배터리 탭용 4000W 초음파 금속 용접기 | TOB-20K-4000W

TOB-20K-4000W 20kHz 고출력 초음파 금속 용접기 배터리 탭 및 다층 포일 용접용

제품 개요 및 이상적인 적용 분야

초음파 금속 용접기는 용가재, 플럭스 또는 대량 용융 없이 서로 다른 얇은 금속 공작물을 접합합니다. TOB-20K-4000W는 20 kHz 고주파 기계 진동을 발생시키고, 정밀 가공된 용접 혼을 통해 제어된 공압으로 적층된 금속에 전달합니다. 진동 전단력은 표면 산화물을 제거하고 고상 야금 결합을 형성하여 깨끗하고 빠른 용접을 실현하며, 저항 용접이나 레이저 용접에서 발생하는 열영향부, 스패터 또는 소모성 전극이 없습니다.

TOB-20K-4000W는 TOB 20K 시리즈의 고출력 모델로, 4000 W 출력단을 구동하는 완전 디지털 독일 수입 초음파 발생기를 기반으로 제작되었습니다. 이 발생기는 IGBT 전력 모듈과 별도 여자 발진 회로를 사용하여 안정적이고 정밀하게 형성된 20 kHz 신호를 생성합니다. 자동 주파수 추적 시스템은 실시간으로 변환기의 공진점에 고정되며 온도와 부하 변화로 인한 변동을 보정하여 수동 조정 없이 항상 최고 효율로 작동하도록 합니다. 일정 진폭 기능은 215–238 V 범위 내에서 상용 전원 전압이 변동하더라도 설정된 혼 진폭을 유지하므로, 작업 교대 시간의 100번째 용접도 첫 번째 용접과 동일합니다.

용접 헤드 어셈블리는 독일 웨이퍼 기술 변환기(X20), 부스터(Y20), 그리고 두 개의 사용 가능한 면을 가진 수입 고속강으로 가공된 용접 혼으로 구성됩니다. 헤드는 정밀 공압 실린더(보어 63 mm, 스트로크 20 mm)에 장착되며 상승 및 하강 속도를 조절할 수 있어 작업자가 빠른 접근 후 부드럽고 제어된 접촉을 프로그래밍할 수 있습니다. 용접 매개변수—에너지, 시간 또는 지능형 시간 모드; 1%~100% 진폭; 분할 전력 프로파일—는 고화질 터치스크린 인터페이스에서 설정 및 저장되며, 100개 이상의 용접 기록을 저장하고 지능형 고장 알람을 제공합니다.

적합 분야:

1. EV 및 에너지 저장 모듈에서 고용량 배터리 팩 조립 라인의 두꺼운 구리 탭(C1100, 최대 0.25 mm) 및 알루미늄 탭을 원통형, 파우치형 또는 각형 셀에 용접하는 작업.
2. 20~45층의 포일을 단일 탭에 번스루나 흑화 없이 용접해야 하는 파우치 셀 다층 적층 응용 분야.
3. 구리 튜브 밀봉, 자동차 와이어 하니스 조립, 태양광 패널 상호 연결 및 더 두껍거나 높은 전도성 재료 적층에 4000 W 초음파 출력 여유가 필요한 모든 생산 환경.
4. 전극 소모를 제거하고 에너지 비용을 줄이는 깨끗하고 저온의 고상 공정으로 공압 저항 용접기를 업그레이드하려는 제조업체.

배터리 팩 조립에서 고출력 초음파 용접이 적용되는 위치

리튬 이온 배터리 모듈 및 팩 생산에서 초음파 용접은 탭을 셀 단자에 접합하고 셀 간 직렬-병렬 전기 연결을 형성하는 표준 방법입니다. 공정 단계는 다음과 같습니다:

• 셀 선별 및 배치– 셀은 용량과 내부 저항 기준으로 그룹화된 후 모듈 배치를 정의하는 고정구에 배치됩니다.
• 탭-단자 용접– 니켈, 니켈 도금 구리 또는 순수 구리 탭을 각 셀의 양극 및 음극 단자에 접합합니다.
• 상호 연결 용접– 여러 셀의 탭을 모아 함께 용접하거나 버스바에 용접하여 직렬-병렬 네트워크를 형성합니다.
• BMS 및 전압 감지 와이어 부착– 이 작업 역시 초음파 또는 저항 용접으로 수행되는 경우가 많습니다.

TOB-20K-4000W는 2단계와 3단계를 처리하며, 특히 고용량 EV 및 에너지 저장 셀에서 사용되는 더 두껍고 높은 전도성 재료에 강점을 가지고 있습니다. 저출력 초음파 용접기는 권장 용접 시간을 초과하지 않고 0.25 mm C1100 구리 탭에 완전 관통 결합을 형성하는 데 어려움을 겪을 수 있지만, TOB-20K-4000W의 4000 W 출력은 단일 짧은 펄스(일반적으로 1초 미만) 내에 결합을 완료할 수 있는 에너지 여유를 제공합니다. 그 결과 제조업체가 지정한 "층별 관통, 흑화 없음" 품질 기준을 충족하는 용접이 가능하며, 용접 강도는 모재 수준에 근접합니다.

두꺼운 탭에서 저항 용접 대비 초음파 용접의 주요 공정 장점:

두꺼운 구리 탭의 저항 용접은 매우 높은 전류가 필요하며 셀 내부 분리막이나 전해질을 손상시키는 과도한 열을 발생시킬 수 있습니다. 초음파 용접은 고상 공정이므로 재료 사이의 직접 접합 계면에만 열을 집중시킵니다. 탭과 셀의 대부분은 차갑게 유지되어 셀의 전기적 특성과 안전 여유를 보존합니다.

초음파 금속 용접 시스템의 작동 원리

TOB-20K-4000W는 정밀하게 제어된 일련의 변환 과정을 통해 전기 에너지를 고상 금속 결합으로 변환합니다:

1. 초음파 발생:독일 수입 완전 디지털 발생기는 IGBT 전력 모듈과 별도 여자 발진 회로를 사용하여 AC 상용 전원(220 V, 50/60 Hz)을 정밀하게 제어된 20 kHz 전기 신호로 변환합니다. 이 구조는 주변 모터 구동 장치와 인버터의 전자기 간섭에 강한 본질적으로 안정적이고 저잡음의 전력 변환을 제공합니다.
2. 변환 및 증폭:전기 신호는 용접 헤드 내부에 장착된 압전 변환기(X20, 독일 웨이퍼 기술)를 구동합니다. 변환기는 전기 진동을 동일한 주파수의 기계 진동으로 변환합니다. 이 진동은 부스터(Y20)를 통과하며 변위를 증폭하여 20–40 µm의 사용 가능한 반주기 진폭으로 만들고, 무단계 조정이 가능합니다.
3. 공작물로의 에너지 전달:증폭된 운동은 수입 고속강으로 가공된 두 개의 독립적인 사용 가능 면을 가진 용접 혼에 도달합니다. 혼 면 패턴은 상부 혼의 경우 직선 또는 크로스 해치("쌀알") 패턴, 하부 앤빌의 경우 메쉬 패턴으로 선택할 수 있으며, 금속 적층체를 잡고 진동 전단력을 전달합니다. 혼은 공압 압력(실린더 직경 63 mm, 스트로크 20 mm) 아래에서 조절 가능한 속도로 하강합니다. 상승 및 하강 속도는 독립적으로 제어되어 최종 접촉을 부드럽게 하고 얇은 포일의 충격 손상을 방지합니다.
4. 용접 과정:사전 설정된 압력(공압 조절기를 통해 최대 6 kg/cm²까지 조정 가능)에서 혼 끝부분은 초당 20,000회 사이클로 상부 금속층을 측면으로 마찰시키며, 하부 층은 앤빌에 고정됩니다. 이러한 차등 운동은 재료 계면에서만 국부적인 마찰열과 강한 소성 변형을 발생시킵니다. 산화막은 분쇄되고 분산되어 깨끗한 금속 표면을 노출합니다. 원자 확산과 소성 유동의 복합 작용으로 수 밀리초 내에 고상 야금 결합이 형성되며, 사양에 따르면 일반적으로 1초보다 훨씬 짧게 완료됩니다. 초음파 펄스 전 사전 가압 시간은 특정 적층 구조에 맞게 0.02초에서 10초까지 별도로 조정할 수 있습니다.
5. 지능형 제어 및 모니터링:DSP 기반 컨트롤러는 세 가지 용접 모드를 제공합니다: 에너지 모드(설정된 줄(Joule) 목표값에서 종료), 시간 모드(고정 펄스 시간), 지능형 시간 모드(결합 완료를 자동 감지하고 펄스를 종료). 진폭은 0–100 ms 구간에서 1%–100% 단위로 프로파일링할 수 있어 부드러운 초기 접촉 후 최대 에너지 결합이 가능합니다. 전체 사이클 동안 컨트롤러는 변환기의 공진 주파수(검색 범위 19.0000–21.0000 Hz, 자동 추적 범위 ±20 Hz)를 추적하고 구동 주파수를 실시간으로 조정합니다. 또한 내부 전력 튜브 온도를 모니터링하고 60 °C에서 자동 보호를 작동시키며, 전압 보호 시스템은 215 V와 238 V 사이의 상용 전원 변동을 보상합니다.
6. 용접 후 유지 및 후퇴:초음파 에너지가 중단된 후, 압축 상태에서 접합부가 응고되어 견고한 분자 수준의 결합을 형성할 수 있도록 공압 압력이 몇 초 동안 유지됩니다. 이후 고속 솔레노이드 밸브가 실린더를 후퇴시키고, 헤드는 원위치로 돌아갑니다.

전체 기술 사양

장치 매개변수

기술 매개변수

치수

1500W 모델 또는 일반 초음파 용접기보다 TOB-20K-4000W를 선택하는 이유

4000 W 모델을 선택해야 하는 경우:

생산 공정에서 0.20 mm 이상 두께의 구리 탭 또는 20층을 초과하는 다층 파우치 적층을 사용하는 경우, TOB-20K-4000W의 추가 출력은 용접 시간을 줄이고, 동일한 에너지 전달을 위해 진폭을 더 낮은 비율로 설정할 수 있어 공정 범위를 넓히며 혼 수명을 연장합니다. 또한 2000 W 선택 설정을 통해 필요 시 동일한 장비로 더 가벼운 작업을 처리할 수 있어 혼합 제품 생산 라인에서 유연성을 제공합니다.

엔지니어링 자주 묻는 질문

Q1: TOB-20K-4000W는 순수 구리(C1100)를 알루미늄에 직접 용접할 수 있습니까, 아니면 구리에 니켈 도금이 필요합니까?

초음파 용접은 구리와 알루미늄을 직접 접합할 수 있으며 기계적 결합 강도가 우수합니다. 그러나 전해질 증기와 수분이 존재할 수 있는 배터리 셀 환경에서는 구리와 알루미늄 사이의 갈바닉 결합으로 인해 시간이 지나면서 부식이 발생할 수 있습니다. 배터리 탭의 경우 이를 방지하기 위해 니켈 도금 구리를 사용하는 것이 일반적입니다. TOB-20K-4000W는 일반 구리와 니켈 도금 구리 모두 동일하게 우수하게 용접하며, 선택은 셀의 예상 사용 환경과 설계 수명에 따라 결정됩니다.

Q2: 용접 혼은 얼마나 자주 검사하고 재연마해야 합니까?

혼 표면 패턴(직선형 또는 크로스 해칭)은 일반 조건에서 각 면당 ≥ 100,000회 용접 수명을 갖도록 설계되었습니다. 사용 가능한 면이 2개이므로 재연마가 필요하기 전 총 사용 간격은 ≥ 200,000회 용접입니다. 깊이 게이지를 사용하여 10,000–20,000회 용접마다 패턴 깊이를 검사하십시오. 패턴 깊이가 약 0.5 mm 이하로 감소하면 두 번째 면으로 회전하여 사용하십시오. 재연마는 원래 질감을 복원하며 혼을 교체해야 하기 전까지 여러 번 수행할 수 있습니다. 자동 주파수 추적 시스템은 재연마된 혼이 즉시 공진에 고정되도록 하며, 수동 조정이 필요하지 않습니다.

Q3: 일정 진폭 기능은 주 전원 공급 장치의 전압 안정기의 필요성을 없애나요?

예, 지정된 입력 전압 범위인 215–238 V 내에서는 가능합니다. 공장 주 전원 공급이 때때로 이 범위를 벗어나는 경우 전압 안정기 사용을 권장합니다. 그러나 대부분의 산업 환경에서는 일정 진폭 기능이 충분한 보정을 제공하여 추가 전원 조정 장비 없이도 용접 간 일관성을 유지합니다.

Q4: 공압 시스템에는 어떤 유지 관리가 필요합니까?

공기 공급은 깨끗하고 건조하며 오일 미스트가 없어야 합니다. 공급 라인에는 표준 필터-레귤레이터-윤활기(FRL) 장치를 설치하는 것이 권장되며, 윤활기는 꺼두거나 오염을 일으키지 않는 식품 등급 윤활제로 채운 상태에서 7–8 kg/cm²를 공급하도록 설정해야 합니다. 실린더(보어 63 mm, 스트로크 20 mm)와 퀵 커넥터(8 mm)는 매주 누출 여부를 점검해야 합니다. 작동 압력 범위는 0.3–6 kg/cm²이며, 공장 권장 사항은 이 범위의 중간에서 시작한 후 더 높은 용접 전류를 위해 압력을 높여 조정하는 것입니다.

Q5: TOB-20K-4000W는 TOB-20K-1500W의 공구와 혼과 호환됩니까?

두 모델의 변환기와 부스터는 동일한 주파수(20 kHz)에서 작동하며 인터페이스 치수가 일치합니다. 그러나 4000 W 혼은 더 높은 출력 수준을 처리하도록 설계되었으며, 4000 W 장비에 1500 W 혼을 사용하고 최대 출력을 적용하면 혼이 조기에 균열될 수 있습니다. 각 장비에 제공된 혼을 사용하는 것이 권장됩니다. TOB는 특정 혼 형상에 대한 호환성 정보를 제공할 수 있습니다.

4000 W 디지털 초음파 시스템의 강력한 출력과 정밀한 제어로 두꺼운 구리 탭과 다층 파우치 스택을 용접할 준비가 되셨습니까? 특정 탭 소재와 두께에 맞게 구성된 TOB-20K-4000W에 대한 견적을 요청하세요. 당사의 접합 공정 엔지니어는 귀사의 생산 요구 사항을 기반으로 용접 매개변수 시작 설정표를 제공할 수 있습니다.

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다음 제품도 필요할 수 있습니다

1. 자동 음극 전극 제조 기계— 코팅, 캘린더링, 슬리팅 라인을 완전히 통합한 장비로, 팩 조립 라인에서 이후 TOB-20K-4000W로 탭을 용접하는 정밀 전극 시트를 생산합니다.
2. 배터리 전극 및 다층 탭 용접용 20kHz 초음파 금속 용접기(1500W) — 동일한 20K 시리즈의 1500 W 모델입니다. 최대 4000 W 출력이 필요하지 않은 더 얇은 탭과 가벼운 스택을 위한 비용 효율적인 대안입니다. 두 출력 수준에서 일관된 작업자 경험을 제공하기 위해 동일한 디지털 발생기 구조, 혼 설계 및 터치스크린 인터페이스를 공유합니다.
3. 800W 초음파 용접기— 소형 셀, 미세 와이어 단자 처리 및 실험실 규모의 프로토타입 제작을 위한 소형 저출력 초음파 용접기입니다. 작업물의 단면적이 작고 1500 W 또는 4000 W급 장비가 과도한 경우에 적합합니다.