Чем заменить точечную сварку в домашних условиях
Как самостоятельно провести точечную сварку аккумулятора
Аккумуляторы применяются во многих бытовых приборах и инструментах. Иногда, необходимо заменить один или несколько элементов. Они соединяются в блок определенного напряжения, и полюса привариваются между собой металлической полосой при помощи точечной сварки.
Метод пайки здесь не подходит, так как при таком способе соединения происходит сильный нагрев внутренней части батареи, что приводит к выходу ее из строя. Поэтому если требуется самостоятельно провести ремонт литий-ионных батарей, то нужно приобрести аппарат точечной сварки (споттер) или сделать его самому.
Простейший способ
Самый простой способ – это сварка аккумуляторов самой аккумуляторной батареей. Для этого потребуется:
В полевых условиях, чтобы приварить к батарее никелевую пластину, достаточно аккумулятора, проводов для зарядки, куска монолитного провода и изоленты.
Из провода делается два электрода. Их концы зачищают, выравнивают и фиксируют изолентой. Между концами проводов должно быть расстояние 2-3 мм, торцы находятся в одной плоскости.
За другие концы монолитного провода цепляют с помощью зажимов кабеля для зарядки. Предварительно зарядный кабель присоединяется к клеммам рабочего аккумулятора. Полярность значения не имеет.
Точечная сварка готова. Никелевая лента устанавливается на литиевый аккумулятор. К ленте прижимают концы электродов, которые находятся под напряжением.
Произойдет короткое замыкание, и металл в точке соприкосновения расплавится. Электроды надо быстро убрать во избежание прожигания никелевой пластины.
В домашних условиях
Для удобства и повышения качества сварки в домашних условиях применяют дополнительные элементы.
Многожильный силовой провод с помощью зажимов присоединяют к рабочему аккумулятору, а другие концы к нормально-разомкнутому контакту реле и к жалу паяльника.
Второй контакт реле подсоединяют ко второму жалу. В результате получается такая схема, что при замыкании контактов реле на концах жал (электродов) будет присутствовать напряжение рабочего аккумулятора.
Для управления реле используется конденсатор большой емкости, резистор и переключатель. Конденсатор и резистор соединяются последовательно. Один вывод конденсатора подключен к батарее. Общий вывод переключателя подсоединяется к резистору.
В исходном состоянии переключатель должен находиться в положении, когда он замкнут на рабочий аккумулятор. Конденсатор зарядится. Обмотка управления реле одним контактом подсоединяется к выводу емкости, соединенной с аккумулятором, а второй подсоединяется к свободному выводу переключателя.
При переключении напряжение с конденсатора поступает на управляющую обмоток. Пока емкость разряжается, реле замкнуто, и через него может проходить ток в случае замыкания цепи.
Для сварки достаточно на элемент литиевого аккумулятора поставить никелевую соединительную ленту, на нее два жала, прижать и нажать на переключатель. Контакты реле замкнутся, на электродах появится напряжение.
Так как они замкнуты через пластину, через нее потечет ток короткого замыкания, который вызовет расплавление металла между точками касания электродов. Сварка произведена.
С помощью резистора можно регулировать длительность управляющего импульса. Регулировку можно проводить опытным путем. Она необходима при изменении напряжения рабочего аккумулятора и толщины свариваемого материала.
Из трансформатора
Точечную сварку для аккумуляторов можно сделать своими руками из трансформатора. Ею можно сваривать не только батареи, но и любые тонкие металлические изделия.
Для сварки аккумуляторов трансформатор большой мощности не требуется, на 300-500 Вт достаточно. Главное, чтобы была возможность перемотать вторичную обмотку.
Первичная обмотка должна быть на 220В 50 Гц. В качестве намоточного провода на вторичную обмотку нужно применить изолированный медный провод большого диаметра. Требуется сделать три-четыре витка.
Корпус аппарата точечной сварки можно сделать из оргстекла или фанеры. Оргстекло конечно предпочтительней. Основание корпуса должно быть такого размера, чтобы вмещался трансформатор с соединительными проводами, кнопка и рычаг с электродами.
Рычаг крепится на оси между стойками из алюминиевого уголка, которые в свою очередь саморезами закрепляются к основе прибора. Длина рычага делается с таким расчетом, чтобы электроды, закрепленные на нем, доходили до рабочей площадки основания устройства. Диаметр электродов должен быть 3-5 мм. Их концы подтачивают и выравнивают торцы.
Вторичная обмотка трансформатора подключается к электродам с помощью многожильного медного провода сечением не менее чем сечение электродов. Длина проводов от вторичной обмотки до рабочей части должна быть минимальной. Соединения лучше проварить для уменьшения сопротивления цепи или соединять через клеммные колодки под винт.
Рабочая кнопка устанавливается на одном из выводов вторичной обмотки. На рычаге и кнопке устанавливаются пружины. Они нужны для их быстрого возвращения в исходное состояние.
Чтобы установить определенную длительность сварочного импульса, вместо кнопки можно использовать тиристор или силовое реле, управляемое RC цепью. Резистор должен быть переменным, а емкость конденсатора достаточно большой, чтобы позволял менять длительность импульса в пределах от десятков до сотен миллисекунд.
Имеется большое количество схемных реализаций точечной сварки для аккумуляторов. Многое зависит от имеющихся материалов. Схемы могут меняться для увеличения функциональности устройства, улучшения его потребительских свойств, но суть остается прежней.
Аппарат из конденсаторов
Аппарат для точечной сварки из конденсаторов потребует 8 емкостей по 15000 мкФ на напряжение 25 В. Конденсаторы надо соединить параллельно, чтобы общая емкость стала 120000 мкФ.
Для зарядки можно использовать любой источник напряжения на 12-24 В. Подключается он через выключатель. К выводам конденсатора также подсоединяются электроды через медный кабель сечением 16-30 мм2.
Электроды располагаются параллельно друг другу на расстоянии трех миллиметров. Торцы обтачиваются и выравниваются. Процесс сварки происходит следующим образом.
Конденсаторы заряжаются, выключатель отключает источник зарядки. Никелевая соединительная пластина устанавливается на аккумуляторе. Электроды прижимаются к пластине, замыкая выводы конденсаторов через нее.
Пока происходит разряд емкости идет процесс сварки в точке контакта. Для регулировки длительности импульса можно использовать тиристор, управляемый RC цепью с заданными параметрами.
Точечная сварка для аккумуляторов от обычной точечной сварки отличается малой мощностью и формой рабочих элементов. У обычных аппаратов свариваемая деталь находится между электродами, у сварки для аккумуляторов электроды располагаются с одной стороны свариваемого изделия.
Точечная сварка своими руками из инвертора
Точечную сварку можно встретить не только на производстве, но и в бытовых условиях. Преимущества выбора такого вида сварки заключается в ее надежности. Данным способом крепления легко соединить разноуглеродные стали, цветной металл. При этом, можно строить практически любые конфигурации и совмещения с металлами.
Позволяет создавать изделие под любые фантазии и потребности.
Чаще всего, точечная сварка получила широкое применение в ремонте кабелей и бытовой техники. Точечная сварка позволяет производить ремонт аккумуляторов и других мобильных переносных устройств.
Технология сварки аккумуляторов достаточно проста, пример можно посмотреть по видео ниже.
Весь процесс сварки заключается в нагреве рабочей металлической поверхности до пластичного состояния. В таком состоянии изделия легко деформируются и соединяются.
Для обеспечения качества требуется постоянное проведение процесса плавления. Непрерывность и определенная скорость рабочего темпа, сила нажатия являются ключевыми в работе. В дальнейшем эти параметры характеризуют качество изделий.
Основой принципа работы данной сварки служит преобразование электрической энергии в тепловую. Под воздействием тепла металлическая поверхность подвергаются плавлению.
Контакт электродов следует помещать в местах соединения 2 рабочих поверхностей деталей, необходимых для закрепления.
Застывание расплавленной массы происходит в момент отключения тока. Тем самым, исключается эффект растекания поверхности швов. Поэтому, данный вид сварки носит название точечный.
Присоединение частей деталей осуществляется за счёт закрепления поверхности при помощи специальных клещей. Которые, подразделяются на подвесные и ручные.
Вся система построена на элементарной передаче тепла в целях плавления металла в местах закрепления. На качество сварки может повлиять плохая очистка поверхности, видимые окислы.
Ознакомиться с техпроцессом можно по ссылке на видео.
Пользуясь законом теплопроводности, следовало бы учитывать этот параметр для большинства распространенных металлов. Параметры теплопроводности для некоторых из них представлены ниже в таблице.
Температура плавления, Сᵒ
Железо (низкоуглеродистая сталь)
Электроды недолговечны и требуют бережного отношения. При постоянном воздействии температурного режима, необходимо прерываться. Данная возможность позволяет остыть электродам и свариваемой поверхности. Таким образом, продлевается ресурс электродов.
Диаметр электродов влияет на характеристику силы тока, а соответственно и на качество шва. Диаметр сечения электрода подбирается исходя из толщины рабочей поверхности. Электрод должен быть приблизительно в два раза толще закрепляемых изделий.
Контактная сварк а позволяет проводить работы в обычных домашних условиях. Но, чаще всего, этот способ широко применяется в промышленности.
Заводы-изготовители позаботились о том, чтобы домашних условиях не присутствовали громоздкие аппараты по точечной сварке. Уже давно придуманы компактные мобильные устройства. Их предназначение заключается в ремонте домашней бытовой техники.
Такое устройство получило название споттер. Устройство оснащено двумя выводами, предназначенными для закрепления одного из них к рабочей поверхности изделия. Второй же вывод подводится к электроду.
В данной конфигурации в клещах нет необходимости. Источник тока должен располагаться на достаточно близком расстоянии от места проведения работ.
Не стоит обращать на малогабаритное устройство, она достаточно функционально для своего размера.
Наиболее простые устройства используют однофазный ток. Но надеяться на то, чтобы закрепить деталь более одного миллиметра не стоит. Закрепление более сложных деталей производится с привлечением дополнительного трансформатора.
Стоимость споттеров достаточно невелика. В самой дорогой категории находятся инверторные.
Как правило, бытовые устройства не требует больших мощностей. Поэтому, можно обойтись и самодельным аппаратом.
Точечная сварка отличается своим качеством шва. В большинстве случаев, чтобы его разрушить требуется применение серьезных механических воздействий. Чаще всего, для этого используются сверла.
Если существует такая потребность, есть желание сделать устройство самому, то собрать его вполне возможно в домашних условиях.
Размеры аппарата по точечной сварке зависит, прежде всего, от потребностей. Наиболее удобными выступают устройства со средними габаритами.
Рисунок. Схема сварочного аппарата по точечной сварке.
Работа устройства заключается на принципе Ленца-Джоуля. Требования физического закона гласит, что проводник должен вырабатывать тепло в количестве равным пропорции с сопротивлением проводника, а также квадратом тока и затраченного времени.
К такому схемному решению обязательна установка выпрямительного моста. Через тиристорный мост происходит заряд конденсатора. Первый тиристор выступает в качестве катода.
Конденсаторный блок является своеобразной защитой и служит в качестве высвободителя тока. Создается принцип качели, постоянная зарядка и разрядка конденсаторов. Данный принцип позволяет создавать эффект точечной пайки. Шов равномерно и своевременно остывает, не позволяя расплываться металлу.
Для увеличения мощности в схему, также добавляются дополнительный тиристор с реле выключения.
Важной деталью сварочного аппарата служит трансформатор. Минимальное значение по мощности должно составлять 750 Вт.
Видео по созданию собственноручного устройства.
Создать устройство можно при помощи инвертора. Прежде чем, приступать к цели, необходимо обладать некоторыми навыками в области электротехники.
Более простой считается схема с использованием трансформатора взамен инвертора. Но такие устройства недостаточно мощные, чтобы производить работы с металлами достаточной толщины более 1 мм.
Шаги создания устройства
В качестве наконечников или электродов более всего подходит медный провод значительной толщины. Наконечники затачиваются и закрепляются.
Далее необходимо установить тумблер выключателя. Трансформатор следует закрепить к основанию. Для защиты устанавливается заземление. Соединения должны быть изолированы.
Как своими руками сделать точечную сварку для 18650
При переупаковке литий-ионных элементов типоразмера 18650 (при ремонте АКБ) или при создании новой батареи встает вопрос, каким способом соединить банки шинками. Обычно это делается одним из способов – точечной сваркой или пайкой. У каждого метода есть свои плюсы и минусы. Так при сварке создается очень локальный и очень кратковременный нагрев. Это положительно влияет на емкость батареи – во время процесса сепаратор не расплавляется. Минусом считается небольшая площадь пятна контакта, которая может ограничивать максимальный ток. В некоторых случаях (сборка батареи для ноутбука и т.п.) кратковременная высокая токоотдача не нужна, поэтому сварка считается предпочтительной. В других ситуациях выбор метода за пользователем.
Чем можно варить
Самый лучший вариант сварки для новых аккумуляторов 18650 – промышленный аппарат. Для большинства пользователей он не доступен, поэтому приходиться делать что-то свое.
Аккумулятором
Суть метода точечной сварки, как разновидности контактной сварки, состоит в быстром разогреве соединяемых металлических деталей проходящим через место сопряжения током. При этом выделяется большое количество тепла, которое расплавляет металл в точке контакта, а сжатие способствует диффузии расплавленных областей и образованию прочного соединения. Задача состоит в том, чтобы получить в месте сопряжения достаточно высокий ток. Такой ток можно получить от аккумулятора – например, токоотдача полностью заряженного автомобильного аккумулятора может составлять 700+ ампер. Но наибольший ток зависит от переходного сопротивления в месте прилегания свариваемых поверхностей, поэтому важно уделить внимание чистоте контактируемых граней. Также ток ограничивает сечение проводов, поэтому надо брать провода сечением не менее 10 кв.мм. (лучше 16 кв.мм.).
Сначала надо подготовить шинки – их вырезают из никелевой ленты (точнее, лента изготовлена из никелированной стали). Дальше надо подключиться к аккумулятору – лучше сделать это с помощью штатных автомобильных зажимов. К ним надо подключить проводники соответствующего сечения. С обратной стороны можно сделать специальные наконечники, а можно не делать – не очень удобно, но не возникнет дополнительного переходного сопротивления.
Варить надо в нескольких точках – обычно, в 3..5. По окончании процесса надо проверить качество соединения – подергать рукой. Шинка не должна отрываться.
Прибор из трансформатора
Если под рукой нет аккумулятора, можно сделать сварочный аппарат из понижающего трансформатора. Подойдет трансформатор габаритной мощностью 150..200 Вт. Это означает, что сечение центрального стержня сердечника должно быть 17…20 кв.мм. Надо удалить вторичную обмотку и намотать другую – 2..3 (можно 4) витка проводом соответствующего сечения. В интернете можно найти советы мотать вторичку кабелем от сварочного аппарата, но для приварки шинок к аккумуляторам достаточно проводника сечением (не толщиной!) 10..16 мм.
Неплохо для подобной цели подходят трансформаторы от неисправных СВЧ-печей, к тому же их можно купить по цене лома. В первую очередь надо удалить вторичную высоковольтную обмотку и выколотить шунты (они занимают место, которого и так немного, и несколько снижают мощность трансформатора).
В освободившееся место надо уложить не менее трех витков провода. Если взять проводник сечением 16 кв.мм, можно постараться, и уложить 4 витка.
Выведенные концы обмотки можно снабдить наконечниками. Крепить их надо обжимом, а не пайкой – при нагреве припой может потечь.
Чтобы управлять током и длительностью импульса, потребуется модуль NY-D01, а для его питания – маленький трансформатор с выходным напряжением 9..12 VAC. Все это надо подключить согласно схеме, приложенной к плате, и упрятать в подходящий корпус.
После окончательно сборки можно опробовать аппарат. Возможно, придется подобрать параметры сварки для получения оптимального результата.
Конструкция трансформатора от СВЧ-печи такова, что он ощутимо греется даже на холостом ходу. Нельзя держать первичную обмотку под напряжением сети дольше получаса.
Самоделка из конденсаторов
Если нет трансформатора достаточной мощности, можно пробовать применить батарею из оксидных конденсаторов. Конденсатор имеет свойство накапливать энергию в течение относительно длительного времени, а потом почти мгновенно отдавать ее. Можно собрать батарею достаточной емкости из оксидников, зарядить ее от любого имеющегося источника напряжения, и разряжать на контакты сварочного устройства.
Сопротивление R зависит от наибольшего тока источника. Его можно рассчитать по формуле R=U/Imax, где:
Так, если есть 12-вольтовый источник с наибольшим током в пол ампера, то резистор должен быть 24 Ома и его мощность должна составлять U*I=6 ватт. Можно ставить резистор и с меньшей мощностью – расчеты показывают, что батарея в 100 000 мкФ полностью зарядится за 12 секунд, причем наибольший ток будет идти только в первый момент, потом он падает по экспоненциальному закону. Резистор даже меньшей мощности сгореть не успеет.
Начальный ток зависит от напряжения, до которого заряжены конденсаторы, а длительность тока разряда (а, следовательно, энергия, передаваемая к месту сварки), зависит от емкости батареи. Ее выбирают по необходимости – насколько массивными окажутся свариваемые детали, насколько сложно их прогреть.
Конденсаторы должны с запасом выдерживать рабочее напряжение. Так, для 12-вольтового источника надо применять емкости не менее, чем на 16 вольт.
Готовые аппараты с Китая
Если нет желания заниматься самоделками, можно прибегнуть к помощи торговых интернет-площадок Юго-Восточной Азии. Существует два варианта решения проблемы:
В ценах 2021 года такое устройство обойдется от 1200 до 5000 рублей.
5000 W
Китайцы заморачиваться с названием не стали, и назвали этот аппарат просто – 5000 W. Он предназначен для приварки ленты толщиной 0,1 или 0,15 мм. Сварочный ток регулируется. Производитель обещает высокое качество соединения и красивый шов. Многочисленные положительные отзывы оставляют надежду, что это так.
BTL-02
Также неплохую репутацию имеет аппарат BTL-02.
Работает от аккумуляторов, заявленный наибольший ток – 1,1 кА. Варит никелированную сталь толщиной до 0,2 мм. Имеет защиту от сверхтока, перезаряда АКБ и т.д. Имеет 30 градаций настройки сварочного тока и 25 градаций настройки времени импульса. Декларируется, что электроды служат до 50 000 сварок. Потом их можно заменить.
LC-DB1
Этот аппарат относится к классу «ручек». Продавцы тщательно скрывают его технические характеристики, делая упор в описании на дизайн в стиле HighEnd и возможность работы в режиме Split – электроды разъединяются, их можно держать двумя руками на удобном расстоянии.
Технология сварки и советы по соединению банок между собой
Как известно, контактная сварка состоит из двух операций:
Для прижатия соединяемых поверхностей во многих аппаратах применяются специальные струбцины. При сварке ячеек АКБ они не нужны – аккумулятор достаточно хрупкий предмет, не надо превышать усилие одной человеческой руки, чтобы не сломать банку. Возможно, для каждой ленты и даже для каждого типа аккумуляторов (корпуса делают из разного металла) придется подобрать параметры сварки. Ориентироваться надо на следующие цифры:
По окончании процесса надо опробовать качество получившегося шва. Прочность должна быть такой, что рукой оторвать шинку от аккумулятора невозможно.
Для наглядности рекомендуем серию тематических видео.
Контактная сварка является надежным и щадящим методом соединения элементов 18650 в батарею. Очень важно освоить технологию, подобрать режимы, и тогда АКБ прослужит долго.