Точечная сварка своими руками из сварочного инвертора для аккумуляторов 18650

Обновлено: 16.05.2024

В жизни каждого «радиогубителя» возникает момент, когда нужно сварить между собой несколько литиевых аккумуляторов — либо при ремонте сдохшей от возраста АКБ ноутбука, либо при сборке питания для очередной поделки. Паять «литий» 60-ваттным паяльником неудобно и страшновато — чуть перегреешь — и у тебя в руках дымовая граната, которую бесполезно тушить водой.

Мне совершенно не хотелось ради нескольких сварок в год искать трансформатор, пилить его и перематывать. Хотелось найти ультрадешёвый и ультрапростой способ сваривать аккумуляторы электрическим током.

Мощный низковольтный источник постоянного тока, доступный каждому — это обычная б.у. АКБ от машины. Готов поспорить, что он у вас уже есть где-то в кладовке или найдётся у соседа.

дождаться морозов. Подойдите к бедолаге, у которого не заводится машина — он скоро побежит за новым свежим аккумулятором в магазин, а старый отдаст вам просто так. На морозе старая свинцовая АКБ может и плохо работает, но после заряда дома в тепле выйдет на полную ёмкость.

Чтобы сваривать аккумуляторы током от батареи, нам нужно будет выдавать ток короткими импульсами в считанные миллисекунды — иначе получим не сварку, а выжигание дыр в металле. Самый дешёвый и доступный способ коммутировать ток 12-вольтовой батареи — электромеханическое реле (соленоидное).

Проблема в том, что обычные автомобильные реле на 12 вольт рассчитаны максимум на 100 ампер, а токи короткого замыкания при сварке в разы больше. Есть риск, что якорь реле просто приварится. И тогда на просторах Алиэкспресс я наткнулся на мотоциклетные реле стартера. Подумалось, что если эти реле выдерживают ток стартера, причём много тысяч раз, то и для моих целей сгодится. Окончательно убедило вот это видео, где автор испытывает аналогичное реле:

Моё реле было куплено за 253 рубля и доехало до Москвы меньше, чем за 20 дней. Характеристики реле с сайта продавца:

Предназначено для мотоциклов с двигателем 110 или 125 кубов
Номинальный ток — 100 ампер сроком до 30 секунд
Ток возбуждения обмотки — 3 ампера
Рассчитано на 50 тыс. циклов
Вес — 156 граммов

Агрегат порадовал качеством — под контакты выведены два омеднённых резьбовых соединения, все провода — залиты компаундом для водонепроницаемости.

На скорую руку собрал «тестовый стенд», контакты реле замыкал вручную. Провод использовал одножильный, сечением 4 квадрата, зачищенные наконечники фиксировал клеммником. Для подстраховки снабдил одну из клемм к АКБ «страховочной петлёй» — если бы якорь реле решил бы пригореть и устроить короткое замыкание, я бы успел сдёрнуть клемму с АКБ за эту верёвку:

Испытания показали, что машинка работает на твёрдую пятёрку. Якорь очень громко стучит, а электроды дают чёткие вспышки; реле не пригорает. Чтобы не тратить никелевую полосу и не практиковаться на опасном литии, мучил лезвие канцелярского ножа. На фото вы видите несколько качественных точек и несколько передержанных:

Передержанные точки видны и на изнанке лезвия:

Едем дальше. Как показал эксперимент на лезвии, выдержать необходимую длину импульса для сварки вручную невозможно, надо делать управление от тактовой кнопки или на микроконтроллере.

Сначала нагородил простую схему на мощном транзисторе, но быстро вспомнил, что соленоид в реле хочет кушать аж 3 ампера. Порылся в ящике и нашёл взамен транзистору MOSFET IRF3205 и набросал простую схему с ним:

Схема довольно нехитрая — собственно, MOSFET, два резистора — на 1К и 10К, да диод, предохраняющий цепь от индуцированного соленоидом тока в момент обесточивания реле.

Сначала пробуем схему на фольге (с радостными щелчками жжёт дырки насквозь через несколько слоёв), потом достаём из загашника никелевую ленту для соединения аккумуляторных сборок. Коротко жмём кнопку, получаем громкую вспышку, и рассматриваем прожжённую дыру. Блокноту тоже досталось — прожгло не только никель, но и пару листов под ним :)

Даже сваренную двумя точками ленту разделить руками не выходит.

Очевидно, что схема работает, дело за тонкой настройкой «выдержки и экспозиции». Если верить экспериментам с осциллографом того же товарища с YouTube, у которого я подсмотрел идею с реле стартера, то на срыв якоря уходит около 21мс — от этого времени и будем плясать.

Пользователь Ютуба AvE тестирует скорострельность реле стартера в сравнении с SSR Fotek на осциллографе

Дополняем схему — вместо нажатий кнопки вручную доверим отсчёт миллисекунд Ардуине. Нам понадобятся:

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:

U – напряжение источника;
Imax – наибольший отдаваемый ток.

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:

подобрать готовые сборки из батарей типоразмера 18650 (если предстоит разовая работа);
купить готовый аппарат для точечной сварки (если подходящую сборку найти не удалось или предстоят масштабные работы).

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.

Все, что удалось найти — что аппарат предназначен для приварки никелевых полосок к аккумуляторам 18650. Зато цена – одна из самых низких. Решение о приобретении – за потенциальным покупателем.

Технология сварки и советы по соединению банок между собой

Как известно, контактная сварка состоит из двух операций:

плотное сжатие заготовок;
разогрев места контакта мощным импульсом тока.

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:

минимальный ток – 500 А (если меньше, качество соединения страдает);
максимальный ток – 1000 А (если больше, начинают обгорать электроды);
длительность импульса – 15..20 мс.

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.

Инженер-электроник. Работаю в мастерской по ремонту бытовых приборов. Увлекаюсь схемотехникой.

Как сделать точечную сварку для АКБ 18650

Точечная сварка

Несложно сделать точечную сварку для аккумуляторов 18650 своими руками – она надежна, поэтому популярна. Подобный метод обеспечивает фиксацию материала в отдельных местах заготовки, позволяет соединять как миниатюрные элементы в электронных устройствах, так и тяжелые стальные листы.

Особенности и принцип работы точечной сварки

Часто аппараты для точечной сварки делают самостоятельно. Даже если приобретать прибор в магазине, чтобы получить нужные характеристики, его необходимо будет дорабатывать, например:

увеличить силу тока;
переделать или заменить таймер.

Большое значение имеют такие показатели:

Сварка обеспечивает надежную фиксацию металла, технология имеет высокую производительность. Принцип работы основан на законе Джоуля-Ленца, т.е. предусматривает разогрев металлов под воздействием электрической энергии. Ток проходит через электроды, температура обрабатываемого материала возрастает, коэффициент сопротивления при этом минимальный. Диаметр точки – 3-12 мм.

Схема и из каких деталей состоит устройство

Точечную контактную сварку называют термомеханической.

Схема ее работы следующая:

Детали стыкуют в заданной позиции, плотно прижимают между электродами.
Подают электрический разряд.
В заданной точке заготовку нагревают до температуры плавления металла.

Контактный прибор собирают из б/у блоков, снять их можно с различных девайсов. Работает аппарат просто: конденсаторы заряжают до 30 В, на сварочной вилке растет потенциал. Нажимают кнопку «Пуск», расположенную на вилке. Чтобы сварить 2 металлических фрагмента, следует их плотно прижать друг к другу. После этого стартует процесс варки, во время которого температура материала многократно возрастает и становится достаточной, чтобы расплавить даже тугоплавкий металл.

Аппарат прост в устройстве и надежен, включает 2 блока:

Предъявляемые требования

Технология дифференцируется на мягкие и жесткие методы фиксации материала.

При мягком методе практикуют постепенный нагрев заготовки. На электродах значение тока около 100 А на 1 мм². В подобных случаях используется меньше энергии и мощности. При таких показателях хорошо обрабатывать высокопрочную сталь.

При жестких режимах используют большие кратковременные токи, например 300 А на 1 мм². Длительность контакта составляет 0,1-1,6 секунды. Давление электродов на 1 мм² возрастает до 8 кг. Для такой работы необходимы аппараты повышенной мощности.

Режим применяют для заготовок из меди, алюминия, высоколегированного металла.

Как сделать в домашних условиях

Для работы в домашних условиях используют оборудование, которое несложно собрать своими руками. Оно может быть мобильным или стационарным.

Задайте на приборе базовые параметры.
Определите напряжение в точке сварки.
Установите силу тока (переменный или постоянный).
Посчитайте время импульса.
Определите, сколько надо электродов, их марку.

В зоне сварки металлы «встречаются» друг с другом, в эту точку поступает мощный электрический импульс, происходит процесс соединения.

Трансформатор – это базовый элемент, он задает силу тока.

Изготовить прибор нужной мощности несложно самостоятельно:

Возьмите сердечник сечением 60 см².
Плотно стяните пластины с помощью болтов (8 мм).
Укрепите с торца блок профилем «П».
Сделайте первичную обмотку с помощью провода ПЭВ (диаметр – 2,9 мм), намотайте 2 десятка витков.
Заверните сердечник в трансформаторную бумагу. В начале работы – в изоленту.
Распределите витки равномерно по всему изделию.
Скомпонуйте еще одну обмотку на второй стойке (сформирована из самодельной шины). Этот элемент соберите из 14 медных деталей, сечение – 200 мм².
Просверлите в верхнем блоке сердечника отверстие, к нему прикрепите кабель.

Из автомобильного аккумулятора

Иногда используют точечную сварку, которая получает питание от АКБ. Подходит для этих целей ионно-литиевый аккумулятор – он компактен, обладает хорошей емкостью. Перегревать блоки не надо, они могут выйти из строя.

аккумулятор емкостью 55 А*ч и напряжением 12 В;
провод сечением 6 мм²;
2 щупа, которыми закрепляют электроды (сечение – от 3 мм);
небольшая кассета, чтобы зафиксировать аккумулятор;
никелевая лента 0,12 x 7 мм;
кольца (во избежание утечек).

Перед началом функционирования автомобильного аккумулятора его необходимо протестировать. К фиксаторам прикручивают провода, закрепляют их на клеммах. Все контакты защищают. Сварочный аппарат для аккумуляторов (сами элементы питания) устанавливают в блоках, они должны быть соосны во время работы.

Из микроволнового или телевизионного трансформатора

Аппарат для точечной сварки должен иметь трансформатор. Он увеличивает показатель входного напряжения до нужного значения. К важнейшим параметрам относят коэффициент трансформации. В печах СВЧ есть соответствующие блоки, которые меняют напряжение, на их основе собирают самостоятельно аппарат. Подойдет блок мощностью 720-820 Вт, при этом допустимо приварить листы из металла толщиной до 1 мм. Для питания магнетрона нужно небольшое напряжение. Все элементы в процессе работы нагреваются, поэтому необходима система охлаждения.

Из конденсаторов

Конденсаторную сварку активно применяют, когда необходимо делать локальную обработку металла. Длительность процесса занимает тысячную долю секунды, глубина прогрева небольшая, используют листы металла толщиной до 2 мм. Чтобы не возникало конфликтов с частотой импульса и уровнем обработки, нужны специальные агрегаты – контактные сварочные механизмы.

Практикуют 2 метода:

Без трансформатора конденсаторы разряжаются на заготовку.
Разряд из конденсаторов поступает на первичную обмотку, вторичная цепь – заготовка для проваривания.

Как применять в работе с АКБ 18650

Для сварки аккумуляторов 18650 необходим короткий импульс (0,01-0,1 секунды), иначе будет прожжен материал самой АКБ. Важно, чтобы временные интервалы были конгруэнтны. Первичную обмотку рассчитывают на 220 В, напряжение до 6 В, сила тока составляет 100-1000 А. При пайке вручную невозможно точно отмерять хронометраж, необходимо использовать таймер. Иногда сваривают миниатюрные элементы, которые не испытывают нагрузок. При сварке батареек используют агрегат на 12 В, им можно обрабатывать тонкие листы металла.

Технология в общем

С точки зрения технологии при контактной сварке происходит соединение двух металлических элементов, механическое давление на них, нагревание до высокой температуры. Время воздействия на шов – всего 2-3 мс, площадь нагрева – несколько квадратных миллиметров.

В технике, где отсутствуют трансформаторы, тепловая зона возникает в зоне сопротивления контакта (на плоскости). Сила тока доходит до 100 А, время воздействия импульса не превышает 0,006 секунды.

Сварочные приемы

Для работы небольших инверторов (вес до 8,4 кг) достаточно напряжения 220 В. Зона плавления окутана во время работы газами, они защищают материал от лишнего контакта с кислородом. Искусство сварки – это умение управлять электродами: необходимо правильно выстроить угол наклона и силу тока.

При работе с трансформатором возникают сложности:

Аппарат громоздкий.
Слишком сильно шумит.
«Просаживает» сеть (скачет напряжение).

Для нормальной работы необходим прибор соответствующих параметров.

Способы избежания ошибок

При работе с точечной сваркой новички нередко совершают ошибки, избежать их возможно, если учитывать следующие факторы:

При жестких режимах сварки недопустимо, чтобы возникали трещины, прожоги. Причина – слишком большая сила тока.
Вмятин от электродов не должны быть глубиной более 10%.
Не должно происходить выдавливание лишнего металла.
Недопустимо излишнее проваривание зоны обработки.
Чтобы не появлялись внутренние дефекты, параметры обработки остаются константными.
Если степень плавления недостаточна, то это формирует неправильное образование точки фиксации.

Преимущества и недостатки

Точечная сварка надежна и эстетична, время приложения усилий, подачи тока и сжатия рассчитывают, используя циклограмму процесса соединения металла.

Преимущества точечной сварки:

Допустимо работать с самыми разными элементами (в т. ч. миниатюрными) из различных металлов.
Структура металла в точке фиксации не видоизменяется.
Высокая производительность (до 800 точек/мин.).
Возможность автоматизировать процесс.
Выполнять работы способен сварщик невысокой квалификации.

Однако сварка травмоопасна, надо соблюдать осторожность. Работник может получить ожог от раскаленных брызг. Испарения могут повредить легкие. Есть риск поражения электрическим током.

Контактная сварка для аккумуляторов 18650

Небольшая статья про самостоятельное изготовление аппарата для контактной сварки аккумуляторов (18650 и аналогичных). С помощью подобного устройства можно в домашних условиях ~~и из подручных материалов~~ сваривать и ремонтировать аккумуляторные батареи и сборки. Дешево, сердито и доступно каждому.

Приветствую всех!

Точечная сварка является разновидностью контактной сварки (источник).

Есть покупные варианты, тот же SUNKKO, но практически все варианты требуют доработки под свои материалы и нужны — увеличения тока, замены таймера и так далее. Проще самостоятельно изготовить вариант «под себя».

Преимущества — вы получаете заведомо функциональный вариант, с заложенными характеристиками. Какие вам нужны — такие и предусмотрите.
Базовые и проверенные варианты DIY строятся на базе мощного трансформатора (понижающего) и таймера с реле. Есть возможность сделать еще проще — просто электроды с питанием от автомобильного аккумулятора, но это не самый удобный вариант.

высокий ток сварки (до 600. 900А);
двойной импульс сварки;
подстройка длительности импульса (доли секунды);
питание платы без вспомогательного трансформатора;
открытая прошивка (Arduino) и возможность корректировки кода.

Плату управления можно найти в сборе, так и отдельно (печатную плату). Для самостоятельного изготовления печатной платы (ЛУТ) прикрепляю файл dot_svarka.lay6.

Дополнительно был куплен энкодер KY-040 для управления меню и внесения регулировок.

Для удобства был выбран OLED дисплей с диагональю 0,96" и шиной I2C (4pin). Этот вариант корректно работает с библиотеками Arduino, и внешне прилично выглядит. Можно использовать и другие варианты, при условии соответствующих правок.

Для подачи сигнала сварки используется кнопка или микропереключатель (концевик).
Подойдет и простая педалька, тут кому и что удобно. Это простое двухпроводное подключение.

Дополнительно потребуются провода, предохранители, вилка, коннекторы, вентилятор и так далее… Мелочевка, которую можно найти под рукой или в ближайшем радиомагазине. А у запасливого самодельщика должно быть в наличии.

Потребуются расходные материалы, например, никелевая лента для сварки элементов.

Есть неплохая модель 3D-печатной ручки для контактной сварки (Spot Welder Handle ZBU-4.2 w/button).

Сборка устройства не является затруднительной. Наиболее затратно для меня было найти хороший мощный понижающий трансформатор. Один из самых доступных вариантов — трансформатор от СВЧ-печи, вместо вторичной повышающей обмотки которого наматывается 1,5. 2 витка толстого медного провода (сечение 50. 70 кв. мм).

Сознательно не пишу про корпус устройства — никаких особых требований нет. Обычно используют корпуса для РЭА или от старых устройств. От себя могу порекомендовать экранировать корпус изнутри от помех импульса, а также предусмотреть вентилятор охлаждения трансформатора, который прилично нагревается при длительной работе.

Схема платы сварки выглядит следующим образом.

После сборки лучше всего провести тесты и определить оптимальные значения длительности импульса. В моем случае использован медный провод 6 кв. мм в качестве электродов.

Двойной импульс проваривает хорошо, длительность подбираем в зависимости от толщины ленты. На отрыв держит не хуже заводской сварки.

Теперь можно без проблем собрать большую батарею для электровелосипеда, отремонтировать батарею для гироскутера и модернизировать шуруповерт.

Читайте также: