關於阻抗焊接

Q1.
什麼是阻抗焊接?
A.

 阻抗焊接是將被焊材料壓緊於電極之間,並施以加壓使數十至數萬安培的電流通過,讓接觸面產生電阻熱效應。利用其熱將被焊材料熔化產生熔融物,形成金屬結合的一種方法。

Q2.
阻抗焊接的種類有哪些?
A.
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進行直接焊接時溫度分布如上圖,讓形成熔融物的部分溫度提高且溫度平衡是阻抗焊接重要的條件之一。
Q3.
阻抗焊接有哪些焊接方式?
A.
1.點焊
將焊接金屬重疊且施以一定的壓力使電流通過,利用阻抗發熱將金屬接合的方法。不需要硬焊材與焊接棒等消耗品。就算焊接中有數伏特的電壓,也不會產生熱、煙、光等,能有乾淨又安全的作業環境。與其他方法相比,品質較穩定、成本效益較高、操作方式保守簡單,在許多省力、自動化裝置上被採用。

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2.縫焊
將材料置於兩圓盤型電極之間,通電後加壓焊件並轉動,連續或斷續送電,形成一條連續焊縫的電阻焊方法。
連續焊接較長的焊接物時適合使用此種方法。

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3.熔融焊接
在焊接絕緣被膜線與金屬端子時,將絕緣被膜線熔化並將銅線與端子接合的焊接方法。主要應用在馬達的線圈和的接合、繼電器零件等各種使用繞線管纏繞與端子接合(機械、電器用品等接合)。

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4.鎢極氣體保護電弧焊(TIG)焊接
焊接物與電極(鎢系)之間發生電弧,利用其產生的熱進行焊接。另外可防止氬氣噴射、變色與氧化。因為會從接觸部分把電弧放射出去,就算電極與焊接物的位置有一些偏移也可以進行焊接(避雷針會擋掉閃電的原理),非常適合應用在端子形狀的焊接上。

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5.脈衝加熱焊接
將陶瓷加熱器立即加溫,再利用其產生的熱進行焊接的方法。
從外部(陶瓷加熱器芯片)加熱再焊接,其原理與「焊錫」差不多。主要應用在樹脂類焊接、扁形電纜類焊錫、金屬類硬焊材等。

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Q4.
阻抗焊接的特色是什麼?
A.

 1.不需使用焊錫等補助材料,就可簡單資源回收且環保的焊接。因為幾乎不會產生濺散、紫外線,所以作業環境非常乾淨。

2.只要按下開關就能確實進行焊接等工程自動化裝置,與電弧銲接、氣焊相比,作業者較不需要熟練的經驗。

3.在短時間內進行快速且有效率的焊接,適合應用於廉價且大量的生產方式。
4.因為能在短時間內進行焊接,所以材料不容易受熱影響,可以完成無焊痕且漂亮的焊接。

5.因為需要通過大電流,所以需要電氣設備。另外會根據焊接材料、板厚的不同焊接條件也會有所改變,所以需要在一開始時提出條件。

6.從外面看不到焊接部分,所以從外觀上很難判斷焊接狀況如何。

Q5.
阻抗焊接主要應用在哪裡呢?
A.

 主要應用在汽車、火車車輛、電氣用品、電子零件等各種產業的金屬焊接、被膜線焊接等。弊公司在精密焊接業界之中小有名氣。
「感測器」、「恆溫器」、「遙控器」、「微型計算機」等,自動式家電用品、電腦和手機等行動裝置產品的普遍化非常快速。連接它們的端子、插頭、絕緣電線、基板等皆追求精密焊接技術。
弊公司追求產品的穩定性及耐久性,考慮每個部位適合哪一種焊接方式,提供最合適的焊接系統給您。

汽車電裝零件相關

機能電裝零件的裝配
小型馬達、被覆線的熔融
EV用馬達、電力母線的裝配
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監控器線圈的熔融(被膜線剝離&焊接)
1次電池、2次電池的裝配
裝飾品 鈦鏡框的裝配(阻抗銅焊)
耳環的焊接
時鐘轉柄的焊接

 

Q6.
關於阻抗焊接的條件?
A.
沒有一定的條件,會依據材料與需求強度而有所不同。焊接與「通電時間」、「焊接電流」、「加壓力」、「電極」有關係,必需調整以上四個條件,得到最適合的焊接條件。
 
關於電極,焊接物的材質與厚度大致上是特別規定的。電極的基本功能在於維持電流密度,使電流集中在熔接點上發熱。用一定的加壓力來維持熔融部分並促進通電後的冷卻凝固。現在,為了使微阻抗焊接中電流集中在焊接物側,施加突起物,多應用在凸焊。就算電極前端為平的,可能會因電流集中而發熱,容易放熱,可抑止焊接物表面的焊痕。另外也與延長電極壽命有關連。選定焊接3條件,焊接電源可操控電流及時間,焊接頭可操控加壓力。加壓力提升、下降以及接觸阻抗的增減都是發熱量的調整。
 
作為基本加壓力,在各個加壓力電流加入時間軸上焊接強度等的數值,作出Weld lobe圖。比較各加壓力的Weld lobe,選擇範圍最廣的條件。而此條件必需有量產檢驗證。電極前端的變化會影響每次焊接的品質。另外,因為焊接電極為消耗品,每焊接一定的次數就必須定期將電極再研磨或是交換。因此透過檢驗作業來確認焊接伴隨著電極變化的品質,決定何時更換焊接電極。
「Weld lobe:電極加壓力 2.0kgf / 2點」
(焊接物 Nit0.1mm 和Fet0.25的焊接兩點間隔=3mm 電極為氧化鋁分散銅AL-60φ1.5mm晶體管控制焊接電源使用焊接纜線=38sq-1000Lmm)
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(得到焊接條件的流程圖)

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其實焊接條件的次序是以焊接頭加壓值的強弱為主來設定。將焊接電流與通電時間先設定的稍微低,進行焊接時再將條件逐漸提高。變頻式・交流式則將通電時間設定的稍微短,只有加大電流。將電流設定為最大,若不足時會增加通電時間,使電流從零開始再提升。
 
從無法焊接的狀態下開始,變成稍微可以焊接的狀態後,一面觀察是否會產生飛濺並持續測試。為了防止火花飛濺,會以提升加壓力來應對。
在抗拉測試、剝離測試中得到的強度非常大。若要使焊接強度穩定,進行焊接時請設定此條件。就算焊接電流、通電時間設定為最大,在強度不足的情況下稍微減弱加壓力的話強度會增加。即使如此,在焊接狀態不完全的情況下焊接機的容量不足,所以必需增加一個階級以上的焊接機。
 
另外,交流式的情況下,若焊接機有足夠的能力時會減少週期數、提高溫度及分接頭電壓,可以實現褪色較少的焊接。
若欲詢問更詳細的資訊,請寄信至下面的信箱,我們會盡快與您聯絡。soican@mtw.miyachi.com

焊接不良的主要原因與對策

 

焊接不良 電流 加壓力 其他
中間、表面飛濺 下降 上升 電極的追從性(※)佳
飛濺 下降 上升 電極的追從性(※)佳
氣孔 - - 電極的追從性(※)佳
熔融物小 上升 下降 -
熔融物直徑偏差 - - 電流密度的管理
解除熱電效應
凹洞過大 下降 下降 電極變成R形狀

※追從性...快速反應焊接的膨脹、收縮,進行穩定的加壓。

Q7.
焊接電源的種類與電流波形
A.
焊接電源的種類有五種。
1.交流式焊接電源
這是最常見的種類。因為構造簡單,容易操作且耐久性佳價格也比較便宜。但是熱效應的效果不佳容易造成熱影響,不適合應用在精細焊接。多應用在容易焊接的鐵系材料上。
2.電容式焊接電源
由於電容器充電及放電,可瞬間通過大電流,所以適合用於鋁、銅等容易熱傳導的材質。用電容器充電,輸入電源容量小但可實現穩定的焊接。電流上升速度快,無法控制傾斜角所以容易產生飛濺。在這種情況下必需增加加壓力。因為是直流電,也必須注意熱電效應的效果。
3.晶體式焊接電源
晶體管可調整電流,防止飛濺產生,實現精細焊接。因為電流控制速度很快,適合應用在極細線(電球的鎢絲等)的焊接及高阻抗材質(鉬、鎢等)上。
4.直流變頻式焊接電源
與交流式相同電流不需停止時間,可連續供熱、效率佳。熱效率良好,可快速進行焊接且熱影響較少、防止電力消耗。另外,由於變頻式電源控制快速反饋,可維持穩定的焊接品質、實現超精細焊接。變壓器小型化,也適合搭載在自動機上。
5.交流變頻式焊接電源
變頻式電源有能夠維持良好熱效應以及穩定的焊接品質的優點。解決了帕爾帖效應(極性效應),可使用交流用的焊接變壓器。最適合應用在熔融焊接。
(焊接電流波形圖)
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Q8.
阻抗焊接中重要的條件是什麼?
A.
有以下5個重要條件
1.電流
2.通電時間
3.加壓力
4.電極(電流密度)
5.熱平衡
抗焊接會根據電流而產生熱來進行焊接,所以電流的大小、通電時間、電流密度都是重要的條件。另外加壓的方式也是很重要的
Q9.
可以說明在阻抗焊接機中有哪些名稱是一般機器不常用的名稱?
A.
焊接電源:控制電流,形成阻抗焊接中各種波形的電流。
計時器:與電源相同的功能,需要半導體開關元件(開關)。
變壓器:為了阻抗焊接的需求,大幅增加電流。
溶接頭:加壓焊接物的部分。
環形線圈:對檢測電流、管理焊接品質有幫助。
監測器:測定電流、電壓、加壓力等,有效管理焊接品質。
Q10.
如何焊接板厚不同的材料?
A.
板厚不同的情況下,可在較厚的材料上凸焊,進行焊接作業。但如果板厚相差3倍以上就會很難進行焊接。
Q11.
如何確認焊接是否成功?
A.

根據作業要求,確認的方法會有所不同。除了在抗拉試驗、剝離試驗測定焊接強度及熔融凝固部分的大小,也會觀察切面。另外,也可使用弊公司的焊接監測器執行品質管理。

Q12.
如何測量焊接電流、加壓力及位移量?
A.

焊接電流在短時間內通過大電流(100~50,000A),因為有各種波形,所以一般的電流計無法測量。弊公司的焊接監測器與電源監控器可用環形線圈計算出檢測電流的實效值並測定正確的電流值。

必須使用與焊接電流波形及電流值相符合的焊接電流計檢測。另外,在每次焊接前後都可利用加壓力監測器測定焊接物給予焊接部分的加壓力。位移監測器可管理焊接的厚度及監控焊接的位移量。

Q13.
一般的阻抗焊接,焊接的地方會形成熔融部分使兩種金屬接合。若是微電阻焊接,接合面會是什麼樣子呢?
A.

發熱方式是利用固有阻抗+接觸阻抗。但會依據焊接物的材質分成三種接合結構,這是需要探討的地方。

鐵與鐵合金焊接及鋁材焊接都和一般焊接相同,在接合面會形成熔融物。只是在焊接物表面的中心部分會形成扁平的熔融物。


【熔融接合產生的熔融物】
(SUS304的80µm同材料中,包含了φ10µm的鎢)

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若為銅材料的情況下,在即將焊接前會進行結合,以擴散的形式來進行接合。就算用光學顯微鏡觀察切面,也無法確認全部的熔融物。在達到熔融狀態前,使溫度升高進行接合。

 

【0.3mm的銅板和0.5mm的鍍鎳鐵板的焊接】
(在接合面看得到鍍層、看不到合金層)
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第三種是塑性流動的金屬材料互相結合,維持接合強度。在變成合金層之前停止發熱,造成各種金屬互相進入其他金屬中的狀態下冷卻,得到接合強度。雖沒有變成合金,但比起製作出脆弱的合金,還不如得到高信賴性的接合強度。

【鎳板0.1mm和鍍鎳鐵板0.22mm】
(鍍鎳鐵板中的狀態為塑性流動)
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Q14.
初次進行阻抗焊接的情況下,包含焊接條件,要從什麼方面去討論呢?
A.
首先需要討論的是金屬材料是否可熔融那些同質金屬,做出堅固的合金;或者是否可實現擴散接合?不管如何,也會發生只有脆弱的金屬構造才能組合的情形。在這種情況下,需考慮重新選擇材質、或透過彼此整合性佳的金屬嵌件的擴散接合。
再來討論焊接物的形狀。為了能在阻抗焊接技術上使用,焊接物的形狀必需要調整為能供應一定的壓力和電流。另外,兩種金屬上升溫度至各熔點,為了取得平衡需調整各個形狀面的熱容量(質量)。還有在鍍金選擇上也需要注意。

必需考慮工件形狀的部分,無法將之前使用在焊錫接合的工件直接用於阻抗焊接。因為是以焊錫接合為目的所設計的(材質、形狀),若要使用在阻抗焊接上,需為適合阻抗焊接的設計。
為了獲得範圍更大的焊接條件,主要重點在焊接物的設計。不管如何,是否能維持穩定的焊接品質會成為問題,所以千萬不能疏忽。

決定焊接物材質與形狀的同時,也決定了通電方式。這是由電流與加壓的供給線路來決定的。有直接、間接、連續三種通電方式,這些都與阻抗焊接相同。但是,平行間隙式焊接通電方式應用在微阻抗焊接。與連續焊接相同,但不是兩點焊接而是電極間的一點焊接。
Q15.
焊接電源的設定項目有哪些?
A.

 通電時間(cycle)和電流(A)的大小。

Q16.
焊接條件一定要有2段通電嗎?效果為何?
A.
若是在有鍍金的情況下,2段通電就會有效果。在第一階段先除去鍍金、將電極外鍍金部分用冷氣凝固,第二階段再焊接。但凸焊基本上是1段通電。
Q17.
請告訴我「2次定電流控制」與「電源電壓變動補償控制」的差別。
A.
在此說明關於弊公司的交流式電源MEA-100A。
 
電源電壓變動補償控制:
在工廠內電源電壓頻繁地變動,對焊接可能會有不好的影響。但是在電源電壓變動補償控制情況下,就算發生變動,也可控制通過一定流量的電流。由於從半波開始進行電壓變動補償控制,在半周期、一周期等短時間通電的情況下,也可以進行穩定的焊接。
 
2次定電流控制:
將焊接變壓器流出的2次電流,用環形線圈來反饋,控制通過一定流量的電流。有就算改變焊接作業的阻抗負載量也可使電流通過的特色。電源電壓補償控制的情況下,若在板金焊接等焊接作業時進入接頭內,電流會依據進入的量產生變化;但2次定電流控制在此情況下,也能控制一定流量的電流。
Q18.
焊接變壓器的分接頭電壓大,通過的電流也會較大?
A.
焊接電壓器電壓低,得到相應程度的電流200V×10A=2000VA、10V×200A=2000VA、2V×1000A=2000VA,每個能量都相同。
根據這個理論,分接頭電壓較小照理上會通過較大的電流。但因為歐姆定律:I(電流)=E(電壓)/R(阻抗),若E(電壓)大小沒有達到一定程度,就不會通過大電流。因此在高阻抗的焊接作業中,分接頭電壓較大就會通過較大的電流。
Q19.
凸焊是什麼?
A.
凸焊是在板狀素材厚度差大時進行焊接的方法。讓厚的那一側的焊接物產生突起,電流密度上升,使突起部分集中阻抗發熱後進行焊接。

【優點】
1.可實現一次多點焊接。
2.使用平板電極,電極壽命較長。
3.可實現焊接物厚度約3倍以上的焊接作業。
4.若進行兩點焊接,可實現制動力矩較大的焊接。
5.容易管理電極。
6.可實現快速焊接。
7.由於電流集中,可節省能源。

【缺點】
1.進行多點焊接時需配備大型焊接裝置。(電流容量、加壓力)
2.凸焊的高度必須一致。
3.必須嚴格維持電極的平行度。
Q20.
計時器是什麼?
A.
可控制通過焊接電流的時間與電流大小的裝置。另外也可以監控電流時間與大小。控制初期加壓時間(squeeze time)、預熱時間、保持時間(hold time)、冷卻時間等進行焊接時一系列的動作。焊接電流的大小可由位移控制功能來控制。環形線圈檢測出焊接電流,可進行能量反饋控制。
與焊接電源不同的地方是作為開關功能的半導體開關元件為另外分開的,可對應更大電流,多被應用在汽車產業上。
Q21.
環形線圈是什麼?
A.

環形線圈也稱為空心線圈。檢測出因電流而產生的磁場,再測定其強度。使用從變壓器出來的2次電流,與弊公司的焊接監測器組合執行品質管理。

Q22.
溶接頭有什麼功能?
A.
溶接頭在阻抗焊接機中,是維持電極與進行加壓、焊接的裝置。
1.加壓焊接物。
2.焊接電源(大電流)。
3.熱吸收(吸收焊接產生的熱並冷卻)。
4.鍛造(調整焊接物被壓的形狀)。
5.溫度控制。
6.追從性。
從桌上型至手持型都有,依據使用用途及需要的加壓力有多種機種。驅動方式有腳踏式及空壓式。
Q23.
追從性是什麼?
A.
快速反應焊接作業的膨脹與收縮,可進行穩定的加壓。若追從性不佳的話會產生飛濺、表面過度壓痕。為了在焊接時快速改變焊接物的板厚,追從性是很重要的。追從性和可移動部分的重量、靜與動摩擦力成逆比例的關係。為了讓追從性更佳,溶接頭可移動部分的重量輕、容易滑動也是很重要的。
Q24.
熱影響是什麼?
A.

焊接時產生的熱影響到焊接作業。會產生變色、變形、材料變脆弱、零件功能損壞。為了防止熱影響,可使用作業效率佳且能快速焊接的的變頻式焊接電源與晶體式焊接電源等方法。

Q25.
熱電效應的效果如何?
A.

在異種金屬之間流入直流電,+側和-側會產生溫度差的現象。熱電效應是利用冷卻、放熱裝置,但會產生阻抗焊接單側電極減少及熔融物不一致等錯誤狀況。因為1方向為電流持續流通所發生的現象,使用交流式和極性切換式的焊接電源可消除。

Q26.
變壓器有什麼功能?
A.

焊接電流變壓器是為了阻抗焊接所需的大電流的裝置。能做到最有效率且實現穩定焊接的裝置。通常是和電源分開,但IP-100B等機種則是內置在電源裡面。

Q27.
晶體式電源有哪些優點?
A.

晶體式電源不需要焊接變壓器,焊接電流由晶體式電源直接控制。電流上升速度及應對快速,可實現無飛濺的超精細焊接。適合用於細線和交叉焊接、高抵抗材質交叉焊接。可應用在金屬箔與接點等小型電子零件、電池焊接等。

Q28.
電容式焊接電源有什麼特色?
A.

因為電容器充放電,一瞬間會有大電流通過,所以可以使用鋁、銅等熱傳導較佳的材料。另外,使用電容器充電,所以就算輸入電源容量較小還是可以進行穩定性高的焊接。另一方面,電流上升速度非常快,無法控制傾斜的角度,導致容易發生飛濺。這種情況下必須增加加壓力。因為是直流電,所以也需注意熱電效應(珀爾帖效應)。

Q29.
變頻式電源有哪些優點?
A.

主要分為三個優點

1.有良好的熱效率、焊接時間短,可做出漂亮的焊接。
因為單相交流式電源有電流停止時間,只能斷斷續續地供熱。但變頻式電源沒有,所以可連續供熱。因此可以實現快速、熔融物周邊的熱影響少且漂亮的焊接。

2.防止飛濺發生,穩定性高
金屬材質與形狀互相配合,可以細微調整通電時間與電流上升時間,因此焊接條件可設定為不會發生飛濺。

3.小型、輕巧的變壓器,容易搭載至自動機上
與其他的電源相比,變壓器更輕更小。

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Q30.
關於監視與紀錄功能。
A.

焊接監測器與焊接監控器在監控期間內可任意進行設定,除了通電開始時的緩升時間和通電結束後的緩降時間、2段通電的前後無法任意設定。將直接管理焊接品質的時間拿來監控,能更有效控管品質。另外,可記錄及做出數據,直接用雙眼確認及管理品質。

Q31.
關於管理焊接品質。
A.

關於管理焊接品質,推薦您使用弊公司的焊接監測器(登錄天田米亞基商標)與焊接監控器、加壓力監控器、位移監控器。

 proimages/news/03_Resistance_Welding/Q31-1.jpgproimages/news/03_Resistance_Welding/Q31-2.jpgproimages/news/03_Resistance_Welding/Q31-3.jpg

焊接監測器
MM-370C

焊接監測器
MM-380A

焊接監測器
MM-122A

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焊接監控器
WM-A728

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溶接頭控制器
MU-100A

Q32.
為什麼電極需要定期研磨?
A.

電極若一段時間沒使用前端會形成氧化膜,氧化膜發熱就無法焊接。另外,也會附著融化的被膜線。因為這些物質會造成焊接失敗,所以依焊接作業的狀況,每焊接一定的次數就必須定期將電極研磨。電極的接觸面積變大電流的密度就會改變,為了重塑形狀必須要進行研磨。

Q33.
熔融(加熱加壓)的原理為何?
A.

 1.使用機械將被覆線接線頭,在上下電極的端子部分通過加壓電流(WELD1)。剛開始只有電流、端子通過,但是由於電流讓焊接電極前端與端子發熱,連接端子的銅線溫度也會上升。

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2.由於包覆銅線的樹脂為熱可塑性,會因熱與加壓力產生軟化,且從端子部分被擠出,銅線變成導通狀態。

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3.容許通電量變大(完成端子-銅線-端子的電路)時,將電流(WELD2)增大端子與銅線焊接。熔融必須要有可控制輸出波形的焊接電源(緩升通電可以)。
一般是使用交流式焊接電源、變頻式焊接電源。

(焊接電源輸出波形示意圖)
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Q34.
(熔融)加熱加壓的種類有哪些?
A.
(上鉤型)
在U字型接線頭包覆導線後焊接。
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(細長型)
在整流器等溝槽,用導線塞入後壓焊。
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Q35.
「加熱加壓接合」的重點為何?
A.

加熱加壓接合與阻抗焊接不同,是利用電極的阻抗發熱使導線的被膜剝離,在接線頭進行熱壓接合的方式。若想進行與阻抗焊接相同的焊接時,因接頭線本身會融化,若要順利地進行被膜剝離及接線頭熱壓接合,必需適當地設定焊接條件。作為通電方法,一般會在WELD1讓接線頭變形(預備成型) 、在WELD2進行加熱加壓接合和2段通電。1段通電的情況下,緩升電流會進行預備成型。

Q36.
熔融有哪些需要注意的地方?
A.
為了讓端子變形、剝離被膜,必須設定為適合的電流與加壓力。電極要維持發熱量,必須夾鉗緊至一定的位置,並依照需求定期研磨或更換。
通電方式一般是將WELD1端子變形之後,再用WELD2將被膜剝離的兩段通電。為了讓熔融穩定,最理想的是事先將端子變形成容易熔融的形狀。
Q37.
是否能以現場的負責人做為參加對象,舉辦關於阻抗焊接的講習會?
A.
弊公司會拜訪公司行號、並舉辦阻抗焊接的講習會。另外也會去工廠診斷焊接作業。若貴公司有以上這些需求歡迎至「聯絡我們」專區留下資料,我們會盡快與您聯繫。