光器包括CO2激光器、YAG激光器[2]。CO2激光剥线机可以剥非金属外层及绝缘内层，由于金属材料对此类波长的激光吸收系数较低，因此不会损伤到金属层。YAG激光剥线机可以剥金属屏蔽层，由于非金属材料对此类波长的激光吸收系数低，因此不会损伤到内部绝缘层。

3 CO2激光剥线原理

CO2激光的波长为10.6 μm，属中红外光区，人的肉眼无法直接观测到。CO2激光器的工作方式分为连续和脉冲两种，作为一种分子激光，其主要物质为CO2分子，辅以少量的氦、氢、氮等辅助气体。CO2激光器具有输出功率大、能量转换效率高、谱线丰富、大气透过率高等优势，因此在工业领域得到了广泛应用。

在激光剥线领域，由于非金属材料对CO2激光的吸收系数高于金属材料这一特性[3]，当CO2激光积聚照射于导线绝缘层后会产生很高的能量密度，使绝缘层快速气化，同时内部金属导线不会受到挤压或者机械损伤，从而保证了加工质量，大大提高了剥线效率。各种材料对CO2激光的吸收率如表1所示。

表1 各种材料对CO2激光的吸收率

4 激光剥线工艺摸索

4.1 剥线参数设置

激光剥线前，先进行参数设置，参数设置完成后，启动程序进行剥线。激光剥线机可调参数如表2所示。

表2 激光剥线机参数

为保证剥线效率，在剥线速度设置为99%以及剥线次数为1次的前提下，摸索相关电缆最佳剥线功率，常用电缆样件以及试验功率如表3所示。

表3 激光剥线机参数设置表

4.2 剥线参数摸索

针对表3涉及的电缆覆盖类型对导线按直径及护套/绝缘层厚度进行分类，共分为4组，如表4所示，针对每类覆盖导线范围通过功率的调节摸索最佳剥线功率，在确定剥线质量与效率的最佳范围后，再针对每一种类型导线，微调确认最佳剥线功率[4]。

表4 激光剥线机参数分类设置表

基于最大速度（99%）、最小初步功率进行剥线试验，根据护套/绝缘层剥除情况对功率进行调整，以确认每种规格导线的最佳功率，通过反复剥线试验，结合剥线效率及质量确定了最佳剥线功率，如表5所示。

表5 剥线功率对照表

4.3 剥线效果

同轴电缆护套层与内部绝缘层之间的铝箔为360°全包裹，激光无法对内部绝缘层造成损伤。低频导线屏蔽层为网状编织结构，激光会通过编织空隙损伤内部导线绝缘层，所以该类导线护套层不适合使用激光剥线工艺进行护套剥除。

剥线后，同轴电缆护套层、绕包层以及低频电缆绝缘层的断口及内部导体均应满足以下要求：

1）导线绝缘层/护套层切割整齐，绝缘层/护套层无明显气化等现象，变色长度不超过2 mm；

2）剥线处的导体无划伤、断股等缺陷；

3）屏蔽层/导体无损伤，可实现无损剥线的效果，如图1所示。

图1 激光剥线效果展示

4.4 激光剥线工装改进

4.4.1 护套剥除安装夹具

激光剥线机自带的导线夹持工装在剥线时需先取出安装夹具，打开安装夹具前后压条，并排放入导线，压合压条，再将安装导线后的夹具装入激光剥线机，然后启动剥线，步骤较为烦琐，效率较低。通过改进剥线夹具以提高剥线效率，改进前后安装夹具如图2所示，在夹具中增加不同内径（3～8 mm）的导管（根据线径要求），通过导管的定位辅助可实现快速装入导线，且在每次剥线过程中无须从设备中拆装导线安装夹具，剥线效率提升近3倍。

图2 改进前后导线安装夹具

4.4.2 射频组件端面（绕包层）剥除安装夹具

射频电缆组件在焊接外导体后需要对焊接端面内的绕包层进行去除，且要保证端面的平整，原有操作方式为使用精修工装对绕包层进行环切，手动单个逐一操作，效率较低。通过设计工装夹具（图3）对端面进行精准定位，可实现对射频组件端面绕包层的剥除，剥除后效果图如图4所示，大大提升了精修端面的效率，杜绝了冷剥对内导体造成损伤的风险。

图3 端面工装夹具

图4 端面精修后效果图

5 结论

试验验证表明，CO2激光剥线技术适用于高低频电缆的护套、绝缘层剥线工序。

本文摸索固化了10 mm以下电缆的剥线参数，优化了安装夹具，通过剥线工艺改进前后工时对比可知，导线剥线效率提升近3倍，弥补了现有剥线工艺技术的不足，且质量一致性高，杜绝了冷剥及热剥损伤导体及屏蔽层的质量隐患。激光剥线后的质量满足QJ 3268—2006《导线端头处理工艺技术要求》中8.2条款的质量检验要求，且采用此工艺组装后的成品满足厂内全性能检查、试验要求。