Onduleur haute fréquence vs soudage par résistance CC conventionnel pour la fabrication de batteries

Choisir entre unonduleur haute fréquenceet un système de soudage par résistance CC conventionnel ne doit pas être choisi uniquement en fonction du prix de l'équipement, de la taille de la machine ou du mot « onduleur ».

Les deux systèmes peuvent fournir un courant continu pour le soudage, mais ils le génèrent et le contrôlent différemment. Pour les fabricants de batteries, la différence pratique réside dans la réactivité du courant, le contrôle de la forme d'onde, le retour d'information sur le processus, les capacités de surveillance, l'intégration de l'automatisation et l'adéquation au joint de soudure.

Un onduleur haute fréquence est souvent privilégié pour les applications de soudage sur batterie exigeant des cycles de soudage courts et programmables, une régulation en boucle fermée, l'enregistrement des données de production et une intégration stable dans les équipements automatisés. Un système CC redressé à fréquence secteur classique peut convenir aux applications moins exigeantes ou plus stables, où la simplicité d'utilisation et de maintenance est primordiale.

Le choix final doit encore être confirmé en fonction du format de cellule, du matériau de la languette ou de la barre omnibus, de l'épaisseur du matériau, de la structure du joint, de la force de soudage, de la norme de qualité et du cycle de production cible.

Pourquoi cette comparaison est importante dans la production de batteries

Le soudage par résistance des batteries ne consiste pas simplement à faire passer un courant à travers deux pièces métalliques.

Le résultat du soudage est influencé par plusieurs variables interagissant entre elles :

• courant électrique
• Temps de soudage
• Force d'électrode
• résistance de contact
• Revêtement de surface et propreté
• État de l'électrode
• épaisseur du matériau et nombre de couches
• Géométrie articulaire
• répétabilité des dispositifs
• Dissipation de chaleur

Une alimentation électrique adéquate pour une jonction stable et relativement simple peut ne pas fournir un contrôle de processus suffisant pour une languette de batterie fine, un connecteur multicouche ou une ligne de production exigeant une traçabilité.

Par ailleurs, le choix d'une alimentation électrique de pointe ne résout pas automatiquement un problème de conception de joint inadaptée ou une pression d'électrode irrégulière. L'alimentation électrique de soudage, le transformateur, la tête de soudage, les électrodes, le dispositif de fixation et la pièce à souder doivent fonctionner comme un seul et même système.

Les alimentations pour le soudage par résistance sont disponibles dans plusieurs catégories techniques, notamment les systèmes à onduleur haute fréquence, à courant continu linéaire, à décharge capacitive et à courant alternatif. Les systèmes à onduleur haute fréquence et à courant continu linéaire peuvent tous deux fournir une sortie contrôlée, mais ils utilisent des architectures d'alimentation différentes et ne doivent pas être considérés comme une seule et même technologie.TECHNOLOGIE DE SOUDURE AMADA)

Qu'est-ce qu'un système de soudage par résistance CC conventionnel ?

Dans cet article, le terme « courant continu conventionnel » désigne spécifiquement un système de soudage par résistance basé sur un transformateur de fréquence de ligne et un redresseur.

Voici une séquence de fonctionnement simplifiée :

1. Le courant alternatif entrant passe par un transformateur de fréquence secteur.
2. Le transformateur réduit la tension et augmente le courant de soudage disponible.
3. Un redresseur convertit le courant de sortie du transformateur en courant continu.
4. Le courant de soudage est acheminé par le circuit secondaire, les électrodes et la pièce à souder.

Ce type de système peut offrir une structure électrique relativement simple et se révéler durable dans des environnements d'exploitation appropriés.

Cependant, selon la conception du contrôleur et de l'équipement, il peut offrir moins de flexibilité en matière de réglage du temps de soudage court, de mise en forme de la forme d'onde, de retour d'information à haute vitesse, de surveillance de la production et de communication avec les équipements automatisés.

Il est important de ne pas confondre cette catégorie avec les systèmes de soudage à transistors ou à résistance linéaire en courant continu. Les alimentations linéaires en courant continu permettent un soudage rapide et très précis et sont souvent utilisées pour des applications de micro-soudage de précision.

Qu'est-ce qu'une soudeuse à résistance à onduleur haute fréquence ?

Un générateur de courant pour soudage par résistance à onduleur haute fréquence convertit généralement le courant alternatif entrant en courant continu, puis utilise une commutation électronique pour générer un signal haute fréquence. Après transformation de la tension et redressement secondaire, le courant de soudage contrôlé est délivré aux électrodes.

L'intérêt principal de cette architecture en matière d'approvisionnement ne réside pas seulement dans la réduction de la taille du transformateur. Son principal avantage est sa capacité à prendre en charge une commande et une rétroaction électroniques rapides.

Selon la configuration de l'équipement, unonduleur haute fréquencepeut fournir :

• Contrôle du courant en boucle fermée
• Modes à courant constant, à tension constante ou à puissance constante
• Programmes de soudage programmables
• Formes d'onde à plusieurs étapes ou à impulsions multiples
• Surveillance du courant, de la tension, de la résistance ou de l'énergie
• surveillance des limites de soudage
• Données de sortie pour les enregistrements de production
• Interfaces pour l'intégration de l'automatisation

Les systèmes d'onduleurs haute fréquence sont largement utilisés lorsqu'une distribution d'énergie précise et programmable ainsi qu'une compatibilité avec l'automatisation sont requises. Cependant, les modes de contrôle disponibles, la vitesse de retour d'information, les fonctions de surveillance et la capacité de sortie varient selon le modèle et doivent être vérifiés dans les spécifications réelles de l'équipement.TECHNOLOGIE DE SOUDURE AMADA)

 

(Crédit : Image de Styler)

 

Points de friction courants pour les acheteurs et les ingénieurs

Les fabricants de batteries rencontrent fréquemment les problèmes suivants lorsqu'ils comparent les systèmes de soudage.

Les deux citations utilisent une terminologie technique différente.

Un fournisseur peut proposer un poste de soudage par points à onduleur, tandis qu'un autre peut proposer un poste de soudage CC à transistors ou un poste de soudage CC à résistance classique. Le nom de l'équipement, à lui seul, ne permet pas de savoir si les systèmes offrent des modes de commande, une capacité de production, des têtes de soudage, une surveillance, un outillage ou des interfaces d'automatisation comparables.

Les soudures d'essai semblent acceptables, mais les résultats de production sont fluctuants.

Un échantillon initial peut être produit dans des conditions rigoureusement contrôlées. Lors de la production en continu, les variations de revêtement, d'usure des électrodes, de position du dispositif de fixation, d'état de surface et de tolérance des cellules peuvent affecter la régularité de la soudure.

Le produit actuel utilise une fine bande de nickel, mais les produits futurs pourraient utiliser des connecteurs différents.

Une machine choisie uniquement pour l'échantillon actuel peut ne pas être compatible avec une modification ultérieure du matériau, de l'épaisseur, du nombre de couches ou de la géométrie de la soudure. Inversement, l'acquisition d'une alimentation électrique beaucoup plus puissante ne garantit pas un meilleur contrôle d'un joint fin et sensible à la chaleur.

Les acheteurs se concentrent sur le courant maximal

La puissance de sortie maximale n'est qu'un paramètre parmi d'autres. Une production stable dépend également de la puissance de sortie minimale contrôlable, du temps de montée du courant, de la résolution du temps de soudage, du mode de rétroaction, de la force appliquée aux électrodes, de la conception du circuit secondaire et de la répétabilité du processus.

Le client demande un soudage au cuivre ou à l'aluminium sans préciser le type de joint.

La dénomination des matériaux ne suffit pas à elle seule à confirmer la faisabilité du soudage. Le cuivre et l'aluminium présentent des caractéristiques électriques, thermiques, de surface et mécaniques différentes. Leur soudabilité dépend de la combinaison spécifique des matériaux, du revêtement, de l'épaisseur, de la conception du joint, du bilan thermique, de l'accessibilité des électrodes et de la déformation admissible.

Facteurs de décision techniques

Avant de choisir un système de soudage par résistance CC conventionnel ou un onduleur haute fréquence, l'acheteur doit fournir les informations suivantes.

Informations sur la batterie et la pièce

• Format et dimensions des cellules
• construction de terminaux cellulaires
• Matériau de languette, de connecteur ou de barre omnibus
• Placage ou revêtement de surface
• Épaisseur de couche individuelle
• Nombre total de couches
• Emplacement du chevauchement des joints et de la soudure
• Direction d'accès à l'électrode
• Déformation cellulaire acceptable

Le choix de l'équipement ne doit pas se faire uniquement en fonction du type d'accumulateur utilisé (18650, 21700, prismatique ou à poche). Deux batteries utilisant le même format d'accumulateur peuvent nécessiter des systèmes de soudage différents en raison de la différence de leurs connecteurs et de leurs structures de jonction.

exigences de qualité en soudage

• exigence de résistance au pelage ou à l'arrachement
• Exigence de résistance électrique
• Aspect de soudure acceptable
• Éclaboussures ou indentations maximales
• Limite de la zone affectée par la chaleur
• limitation de la température des cellules
• Exigence de cohérence des processus
• exigences en matière d'inspection et de traçabilité

exigences de production

• Nombre de soudures requises par produit
• Durée du cycle cible
• volume de production quotidien ou annuel
• Chargement manuel, semi-automatique ou automatique
• Fréquence de changement de produit
• Conservation des recettes requise
• Exigences en matière d'enregistrement des données
• Communication PLC ou MES
• Intégration en amont et en aval

Exigences en matière d'usine et de service

• Alimentation électrique disponible
• exigences de refroidissement
• Besoins en air comprimé
• espace d'installation
• Formation des opérateurs
• électrodes de rechange et consommables
• Maintenance préventive
• assistance technique locale ou à distance

Quel système est le plus adapté ?

Un onduleur haute fréquence peut être plus approprié lorsque :

• Le calendrier de soudage est court et nécessite des ajustements précis.
• L'application nécessite une régulation en boucle fermée du courant, de la tension ou de la puissance.
• Le fabricant traite plusieurs modèles de produits et a besoin de recettes archivées.
• La production nécessite une surveillance des soudures et la production de données.
• L'alimentation électrique doit s'intégrer aux systèmes automatiques d'alimentation, de positionnement, d'inspection ou de traitement des rejets.
• Les variations du circuit secondaire doivent être gérées par une rétroaction plus rapide.
• Le projet nécessite une alimentation électrique compacte pour l'intégration à la machine.

Un système CC conventionnel peut rester adapté lorsque :

• L'assemblage et la combinaison des matériaux sont stables et bien établis.
• L'application ne nécessite pas de programmation complexe des formes d'onde.
• Le volume de production est relativement limité.
• L'enregistrement de données à grande échelle ou la communication automatisée ne sont pas nécessaires.
• La maintenance de base est une priorité opérationnelle majeure.
• La plage de soudage requise a déjà été validée avec le système proposé.

Il s'agit de principes de sélection généraux et non de recommandations automatiques.

Un système conventionnel ne doit pas être écarté sous prétexte qu'il est de conception ancienne. De même, un onduleur ne doit pas être choisi uniquement parce qu'il offre davantage de réglages. Les capacités de l'équipement doivent être adaptées au processus mis en œuvre.

Qu'en est-il du soudage CC par transistors ?

Le courant continu à transistor, également appelé courant continu linéaire dans certaines classifications d'équipements, doit être évalué séparément du courant continu redressé conventionnel.

Les systèmes à courant continu linéaire permettent une réponse rapide et un contrôle précis des impulsions de soudage de courte durée. Selon l'équipement, ils peuvent fonctionner à courant constant, à tension constante ou à puissance constante.

Pour le soudage de précision des languettes de batterie, la comparaison pertinente pourrait donc être la suivante :

• Onduleur haute fréquence
• transistor ou courant continu linéaire
• Décharge capacitive
• alimentations de soudage à courant alternatif ou à résistance

plutôt que simplement « onduleur contre courant continu ».

Les systèmes à onduleur haute fréquence et les systèmes transistorisés ont tous deux été utilisés pour le soudage par résistance miniature et de précision, car la régulation par rétroaction permet un contrôle précis des impulsions de soudage courtes.TWI Global)

Pourquoi le type de matériau seul ne permet pas de déterminer l'équipement

Le nickel, l'acier nickelé, le cuivre, l'aluminium et l'acier inoxydable ne réagissent pas de la même manière au soudage par résistance.

Même au sein d'une même catégorie générale de matériaux, le résultat peut varier en raison de :

• Composition de l'alliage
• Placage de surface
• Couches d'oxyde
• dureté du matériau
• Tolérance d'épaisseur
• Nombre de couches
• Zone de contact
• Matériau d'électrode
• Géométrie des électrodes
• force de soudage
• Dissipation de chaleur
• Polarité
• résistance du circuit secondaire

Par exemple, un onduleur haute fréquence peut fournir un contrôle de processus utile pour un matériau conducteur, mais cela ne signifie pas que tous les connecteurs en cuivre ou en aluminium peuvent être soudés par résistance avec succès.

Certaines applications de barres omnibus ou de cosses de batterie peuvent être mieux adaptées au soudage laser, au soudage par ultrasons ou à un autre procédé d'assemblage. La faisabilité doit être déterminée par une évaluation des joints et des essais sur des échantillons.

Tests d'échantillonnage et validation des processus

Il est recommandé de procéder à des essais sur des échantillons avant de confirmer la configuration finale de l'équipement et le devis.

Le client doit normalement fournir :

• Cellules de batterie réelles
• Languettes, connecteurs ou barres omnibus
• Spécifications des matériaux
• Informations sur l'épaisseur
• Dessins illustrant la structure du joint
• échantillons de production représentatifs
• Emplacements de soudure requis
• normes de qualité et d'inspection
• cycle de production cible

Les tests initiaux peuvent évaluer :

• Aspect de la soudure
• force de pelage
• force de traction
• résistance électrique
• Éclabousser
• Brûlure
• Indentation de l'électrode
• Déformation de la pièce
• Zone affectée par la chaleur
• Temps de cycle
• Usure des électrodes
• Répétabilité sur plusieurs échantillons

Un essai de soudure réussi ne confirme que la faisabilité initiale dans les conditions testées. Il ne garantit pas automatiquement la stabilité en production continue.

L'opération pilote doit également prendre en compte les tolérances des matériaux, la précision du dispositif de fixation, l'entretien des électrodes, la manipulation par l'opérateur, la vitesse de production et le nombre de soudures consécutives.

Critères de contrôle de la qualité et d'acceptation

Avant de passer commande, l'acheteur et le fournisseur d'équipement doivent s'entendre sur des critères d'acceptation mesurables.

Cela peut inclure :

• Échantillons de référence approuvés
• Méthode d'essai de résistance au pelage ou à l'arrachement
• méthode de mesure de la résistance électrique
• Aspect de soudure acceptable
• Éclaboussures ou déformations maximales admissibles
• Durée du cycle cible
• durée du test de fonctionnement continu
• procédure de changement de produit
• Exigences en matière de gestion des recettes
• Enregistrement des données de soudage
• Logique d'alarme et de rejet
• exigences d'entretien des électrodes
• dispositions relatives à la sécurité des équipements
• Portée des tests d'acceptation en usine
• Périmètre des tests d'acceptation du site
• Responsabilités en matière d'installation et de formation

Aucun fournisseur responsable d'équipements de soudage ne devrait promettre zéro défaut ou un rendement de production de 100 % sans définir clairement les matériaux, les conditions de fonctionnement, les méthodes d'inspection et la validation du projet.

Scénarios d'application typiques

Le soudage par résistance à onduleur haute fréquence peut être évalué pour des applications telles que :

• Soudage de bandes de nickel pour batteries cylindriques
• Soudage de connecteurs en acier nickelé
• blocs-batteries pour appareils électroniques grand public
• batteries pour outils électriques
• Batteries pour vélos électriques et véhicules électriques légers
• Joints de languette et de borne de batterie sélectionnés
• Stations de soudage automatisées pour blocs-batteries

Ce procédé n'est pas automatiquement adapté à tous les modules prismatiques, languettes de cellules à poche, connecteurs en cuivre, barres omnibus en aluminium ou composants de batteries ESS.

Pour ces applications, le fournisseur doit d'abord examiner la combinaison réelle des matériaux, la structure de l'assemblage, la surface de soudure requise, l'accès aux électrodes, la norme de qualité et le cycle de production cible.

Liste de vérification pour l'acheteur

Avant de comparer les devis de machines à souder par résistance, posez-vous les questions suivantes :

1. Quelle technologie d'alimentation électrique est incluse dans le devis ?
2. Quels matériaux de cellules, de languettes et de connecteurs seront traités ?
3. Quelles sont l'épaisseur, le revêtement et le nombre de couches de matériau ?
4. Quels modes de contrôle de sortie et de rétroaction sont disponibles ?
5. Quelles sont les fonctions de surveillance des soudures et d'enregistrement des données incluses ?
6. La tête de soudage, le transformateur, les électrodes, le dispositif de fixation et le système de refroidissement sont-ils inclus ?
7. Le fournisseur peut-il effectuer un essai de soudage avant la configuration finale ?
8. Quelles normes de qualité seront utilisées lors des tests d'acceptation en usine (FAT) ?
9. Quel est le cycle de production et le niveau d'automatisation requis ?
10. Qu'est-ce qui est inclus dans l'installation, la formation, les pièces de rechange et le service après-vente ?

Il est impossible de comparer avec précision les devis d'équipements si le périmètre de soudage, l'outillage, les fonctions de contrôle, les exigences d'automatisation, les méthodes de test et les normes d'acceptation ne sont pas clairement définis.

Pourquoi Styler

Styler est un fabricant d'équipements de soudage de batteries proposant des solutions de soudage par résistance, de soudage laser et d'assemblage de blocs-batteries pour les applications de production de batteries.

Au lieu de recommander un équipement uniquement en fonction du modèle de batterie, Styler évalue le matériau de soudage, la structure de l'assemblage, l'objectif de qualité, le cycle de production, la méthode de fonctionnement et les exigences d'automatisation.

Selon la portée du projet, l'évaluation peut comprendre :

• discussion sur le procédé de soudage
• Tests de faisabilité d'échantillons
• sélection d'alimentation de soudage
• configuration de la tête de soudage et des électrodes
• Développement des luminaires
• Équipement semi-automatique
• Intégration automatisée de l'assemblage des blocs-batteries
• exigences de surveillance de la production
• Assistance à l'installation et à la formation

La configuration finale sera confirmée après évaluation technique. La personnalisation dépend de la faisabilité du projet et des critères d'acceptation définis.

Foire aux questions

Un poste à souder à onduleur est-il toujours meilleur qu'un poste à souder à courant continu conventionnel ?

Non. Un onduleur haute fréquence offre généralement des options de contrôle, de surveillance et d'automatisation plus flexibles, mais le meilleur choix dépend du matériau, de la conception du joint, du temps de soudage requis, du volume de production et de la norme d'acceptation.

Un poste de soudage par résistance à onduleur est-il un poste de soudage à courant continu ?

De nombreux systèmes de soudage par résistance à onduleur haute fréquence fournissent un courant continu redressé aux électrodes de soudage. Le terme « onduleur » désigne l’architecture interne de conversion et de contrôle de la puissance, tandis que « courant continu » décrit la forme du courant de sortie. Ces termes ne sont donc pas nécessairement opposés.

Un seul poste de soudage à onduleur peut-il traiter différents modèles de batteries ?

C’est possible, mais la faisabilité dépend des matériaux, des épaisseurs, des structures d’assemblage, de la plage de courant requise, de la tête de soudage, des électrodes, des dispositifs de fixation et de la méthode de production. Différents produits peuvent nécessiter un outillage différent, voire une alimentation électrique différente.

Les composants de batterie en cuivre et en aluminium peuvent-ils être soudés par résistance ?

Certains assemblages en cuivre ou en aluminium peuvent être techniquement réalisables, mais la simple désignation des matériaux ne suffit pas à confirmer le procédé. Des essais sur échantillons et une évaluation de l'assemblage sont nécessaires. Dans certains cas, le soudage laser ou ultrasonique peut s'avérer plus approprié.

Un test d'échantillon est-il nécessaire avant l'achat ?

Il est fortement recommandé de procéder à des essais sur des échantillons lorsque la combinaison de matériaux, l'épaisseur, la conception des assemblages ou les exigences de qualité n'ont pas encore été validées. Ces essais permettent de déterminer la faisabilité initiale et la configuration des équipements, mais une validation en production continue demeure indispensable.

Conclusion

Le choix entre un onduleur haute fréquence et un système de soudage par résistance CC conventionnel doit commencer par le type de connexion de la batterie, et non par le nom de l'équipement.

Commencez par définir le format de la cellule, la combinaison des matériaux, l'épaisseur, la géométrie du joint, l'exigence de résistance de la soudure, l'exigence de résistance électrique, le temps de cycle cible et le périmètre d'automatisation.

Ensuite, évaluez quelle alimentation électrique, quelle tête de soudage, quelles électrodes, quel dispositif de fixation et quelles fonctions de surveillance peuvent répondre à ces exigences.

Un onduleur haute fréquence peut offrir des capacités de contrôle et d'intégration précieuses pour le soudage de précision des batteries, mais il ne constitue pas systématiquement la solution idéale pour tous les produits. Des essais sur échantillons et des critères d'acceptation clairement définis sont indispensables avant de finaliser la configuration de l'équipement.

Discutez de votre application de soudage de batteries

Envoyez à Styler vos cellules de batterie, vos matériaux de soudage, vos spécifications d'épaisseur, vos dessins, vos exigences de qualité et votre cycle de production cible.

Notre équipe peut examiner la demande, discuter d'un échantillon de soudage et recommander une solution de soudage par résistance ou d'assemblage de batteries en fonction des exigences réelles du projet.

Site web : www.stylerwelding.com

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