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2015년 8월 30일 일요일

스폿 용접기 자작(Homemade Spot Welder)

현장에서 줏어 모은 구리선을 고물상에 팔러갔다가 마당에 딩구는 전자레인지용 Transformer를 발견하고 일금 3,000원에 샀다.

예전부터 갖고 싶었던 배터리 단자 Welding용 Spot Welder를 만들기로 하였다.

이  DIY Spot Welder는 상당히 인기가 있는 것이라 인터넷에 여러가지 모델이 올라와 있지만 사용하는 재료가 한국 실정에 맞지않는 것도 많아 따라하기가 그리 쉽지 않았다.

내가 실시한 이 방법은 한국에서 쉽게 구할 수 있는 재료로 만든 것이므로 원하시는 분은 마음만 먹으면 언제든지 만들 수 있는 가장 한국적인 Spot Welder라고 자부한다.

프레임은 인테리어 현장에서 일하다가 줏어둔 마루판을 이용하였다.

완성된 Spot Welder

아래는 제작에 소요된 자재 및 공구 리스트 이다.

자재 리스트
 1. Transformer, 전자레인지용 - 1kVA - 1개
 2. 마루판(또는 합판) - 180*150*15mm - 1개
 3. Bolt, Hinge - M6x35mm - 1개
 4. Nut, Wood - M6 - 1개
 5. Nut, Hex. - M6 - 1개
 6. Washer, Flat - M6 - 1개
 7. 베크라이트 Sheet - 265*50*9mm - 1개(나무 막대로 대신할 수 있다, 이 경우 볼트길이 조정)
 8. Bolt, Countersink - M5*10 - 2개
 9. Nut, Wing - M5 - 2개(없으면 보통의 육각너트)
10. Washer, Flat - M5 - 2개(케이블 단자 고정용, with Wing Nut)
11. Copper Cable - 25sq.mm(연선) - 2m
12. Terminal, Solderless - 25sq*5mm - 2개
13. Cable Tie - 100mm - 3개
14. Terminal - 0.25" Faston, Female - 3개(직접 납땜으로 연결해도 된다)
15. Terminal - 0.25" Faston, Male - 1개
16. Tube, Heat shrinking - 8mm - 30mm(Faston Terminal 절연용)
17. Cord, AC Input - 1.25sq - 1m 정도
18. Switch, Foot - 1개(없으면 직접 연결하고 멀티텝의 스위치를 이용한다)
19. Screw, Wood - 10mm - 4개(Transformer 고정용)
20. Bus Bar - 15*2mm - 12cm (전극 2개 제작용)

사용한 공구
1. Hack Saw or Wood Saw
2. Hand Grinder, 4" with Cutting Blade
3. Electric Drill with 5.2/6.2/12mm Drill Bits
4. Philips Head Screw Driver, #2
5. File, Flat
6. Electric Soldering Iron
7. Terminal Plier(없으면 전선을 터미널에 납땜한다)
8. Glue Gun & Glue
9. Hole Saw, 28mm
10. 권척, Heat Gun(라이타로 대용 가능),기타 일반 공구

만드는 순서

1. 전자레인지용 Transformer의 2차측 권선을 잘라낸다. 1차측 권선이 상하지 않도록 조심한다.

2. 25sq.mm의 전선을 2차측이 제거된 Transformer에 3 바퀴 감는다. 시작 부분을 약 30cm 정도 남겨 두면 적당하다. 자투리 전선은 1미터 단위로 팔기 때문에 2m를 구입하였으나 약간 남았다.

3. 마루판(8mm 이상의 합판으로 대치 가능)에 Transformer를 4개의 Wood Screw로 고정한다.

위쪽의 뿕은 색이 높이 조절용 베크라이트 판
4. Transformer의 Mounting Bracket가 폭이 넓어 바로 서지않아 반대측에 높이 보상용으로 베크라이트 판을 절단하여 Glue Gun으로 붙여서 (사진 참조) 마루판과의 높이를 맞추었다.
5. 전극용 암으로 사용된 베크라이트는 내가 가지고 있는 것에서 별도의 절단없이 사용한 것이다. 그래서 필요없는 구멍도 몇개 보이며 앞쪽으로도 필요없이 길다. 용접 작업을 할 때 필요할까 싶어 앞 부분을 그대로 남겨 두었는 데 꼭 필요 하지않아 실제 사용하는 길이는 200mm 정도면 된다. 먼저 한쪽에 Hinge용 구멍을 뚫는다. M6 Bolt 이므로 6mm ~6.2mm의 구멍을 뚫으면 된다. 밖에서 안쪽으로 약 12mm 정도 위치가 적당하다.

6. 사진과 같이 뒤쪽으로 갈 케이블이 통과할 약 12mm의 구멍을 뚫어준다.

앞쪽에서 본 두 전극, 우측이 뒤에서 연결된
전극(고정용 접시머리 나사 머리가 조금 보인다)
7. 전극으로 사용할 재료 선정에 상당한 고민을 하였는 데 무턱대고 나가서 청계천 주변 상가를 헤메다가 Bus Bar 판매점을 발견하고 구리 재질의 Bus Bar 한토막을 구입하여 사용하였다.

8. 베크라이트 판의 끝에서 약 170mm 및 190mm 지점에 Bus Bar 고정용 5mm 구멍을 뚫는다.

9. Bus Bar가 꼭 끼일 수 있도록 Hand Grinder로 베크라이트 판의 표면을 Bus Bar의 폭만큼절단을 하고 홈을 만든다. 구멍 사이의 간격이 20mm 이므로 전극을 밀착 시키기 위하여 위쪽의 Bus Bar는 약간의 각도를 주고 전극을 약간 비틀어 간격을 조정하였다.
뒤 부분의 볼트가 앞 부분의 Solderless Terminal에 접촉을 하지 않도록 접시머리 볼트(Countersink head)를 사용하였다. 만일 이런 모양의 볼트를 구하기 어려운 경우 보통의 육각 볼트를 사용하고 뒤쪽의 전극 고정 구멍을 앞쪽의 전극과 충돌하지 않도록 높이를 높게하고 전극의 길이 조금 더 길게하면 된다.

나무에 박아서 사용하는 특수 너트와 육각너트
10. 마침 가지고 있는 목재 가구에 사용되는 나무에 박을 수 있는 특수 너트가 있어 힌지용 구멍에 망치로 박은 뒤 M6 볼트를 넣고 풀리지 않도록 뒤에 Lock Nut를 체결하였다.
좌측 전극이 뒤쪽의 전극(앞으로 꺽여있음)
11. 뒤쪽의 전극은 두번 꺽어서 앞쪽의 전극과 같은 평면이 되도록 성형하고 끝 부분은 비스듬히 잘라내고 줄질을 하여 사진과 같이 전극의 모양을 만든다. 완성된 전극의 위치에 맞게 전선을 절단하고 Solderless Terminal을 압착하고 볼트및 나비너트를 사용하여 전극을 조립한다. 
0.25" Faston Terminal로 처리한 단자
12. 중고 시장에서 구입한 Foot Switch가 있어 Power Cord 사이에 결선하여 사진과 같이 연결하였다.

이동용 손잡이 구멍
13. 이동 시 쉽게 잡을 수 있도록 28mm Hole Saw를 이용하여 구멍을 하나 뚫었는 데 위치 선정이 잘못되었다. Transformer가 매우 무겁기 때문에 Transformer의 중심에서 5mm 정도 앞쪽에 뚫으면 Balance가 적당할 것이다. 추후 구멍을 하나 더 뚫어 두 손가락으로 잡을 수 있도록 할 예정이다.
좌측 위에 보이는 까만 색갈의 볼트는 사용된 목재가 마루판이라 방향성이 있어 목재용 특수 너트를 박느라고 망치로 때리는 과정에서 마루판이 가로로 갈라진 것을 깊은 구멍을 뚫고 긴 목재용 Screw를 박아 수리한 것이다.

만들어진 이 Spot Welder를 이용하여 18650 Li-Ion 배터리에 단자를 Welding 해 보았는 데 그리 쉽지는 않았다. 전극을 누르는 힘 및 통전 시간을 적절히 조절해 주어야 하는 데 앞으로 많은 연습이 필요할 것으로 생각된다.
타이머를 활용하여 통전 시간을 설정하는 방법을 추가하여아 할 것 같다.

며칠전 Aliexpress.com에서 5초짜리 타이머를 구입하였다. 이 타이머가 도착하면 통전 시간을 0.6초 내외로 조정하는 회로를 추가할 생각이다.

참고 사항: 전자레인지용 Transformer의 2차측(매우 가는 코일로 구성된 부분)을 잘라내는 것은 그리 쉬운 일이 아니다. You Tube에 나와있는여러가지 방법의 동영상(아래의 링크 참고)을 볼 수 있다.

https://www.youtube.com/watch?v=0md3HyohxCk

나는 Hack Saw로 코일의 한쪽을 자르고 망치로 때려서 밀어내는 방법을 선택하였다. Grinder로 용접 부위를 잘라서 분해하는 방법도 있는 데 재 용접을 할 수 없는 경우에는 내가 한 밀어내기 방법이 유용하다.

타이머 회로 추가

중국의 Aliexpress에 주문한 Timer가 오늘(2015.09.24) 도착하여 앞서 말한대로 타이머 회로를 추가하였다. 사용한 타이머는 5초 짜리인 데 사실 최대 1초짜리면 보다 정밀하게 제어할 수 있는 데 그런 제품은 구할 수가 없어 5초짜리를 구입하였다.

추가한 자재 LIST
1. Timer, 220V, 5Sec (1)
2. DIN Rail Socket for Timer (1)
3. Relay, 220V, 2a2b (1)
4. DIN Rail Socket for Relay (1)
5. DIN Rail, 75mm
6. Others, AWG #18 Electric Wire, Screws, Wire Clip


기존의 Transformer 옆에 자리가 있어 이 공간을 활용하였다.
DIN 레일 한토막을 설치하고 레일 위에 Relay 와 Timer를 설치하였다.


회로는 220V Relay 하나와 5초짜리 타이머 하나를 이용한 것인 데 오랬동안 시퀀스 회로를 만들어 보지않아서 인지 한참동안 헤메었다.
Foot Switch로 Relay를 구동하고 이 Relay의 접점이 Timer 코일과
Transformer를 통전 시킨 뒤 설정시간 0.3~0.5초) 후 Timer의 Delay Off 접점이 Transformer의 전원을 차단하는 것으로 하였다.
초기에 Relay 없이 시도하여 잘 되지 않아 Relay를 추가하였는 데 완성 후 검토해 보니 Relay 없이도 R의 접점 자리에 Foot Switch 를 연결하면 문제가 없을 듯 하다. 일단 이 Relay는 Foot Switch의 접점을 보호하는 용도로 생각하자.
Foot Switch를 꾹 밟고 있는 동안에 설정 시간이 되면 Transformer에 공급되는 전원을 Timer의 b 접점이 짤라준다.

댓글 8개:

  1. 니켈 카드뮴 배터리 관련글을 보다가 제 전공이 아닌 다른 전공의 지식들을 명쾌하게 알려주시는 것을 보고 즐겨찾기 하게 되었습니다.

    혹시 배터리에 시거잭을 연결할 때, 키온(시동이 걸렸을 때만 작동하게 하는방식, 시거잭에 스위치가 필요 없음)상태로의 연결, 상시전원연결같은것과 배선을 어떻게 해야 적당한지 같은 정보도 시간이 나실 때 작성해주실 수 있으신가요?

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    1. 혼잣말 처름 하시어 무슨 뜻인지 이해가 잘 되지 않습니다.
      원하는 요점을 다시 정리해 주시면 한번 해 보겠습니다.

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  2. 와~~~대단하심니다~~~ 자작 스폿 용접기 혹시 스텐판이나 철판도 가접 가능한지요??

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    1. 스폿 용접은 말 그대로 극히 작은(직경 1mm 내외) 점을 용접하는 것이지만 이 용접기가 흘릴 수 있는 전류가 제한적이라 용접하는 재질의 두께가 문제가 됩니다. 두꺼울 수록 큰 전류가 필요합니다. 0.8mm 철판 정도는 해 보았습니다.

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  3. 0.3 mm 3장 겹치기 총 두께 0.9 mm 가능 한지요?

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  4. 나는 입으로만 떠드는 사람은 싫어합니다.
    귀하도 한번 만들어 실험해 보세요.

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  5. 나는 입으로만 떠드는 사람은 싫어합니다.
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