스팟용접기 동작 원리

우연히 스팟용접기에 대한 얘기를 주고받다가 배터리에 니켈스팟치는데 사용중인 미니스팟 사용기를 써 본다.

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미니스팟용접기(하하jo안양 님 버전)을 수년간 사용해 오고 있다.

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청소기 배터리가 고장나거나, 수명이 다하여 교체해야 할 상황이 생겼을때

어쩌다 한번씩 사용중인 초 라이트 유저이며

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중고로 구했던 미니스팟(배터리 이용한 무선 스팟용접기)에 같이 달려왔던 기존 배터리가

스웰링 현상이 이미 생기고 있었기에

알리에서 2S 리튬폴리머 RC용 배터리를 구입하여 사용중이다.

※ 의외로 알리의 RC 배터리는 상당히 정상적인 상품이 유통되는것 같음

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미니스팟용접기 계에서 유명한 분들이 몇분 있는데

위 미니스팟을 제작하신분은 남들이 이쪽에 대해 잘 모르던 거의 초창기 시절에

미니스팟을 만드신 분인것 같다.

(이런 회로 이해하고 설계할 수 있는 능력이 신기하기도 하고 부러울 따름)

기존 배터리가 수명을 다해가는지 힘이 떨어지는데다

배까지 불러오고 있어서 위험할 수도 있겠다 싶어서

알리에서 RC용으로 스펙 및 용량 넉넉하게 새 배터리 주문하여 현재까지 만족하면서 사용중이다.

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다만

새 배터리가 크고 무거운데다 전선 길이도 애매하게 짧다보니(rc용이라 당연)

아무래도 무선 스팟 용접기라는 장점을 살리지 못할때가 자주 있다.

즉 작업이 불편하다는 의미이다.

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그렇다고 배터리 선을 길게 할 수도 없으니,

여러번 스팟쳐야 할 경우에는 거치대 비슷한 것을 가져다 놓고 배터리를 적당히 그 위에 올려놓은채

요령껏 작업을 진행해야 한다.

게다가 한손으로 잡고 사용하게 되어있다보니

두개의 용접봉 끝이

니켈띠에 서로 같은 힘으로 닿아있는지 알기도 어렵고

그 힘을 균등히 조정 하기는 더 어렵다.

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차라리 요즘 많이들 쓰는 형태처럼 용접봉이 각각 별도로 따로 떨어져 있어서

한손에 용접봉 하나씩 잡고 스팟칠 수 있다면

작업의 정확도가 훨씬 올라갈 것 같다.

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모재(주로 배터리의 +극 또는 -극)에 니켈띠를 확실히 접촉되도록 올린 상태에서

스팟용접기의 용접봉 2개가 균일한 힘을 가지고 니켈띠를 누르면서 모재에 딱 밀착되도록

지그읏~시 눌러주면서 버튼을 눌러야 실패하지 않는다.

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미니스팟 구조상

아무리 신경을 쓰더라도 양쪽 용접봉이 같은 힘을 받도록 접촉시키기는 어렵다보니

실제 스팟을 치고 나서 보면 대부분 한쪽이 더 강하게 녹아 붙어 있다.(즉 한쪽으로 쏠려있음)

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잘 쓰고있던 미니스팟에 대한 불평만 늘어놓았는데..

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내가 어렴풋이 이해하고 있는 스팟 용접기의 원리는 다음과 같다.

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순간적으로 대전류를 흐르게 하여

저항이 높은 지점을 통과할때 발생하는 열로

니켈을 녹여서 용접하게 된다.

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대전류를 순간적으로 발생시키는 방법에 따라

고방전 배터리를 이용하거나 수퍼컨덴서를 이용한 무선 방식이 있고

유선방식으로는 변압기의 트랜스를 이용하거나 링코어를 이용하는 방식등이 있다.

(유선방식의 용접기를 만드려면 작업이 험하여 체력과 인내심 및 작업후 후처리 청소 정리가 필요하여, 작업장 없는사람은 사실상 도전하기 어려워 보임)

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발생된 대전류가 흐르는 경로상 특정 지점의 저항을 높게 만들어,

그 지점의 니켈이 녹을만큼 짧은 시간동안 열을 발생시켜야 하는데

그림으로 그려보면 대략 아래와 같다.

알다시피

구리는 열전달도 잘되고 전기도 잘 통한다.(=저항이 낮다)

게다가 구리봉 두께도 엄청 굵음.

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니켈도 도체이긴 하지만 구리에 비하면 저항이 높다.(거기다가 접촉면이 점이라서 면적도 갑자기 좁아짐)

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대용량의 전류는

왼쪽 구리막대기를 통하여 니켈띠로 진입하고,

니켈리본 과 모재(배터리 )을 거쳐서 다시 오른쪽 구리막대기로 나가야 한다.

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여기서

제일 저항이 높고 통과하기 어려운 지점에서

저항으로 인한 열이 집중 발생할 것이다.

그 지점이 바로 구리봉의 뾰족한 끝이 니켈띠와 극히 좁은 면적에서 접촉하는 두군데 이다.

(위 빨간 SPOT !!!)

구리는 열전도율도 좋고 저항도 낮은데다 두껍기까지 하다보니 전류가 잘 진행해오다가

갑자기 저항이 높아지면서 입구 마저도 "점(SPOT)"으로 확 좁아져 버리는

병목구간을 만나게 되면서

갑자기 높아진 저항에 의해 발생된 열은 그 주위의 열전도율도 상대적으로 낮고 얇은 니켈판을 녹일것이고

녹은 니켈은 모재에 흘러내리면서 식어 붙으면서 마치 녹아서 용접된 것처럼 될 것이다.

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니켈이 두꺼울수록 더 큰 전류 혹은 더 오래도록 전류를 흘려야 할 것이며

니켈 아닌 철이나 알루미늄도 조건만 맞출 수 있다면 스팟용접이 가능할 것이다.

(자동차용 스팟 용접은 동일한 원리로 철판을 순간적으로 녹여 접합하는 것이며,

니켈띠보다 훨씬 두꺼운 철판을 녹여서 붙일 정도의 용량이 필요하므로

집에서 취미용으로 사용하는 RC용 배터리 정도로는 어림없을것이다)

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일반인이 가장 필요로 하는 사용처가 배터리 스팟치는 용도이기때문에

이정도 급의 미니스팟 용접기 혹은 유선 스팟 용접기가 많이 보급된 것 같다.(요즘은 알리발 DIY Kit도 많이 보임)

※ 스텐레스나 철판 스팟용접은 기계가 있더라도 겁나서 집안에서는 사용 못할것 같음.

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니켈띠의 두께에 따라 전류를 조정하는 방법보다는 시간을 조정하는 방법을 많이 사용하고 있다.

내가 가진 미니스팟용접기로는 0.2T 니켈은 버겁고, 0.15T정도는 무난하게 용접된다.

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만약 니켈보다 전기가 더 잘 통하는 재질(예를들어 구리등)이라면 훨씬 더 큰 전류를 흘려야 할것이고

니켈이 아닌 다른 금속재질을 사용하려 한다면, 그와 관련한 데이터가 있어야지 시도해 볼 수 있을것이다.

니켈의 경우 대략 어느정도 두께인 경우 어느정도의 전류를 얼마정도의 시간 동안 흘리면 니켈이 녹아서 용접이 이루어지는지 많이 알려진 상태이다.

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더구나 니켈은 여기다 납땜도 수월하게 잘되니...

(알루미늄에 납땜 한번 해 보려다가 말도 못할 고생하고는 결국 실패하였음)

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※ 미니스팟 용접기의 경우 작은 막대기 끝에 용접봉 2개가 달려있어서 각도 및 힘조절이 어렵다보니

요즘 많이들 나오는 알리발 스팟용접기 Kit을 구해볼까 싶기도 하다.

스팟 시도가 실패할 경우, 그 전류가 고스란히 FET으로 되돌아 가서 FET이 고장나는 경우가 많다고 한다.

다행히 내 미니 스팟기는 여러번 실패했음에도 아직 고장나지 않고 잘 견디고 있는 상황이다.

만약 고장나면 알리발 봉 분리형 스팟 용접기로 갈아 타보려 한다.

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