【参赛】制作电子点焊机

hujj

    在网上看到有很多利用旧微波炉变压器改制点焊机的介绍资料，家里的微波炉变压器次级线圈击穿了，正好可以用来改制点焊机。与大家不同的是我用单片机加继电器来精确控制变压器的导通时间和两次点焊之间的间隔时间，点焊机机箱则是利用了一个旧UPS。由于从未见过点焊机的实物，网上也很难搜索到全面系统介绍制作的资料，本次制作完全是摸着石头过河，开始并无详细的整体规划，一切都是做完这一步再考虑下一步如何制作，因此整个制作过程比马拉松还马拉松，从今年的1月份开始动手，做做歇歇，直到11月份才基本完成。下图是实物正面照片：



    下图是实物全景照片：



    下图是显示屏及设置开关，屏幕中间显示设定的焊接时间，左下部显示设定的间隔时间，右下部是间隔倒计时。倒计时为零时，绿灯闪烁，单片机可以接收点焊按钮的信号。




一、控制模块
    根据初步设想，点焊机需要控制两个时间，一个是变压器的导通时间，另一个是两次点焊之间的最小间隔时间。开始打算用两个时间继电器来控制，但考虑到线路的逻辑关系比较复杂，造价也比较高。最后决定使用廉价的单片机来控制，这样会更方便灵活些，控制部分的成本也可以控制在20元之内。
    我使用的是51单片机，采用Nokia 5110液晶显示屏作显示，八位拨码开关作定时设置，单片机驱动5V的微型继电器来控制点焊机变压器的通断。
    下面是单片机控制部分的原理图，左边为主控板的线路图，包括单片机及外围电路、稳压电路、继电器及三极管驱动电路、接线端子及排针等。右上部是面板的线路图，包括LCD5110（插座）、八位拨码开关和三个LED灯。右下部是焊把线路图，仅有一个按钮开关和一个LED信号灯。



    下图为下载程序到单片机的过程，使用的开发平台为keil，普中的单片机开发板，调试通过后再下载程序到用万能板焊接的控制板上，下图为程序下载过程。



    下图为在开发板上调试LCD5110显示屏的过程，这个显示屏为48*84点阵，不带硬字库，自建了ASCII和汉字字符子集的软字库。



    下图为调试完成后的显示屏：



    程序在开发板上调试通过之后，开始用万能板来焊接主控板和显示设置面板。拆了一个老式的稳压电源，利用其变压器及桥式整流和滤波部分，使用一个7805的三端稳压块为单片机及微型继电器供电。主控板上安装了稳压块、单片机及相应元件、微型继电器及三极管驱动电路等。显示设置面板则包括了三个LED信号灯、LCD5110显示屏、设置用的八位拨码开关以及控制部分的电源开关。为了保护显示屏免受损和拨码开关防尘，找了一个老式内存卡的塑料包装盒来作窗口，安装在面板上，需要设置时打开盖操作，平时则合上防尘。参见下图：



    点焊机外壳则是利用了一个旧UPS，下图为拆卸的UPS。其中的变压器被我安装到工作台上作调试用的直流稳压电源了。



    面板制作：首先用曲线锯在面板上开窗口，这个老UPS外壳的用料足，塑料面板的厚度约有4毫米，好在我的工具比较齐全，很轻松地就开好了窗口，然后用热熔胶将内存卡的塑料包装盒粘在面板上。下图是用曲线锯在面板上开窗口：



    下图是修整窗口边缘，以便粘接保护罩：



    下图是已经用热熔胶粘接好窗口保护罩的面板：



    面板窗口制作完成后，接着来安装固定显示屏及拨码开关板，拆了一个旧充电头的外壳用来固定万用板，详见下图：



    固定好了显示屏、LED灯及拨码开关板。见下图：



    下图是面板电路组装并检测通过。面板上红色指示灯是电源灯，指示控制部分的电源是否打开。第二个是橙色的工作灯，点焊机接通工作时点亮。第三个是绿色待机信号灯，绿灯闪烁时表示可以接收点焊按钮的信号，这个灯与点焊把上的绿色信号灯同步。



    下图为打开面板上的窗口罩，进行拨码开关设置。拨码开关共有八位，最右边的一位是间隔时间设置，往上拨间隔时间为5秒，往下拨间隔时间为10秒，间隔时间显示在屏幕左下边，右下边则是间隔倒计时，尚未归零时，控制板不接受按钮输入。
左起的七位拨码开关是设置点焊时间，从60毫秒开始，每20毫秒为一档，共128档可选，开关全部往下时，间隔时间最长，约为2600毫秒，开关全部往上时，间隔时间最短，约为60毫秒。拨动开关最左一位可调整20毫秒，依次倍增，至左起第七位可调整1280毫秒，调整时可以直接在屏幕上看到设置的结果。



    下图为完成测试后的面板背面照片：



    下图为主控板及面板安装后的照片：







    至此，电子点焊机的单片机控制部分已经基本完成。

二、变压器改制
    旧微波炉拆下来的次级线圈击穿短路的变压器，拆掉次级线圈后，变压器的窗口大约为15*27mm，参见下图。当初拆卸次级线圈后，没有通电检测初级线圈是否完好，为以后的不成功埋下了伏笔。



    由于窗口太小，我没有采用粗导线穿绕的办法，而是专门买了0.6mm的铜带，通过计算，准备将铜带剪切成25mm宽的铜条，用四根铜带并叠，穿绕六圈作次级绕组，如下图所示：





    我将窗口用黄色绝缘胶带緾绕好，并在最内铜条内侧和最外铜内的外侧贴好绝缘胶带，准备开始穿绕次级线圈。





    经过实际操作，发现我太理想化了，用四根铜条只穿绕了三圈半就无法再穿绕了，并且铜条与铁芯之间短路，拆卸铜条之后检查发现用绝缘胶带来隔离铁芯是不现实的，铜条緾紧之后，几层绝缘胶带的强度根本不够，被压破短路了，第一次制作便以失败告终。
第二次緾绕前，我用旧电话卡裁剪后作为铜条与铁芯绝缘，层间绝缘依旧用黄色胶带，铜条减为三根，并削作了竹片作压紧铜条的辅助工具，而且穿绕时也没有拉的太紧，这次穿绕了六圈半。穿绕的过程参见下图：





    次级线圈穿绕完成之后，便开始通电测试，为保险起见，专门又制作了一个串联灯泡的检测线路，如下图所示。一个五眼插座和开关板，加上一个交流电压表，开关则用来控制短接灯泡，短接灯泡后，220V电压直接加在插座上。下图是串联了15W灯泡测试，加载的电压仅有十几伏，次级输出电压几乎为零。



    下图为灯泡短路后，加载的是220V电压，次级输出电压为4V。



    通电测试后发现次级线圈开路时，变压器仍然发出很大的嗡嗡声，显然是变压器发生了过载，经检查是初级线圈发热厉害，很明显是初级线圈内部有短路。由于铁芯无法拆卸，无法去排除短路故障，只好将就了。

三、点焊头的制作
    点焊头的制作是最耗费时间的过程，首先是找不到合适的点焊线，最后找了一段电焊机用的线缆，线径是足够粗了，缺点就是太硬，非常沉重。





    点焊头如何做？线缆与点焊头如何连接？这些问题我花费了几个月的时间来思考，网上也搜索了不少资料，淘宝上也反复查找过相应的材料，最后买了8毫米直径的紫铜棒来作焊针，用400A的铜鼻子做连接，找了一块5毫米厚的有机玻璃作底板，参见下图。



    底板的中间安装了一个按钮开关用作控制点焊信号的，一个发光二极管用来指示工作状态，参见下图：



    点焊开关和发光二极管通过一根鼠标线与点焊机连接，参见下图：



    用铜鼻子连接线缆和焊针（铜棒），线缆用扎丝固定在底板上。参见下图：



    下图是基本完成的点焊头，看起来有点傻、大、粗，并且铜鼻子裸露在外，手握不方便也不安全，寻思着做一个罩子将底板包起来。





    找不到合适的罩子，只好准备用有机玻璃来弯制一个。利用一块台历的底板，到百度搜索如何弯制有机玻璃，竟然还是矿坛的帖子介绍用电吹风加热的办法弯制，于是用木块做了一个模板，用夹子固定好有机玻璃，电吹风加热，很顺利地就弯制成功了。参见下图：







    罩子弯制好之后，再用自攻螺丝固定在底板上，这个点焊头就基本完成了。参见下图：





    然而又发现两根焊针端头之间的位置很容易变动，甚至会碰在一起，需要有个固定和调节装置。于是找来一块废橡胶章，刻好两条凹槽，截了一断牙刷把，用自攻螺丝固定，前后移动卡槽就可以调节两根焊针顶端的距离（参见下图）。至此，整个点焊机的制作过程全部结束。







四、测试结果及经验教训
    点焊机制作完成后，测试的结果却很不理想。我剪了铁质易拉罐来作测试，微弱的电火花仅仅在铁皮上烧出一个小坑，估计电流仅有几安培。我将点焊时间调整到2秒，测试时竟将点焊机变压器初级的6A保险丝烧断了，显然这个变压器是无法胜任点焊工作。这个点焊机虽然有个好大脑（单片机控制电路），但缺乏一个好心脏（变压器），这次制作不成功。
    总结经验，一是开始制作时未对变压器进行测试，我看初级线圈的线径够粗的，应该可以胜任点焊工作，但未曾想到会有内部短路的故障隐患。查看大家的经验介绍，次级线圈通常是绕4~5圈，我绕了6圈半，电压应该够的。另外我用紫铜片来绕制，窗口的利用率会更高，次级线圈的截面积会更大，效果也会更好。但这些措施全被初级线圈的内部短路一票否决了。二是点焊头的连线太粗，不光是增加了整体的重量，更主要是操作时不方便、不灵活。三是焊针选材不当，应该选择专用的点焊针。
    以后改进的方案：
    方案一：改造变压器，准备将变压器拆开重，新绕制初级和次级线圈，为点焊机彻底换一个心脏。
    方案二：用开关电源来替换变压器，自制开关电源或者网购家用电焊机来改造。
    方案三：用这套控制电路来改造网购的家用电焊机，使之成为点焊、电焊两用机。











补充内容 (2018-12-17 14:13):
单片机控制部分的代码另贴在【电脑与单片机】版块上，链接http://www.crystalradio.cn/forum ... &extra=page%3D1

icespirit

你制作的点焊机次级绕线太多了 只用3圈就可以了！线材用那种粗的接地线，一根或二根并联即可，还有你说的点焊效果不好，我估计你是处理原来短路次级线圈的时候没有把次级线圈下面的2块贴片拿掉，必须要拿掉的。不拿掉就是电流小效果不好，原来这种电压器叫漏磁变压器，所以在初级和次级中间夹了铁片。制作点焊机的话拿掉效果出奇的好，我也刚做了一个，也是微波炉电压器，只不过没用单片机控制,效果很好

fshwen

好事多磨，失败是成功他妈，铜带都上了如果不是初级匝间短路用起来应该很猛

hujj

正是查看了许多网友的经验介绍，都说微波炉的变压器绕4~5圈只能点焊薄金属片，稍厚一点就无能为力，所以我决定提高变压器窗口的利用率，用铜带来绕制，可以增加次级圈数，提高点焊电压，取得更好的效果。

hujj

谢谢楼上提示！这些铁片已经清除了的，换成了两层电话卡作隔离。另外次级圈数多不应该是失败的原因，电压稍高些提供的电流也会更大，点焊效果可能会更好些。目前分析主要还是初级线圈短路的原理，变压器空载时就发出很大的嗡嗡声，就象电焊机工作时一样，并且初级线圈发热，次级线圈和铁芯的温度正常。根据网友的信息分析，绕制6圈半时输出的空载电压大约为6~8伏，而我测试仅有4伏，这也佐证了初级线圈有问题。下一步准备拆开这个变压器，初步想用砂轮机将铁芯两边的磁短路焊缝磨掉，这样就可能拆开铁芯了。

icespirit

hujj 发表于 2018-12-6 08:08
谢谢楼上提示！这些铁片已经清除了的，换成了两层电话卡作隔离。另外次级圈数多不应该是失败的原因，电压稍 ...

初级这么粗都短路。。。。。。。。这概率太小了吧！以前曾经被暴力过么？用兆欧表测过绝缘电阻么？

hujj

正因为看到初级线圈线径那么粗，根本不会想到出问题，所以在开始制作时就没考虑去检测。我的这个变压器应该是层间短路，并不是与铁芯短路，用摇表是测不出的。初级与次级之间并无短路，可以排除在绕制次级时造成初级线圈受损的因素。空载初级线圈发热严重，足以证明是内部发生了层间短路。

qisee

焊针还要磨尖点。次级线圈用粗线绕比较好。

hujj

谢谢楼上指点，待下次改造变压器时再将焊针加工一下。

ailisheng

看了，不错。学习。能参赛的都值得我学习。

qie

一、变压器初级空载电流你可以用钳表测量，应该在4A左右，很大吧？就是这么大，通电时间长了当然很热。
二、我次级绕了三圈，电压2.7V，你绕了6圈只有4V，似乎有问题。感觉这个焊机很容易做成功的。

hujj

感谢楼上热心介绍，因为没有钳形表，所以我还没有测过变压器的电流，但凭直觉是超载了，否则变压器不会发出那么大的嗡嗡声。待有空时我再将变压器拆卸，至少我还不会放弃那几根紫铜片，这可是花了100多元网购的。

qie

买一只钳表吧，不要求高档，二三十元就可以了。

壹的一万次方

有没有可能是次级铜带匝间短路？缠胶带多次穿绕免不了蹭破。

hujj

壹的一万次方 发表于 2018-12-6 16:43
有没有可能是次级铜带匝间短路？缠胶带多次穿绕免不了蹭破。

应该不是，因为测试时铜带没有热感，而是初级线圈发热严重，通电时间还不足1分钟。