1、微电阻焊接原理微电阻焊接原理SEIWAMANUFACTURINGCO.,LTD北 京 商 驰 科 技 发 展 有 限 公 司电阻焊的原理与结构电阻焊的原理与结构n发热原理n发热量的计算n系列焊接的发热原理n发热损失或热量损失的原因n由电极引起的热损失效应n4大焊接因素的功能n其他影响接合状态的因素发热原理发热原理n微点焊的发热，如图所示，是将复数材料以电极加压，并在极短的时间内在上、下电极之间通入电流，则材料之间会因为接触阻抗而发热。电极的散热效应电极的散热效应n通电时电极的发热量远低于材料之间的发热量，因此对材料来说，电 极起着冷却作用。电极引起的热损失量取决于电极的形状与材质。微阻焊中材料
2、之间的温度升至熔点以上，而电极与材料之间却不会粘 上，主要是因为下列原因。开始通电时的温度分布接触阻抗引起的热开始通电通电结束电极引起的热损失通电结束后的温度分布温度熔点电极材料平行焊接的发热原理平行焊接的发热原理n发热点电极与工件接触面(2处),工件与外壳接触面(2处)n无功分流为6080%(随焊接件厚度而异)，左右电极之间也会因无功分流 而发热。n直流焊接时极、极焊接性的不同，是因为珀尔帖效应所至。极工件下工件（电池外壳）无功分流无功分流发热点加压极4大焊接因素的功能大焊接因素的功能n利用材料之间的阻抗发热的微电阻焊，有下列四大参数(parameter)：1.焊接电流 2.通电时间 3.电
3、极压力 4.电极形状与材质 这4大参数之中，电极压力值和电极形状，影响材料之间、材料和电极 之间的通电面积。而焊点热量变化则随取决于通电面积和焊接电流的电 流密度而变。发热量发热量电极压力电极压力电极形状与材质电极形状与材质通电面积通电面积焊接电流焊接电流电流密度电流密度通电时间通电时间发热量的计算发热量的计算n电阻焊发热量可用下列公式计算：Q：整体发热量I：焊接电流R：被焊接材料固有阻抗(R1)和材料之间的接触阻抗(R2)=R1R2(在微电阻焊中R2的接触阻抗影响甚巨。)T：通电时间V：焊接电压Q=VIT=I2RT，若用卡来表示，则Q=0.24 IQ=0.24 I2 2RTRTI焊接电源 R
4、焊头、追从机构、电极T焊接电源影响焊接条件的各种装置、影响焊接条件的各种装置、各装置的工作原理各装置的工作原理焊接装置按其功能，可分为下列几项：n焊机电源n焊头n电极n电极夹具n压力追从机构n焊接电缆焊机电源焊机电源n焊机电源是将一定电流在一定时间内供应被焊接件的装置。n需要在电芯不发生热影响的极短时间内焊接。n容易受到电源电压影响的交流方式或逆变式，必须确认电源容量不发生变化。n用于小型电芯外壳组装的焊机，我公司推荐客户使用具有10微秒(sec)反应 速度的MSW系列晶体管式焊接电源。焊头、追从机构焊头、追从机构焊头的主要功能n决定工件位置、指定电流路径。n稳定接触电阻、控制发热量n加压以防
5、止焊核扭曲变形。n去处工件表面发生的热，使熔融金属迅速冷却凝固。压力追从机构的功能n设置并检测一定压力的机构n焊接时从膨胀到凝固收缩的过程内，以一定压力压住工件。n用于系列通电的追从机构有双轴平衡加压式和独立加压式等两种。n具有压力调节和检测功能。电极、电极夹具电极、电极夹具电极的基本功能n保持一定的电流密度并将电流集中于焊接点使其发热。n以一定的压力保持熔融部位，通电结束后促进冷却凝固。电极夹具的功能n连接来自电源的电缆。n夹持电极，使电流流入电极的功能。n焊接部位的散热与冷却。n电极夹具应选用电阻低、传热度高、高温使机械强度高的材料。极短时间的微电阻焊宜使用黄铜，自动焊机或电极发热型电阻焊
6、 宜使用铬铜合金或铍铜合金。焊接电缆焊接电缆将来自焊机电源的电流供应至电极的电缆。n应尽可能使用短而粗、螺栓连接部位少的电缆。但需要具有不妨碍加压力的柔性。n为了以低电压提供大电流的电缆。太细或太长可 能引起发热、电压突降等问题。n基于电源、焊头之间的关系，使用合适长度电缆。其他影响接合状态的因素其他影响接合状态的因素材料状态材质、形状、是否电镀、表面状态、精度等可影响焊接强度的不均、毛刺的发生等。焊接工艺 双面、单面、平行、对接焊等工艺选择不当时，会因为无法控制热平衡，而得不到理想的焊核。焊机电源的控制方式 晶体管式、逆变式、电容储能式、交流式等的差异，会影响 2次电压、通电时间，亦可引起热
7、失衡、变色、毛刺等问题。焊头 追从性、可动部质量、压力范围、热容量等可引起毛刺的发生、电极与电缆 等的发热。使用环境输入电源的电压与稳定性、焊接信号的持续类型等可引起焊接质量的不均、装置的 错误动作等。焊接方法、控制方式的种类及其特性焊接方法、控制方式的种类及其特性n各种焊接方法的优缺点双面、单面、系列、凸焊(projection weld)、缝焊(Seam weld)n各种控制方法的优缺点晶体管式(FET)控制方式、电极形、逆变控制、电容蓄能式、交流式双面点焊双面点焊n将焊接工件层叠后，从一边的电极通电，使电流经过工件 而直接流到另一边电极的方法，可说是最基本的点焊方式。单面点焊单面点焊n2
8、个焊接电极各自接触于不同的工件，使电流从一边的电极流 经焊接点后，流到另一边远离焊接点的电极的方式。为了实现干净的(稳定的)焊接，一般来说，供电端应使用粗、加压力大的电极。而焊接端若采用凸焊方式，将更为有效。凸焊n2个焊接电极接触于同一个工件上进行焊接的方式。由于电极接触的工件会产生无功电流（分流），与其他方式相比，焊接条件需调的更高。系列焊接系列焊接n工件上打出点状或线状突起，将电流集中于该处进行焊接的方法。该方式可应用于各种电阻焊接，适于需要更为稳定或焊接条件困难 的焊接。由于大部分情况，可采用F型(平面)电极，因此有利于成本及维护保 养。凸焊凸焊n层叠缝焊是将工件层叠后利用滚盘电极连续（
9、间歇）加压、焊接的方法。可采用将工件置于2片滚盘电极之间的方法，或一边为滚盘电极、一边为平板的方法。而且，还可采用点焊方法中的单面点焊或平行点焊工艺。缝焊缝焊晶体管晶体管(FET)(FET)控制方式控制方式我司产品型号MSW-306 e,412,RR,824RRSFW-412,824,RR优点可将储存于电容器的电压，按所需电压、时间输出。像矩形电池一般，电极距离有限的情况，更为有效。由于使用微电脑控制，可实现抑制热影响的焊接。由于将能量储存于电容器，因此不受输入电压变化的影响。可使用100 V或220V的输入电压缺点由于输出储存于电容器的电压，因此无法进行长时间的输出。电容器容量加大时，主机尺
10、寸也随之增加。*FET(Field Effect Transistor):电场效应晶体管晶体管控制方式的波形晶体管控制方式的波形电压波形电压波形电流波形电流波形晶体管晶体管(FET)(FET)控制方式双极控制方式双极型型我司产品型号MSW-306E RP,424 RP 优点由于是双频电路,可改变电流方向输出2次。可消除平行焊接等的正、负极极性效应（Peltier effect 珀尔帖 效应），对电芯连接片TAB(镍片)的平行焊接效果更佳。缺点由于输出储存于电容器的电压，因此无法进行长时间的输出。内置双频电路，因此主机尺寸较大。平行焊接正负电极焊接特性的差别平行焊接正负电极焊接特性的差别特性的差
11、别是因为珀尔帖效应(Peltier effect)所至。将电流通入不同种导体(或半导体)形成的回路时 结点处会产生放热或吸热现象，这种现象称为珀尔帖效应。此效应是由法国物理学家珀尔帖发现(1834)。电流流向相反时，放热、吸热也会反转。平行焊接中正负电极焊接特性的差别，既是由上述效应所引起的正负极发热的不同所致。电流流向金属 A金属 B珀尔帖效应模式图放热吸热晶体管双极型的波形晶体管双极型的波形电压波形电压波形电流波形电流波形逆变控制方式逆变控制方式我司电源型号：SIW315,340,608,615 变压器型号：SIT315,342,615,F24-HC优点由于不是蓄能方式，可长时间通电(数百
12、毫秒),易于使用高Tact。频率为2 Khz,1 Khz，可比交流方式更细腻的调节时间、能量。与交流式相比，对1次电源电压的变化更为稳定。缺点此种方式并非与晶体管控制方式一般使用蓄能方式，因此若1次电源 电压的变化太大，会影响输出。输入需要3相200 V。逆变方式的波形逆变方式的波形电压波形电压波形电流波形电流波形电容蓄能式电容蓄能式我公司产品 电源：SW780,160,300,500 WS变压器：PT2008,5 K8,5205优点设备价格低。电极之间的距离较为充分时，可适用于电芯连接片的焊接。从通电到结束这段时间内电流逐渐加大，因此焊接处周围会带有粘性 (烧结效果)可用100 V的输入电压
13、使用。缺点无法随意调节电压、通电时间。2次电压由充电电压和变压器的圈数比决定。由于输出储存于电容器的电压，无法作长时间的输出。电容器容量加大时，主机尺寸也随之增加。电容蓄能式的输出波形电容蓄能式的输出波形电压波形电压波形电流波形电流波形交流式交流式我公司产品型号 电源：SCW250，SMT-110,SSW-205F 变压器：WT3203HSC,5205 HSC优点价格低每次周期极性交替输出2次。可针对平行焊接的极性效应。易于使用长时间(周期)通电、高Tact。缺点由于通电时间的最小单位是周期(1/60秒)，容易受到热影响。输出电压由变压器的圈数比决定，无法随意改变。以12个周期的通电时间，1次
14、电源电压的变化影响焊接。焊接时受变压器输出端口-电极之间的负荷变动影响。交流式交流式电压波形电压波形电流波形电流波形焊机的设置与管理焊机的设置与管理n焊接条件设置步骤1.电极的选择2.电极间距3.压力设置4.电压、时间设置5.满足接合强度的稳定性、工作性、电极寿命的焊接条件n适合Pack焊接的电极材质与形状的选择方法1.电极材质2.电极前端形状焊接条件设置步骤焊接条件设置步骤1.电极的选择用于实际工作的电极，应考虑下列几项：导电率高温硬度焊接后是否容易从工件拿开。电极的形状随焊接部位的不同而异，此处使用1.7圆头电极。2.电极间距虽然电极间距是根据工作空间或工件宽度、厚度而定，但是平行点焊的电
15、极间距应考虑无功电流，因此应尽可能利用焊接空间。一般为 3.55 mm（外边-外边）。焊接条件设置步骤焊接条件设置步骤3.压力设置 临界压力是由工件的差别或电极前端直径而定。尤其是焊接电池壳时，应考虑壳的变形或电极前端的变形，不得施加太大的压力。一般采用2点/1.52.5 Kg的压力。实际工作上应制作各压力下的对照表，明确分清适当的焊接范围，同时应在不发生电极前端变形的位置决定压力。电极前端直径的检验方法，是以采用的压力实施数百次焊接，并测量各点的电极前端直径，以确认电极前端直径的变化趋势。通过该检验亦可确认影响焊接稳定性的重要因素电流密度的变化。上述压力必须用测力表彻底管理。注：焊接电池的最
16、大压力为2.5kg。而且，Pack电池的构造上，除电池以外也有不可加压的部位，必须谨慎。焊接条件设置步骤焊接条件设置步骤4.电压、时间设置此条件没有正确设置时，可能发生焊接变形或粘连、爆火花等问题，而且电极上多余的负荷，增加电极的损耗。焊接条件(发热)如果压力(接触电阻)一定，则由电压和时间的关系即可成 立，因此可参考对照表选用合适的条件。但是其条件随焊接工件的不同而有 所差异，必须在设置条件的同时确认焊接质量。而且，设置条件之后，应预测条件内的变化，检验在设置条件范围的焊接 部位截面、工件组织成分变化或焊核形成位置等是否符合所需目的。实际成 品截面的确认，对保证焊接条件有着极为重要的意义。焊
17、接截面照片焊核气泡焊接条件设置流程焊接条件设置流程上述条件的设置流程如下：工件检讨焊接点决定电极直径选择压力追从机构选择焊接电源编制对照表决定压力决定电压、时间样品焊接开始生产决定量产条件确认电极查看焊接面NOOKNOOK焊接条件设置步骤焊接条件设置步骤5.满足接合强度的稳定性、工作性、电极寿命的焊接条件 虽然电阻焊的焊接条件因素有电压、时间、压力，再加上电极形状（电极直 径或电极材料）称为4大因素,但在实际生产上焊接条件必须先决定电极形状之 后，设置符合该电极的焊接条件(压力、时间、电压)。焊接条件的设置中，接 合强度的稳定性最为重要。保持上述接合强度稳定性的同时还要满足工作性和电极寿命，实
18、在是麻烦的 事情。单就接合强度来说，只要将焊接条件设置于接合区域附近即可，但是如 此下来，由于工作性差影响电极寿命。但是为了满足工作性和电极寿命而使用 对照表的下限，却会影响接合强度的稳定性。因此为了同时满足接合强度的稳 定性、工作性和电极寿命，不仅是焊接条件，工件的管理和电极夹具的管理也 是非常重要的因素。适合适合Pack 焊接的电极材料和焊接的电极材料和形状的选择形状的选择1.电极材料 电极的基本功能是保持一定的电流密度，将电流集中于焊接点使之发热，同 时以一定的压力保持熔融处，并在通电结束后促进其冷却凝固。为了保持一定的电流密度，其前端形状必须在受热和压力的情况下不易变 形，而且考虑其散
19、热效果，必须为高导热性材料。另外，基于工作性的要求上不得不限制其大小或直径。电池Pack组装工序 中所用的焊接电极材料目前主要为氧化铝铜(AL-60,ODS等)，因为其高温硬度 高，导热性优秀。适合适合Pack 焊接的电极材料和焊接的电极材料和形状的选择形状的选择2.电极前端形状 一般常用的前端形状有3种。能够保持焊接件水平度的情况可使用平头电极，但是水平度不易掌握时则使用园头电极，可防止毛刺、电极与工件的粘合等。焊接范围狭窄时，使用1.31.5偏心平头电极。但是随安装方法，电 极节距有可能改变，应特别注意。若以特殊电极夹具使用1.7的直电极，可 防止安装时的问题。若在导板上使用凸焊时，应使用
20、平头电极。小型电池组装时所用的偏心电 极，都有根据导板厚度所定的最低直径。有关质量管理的日常检查有关质量管理的日常检查n检查各配线的连接状态检查各配线的连接状态n检查压力检查压力n检查各部位动作状态检查各部位动作状态n检查夹具检查夹具n电极调节电极调节n确认设置条件确认设置条件nPeel Test（剥离试验）确认各种配线的连接状态1 1、工作前检查各配线的连接状态（脱线、断线）、螺丝部位是否松动。、工作前检查各配线的连接状态（脱线、断线）、螺丝部位是否松动。2 2、检查焊接电缆连接部位的状态。、检查焊接电缆连接部位的状态。3 3、检查、检查 传感器线的连接部位。传感器线的连接部位。4 4、检查
21、各装置的配线位置、松紧状态。、检查各装置的配线位置、松紧状态。检查压力1 1、检查检查压缩空气压缩空气压压（气动式气动式）2 2、利用测力表检查压力是否适当。、利用测力表检查压力是否适当。检查夹具1 1、确认磨耗状态确认磨耗状态检查焊接时的稳定度。检查焊接时的稳定度。检查各部位的动作状态1 1、抽气、抽气（气动焊头气动焊头）2 2、确认电流值，检查电流检测是否正常。、确认电流值，检查电流检测是否正常。电极调节1 1、调节并确认电极间距调节并确认电极间距2、点焊位置、点焊位置3、电极长度、电极长度4、行程、行程（气动式气动式）5 5、检查前端长度、检查前端长度（偏心、阶梯式电极偏心、阶梯式电极）6、确认前段形状、确认前段形状确认设置条件确认设置条件1 1、确认电流范围设置值、确认电流范围设置值2 2、确认电压、时间设置值、确认电压、时间设置值剥离试验剥离试验1 1、按规定频率实施破坏试验（剥离试验），、按规定频率实施破坏试验（剥离试验），检查焊接状态。检查焊接状态。
