关于激光剥除导线外层铝膜的研究

李鹏举,闫慧文,丁涛

苏州华旃航天电器有限公司

摘要铝膜屏蔽导线的重量相比金属编织屏蔽导线的重量轻很多，在航空、航天领域应用较广泛。在电缆组装件制作或其他电装过程中，需要剥除铝膜屏蔽导线外层铝膜进行加工制作，现有铝膜屏蔽导线采用热剥钳或剥线钳剥除外层铝膜的工艺效率较低下。本文通过研究激光剥除铝膜屏蔽导线外层铝膜的方法，提出了一种铝膜导线端头剥除的工艺，可以提升电缆组装件或其他电装制作效率。

关键词  电装、铝膜导线、激光剥除

1.引言

电缆组装件以及其他电装中，经常会用到铝膜屏蔽导线，铝膜屏蔽导线的重量相比金属编织屏蔽导线的重量轻很多，所以广泛应用于航空、航天领域。在电缆组装件制作或其他电装过程中，需要剥除铝膜屏蔽导线外层铝膜进行加工制作，现有铝膜屏蔽导线采用热剥钳或剥线钳剥除外层铝膜的工艺效率较低。本文通过研究激光剥除铝膜屏蔽导线外层铝膜的方法，提出了一种铝膜屏蔽导线端头剥除的工艺，可以提升电缆组装件或其他电装制作效率。

2. 激光剥线技术

对于常用电线电缆的剥线，在无特殊要求时，采用热剥钳或剥线钳来实现。1976 年，NASA首先推出了激光剥线技术，此后随着激光剥线技术的发展和产品性能要求的提高，目前市场上已开始用激光技术进行剥线，且研究表明激光剥线与热剥钳剥线相比在质量和效率上都有绝对的优势。近几年，激光剥线在电线束行业中得到广泛应用，尤其是在航空航天等技术领域，激光剥线技术已开始逐渐推广。激光剥线的原理是利用激光的热分解效应破坏分子链，对需要剥除的材料进行加工。根据不同导线层的材料特性，可选择不同的激光类型对线材进行加工。线材加工中最常用的是CO2激光器和YAG激光器。CO2激光器是最早开发的气体激光器之一，激光介质是由二氧化碳、氮气、氢气和氨气组成的气体混合物。CO2激光器产生一束红外线，主要波段的光波长以9.4 μm和10.6 μm为中心。CO2激光剥线机可以剥非金属外层和绝缘内层，非金属材料绝缘层对此类波长的激光吸收系数高而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激光器是最常见的固态激光器之一，激光介质是钇铝石榴石晶体掺杂钕。YAG 激光器使用闪光灯或激光二极管，此类激光器在近红外光谱中发射波长为1.064 μm的光。YAG激光剥线机可以剥金属屏蔽层，金属材料对此类波长的激光吸收系数高而非金属材料对此类波长的激光吸收系数低，因此不会损伤到绝缘层。一般的导线均可采用CO2激光剥线机剥除绝缘皮，即将高能激光器发出的光束聚焦后打在导线绝缘皮上，由于光斑聚焦处有极高的能量密度，所产生的光吸收及其热效应足以使绝缘皮气化并被吹走，从而达到环剥的目的而不会对导线线芯造成损伤，可以保证剥线质量。现有激光剥线技术通常的方法是：在工作台上放置开槽的铁板，将裁好的导线固定在铁板上，然后将铁板作为夹具放在激光剥线机激光探头下面的工作台上。

3, 研究方案与内容

以往激光剥除只能用于剥除导线绝缘层，通过对铝膜屏蔽导线屏蔽层材料和结构的研究，屏蔽层存在铝膜金属层和麦拉层（非金属材料），铝膜金属层存在易裂易损的特性，通过激光对铝膜层中的非金属层进行切割，在铝膜层上形成切痕，然后利用金属层易裂易损的特性，从切痕处去除铝膜层。

激光剥除铝膜的关键在于使用合理的参数，激光的参数主要有功率和循环次数两方面，因此设计了以下试验来获得激光剥线的最佳参数。

（1）试验样本选取

为了验证激光剥线功率及循环次数对不同状态铝膜导线的影响，抽取不同铝膜导线规格型号如：AFRP-250-5*0.12、AFRP-250-0.10、AFRP-250-3*0.12、AFRP-250-2*0.10、AFRP-250-4*0.12、AFRP-250-2*0.12等六种型号规格进行。

（2）试验条件及开展

剥线工装一次可放置大约100根铝膜导线，一次循环约需要4~5s, 将样件分为6个规格的导线进行验证，验证方式是设置激光功率分别为60%、70%、80%、90%、100%，运行速度99%，分别进行1次、2次、3次、4次、5次、6次循环，样本共计30组，每组条件均用10根导线进行验证，10根样件组成为：2根AFRP-250-0.10、1根AFRP-250-2*0.10、1根AFRP-250-2*0.12、2根AFRP-250-3*0.12、2个AFRP-250-4*0.12、2根AFRP-250-5*0.12。

（3）试验结果及分析

通过对30组样件进行不同次数的循环，进行外观检查发现铝膜导线使用激光剥线即进行剥线，在不同功率下不同次数时表面会发生不同程度的灼伤痕迹，具体见表1。

表1 激光剥线后铝膜导线外观

循环次数 功率等级	1次	2次	3次	4次	5次	6次
60%	良好	良好	良好	良好	良好	有灼伤
70%	良好	良好	良好	有轻微变色	有变色	有灼伤
80%	良好	良好	良好	有轻微变色	有变色	有灼伤
90%	良好	良好	有轻微变色	有轻微变色	有变色	有灼伤
100%	良好	良好	有灼伤	有灼伤	有灼伤	有灼伤

激光剥线时不同功率及不同次数均会出现两道痕迹，以各功率循环1次的激光剥线和6次剥线图为例，图1～图5为各功率循环1次的激光剥线结果；图6～图10为各功率循环6次的激光剥线结果；

图1  60% 1次循环        图2  70% 1次循环

  图3  80% 1次循环

图4  90% 1次循环                  图5  100% 1次循环

图6  60% 6次循环                  图7  70% 6次循环

   

图8  80% 6次循环                 图9  90% 6次循环

图10  100% 6次循环

根据表1 中数据下可知，铝膜屏蔽导线表面在不同功率及循环次数时出现不同现象，经过分析对比不良品基本出现在多绞线中，随机选取70%的1次和70%的4次进行对比，良好与轻微变色的差距见图11，对所有样件进行内层导线外观检查，仅在功率100% 第6次循环是导线绝缘皮发生不良现象，具体见图12。

图11 良好与轻微变色的对比图

图12  100% 6次循环出现的不良品

通过外观检查，排除外观“有变色”和“有灼伤”的样件可排除不在使用。

（4）对比验证

在排除不良样件后，剩余样件让不同操作人员感受剥除铝膜的感觉，结论为除60%的1次剥除时稍微有点粘连外（不是和明显的感觉），其余均无明显差别。为提高效率故将剥线次数定在一次循环。

为降低调整设备功率的出错率和提高效率，将铝膜剥线功率设置在70%，且60%–80%的功率一次循环均不会对产品外观以及内层导线绝缘层产生不良，所以设置在70%的功率容错率较高。

（5）质量验证

传统的热播器剥线时为了防止损伤导线，产线人员均是小心翼翼的剥一层后开始撕铝膜，效率很低，而且人为操作不可控因素较多。验证激光剥线时，将铝膜方向包缠（即金属面在外），设置功率100%，分别剥线1次，2次，3次，4次，5次，10次，观察设置功率100%剥线的样本外观，无明显痕迹，剥除铝膜观察导线外观，无明显痕迹。目前公司使用的CO2激光剥线机，CO2激光波长为10.6μm，金属对激光功率的吸收率均不到1%。故激光剥线不会穿过铝膜屏蔽金属面损伤到内层导线的绝缘层。

4,结论

本文通过研究激光剥除铝膜的最佳参数，发现激光剥线机参数设置运行速度99%，功率70%，循环次数1次，可保证各规格铝膜导线外层铝膜层很好的剥除且不会损伤内层导线绝缘层，还可以提高效率，并由此提出了一种铝膜屏蔽导线端头处理工艺，满足铝膜屏蔽导线产品的批量生产。

参考文献

[1]、杜秋等、单激光器剥线平台设计和工艺参数研究、应用激光、2015、35、5、578-582.

[2]、韩沛岑等、激光剥线技术在航空电缆上的应用、民用飞机设计与研究、2019、1、18、102-105.

[3]、白光辉等、连接器用航空导线的激光剥线技术应用、机电元件、2013、33、4、28-31.