Технология и оборудование нахлесточной и стыковой лазерной сварки алюминиевых лент кабелей связи

СФ ФИАН

Самарский филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Физического института им. П.Н. Лебедева Российской академии наук

		Требование обеспечения высокого качества кабелей явилось основанием для постановки задачи о разработке нового способа соединения концов тонкой алюминиевой ленты, образующей защитный металлический слой в конструкции кабеля. Алюминиевая лента толщиной d=0,10-0,15 мм с односторонним полиэтиленовым покрытием, предварительно нарезанная на заданную ширину в соответствии с диаметром металлопластмассовой оболочки кабеля, устанавливается в отдатчик в бобинах. При замене израсходованной бобины возникает необходимость соединить концы ленты.
		К соединению предъявляются следующие основные требования: коэффициент прочности соединения должен быть не ниже единицы по отношению к основному материалу, в том числе и при температуре размягчения полиэтилена (около 250⁰С); соединение должно обеспечивать надежный электрический контакт; показатели механической прочности и электрической проводимости должны сохраняться в течение всего срока эксплуатации кабеля; толщина ленты в месте соединения не должна превышать 4d.
		Ввиду отсутствия других возможностей для соединения концов тонкой алюминиевой ленты традиционно применялась пайка цинковым припоем, которая, однако, не удовлетворяет из вышеперечисленных п.п.1, 3 и 4. Из известных видов соединения всему комплексу требований удовлетворяет только сварка, однако ни один из ее традиционных видов не применим при толщине ленты менее 0,2 мм.
		В результате комплекса научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в СФ ФИАН разработана технология соединения концов тонкой алюминиевой ленты с помощью импульсной лазерной сварки. Высокая пиковая мощность излучения импульсных YAG лазеров и локальность воздействия явились теми главными преимуществами, которые определили способ решения поставленной технологической задачи. Этот способ был реализован в технологических лазерных сварочных установках на базе серийной модели импульсного YAG лазера "Квант-15".
		Рис.1. Схема лазерной сварки концов тонкой металлической ленты лазерным излучением: а - сварка внахлест, б - сварка встык; 1 - свариваемые концы металлической ленты, 2 - сфокусированное лазерное излучение, 3 - сечение сварного шва.	Основные принципы организации технологии: Сварка внахлест осуществляется за счет сквозного проплавления сфокусированным излучением верхнего и нижнего листов (рис.1а). Отдельные точечные сварные соединения располагаются вдоль прямой линии с перекрытием, так что по окончании операции формируется сплошной сварной шов. При этом полиэтиленовое покрытие в зоне сварки на нижнем листе должно быть предварительно удалено. Для повышения прочности и надежности соединения применяется двойной шов. Сварка встык производится при непрерывном перемещении сфокусированного лазерного пучка вдоль линии стыка концов алюминиевой ленты. Усиление шва достигается за счет калиброванного подгиба свариваемых краев (рис.1б). В данном случае необходимость в зачистке краев ленты перед сваркой отпадает. Сварка производится без применения флюсов и защитной атмосферы. По долговечности сварное соединение не уступает основному материалу ленты. Производительность процесса сварки составляет 30 см/мин. Технологическая установка обеспечивает быструю переналадку при изменении ширины и толщины ленты. Конструкция лазерного сварочного оборудования выполнена так, что обеспечивает длительную безаварийную эксплуатацию в условиях производственного участка.
		Настоящая технология используется на заводе СКК с 1994 года в массовом производстве городских телефонных кабелей с алюминиевой лентой шириной от 25 мм до 200 мм. На рис.2 показан общий вид лазерной сварочной установки в производственной линии. Лазерная сварка оказалась эффективной также применительно к задаче соединения концов стальной бронеленты с двусторонним полиэтиленовым покрытием, используемой при производстве оптических кабелей связи, а также бронеленты без покрытия. В данном случае сварка осуществляется встык без предварительного подгиба краев и без удаления полиэтиленового покрытия. Первая полуавтоматическая лазерная установка для сварки бронеленты встык изготовлена по заказу Самарской оптической кабельной компании в 1998 году.	Рис.2. Внешний вид технологической установки лазерной сварки концов алюминиевой ленты в линии производства городских телефонных кабелей.
		Контакты: Гусев А.А. gusev_aa@fian.smr.ru Физический институт им. П.Н. Лебедева, Самарский филиал.