電阻焊接理論

電阻焊接理論第1頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二電阻焊的原理與結構發(fā)熱原理發(fā)熱量的計算系列焊接的發(fā)熱原理發(fā)熱損失或熱量損失的原因由電極引起的熱損失效應4大焊接因素的功能其他影響接合狀態(tài)的因素第2頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二發(fā)熱原理微點焊的發(fā)熱，如圖所示，是將復數材料以電極加壓，并在極短的時間內在上、下電極之間通入電流，則材料之間會因為接觸阻抗而發(fā)熱。第3頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二電極的散熱效應通電時電極的發(fā)熱量遠低于材料之間的發(fā)熱量，因此對材料來說，電極起著冷卻作用。電極引起的熱損失量取決于電極的形狀與材質。

微阻焊中材料之間的溫度升至熔點以上，而電極與材料之間卻不會粘上，主要是因為下列原因。

開始通電時的溫度分布

接觸阻抗引起的熱開始通電通電結束

電極引起的熱損失

通電結束后的溫度分布←溫度熔點電極材料第4頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二平行焊接的發(fā)熱原理發(fā)熱點···電極與工件接觸面(2處),工件與外殼接觸面(2處)無功分流為60~80%(隨焊接件厚度而異)，左右電極之間也會因無功分流而發(fā)熱。直流焊接時＋極、－極焊接性的不同，是因為珀爾帖效應所至。

－極工件下工件（電池外殼）無功分流發(fā)熱點加壓＋極第5頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二4大焊接因素的功能利用材料之間的阻抗發(fā)熱的微電阻焊，有下列四大參數

(parameter)：1.焊接電流

2.通電時間

3.電極壓力

4.電極形狀與材質

這4大參數之中，電極壓力值和電極形狀，影響材料之間、材料和電極之間的通電面積。而焊點熱量變化則隨取決于通電面積和焊接電流的電流密度而變。

發(fā)熱量電極壓力電極形狀與材質通電面積焊接電流電流密度通電時間第6頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二發(fā)熱量的計算電阻焊發(fā)熱量可用下列公式計算：

Q′：整體發(fā)熱量

I：焊接電流

R：被焊接材料固有阻抗

(R1)和材料之間的接觸阻抗

(R2)

=R1＋R2(在微電阻焊中R2的接觸阻抗影響甚巨。)

T：通電時間

V：焊接電壓

Q′=VIT=I2RT，若用卡來表示，則

Q=0.24I2RT

I···焊接電源R···焊頭、追從機構、電極

T···焊接電源

第7頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二影響焊接條件的各種裝置、

各裝置的工作原理

焊接裝置按其功能，可分為下列幾項：焊機電源焊頭電極電極夾具壓力追從機構焊接電纜第8頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二焊機電源焊機電源是將一定電流在一定時間內供應被焊接件的裝置。需要在電芯不發(fā)生熱影響的極短時間內焊接。容易受到電源電壓影響的交流方式或逆變式，必須確認電源容量不發(fā)生變化。用于小型電芯外殼組裝的焊機，我公司推薦客戶使用具有10微秒(μsec)反應速度的MSW系列晶體管式焊接電源。第9頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二焊頭、追從機構焊頭的主要功能決定工件位置、指定電流路徑。穩(wěn)定接觸電阻、控制發(fā)熱量加壓以防止焊核扭曲變形。去處工件表面發(fā)生的熱，使熔融金屬迅速冷卻凝固。壓力追從機構的功能設置并檢測一定壓力的機構焊接時從膨脹到凝固收縮的過程內，以一定壓力壓住工件。用于系列通電的追從機構有雙軸平衡加壓式和獨立加壓式等兩種。具有壓力調節(jié)和檢測功能。第10頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二電極、電極夾具電極的基本功能保持一定的電流密度并將電流集中于焊接點使其發(fā)熱。以一定的壓力保持熔融部位，通電結束后促進冷卻凝固。電極夾具的功能連接來自電源的電纜。夾持電極，使電流流入電極的功能。焊接部位的散熱與冷卻。電極夾具應選用電阻低、傳熱度高、高溫使機械強度高的材料。

極短時間的微電阻焊宜使用黃銅，自動焊機或電極發(fā)熱型電阻焊宜使用鉻銅合金或鈹銅合金。第11頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二焊接電纜將來自焊機電源的電流供應至電極的電纜。應盡可能使用短而粗、螺栓連接部位少的電纜。但需要具有不妨礙加壓力的柔性。為了以低電壓提供大電流的電纜。太細或太長可能引起發(fā)熱、電壓突降等問題?；陔娫?、焊頭之間的關系，使用合適長度電纜。第12頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二其他影響接合狀態(tài)的因素

材料狀態(tài)···

材質、形狀、是否電鍍、表面狀態(tài)、精度等可影響焊接強度的不均、毛刺的發(fā)生等。

焊接工藝···雙面、單面、平行、對接焊等工藝選擇不當時，會因為無法控制熱平衡，而得不到理想的焊核。

焊機電源的控制方式

···晶體管式、逆變式、電容儲能式、交流式等的差異，會影響2次電壓、通電時間，亦可引起熱失衡、變色、毛刺等問題。

焊頭···

追從性、可動部質量、壓力范圍、熱容量等可引起毛刺的發(fā)生、電極與電纜等的發(fā)熱。

使用環(huán)境···輸入電源的電壓與穩(wěn)定性、焊接信號的持續(xù)類型等可引起焊接質量的不均、裝置的錯誤動作等。第13頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二焊接方法、控制方式的種類及其特性

各種焊接方法的優(yōu)缺點

雙面、單面、系列、凸焊(projectionweld)、縫焊(Seamweld)各種控制方法的優(yōu)缺點

晶體管式(FET)控制方式、電極形、

逆變控制、電容蓄能式、交流式

第14頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二雙面點焊將焊接工件層疊后，從一邊的電極通電，使電流經過工件而直接流到另一邊電極的方法，可說是最基本的點焊方式。第15頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二單面點焊2個焊接電極各自接觸于不同的工件，使電流從一邊的電極流經焊接點后，流到另一邊遠離焊接點的電極的方式。為了實現干凈的(穩(wěn)定的)焊接，一般來說，供電端應使用粗、加壓力大的電極。而焊接端若采用凸焊方式，將更為有效。凸焊第16頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二2個焊接電極接觸于同一個工件上進行焊接的方式。

由于電極接觸的工件會產生無功電流（分流），與其他方式相比，焊接條件需調的更高。系列焊接第17頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二工件上打出點狀或線狀突起，將電流集中于該處進行焊接的方法。

該方式可應用于各種電阻焊接，適于需要更為穩(wěn)定或焊接條件困難

的焊接。

由于大部分情況，可采用F型(平面)電極，因此有利于成本及維護保

養(yǎng)。凸焊第18頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二層疊縫焊是將工件層疊后利用滾盤電極連續(xù)（間歇）加壓、焊接的方法?？刹捎脤⒐ぜ糜?片滾盤電極之間的方法，或一邊為滾盤電極、一邊為平板的方法。

而且，還可采用點焊方法中的單面點焊或平行點焊工藝?？p焊第19頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二晶體管(FET)控制方式我司產品型號

MSW-306e,412β,RR,

824RR

SFW-412,824,RR

優(yōu)點

·可將儲存于電容器的電壓，按所需電壓、時間輸出?！は窬匦坞姵匾话?，電極距離有限的情況，更為有效。·由于使用微電腦控制，可實現抑制熱影響的焊接?！び捎趯⒛芰績Υ嬗陔娙萜?，因此不受輸入電壓變化的影響。

·可使用100V或220V的輸入電壓

缺點

·由于輸出儲存于電容器的電壓，因此無法進行長時間的輸出?！る娙萜魅萘考哟髸r，主機尺寸也隨之增加。

*

FET(FieldEffectTransistor):電場效應晶體管第20頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二晶體管控制方式的波形電壓波形電流波形第21頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二晶體管(FET)控制方式雙極型我司產品型號

MSW-306ERP,424RP

優(yōu)點

·由于是雙頻電路,可改變電流方向輸出2次?！た上叫泻附拥鹊恼?、負極極性效應（Peltiereffect

珀爾帖

效應），對電芯連接片TAB(鎳片)的平行焊接效果更佳。

缺點

·由于輸出儲存于電容器的電壓，因此無法進行長時間的輸出?！戎秒p頻電路，因此主機尺寸較大。第22頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二平行焊接正負電極焊接特性的差別特性的差別是因為珀爾帖效應

(Peltiereffect)所至。將電流通入不同種導體(或半導體)形成的回路時結點處會產生放熱或吸熱現象，這種現象稱為珀爾帖效應。此效應是由法國物理學家珀爾帖發(fā)現(1834)。電流流向相反時，放熱、吸熱也會反轉。平行焊接中正負電極焊接特性的差別，既是由上述效應所引起的正負極發(fā)熱的不同所致。電流流向金屬

A金屬

B珀爾帖效應模式圖放熱吸熱第23頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二晶體管雙極型的波形電壓波形電流波形第24頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二逆變控制方式我司電源型號：SIW－315,340,608,615

變壓器型號：SIT－315,342,615,F24-HC

優(yōu)點

·由于不是蓄能方式，可長時間通電(數百毫秒),易于使用高Tact。

·頻率為2Khz,1Khz，可比交流方式更細膩的調節(jié)時間、能量。

·與交流式相比，對1次電源電壓的變化更為穩(wěn)定。

缺點

·此種方式并非與晶體管控制方式一般使用蓄能方式，因此若1次電源電壓的變化太大，會影響輸出。

·輸入需要3相200V。

第25頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二逆變方式的波形電壓波形電流波形第26頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二電容蓄能式我公司產品

電源：SW－7－80,160,300,500W·S 變壓器：PT－2008,5K8,5205優(yōu)點·設備價格低?！る姌O之間的距離較為充分時，可適用于電芯連接片的焊接?！耐姷浇Y束這段時間內電流逐漸加大，因此焊接處周圍會帶有粘性

(燒結效果)·可用100V的輸入電壓使用。缺點·無法隨意調節(jié)電壓、通電時間。

2次電壓由充電電壓和變壓器的圈數比決定?！び捎谳敵鰞Υ嬗陔娙萜鞯碾妷海瑹o法作長時間的輸出?！る娙萜魅萘考哟髸r，主機尺寸也隨之增加。

第27頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二電容蓄能式的輸出波形電壓波形電流波形第28頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二交流式我公司產品型號

電源：SCW－250，SMT-110,SSW-205F

變壓器：WT－3203H－SC,5205H－SC優(yōu)點·價格低·每次周期極性交替輸出2次。可針對平行焊接的極性效應?！ひ子谑褂瞄L時間(周期)通電、高Tact。缺點·由于通電時間的最小單位是周期(1/60秒)，容易受到熱影響?！ぽ敵鲭妷河勺儔浩鞯娜当葲Q定，無法隨意改變。·以1~2個周期的通電時間，1次電源電壓的變化影響焊接?！ず附訒r受變壓器輸出端口-電極之間的負荷變動影響。

第29頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二交流式電壓波形電流波形第30頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二焊機的設置與管理焊接條件設置步驟

1.電極的選擇

2.電極間距

3.

壓力設置

4.

電壓、時間設置

5.

滿足接合強度的穩(wěn)定性、工作性、電極壽命的焊接條件適合Pack焊接的電極材質與形狀的選擇方法

1.電極材質

2.電極前端形狀

第31頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二焊接條件設置步驟1.電極的選擇

用于實際工作的電極，應考慮下列幾項：

·導電率

·高溫硬度

·焊接后是否容易從工件拿開。

電極的形狀隨焊接部位的不同而異，此處使用φ1.7圓頭電極。2.電極間距

雖然電極間距是根據工作空間或工件寬度、厚度而定，但是平行點焊的電極間距應考慮無功電流，因此應盡可能利用焊接空間。一般為3.5~5mm（外邊-外邊）。第32頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二焊接條件設置步驟3.壓力設置

臨界壓力是由工件的差別或電極前端直徑而定。尤其是焊接電池殼時，應考慮殼的變形或電極前端的變形，不得施加太大的壓力。一般采用2點/1.5~2.5Kg的壓力。實際工作上應制作各壓力下的對照表，明確分清適當的焊接范圍，同時應在不發(fā)生電極前端變形的位置決定壓力。

電極前端直徑的檢驗方法，是以采用的壓力實施數百次焊接，并測量各點的電極前端直徑，以確認電極前端直徑的變化趨勢。通過該檢驗亦可確認影響焊接穩(wěn)定性的重要因素——電流密度的變化。

上述壓力必須用測力表徹底管理。

注：焊接電池的最大壓力為2.5kg。而且，Pack電池的構造上，除電池以外也有不可加壓的部位，必須謹慎。第33頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二焊接條件設置步驟4.電壓、時間設置

此條件沒有正確設置時，可能發(fā)生焊接變形或粘連、爆火花等問題，而且電極上多余的負荷，增加電極的損耗。

焊接條件(發(fā)熱)如果壓力(接觸電阻)一定，則由電壓和時間的關系即可成立，因此可參考對照表選用合適的條件。但是其條件隨焊接工件的不同而有所差異，必須在設置條件的同時確認焊接質量。

而且，設置條件之后，應預測條件內的變化，檢驗在設置條件范圍的焊接部位截面、工件組織成分變化或焊核形成位置等是否符合所需目的。實際成品截面的確認，對保證焊接條件有著極為重要的意義。焊接截面照片焊核氣泡第34頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二焊接條件設置流程上述條件的設置流程如下：工件檢討焊接點決定電極直徑選擇壓力追從機構選擇焊接電源編制對照表決定壓力決定電壓、時間樣品焊接開始生產決定量產條件確認電極查看焊接面NOOKNOOK第35頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二焊接條件設置步驟5.滿足接合強度的穩(wěn)定性、工作性、電極壽命的焊接條件

雖然電阻焊的焊接條件因素有電壓、時間、壓力，再加上電極形狀（電極直徑或電極材料）稱為4大因素,但在實際生產上焊接條件必須先決定電極形狀之后，設置符合該電極的焊接條件(壓力、時間、電壓)。焊接條件的設置中，接合強度的穩(wěn)定性最為重要。

保持上述接合強度穩(wěn)定性的同時還要滿足工作性和電極壽命，實在是麻煩的事情。單就接合強度來說，只要將焊接條件設置于接合區(qū)域附近即可，但是如此下來，由于工作性差影響電極壽命。但是為了滿足工作性和電極壽命而使用對照表的下限，卻會影響接合強度的穩(wěn)定性。因此為了同時滿足接合強度的穩(wěn)定性、工作性和電極壽命，不僅是焊接條件，工件的管理和電極夾具的管理也是非常重要的因素。第36頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二適合Pack焊接的電極材料和

形狀的選擇

1.電極材料

電極的基本功能是保持一定的電流密度，將電流集中于焊接點使之發(fā)熱，同時以一定的壓力保持熔融處，并在通電結束后促進其冷卻凝固。

為了保持一定的電流密度，其前端形狀必須在受熱和壓力的情況下不易變形，而且考慮其散熱效果，必須為高導熱性材料。

另外，基于工作性的要求上不得不限制其大小或直徑。電池Pack組裝工序中所用的焊接電極材料目前主要為氧化鋁銅(AL-60,ODS等)，因為其高溫硬度高，導熱性優(yōu)秀。第37頁，共43頁，2023年，2月20日，星期二適合Pack焊接的電極材料和

形狀的選擇2.電極前端形狀

一般常用的前端形狀有3種。能夠保持焊接件水平度的情況可使