스폿(Spot)용접의 원리 및 특징 Show 원리 *스폿용접은 저항발열을 이용해서 금속의 접합을 하는 저항용접법의 일종이다. 일반적으로 금속은 전기를 잘 전달하는 성질을 갖고 있다. [그림4-1]에 표시한 것과 같은 금속재료의 양단(a), (b)의 사이에 전압(v)을 인가했을 때 흐르는 전류 I (A)는 인가한 전압 V에 비례해서 V = R I 라는 관계가 성립된다. 저항 R의 금속재료에 전류 I가 흐르면 금속재료 내에서 전력이 소비되어 발열하여 온도상승이 되고 시간 t(sec)의 사이에 발생하는 열량을 H(J)로 하면 H = V I t = t 로 된다. 이것을 칼로리(calory)로 나타내면, Q = 0.24
이와 같이 해서 발생하는 저항발열을 줄 발열이라고도 한다. 스폿용접은 줄(Joule) 발열을 잘 이용한 방법으로 [그림4-2]에 나타낸 것과 같이 용접된 금속판(피용접제)을 겹쳐서 전극으로 가압하여 전압을 인가해서 전류를 흘리고 용접부를 줄 열에 의해 가열해서 용융시켜 피용접재를 야금적으로 접합하는 용접방식이다. 스폿용접의 특징 스폿용접의 장점 1.족답 스위치를 누르는 것만으로 일련의 용접공정이 자동적으로 행해지는 자동용접이다. 2.단시간에 용접함으로써 가열영역이 용접부 근방에 한하기 때문에 피용접재의 열 비틀림이 적다 3.자동용접이기 때문에 작업자의 숙련도를 그다지 필요로 하지 않는다. 4.한쪽에서 평전극을 사용하면 이 전극측의 피용재에 압흔이 거의 발생하지 않고 깨끗한 용접면이 얻어진다. 5.용접봉이나 플럭스를 필요로 하지 않고 유해한 자외선이나 흄의 발생이 비교적 적다. 스폿용접의 단점 1.큰 용접전류가 필요하기 때문에 용접기 및 수전설비의 전기용량이 크게 된다. 2.용접기의 가격이 비교적 고가이다. 3.용접전류, 통전시간, 가압력, 전극형상 등의 용접조건을 피용접재의 재질이나 판두께에 따라 각각 선정할 필요가 있다. 4.피용접재의 접촉면에서 접합하기 때문에 접합상태를 외관에서 판정할 수 없다.
생활 DIY에 필요한 전기/전자 잡(?)지식을 조금씩 주어 들은지 두 해가 흘렀고, 돌이켜보니 스폿용접기 제작이 그 시작인 듯 싶다. 스폿용접기는 총 10대를 제작했으며,, 3호기부터는 불편한 점을 개선할 목적으로 커스터마이징한 아두이노 스케치에 오토스폿 기능을 더해 직접 제작하여 사용하고 있다. 스케치 파일은 아래 관련 글에서 다운로드 받을 수 있다. 본격적인 성능 관련 글에 앞서 그동안 제작한 스폿기 - 뭐 그렇게 많은 건 아니겠지만 - 에 대한 히스토리 썰을 풀어보고 시작한다. 이유는 판매목적이 아니라 조금은 연구과정에서 불편한 점을 조금씩 보완하는 과정이라 도움이 될 듯 싶어서다. 물론 중간의 본론까지 스크롤 다운해도 무방할 듯 싶다. 참고로 배터리의 양극은 일반적인 상황에서 납땜이 힘들다. 납물이 배터리에 붙지않고 또르륵 굴러 떨어지는데 드레멜로 용접부위를 조금 갈아내고 페이스트와 알미납 등을 사용하면 용접이 가능하기도 한데, 성능저하 혹은 다량의 배터리 작업시 능률문제로 대부분 스폿용접을 사용한다. 처음 보면 대단해 보이는 스폿기도 조금의 정보를 수집하면 개인이 쉽게 제작한데 이것이 지금의 DIY가 활성화된 이유라고 해도 과언은 아니다. 배터리 납땜과 스폿용접시 온도변화 영상이 있어 공유해본다.  처녀작
[DIY] 2K 구리 링코아로 AC 스폿용접기 제작기 - 처녀작 완성 ^▽^)/ 이 글은 스폿용접기를 알게 되고 제작을 결심하면서 정보를 수집 및 제작하며 작성한 글로, 다른 블로그에서 발행했다가 블로그 통합으로 옮겨온 글이다 이 글 이후에 여러대의 스폿기를 더 제� mindeater.tistory.com 캠핑용 랜턴의 배터리를 리필하고 싶다는 단순한 생각이 이 스폿기를 만들게 한 듯 싶다. 네오디움 자석과 철사로 병렬연결 후 테이핑해서 사용했다가 뭔가 위험해보여 무턱대고 정보를 수집하고 겁없이 만든 것이 가장 저렴한 중국산 회로를 사용한 위 처녀작이다. 주절주절 잡설이 참 많은 글인데, 하이박스 가공에 자신감이 붙어 이후 다양한 DIY로 이어지게 된 나름 기념비적인 작품이다. 6개월 정도 사용했으나 정밀한 타임 조정이 어려운 아날로그 방식이라 스폿 칠 때마다 폐 배터리에 스폿을 쳐보고 나서야 원하는 강도를 찾을 수 있었기에 늘 정밀한 타임 조절이 가능한 아두이노 스폿회로를 써보고 싶다는 생각을 했었다. 지금은 해체되어 없는 작품이다. 2호기[DIY] 2K 트로이달 링코어로 미니(?) 스폿용접기 만들기 Ver 2.0 - 기존 불편함 해소를 위해 최대한 미 <작은 하이박스(200X150X130)로 다시 만든 스폿용접기> 작년에 만든 처녀작을 계속 써오다 불편한 점을 개선하려고 만든 업그레이드 버전이다. 코어는 기존 코어인 2K 구리 링코어를 그대로 사용했�� mindeater.tistory.com 처녀작을 사용하면서 느꼈던 불편한 점을 해소하는 데 중점을 둔 스폿기다. 오토스폿의 호기심에 이훈섭님의 컨트롤러를 사용했고 하이박스 크기가 비좁은 작업테이블에 놓기에는 부담되었던 바 링코어만 겨우 들어가는 작은 케이스로 제작했다. 항상 작업대 위체 두고 언제든 쉽게 스폿을 칠 수 있게 되었는데 이에 큰 의미를 두고 있다. 시작시 화면에 개인 아이디를 넣으면 좋겟다는 생각에 아두이노 스폿회로를 공부하기 시작한 계기가 되었다. 또한 오토스폿의 편리함을 알게 되었고 이후 부터 수동은 더 이상 사용하지 않게 되었다. 3호기
3K 링코어 AC 오토스폿용접기 자작 회로를 이용한 제작기 - 아두이노 스케치 파일 커스텀 버전 소 필자는 이미 AC오토스폿용접기를 보유하고 있다. 2K 용량의 구리 링코어로 만들었고 0.2t 니켈도금 플레이트를 4ms에서 가능할 정도로 충분한 성능이다. 그럼에도 스폿용접기의 핵심이라 할 수 있� mindeater.tistory.com 우연히 3K 링코어를 구하게 되어 만들어 본 스폿기인데 성능이 2K만 못하다. 다양한 원인이 있을 텐데 일단 링코어의 출처가 불분명하고 상태 또한 노후화 된 것이 문제였다. 물론 0.2t도 스폿이 가능하지만 명세기 3k 급이 10ms를 넘어가니 돈 받고 분양하기에는 조금 찝찝해 이홈메이드 카페 회원분에게 무료로 분양했다. 4호기1.5K 링코어 AC 아두이노 오토 스폿용접기 4호 완성 예전에 제작하고 남은 부품 소진 및 회로 업그레이드겸 겸사겸사 제작했고, 이하 그 로그다. 이번 작업으로 스폿기만 4번 째 인듯 싶다. 어느 정도 노하우가 생겨 귀찮니즘 빼고는 특별히 어려운 mindeater.tistory.com 2호기에서 불편한 점이 또 눈에 띄어 이를 개선하고자 만든 버전으로, 용접봉 크레토스셋 체결 위치를 상단에 배치하고, 커버 양쪽에 링나사를 이용하여 거치대를 만들었다. 성능도 2K 링코어를 사용한 2호기와 대동소이하고 권선 두께를 키워 수지형 1.5K 링코어로 만든 타 스폿기 대비 월등하다고 생각된다. 특히 수지형 1.5K 링코어는 정부시책과 맞물려 인증을 거친 제품이라 타 변압기 대비 효율이 뛰어나 2K급 이상의 성능을 낸다고 알려져 있다. 이 스폿기 역시 다른 분께 분양한 상태인데 돈을 받고 분양한 두 번쩨 스폿기다. 5호기4호기와 완전 판박이로 4호기 분양을 요청하시는 분이 있어 직접 사용하기 위해 제작했는데 4호기와 판박이라 따로 포스팅하지는 않았다. 6호기 - 현재 사용중아두이노 스케치를 LCD 겸용으로 업그레이드 하면서 스케줄링 방식을 개선했는데 이를 테스트하기 위한 목적으로 만든 스폿기다. 4awg 실리콘 케이블을 사용한 현금(?)이 가장 많이 들어간 스폿기다. 6th 스폿기 - 수지형 1.5K 링코어로 괴물급(?) 아두이노 오토스폿용접기 제작
6th 스폿기 - 수지형 1.5K 링코어로 괴물급(?) 아두이노 오토스폿용접기 제작 최근 오토스폿회로의 아두이노 스케치 파일을 업데이트 하면서 기존에 쓰던 5호기를 방출하고 LCD버전 검증을 위해 새롭게 하나 만들기로 해 겸사겸사 진행했다. 개인적으로 2K이상의 효율이 나 mindeater.tistory.com 7~14호기 모두 의뢰 혹은 링코어를 구한 후 6호기와 비슷한 디자인고 성능으로 제작후 분양되었다. 서두가 길었다. 각설!!이제 본격적으로 스폿기 성능에 관련된 요소를 살펴보자.먼저 테스트 영상이다. 둘 다 분양한 스폿기로 왼쪽이1.5K 4호기, 오른쪽이 2K 2호기다. 스폿용접의 원리를 보면,,,배터리 위에 니켈플레이트를 대고 위에 끝이 뾰족한 용접봉을 누른 채로 전기를 흘리면, 여기서 성능과 직접 관련된 요소가 전류량, 접촉저항. 열(Joule 발열) 그리고 용접 시간 등이고, 그 밖에 용접재의 재질과 용접봉의 스팟 크기등 꽤 많은 요소가 유기적으로 작동한다. 하나씩 살펴보자. 접촉저항과 줄열(Joule 발열)접촉저항이 높아야 열 발생량이 많아 니켈바의 변형이 쉽게 이루어져 잘 붙는다는 얘기로 용접봉을 누르는 힘에 의해 영향을 받는 다는 것을 알 수 있는데, 너무 세게 누르면 접촉저항이 줄어들어 열로 변하는 에너지가 작아지고, 너무 약하게 누르면 두 용접재가 완전한 접촉이 안된 상태에 퍽!! 하는 소리와 함께 불꽃쇼를 볼 수 있다. 따라서 여러 번 테스트로 지긋이 눌러준다는 느낌의 적당히 센(?) 힘을 찾는 것이 중요하다. 스폿 시간(Spot Time)전기를 얼마만큼 흘려줘야 니켈바가 녹아 붙는지의 문제로,,
일반적으로 용접한 스폿 포인트 아래까지 검게 탄(열화)부분이 없고 손으로 떼어냈을 때 찢어질 정도를 기준에서 가장 짧은 시간에 이루어져야 한다. 시간이 길어지면 녹고 탄화가 많아져 오히려 용접 품질이 떨어진다. 너무 심하지 않으면 상관없으나 테투리 탄화 흔적까지 없는 걸 목표로 한다. [참고] 이 시간은 니켈바나 용접봉의 재질에 따라 조금씩 차이가 나는데, 용접봉은 스폿시 눌러붙지 않는 크롬 동봉이 보편적으로 사용되고 용접재는 순수 니켈보다 니켈도금이 더 짧은 시간에 작업이 가능한 걸로 알려져 있다. 허용전류는 순수 니켈이 더 높아 고방전에 주로 사용하고 값도 더 비싼편이다. 니켈의 두께는 0.1t/0.15t/0.2t가 많이 사용되는데 가장 많이 사용하는 도금 니켈바의 경우 0.2t 스폿시간을 15ms 이하로 잡는 것이 일반적이고, 필자가 작업해 본 결과 링코어의 성능을 제대로 끌어낸 다면 수지형 1.5K 기준 8ms(리뉴얼) 3ms(OLD)도 가능했다. 0.1t의 경우 손선풍기와 같이 전류량이 작은 경우 사용되고, 0.15t는 일반적으로 충전식 혹은 일방방전 배터리에 많이 사용된다. 청소기와 같이 순간적으로 대전류가 필요한 모터류의 제품엔 0.2t 이상을 사용해야 한다. 0.2t가 없다면 0.15t를 두 번 덧대어 스폿하기도 한다. 물론 폭이 커지면 전류량도 늘어나니 감안하여 적절하게 사용하면 된다. 참고로 연속 스폿 작업량과 시간이 길어질 수록 용접봉에서 열이 발생하는데, 온도는 용접봉 자체의 저항 값을 키워 성능이 균일하지 않게 되니 대량으로 작업시 신경써야 하는 부분이다. 스폿기 성능 차원에서 굳이 얘기하자면 말이다. 전류스폿 시간 단축에 가장 큰 요소가 전류량인데, 이는 변압기의 성능에 따라 좌우되고 그 성능도 변압기마다 천차만별이다. 따라서 코어의 선택이 스폿용접기 제작의 시작점이라고 할 수 있는데 보통 10바퀴 기준으로 나오는 2차 전압에 따라 유효 전류량을 기준으로 가늠하는 것이 좋다. 예를 들면 2K (2000VA) 링코어를 사용할 때, 2차 전압을 10바뀌를 감아 7V가 나왔다면 에너지불면의 법칙에 따라 2000/7=285.7A의 전류가 흐른다. 물론 이론적인 수치이고 효율과 역률과 손실 분 감안하면 이 보다 훨씬 더 낮겠지만 대충 90% 언저리가 아닐까 싶다. 이 이론치를 기준으로 조금은 보수적으로 2차 권선의 두께를 선택해보자. 참고로 단권형 링코어를 복권형으로 사용할 경우 원래 절(1/2)반으로 효율이 떨어진다는 말이 있지만, 필자가 찾아 본 결과 승합형 코어의 경우는 이해가 되지만 강압형에서는 적용이 안되는 듯한 아니 이해를 못하여 계산에 넣지는 않았다. 구글링을 이용하여 계량기 선택시 참고하는 표를 옮겨왔는데 두 가닥 2C기준이라 1C와는 약간의 차이가 있겠고, 제조사 혹은 케이블마다 저항치가 일정하지 않아 대충의 가늠값으로 사용하면 될 것이다. 25SQ - 149A 각각의 허용전류다. 허용전류는 전선의 저항에 반응하여 발생하는 열에 피복이 녹아 화재로 이어지는 것을 방지하기 위한 안전장치라고 생각할 수 있다. 피복은 PVC, 실리콘 등 다양한 소재에 따라 허용전류가 차이가 나는데,, 변환된 열 또한 에너지이고 그 만큼의 전류가 손실 된다는 점에서 실제 부하가 사용하는 전류보다는 높다고 볼 수 있다. 위의 표만 보면 285.7A는 70SQ(289A)를 사용해야겠지만, 스폿용접기에선 추가 고려할 사항이 있는데,, 실제 동작 시간이 수 ms 단위로 매우 짧고, 전선은 일반적으로 허용전류보다 훨씬 많은 전류가 흐를 수 있다는 점이다. 이를 고려하여 적절하게 하향 선택해도 무방한데 50SQ 정도면 충분하지 않을까 싶다. 너무 두꺼우면 권선 감기가 어려워 전압을 맞추기 어렵고 25sq 미만의 얇은 케이블을 선택하면 대량 작업시 손실분 물리적 허용전류등의 제한으로 전선 노후화는 물론 링코어의 100% 성능을 이끌어내기 어렵다. 실 테스시 결과 35sq과 50sq는 2~10ms 정도 차이가 생겼다. 물론 집에서 간혹 한 두 팩씩 작업시에는 25sq를 사용해도 사용하는 데 문제는 없다. 즉, 케이블 두께로 허용전류로 커버해서 열 손실이 없는 것이 가장 좋겠고, 두께로 인한 물리적인 턴 수 제한을 전류 소모를 최소화하는 선에서 전압을 높여 타협하는 것이다. 정확한 데이타가 없으니 판단은 위와 같이 연속 스폿을 20여 회 이상 진행해보고 케이블이 생각보다 많이 뜨겁다고 느낀다면 권선 두께을 키우는 게 좋을 것이다. 전압은P(VA)=VI 공식에 의해 전압이 낮아지면 전류가 늘어나고, 전압이 높아지면 전류가 줄어든다. 용접에는 전류량이 많은 것이 좋지만 케이블의 물리적인 한계로 열로 손실되는 부분이 있다면 전압을 조금 올리는 것도 좋을 것이다. 이런 기준(?- 데이타가 없어 말하기 어려운 부분이지만 압이 세질 수록 불꽃과 열화가 심하다고 알려져 있다.)에 준하여 보통 5~9V 사이를 추천한다. 6~7V 추천!! 기타!!스폿 용접봉까지 손실없이... 전자렌지 EI 트랜스는 보통 600~700VA급이라 링코어 대비 많이 부족하지만 25sq 권선으로 5V대로 맞추고 용접봉까지 직결하면 도금니켈 0.2t까지 가능하다고 알려져있다. 따로 크레토스 단자를 이용해 체결식으로 만들면 연결 부위에 접촉저항이 증가해서 성능이 떨어지는데 EI트랜스 가공 작업이 너무 힘들고, 또 사용시 편리함을 생각한다면 전자렌지 트랜스 대비 넉넉한 성능의 링코어를 선택하는 것이 좋다. 물론 이 경우에도 용접봉과 용접선, 크레토스단자, 2차 권선과 링단자 체결부위 등등 모든 꼼꼼하게 작업하여 연결부 접촉저항을 최소화 해야한다.
AC 링코어 스폿용접기 용접봉 고장(?) 문제점 튜닝 수리 후 성능 대폭 향상 문제는 지난 주 의도치 않게 새로운 링코어를 구하게 되면서부터다. 락시꾼님이 공개한 아두이노 소스와 회로도를 이용한 스폿용접기를 만들고 테스트를 하면서,, 갑자기 스폿이 안되기 시작했 mindeater.tistory.com 용접팁은 니켈이랑 접촉하는 부위를 둥글게 타원으로 가공하면 깔끔한 용접 자국을 볼 수 있다. 이상과 같은 이유로,,가정용 스폿용접기 DIY시 권장하는 재원은 다음과 같다.링코어 : 1.5K~2K 스폿용접기 테스트영상에서 사용된 회로는 v2.8이라 V2.9 대비 평균 4ms 정도 적게 나오니 참고만 하면 될 듯 하다. 다음은 개인적인 경험을 기준으로 권장하는 1.5k의 링코어의 용접시간이다. +
+ 스폿용접 회로 분양!!AC 오토 스폿회로 리뉴얼 버전 타임 검증, 배포시작!! 분양 ^▽^)/ 작년 말에 리뉴얼을 마음먹고 PCB 작업을 했습니다. 마무리는 년 초 마무리 및 검증이 완료 되었지만 기존 버전 재고가 소진된 지금에서야 공개하고 배포를 시작합니다. https://mindeater.tistory.com/252 mindeater.tistory.com 관련글AC오토스폿용접기 커스텀버전 회로만들기 - 원리 이해와 회로도 및 아두이노 스케치파일 (Arduino S ino Pro mini sketch source for AC Auto Spot Weldering 출처: https://mindeater.tistory.com/2327 [MindEater™ - Life Sketch] <오토스폿 회로가 들어간 풀 회로도> 이 글은 아두이노 스케치 카테고리를 새롭.. mindeater.tistory.com HDD그라인더와 전동 드릴을 사용하여 스폿 용접기 크롬 동봉 다듬기 스폿용접을 하다보면 동봉 끝이 변형되어 눌러 붙거나 불꽃이 튀기도 한다. 이때는 사포나 줄 혹은 그라인더로 다음어 주어야 하는데, 필자는 자작한 HDD 그라인더와 전동 드릴을 이용하여 간단� mindeater.tistory.com 수지형 1.5K로 만든 스폿용접기로 도금니켈 0.3t 테스트 결과!! 테스트 스폿용접기의 재원은 다음과 같습니다. 수지형 1.5K 링코어에 2차 권선 25sq+25sq에 몇 가닥을 빼서 45sq 정도로 제작 크레토스셋으로 용접봉 연결 용접봉은 4awg 실리콘 케이블과 3mm 크롬동봉 mindeater.tistory.com [의뢰품] 0.3t 스폿가능한 AC 1.5KVA 스폿용접기 제작스케치 및 테스트!! 6호기 이후 거의 같은 디자인으로 만들고 있습니다. 상시 제작은 어렵고 수지형 1.5KVA 변압기를 보유하고 있을 때 의뢰가 오면 아름아름 진행하고 있습니다. 보통 부품 주문하고 제작하는데 일주 mindeater.tistory.com ☞ 인용은 링크(URL)로 해주세요. 본문 스크랩은 불허합니다!! ☜ |
스폿 용접기 원리 - seupos yongjeobgi wonli
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