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네이버 다이홈 카페에서 정보를 얻고 테스트 해보니 의미있는 결과가 있어 구글링한 내용을 정리해서 공유해봅니다.
이미 일부 상용배터리팩에는 적용되어 있는 방법이라 많은 분들이 아시면 좋을 듯 싶네요.

 

방법은 쉽지만 원리를 이해하려면 스폿용접 원리를 알아야하는데,
간단하게 설명하면,,

변압기 2차측에 유도된 대전류가 용접봉이 쇼트상태가 되면 저항이 높은 스폿 포인트에서 열(Joule발열)로 변환되어 니켈이 녹게 되고 이때 누르는 압력에 의해 배터리에 붙는 원리입니다. 스폿지점이 권선보다 좁아 병목현상으로 인한 저항에 모재와 용접재 사이의 접촉저항이 해당 포인트에 열변환을 촉진하는 역할을 합니다.

 

스폿성능을 끌어올리기 위하여 지금까지는 용접 전류량에 신경을 썼는데, 2차 권선에 유도된 전류가 허용전류에 따른 제한으로 권선 자체에서 열로 손실되지 않도록 충분히 두껍게 하고 그렇게 유도된 전류는 스폿포인트까지 손실없이 전달되도록 크레토스나 용접봉 연결지점을 보강했습니다. 실제로 스폿용접기 제작에 가장 기본이 되는 사항입니다.

그래서 힘도 좋고 효율좋은 변압기의 코어를 사용하면 대충!? 만들어도 좋은 결과를  쉽게 얻을 수 있기에 3K이상의 링코어(트로이달 코어)를 사용하기도 합니다.

 

하지만 물리적으로 제작이 끝난 용접기의 성능을 최대한 끌어올릴 수 있는 몇가지 방법이 있습니다.

 

 

 

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토크가 높은 드릴류의 배터리팩을 분해해보면 위 사진처럼 니켈 가운데가 갈라진 것을 볼 수 있습니다.
여기에 1차 힌트가 있습니다.

 

결론부터 말하면, 이렇게 갈라진 니켈의 경우 그 지점을 사이에 두고 스폿을 진행해야합니다.

BAD의 경우는 용접전류가 두 스폿지점 사이 니켈과 배터리 극에 걸쳐 직선 경로에 넓게 퍼져 흐르지만, Good의 경우는 스폿 포인트 사이가 상대적으로 멀어져 저항이 증가하기 때문에 그족으로 흐르지 않고 스폿 포인트에서 열로 변환되도록 집중시키는 원리입니다.

 

엔지지어링 저널의 기고문 Volume 21 Issue 7, ISSN 0125-8281 에 관련 내용이 있습니다.

 

스폿 동작시 용접전류는 상단 니켈과 배터리 극 사이에 전반적으로 퍼져서 이동합니다. 갈라진 홈(slot)을 만들어 전류 흐름을 제어하는 방식인데 전류는 저항이 가장 낮은 경로를 따라 이동하는 경향이 있기때문입니다. 추가로 니켈의 두께에 따라 슬롯의 길이에 대한 연구도 있으니 찾아보시면 좋을 듯 합니다.

 

가운데가 잘라진 니켈이 없는 경우 위처럼 간단하게 중앙을 잘라주기만 해도 일정한 효과는 얻을 수 있습니다.
앞서 설명한 Good의 경우처럼 갈라진 지점 양쪽을 포인트로 잡고 스폿 용접을 해야합니다.

 

 

 

 

테스트 영상

 

영상을 보시면 같은 타임에 좀더 강하게 붙는 걸 볼 수 있습니다.

 

 

 

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스폿팁의 형태

 

두 번째로 살펴볼 사항은 많이들 알고 있는 니켈에 접촉하는 팁의 형태에 따른 품질변화입니다.

 

 

(a)는 추가 가공없이 니켈과 접촉하는 부분이 평편한 경우의 온도를 보여줍니다.
온도가 넓게 분산되고 스폿팁의 외곽을 따라 온도가 집중되는 것을 볼 수 있습니다.

(b)는 뾰족하게 가공하는 방법으로 적은 면적에 전류가 집중되고 열이 집중되는 것을 볼 수 있습니다.
다만, 마모가 심하기 때문에 몇 번 스폿을 진행하면 다시 가공해주어야 합니다. 수동으로 가공이 용이하기 때문에 이 방법을 추천합니다.

(c)는 둥글게 가공한 경우로 수공구를 이용하기 힘들고 CNC를 이용하여 가공할 수 있습니다.
뾰족한 팁과 비슷한 용접품질을 보여주고 마모가 적기때문에 다량의 스폿이 요구되는 공장등에서 사용하기에 좋습니다.

 

 

 

 

용접봉을 누르는 힘

 

마지막으로 용접봉을 누르는 압력에 대한 짧은 고찰입니다.

 

왼쪽은 적당한 힘으로 누를때고 오른쪽은 강한 힘으로 누를때의 전류량을 보여주고 있습니다. 적당한 힘으로 누른다면 모재사이를 흐르는 전류량은 그리 많지 않지만 강한 힘을 누를 경우 접촉저항이 낮아져 흐르는 하단부 모재(배터리 극)로 흐르는 전류량이 늘어납니다. 이렇게 되면 용접 포인트에 집중되어야할 열변환 에너지가 전체적으로 넓게 퍼져 품질저하로 이어집니다.

 

 

 

스폿용접기를 힘들게 제작하고 나면 뭔가를 보강하는 것이 쉽지는 않습니다. 이렇게 물리적인 전류량이 고정된 상황에서 용접재와 팁의 가공 그리고 용접방법에 따라 품질을 높일 수 있는 방법도 있으니 참고하면 좋을 듯 합니다.

감사합니다.

 

 

 

 

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