Vysokofrekvenčný invertor vs. konvenčné jednosmerné odporové zváranie pre výrobu batérií

Výber medzi avysokofrekvenčný meniča konvenčný systém jednosmerného odporového zvárania by nemal byť založený len na cene zariadenia, veľkosti stroja alebo slove „invertor“.

Oba systémy môžu dodávať jednosmerný zvárací prúd, ale generujú a riadia ho odlišne. Pre výrobcov batérií spočíva praktický rozdiel v prúdovej odozve, riadení priebehu, spätnej väzbe procesu, možnosti monitorovania, integrácii automatizácie a vhodnosti pre skutočný zvarový spoj.

Vysokofrekvenčný menič sa často uprednostňuje, keď aplikácia zvárania batériami vyžaduje krátke a programovateľné zváracie plány, riadenie procesu v uzavretej slučke, výrobné údaje a stabilnú integráciu do automatizovaných zariadení. Konvenčný usmernený jednosmerný systém sieťovej frekvencie môže zostať vhodný pre menej náročné alebo stabilnejšie aplikácie, kde sú hlavnými prioritami jednoduchá prevádzka a údržba.

Konečný výber musí byť ešte potvrdený podľa formátu bunky, materiálu pätice alebo prípojnice, hrúbky materiálu, štruktúry spoja, zváracej sily, štandardu kvality a cieľového výrobného cyklu.

Prečo je toto porovnanie dôležité pri výrobe batérií

Zváranie odporom batérií nie je len o prechode prúdu cez dve kovové časti.

Výsledok zvárania je ovplyvnený niekoľkými vzájomne pôsobiacimi premennými:

• Elektrický prúd
• Čas zvárania
• Sila elektródy
• Kontaktný odpor
• Povrchová úprava a čistota
• Stav elektródy
• Hrúbka materiálu a počet vrstiev
• Geometria spoja
• Opakovateľnosť upínacieho prípravku
• Odvod tepla

Napájací zdroj, ktorý je dostatočný pre stabilný, relatívne jednoduchý spoj, nemusí poskytovať dostatočnú kontrolu procesu pre tenký batériový výstupok, viacvrstvový konektor alebo výrobnú linku vyžadujúcu sledovateľnosť.

Zároveň výber najmodernejšieho zdroja napájania automaticky nerieši nevhodnú konštrukciu spoja alebo nekonzistentný tlak elektródy. Zvárací zdroj, transformátor, zváracia hlava, elektródy, upínací prípravok a obrobok musia fungovať ako jeden procesný systém.

Zdroje napájania pre odporové zváranie sú dostupné v niekoľkých technických kategóriách vrátane vysokofrekvenčných invertorových, lineárnych jednosmerných, kapacitných výbojových a striedavých systémov. Vysokofrekvenčné invertorové aj lineárne jednosmerné systémy môžu poskytovať riadený výstup, ale používajú rôzne architektúry napájania a nemali by sa považovať za rovnakú technológiu.AMADA WELD TECH)

Čo je konvenčný systém jednosmerného odporového zvárania?

V tomto článku sa výraz „konvenčný jednosmerný prúd“ vzťahuje konkrétne na systém odporového zvárania na báze transformátora sieťovej frekvencie a usmerňovača.

Zjednodušená postupnosť operácií je:

1. Prichádzajúci striedavý prúd vstupuje do transformátora sieťovej frekvencie.
2. Transformátor znižuje napätie a zvyšuje dostupný zvárací prúd.
3. Usmerňovač premieňa výstup transformátora na jednosmerný prúd.
4. Zvárací prúd je dodávaný cez sekundárny obvod, elektródy a obrobok.

Tento typ systému môže ponúknuť relatívne jednoduchú elektrickú štruktúru a môže byť odolný vo vhodných prevádzkových prostrediach.

V závislosti od konštrukcie ovládača a zariadenia však môže poskytovať menšiu flexibilitu pri nastavovaní krátkeho času zvárania, tvarovaní priebehu signálu, vysokorýchlostnej spätnej väzbe, monitorovaní výroby a komunikácii s automatizovaným zariadením.

Je dôležité nezamieňať si túto kategóriu s tranzistorovými alebo lineárnymi systémami jednosmerného odporového zvárania. Lineárne zdroje jednosmerného prúdu dokážu poskytnúť rýchly a vysoko kontrolovaný zvárací výstup a často sa používajú na presné mikrozváracie aplikácie.

Čo je vysokofrekvenčná invertorová odporová zváračka?

Vysokofrekvenčný invertorový zdroj napájania pre odporové zváranie zvyčajne premieňa prichádzajúci striedavý prúd na jednosmerný a potom pomocou elektronického spínania vytvára vysokofrekvenčný priebeh. Po transformácii napätia a sekundárnom usmernení sa do elektród dodáva riadený zvárací prúd.

Hlavnou výhodou tejto architektúry pri obstarávaní nie je len to, že transformátor môže byť menší. Jej dôležitejšou výhodou je schopnosť podporovať rýchle elektronické riadenie a spätnú väzbu.

V závislosti od konfigurácie zariadenia, avysokofrekvenčný meničmôže poskytnúť:

• Riadenie prúdu v uzavretej slučke
• Režimy konštantného prúdu, konštantného napätia alebo konštantného výkonu
• Programovateľné plány zvárania
• Viacstupňové alebo viacpulzné priebehy
• Monitorovanie prúdu, napätia, odporu alebo energie
• Monitorovanie limitov zvaru
• Výstup údajov pre výrobné záznamy
• Rozhrania pre integráciu automatizácie

Vysokofrekvenčné invertorové systémy sa široko používajú tam, kde sa vyžaduje presné, programovateľné dodávanie energie a kompatibilita s automatizáciou. Dostupné režimy riadenia, rýchlosť spätnej väzby, monitorovacie funkcie a výstupná kapacita sa však líšia v závislosti od modelu a mali by sa skontrolovať v skutočnom popise zariadenia.AMADA WELD TECH)

 

(Zdroj: Obrázok zo Styleru)

 

Bežné problémy kupujúcich a inžinierov

Výrobcovia batérií sa pri porovnávaní zváracích systémov často stretávajú s nasledujúcimi problémami.

Tieto dva citáty používajú odlišnú technickú terminológiu

Jeden dodávateľ môže ponúknuť invertorovú bodovú zváračku, zatiaľ čo iný ponúka tranzistorovú jednosmernú zváračku alebo konvenčnú jednosmernú odporovú zváračku. Samotné názvy zariadení neukazujú, či systémy poskytujú porovnateľné režimy riadenia, výstupný výkon, zváracie hlavy, monitorovanie, nástroje alebo automatizačné rozhrania.

Vzorky zvarov vyzerajú prijateľne, ale výrobné výsledky kolíšajú

Počiatočná vzorka sa môže vyrobiť za starostlivo kontrolovaných podmienok. Počas nepretržitej výroby môžu zmeny v povlaku materiálu, opotrebovaní elektródy, polohe upínacieho prípravku, stave povrchu a tolerancii článku ovplyvniť konzistenciu zvaru.

Súčasný produkt používa tenký niklový pásik, ale budúce produkty môžu používať iné konektory.

Stroj vybraný iba pre aktuálnu vzorku nemusí podporovať budúcu zmenu materiálu, hrúbky, počtu vrstiev alebo geometrie zvaru. Naopak, zakúpenie oveľa silnejšieho zdroja napájania nezaručuje, že poskytne lepšiu kontrolu nad tenkým a na teplo citlivým spojom.

Kupujúci sa zameriavajú na maximálny prúd

Maximálny výkon je len jeden z parametrov zariadenia. Stabilná produkcia závisí aj od minimálneho regulovateľného výkonu, doby nábehu prúdu, rozlíšenia času zvárania, režimu spätnej väzby, sily elektródy, návrhu sekundárneho obvodu a opakovateľnosti procesu.

Zákazník požaduje zváranie medi alebo hliníka bez definovania spoja

Samotné názvy materiálov nestačia na potvrdenie uskutočniteľnosti. Meď a hliník majú odlišné elektrické, tepelné, povrchové a mechanické vlastnosti. Ich zvariteľnosť závisí od konkrétnej kombinácie materiálov, povlaku, hrúbky, konštrukcie spoja, tepelnej bilancie, prístupu k elektróde a prijateľnej deformácie.

Technické rozhodovacie faktory

Pred výberom vysokofrekvenčného invertorového alebo konvenčného jednosmerného odporového zváracieho systému by mal kupujúci poskytnúť nasledujúce informácie.

Informácie o batérii a obrobku

• Formát a rozmery bunky
• Konštrukcia bunkového terminálu
• Materiál jazýčka, konektora alebo prípojnice
• Povrchové pokovovanie alebo náter
• Hrúbka jednotlivých vrstiev
• Celkový počet vrstiev
• Prekrytie spoja a umiestnenie zvaru
• Smer prístupu k elektróde
• Prijateľná deformácia bunky

Zariadenie by sa nemalo vyberať len preto, že produkt používa batérie typu 18650, 21700, prizmatické alebo vreckové články. Dva akumulátorové bloky používajúce rovnaký formát článkov môžu vyžadovať rôzne zváracie systémy, pretože ich konektory a štruktúry spojov sú odlišné.

Požiadavky na kvalitu zvárania

• Požiadavka na pevnosť v odlupovaní alebo ťahu
• Požiadavka na elektrický odpor
• Prijateľný vzhľad zvaru
• Maximálny rozstrek alebo vtlačenie
• Obmedzenie oblasti ovplyvnenej teplom
• Obmedzenie teploty článku
• Požiadavka na konzistentnosť procesov
• Požiadavky na kontrolu a sledovateľnosť

Požiadavky na výrobu

• Požadované zvary na produkt
• Cieľový čas cyklu
• Denný alebo ročný objem produkcie
• Manuálne, poloautomatické alebo automatické nakladanie
• Frekvencia zmeny produktu
• Požadované uloženie receptov
• Požiadavky na zaznamenávanie údajov
• Komunikácia s PLC alebo MES
• Integrácia proti prúdu a po prúde

Požiadavky na výrobu a servis

• Dostupné elektrické napájanie
• Požiadavky na chladenie
• Požiadavky na stlačený vzduch
• Inštalačný priestor
• Školenie operátorov
• Náhradné elektródy a spotrebný materiál
• Preventívna údržba
• Lokálna alebo vzdialená technická podpora

Ktorý systém je vhodnejší?

Vysokofrekvenčný menič môže byť vhodnejší, keď:

• Harmonogram zvárania je krátky a vyžaduje si jemné nastavenie.
• Aplikácia vyžaduje reguláciu prúdu, napätia alebo výkonu v uzavretej slučke.
• Výrobca spracováva niekoľko modelov produktov a potrebuje uložené recepty.
• Výroba vyžaduje monitorovanie zvarov a výstup údajov.
• Zdroj napájania musí byť integrovaný so systémami automatického podávania, polohovania, kontroly alebo manipulácie s vyradenými výrobkami.
• Zmeny v sekundárnom obvode je potrebné riadiť rýchlejšou spätnou väzbou.
• Projekt vyžaduje kompaktný zdroj napájania pre integráciu stroja.

Konvenčný systém jednosmerného prúdu môže zostať vhodný, ak:

• Kombinácia spoja a materiálu je stabilná a dobre etablovaná.
• Aplikácia nevyžaduje zložité programovanie priebehov.
• Objem výroby je relatívne obmedzený.
• Nie je potrebný rozsiahly záznam údajov ani automatizovaná komunikácia.
• Jednoduchá údržba je hlavnou prevádzkovou prioritou.
• Požadované zvarové okno už bolo overené s navrhovaným systémom.

Ide skôr o všeobecné zásady výberu než o automatické odporúčania.

Konvenčný systém by sa nemal zamietnuť len preto, že je starší. Podobne by sa invertor nemal vyberať len preto, že ponúka viac nastavení. Výkon zariadenia musí byť prispôsobený skutočnému procesu.

A čo tranzistorové jednosmerné zváranie?

Tranzistorový jednosmerný prúd, v niektorých klasifikáciách zariadení známy aj ako lineárny jednosmerný prúd, by sa mal hodnotiť oddelene od konvenčného usmerneného jednosmerného prúdu.

Lineárne jednosmerné systémy môžu poskytovať rýchlu odozvu a presne riadené krátkodobé zváracie impulzy. V závislosti od zariadenia môžu podporovať prevádzku s konštantným prúdom, konštantným napätím alebo konštantným výkonom.

Pre presné zváranie batériových záložiek môže byť preto relevantné porovnanie:

• Vysokofrekvenčný menič
• Tranzistorový alebo lineárny jednosmerný prúd
• Kapacitný výboj
• Zdroje striedavého prúdu alebo iné zdroje odporového zvárania

a nie jednoducho „invertor verzus jednosmerný prúd“.

Na miniatúrne a presné odporové zváranie sa používajú vysokofrekvenčné invertorové aj tranzistorové systémy, pretože spätnoväzbové riadenie dokáže zabezpečiť jemné riadenie krátkych zváracích impulzov.TWI Global)

Prečo samotný typ materiálu nedokáže určiť zariadenie

Nikel, poniklovaná oceľ, meď, hliník a nehrdzavejúca oceľ nereagujú na odporové zváranie rovnako.

Aj v rámci tej istej všeobecnej kategórie materiálov sa výsledok môže zmeniť z dôvodu:

• Zloženie zliatiny
• Povrchové pokovovanie
• Oxidové vrstvy
• Tvrdosť materiálu
• Tolerancia hrúbky
• Počet vrstiev
• Kontaktná oblasť
• Materiál elektródy
• Geometria elektródy
• Zváracia sila
• Odvod tepla
• Polarita
• Odpor sekundárneho obvodu

Napríklad vysokofrekvenčný menič môže poskytnúť užitočné riadenie procesu pre vodivý materiál, ale to neznamená, že každý medený alebo hliníkový konektor sa dá úspešne odporovo zvárať.

Niektoré aplikácie prípojníc alebo batériových vývodov môžu byť vhodnejšie na laserové zváranie, ultrazvukové zváranie alebo iný proces spájania. Uskutočniteľnosť by sa mala určiť prostredníctvom vyhodnotenia spoja a testovania vzoriek.

Testovanie vzoriek a validácia procesu

Pred potvrdením konečnej konfigurácie zariadenia a cenovej ponuky sa odporúča vykonať testovanie vzorky.

Zákazník by mal zvyčajne poskytnúť:

• Skutočné batériové články
• Záložky, konektory alebo prípojnice
• Špecifikácie materiálu
• Informácie o hrúbke
• Výkresy znázorňujúce štruktúru kĺbu
• Reprezentatívne vzorky výroby
• Požadované miesta zvarov
• Normy kvality a kontroly
• Cieľový výrobný cyklus

Počiatočné testovanie môže vyhodnotiť:

• Vzhľad zvaru
• Pevnosť v odlupovaní
• Ťahová sila
• Elektrický odpor
• Rozstrek
• Prepálenie
• Vtlačenie elektródy
• Deformácia obrobku
• Oblasť ovplyvnená teplom
• Čas cyklu
• Opotrebovanie elektród
• Opakovateľnosť vo viacerých vzorkách

Úspešné zvarenie vzorky potvrdzuje iba počiatočnú uskutočniteľnosť za testovaných podmienok. Nepotvrdzuje automaticky stabilitu nepretržitej výroby.

Pilotná prevádzka by mala tiež zohľadniť tolerancie materiálu, presnosť upínacích prípravkov, údržbu elektród, manipuláciu s obsluhou, rýchlosť výroby a počet po sebe nasledujúcich zvarov.

Kritériá kontroly kvality a akceptácie

Pred zadaním objednávky by sa kupujúci a dodávateľ zariadenia mali dohodnúť na merateľných kritériách prijatia.

Môže ísť o:

• Schválené referenčné vzorky
• Skúšobná metóda na stanovenie pevnosti v ťahu alebo odlupovaní
• Metóda merania elektrického odporu
• Prijateľný vzhľad zvaru
• Maximálne povolené rozstrekovanie alebo deformácia
• Cieľový čas cyklu
• Trvanie nepretržitej prevádzkovej skúšky
• Postup prechodu na iný produkt
• Požiadavky na správu receptov
• Záznam zváracích údajov
• Logika alarmu a odmietnutia
• Požiadavky na údržbu elektród
• Bezpečnostné opatrenia pre zariadenia
• Rozsah akceptačnej skúšky vo výrobe
• Rozsah akceptačnej skúšky lokality
• Zodpovednosti za inštaláciu a školenie

Žiadny zodpovedný dodávateľ zváracích zariadení by nemal sľubovať nulové chyby alebo 100 % výťažnosť výroby bez jasne definovaných materiálov, prevádzkových podmienok, metód kontroly a validácie projektu.

Typické scenáre aplikácií

Vysokofrekvenčné invertorové odporové zváranie sa môže hodnotiť pre aplikácie ako:

• Zváranie niklových pásikov pre valcové batérie
• Zváranie poniklovaných oceľových konektorov
• Batériové bloky pre spotrebnú elektroniku
• Batériové bloky pre elektrické náradie
• Batériové bloky pre elektrobicykle a ľahké elektrické vozidlá
• Vybrané spoje a svorky batérie
• Automatizované zváracie stanice pre batériové bloky

Tento proces nie je automaticky vhodný pre každý prizmatický modul, výstupok puzdra článku, medený konektor, hliníkovú zbernicu alebo komponent batérie ESS.

Pre tieto aplikácie by mal dodávateľ najprv skontrolovať skutočnú kombináciu materiálov, štruktúru spoja, požadovanú plochu zvaru, prístup k elektróde, štandard kvality a cieľový výrobný cyklus.

Kontrolný zoznam kupujúceho

Pred porovnaním cenových ponúk na odporové zváracie stroje sa opýtajte:

1. Aká technológia napájania je zahrnutá v cenovej ponuke?
2. Aké materiály buniek, záložiek a konektorov budú spracované?
3. Aká je hrúbka, náter a počet vrstiev materiálu?
4. Ktoré režimy riadenia výstupu a spätnej väzby sú k dispozícii?
5. Aké funkcie monitorovania zvarov a zaznamenávania údajov sú zahrnuté?
6. Sú súčasťou balenia zváracia hlava, transformátor, elektródy, upínací prípravok a chladiaci systém?
7. Môže dodávateľ vykonať zváranie vzoriek pred konečnou konfiguráciou?
8. Aké štandardy kvality sa budú používať počas FAT?
9. Aký je požadovaný výrobný cyklus a úroveň automatizácie?
10. Aká je zahrnutá inštalácia, školenie, náhradné diely a popredajná podpora?

Cenové ponuky zariadení nie je možné presne porovnávať, pokiaľ nie je jasne definovaný rozsah zvárania, nástroje, riadiace funkcie, požiadavky na automatizáciu, testovacie metódy a akceptačné normy.

Prečo Styler

Spoločnosť Styler je výrobca zariadení na zváranie batérií, ktorý poskytuje riešenia pre odporové zváranie, laserové zváranie a montáž batériových blokov pre aplikácie výroby batérií.

Namiesto odporúčania zariadení iba na základe modelu batérie spoločnosť Styler hodnotí zvárací materiál, štruktúru spoja, cieľovú kvalitu, výrobný cyklus, spôsob prevádzky a požiadavky na automatizáciu.

V závislosti od rozsahu projektu môže hodnotenie zahŕňať:

• Diskusia o procese zvárania
• Vzorové testovanie uskutočniteľnosti
• Výber zdroja zvárania
• Konfigurácia zváracej hlavy a elektródy
• Vývoj svietidiel
• Poloautomatické zariadenia
• Automatizovaná integrácia zostavy batériových blokov
• Požiadavky na monitorovanie výroby
• Podpora pri inštalácii a školení

Konečná konfigurácia by mala byť potvrdená po technickom vyhodnotení. Prispôsobenie je založené na uskutočniteľnosti projektu a definovaných kritériách prijatia.

Často kladené otázky

Je invertorová zváračka vždy lepšia ako konvenčná jednosmerná zváračka?

Nie. Vysokofrekvenčný menič vo všeobecnosti poskytuje flexibilnejšie možnosti riadenia, monitorovania a automatizácie, ale lepšia voľba závisí od materiálu, konštrukcie spoja, požiadavky na čas zvárania, objemu výroby a akceptačnej normy.

Je invertorová odporová zváračka jednosmernou zváračkou?

Mnohé vysokofrekvenčné invertorové systémy odporového zvárania dodávajú usmernený jednosmerný prúd do zváracích elektród. „Invertor“ opisuje vnútornú architektúru prevodu energie a riadenia, zatiaľ čo „jednosmerný prúd“ opisuje tvar výstupného prúdu. Tieto pojmy preto nemusia byť nevyhnutne opačné.

Dokáže jedna invertorová zváračka spracovať rôzne modely batérií?

Možno, ale uskutočniteľnosť závisí od materiálov, hrúbky, štruktúry spojov, požadovaného rozsahu prúdu, zváracej hlavy, elektród, upínacích prípravkov a výrobnej metódy. Rôzne produkty môžu vyžadovať rôzne nástroje alebo dokonca rôzne napájanie.

Môžu byť medené a hliníkové časti batérií zvárané odporom?

Niektoré medené alebo hliníkové spoje môžu byť technicky uskutočniteľné, ale samotné názvy materiálov nestačia na potvrdenie procesu. Vyžaduje sa testovanie vzoriek a vyhodnotenie spoja. Niektoré aplikácie môžu byť vhodnejšie na laserové alebo ultrazvukové zváranie.

Je potrebné pred nákupom odskúšať vzorku?

Vzorkové testovanie sa dôrazne odporúča, ak kombinácia materiálov, hrúbka, návrh spoja alebo požiadavky na kvalitu ešte neboli overené. Testovanie pomáha určiť počiatočnú uskutočniteľnosť a konfiguráciu zariadenia, ale overovanie počas nepretržitej výroby je stále potrebné.

Záver

Rozhodnutie medzi vysokofrekvenčným invertorom a konvenčným systémom jednosmerného odporového zvárania by malo začať spojom batérie, nie názvom zariadenia.

Najprv definujte formát bunky, kombináciu materiálov, hrúbku, geometriu spoja, požiadavku na pevnosť zvaru, požiadavku na elektrický odpor, cieľový čas cyklu a rozsah automatizácie.

Potom vyhodnoťte, ktorý zdroj napájania, zváracia hlava, elektródy, upínací prípravok a monitorovacie funkcie môžu spĺňať tieto požiadavky.

Vysokofrekvenčný menič môže poskytnúť cenné možnosti riadenia a integrácie pre presné zváranie batérií, ale nie je automaticky správnym riešením pre každý batériový produkt. Pred dokončením konfigurácie zariadenia je nevyhnutné vykonať testovanie vzoriek a jasne definované akceptačné kritériá.

Prediskutujte svoju aplikáciu zvárania batériami

Pošlite spoločnosti Styler svoje batériové články, zváracie materiály, špecifikácie hrúbky, výkresy, požiadavky na kvalitu a cieľový výrobný cyklus.

Náš tím môže posúdiť žiadosť, prediskutovať zváranie vzoriek a odporučiť riešenie odporového zvárania alebo montáže batériových blokov na základe skutočných požiadaviek projektu.

Webová stránka: www.stylerwelding.com

Email: sales4@styler.com.cn

WhatsApp: +86-15218784866