Мастерская

Аппарат точечной сварки на Arduino для аккумуляторов

Точечная сварка на Arduino собирается из трансформатора микроволновки с новой вторичной обмоткой в 2 витка толстого кабеля, симистора в первичной цепи и Arduino, которая через оптосимистор задает длительность импульса. Импульс подбирают на обрезках ленты, пока при отрыве на банке не остается кусочек металла. Аппарат работает от сети 220 В, поэтому корпус, автомат и заземление обязательны.

Зачем аккумуляторы сваривают, а не паяют

Литий-ионные элементы 18650 и 21700 собирают в батареи для шуруповертов, электровелосипедов, фонарей и самодельных пауэрбанков. Соединяют их никелевой или никелированной стальной лентой, и делают это контактной точечной сваркой. Паяльник для этого подходит плохо: чтобы припой схватился с корпусом банки, ее приходится прогревать несколько секунд. Тепло уходит внутрь, страдают сепаратор и изоляционная шайба у плюсового контакта, а в худшем случае банка теряет емкость или становится опасной.

Точечная сварка греет металл импульсом длительностью в десятки миллисекунд. Ток в тысячи ампер проходит через маленькое пятно между двумя электродами, лента и корпус банки локально плавятся и схватываются, а сама банка не успевает прогреться. Готовые аппараты продаются, но многие собирают свой из трансформатора старой микроволновки и платы Arduino: это дешевле, и длительность импульса настраивается точно под свою ленту.

Ниже разобрана рабочая схема такого аппарата: силовая часть, управление на Arduino, логика программы и настройка. Это проект для тех, кто уже собирал устройства с сетевым питанием. Без опыта работы с 220 В начните с готового аппарата.

Из чего собирают аппарат: список деталей

Ленту для сборки берут толщиной 0,1-0,2 мм. Чистая никелевая сваривается легче и лучше проводит ток, никелированная сталь дешевле, но требует более длинного импульса и сильнее греется под нагрузкой.

Переделываем трансформатор от микроволновки

1. Снимите трансформатор, запомните, какие выводы относятся к первичной обмотке (толстый провод, две клеммы).
2. Удалите вторичную высоковольтную обмотку. Она тонкая, витков много, сидит плотно. Ее срезают ножовкой или зубилом с одной стороны сердечника, а остатки выбивают выколоткой. Не повредите эмаль первичной обмотки.
3. Выбейте магнитные шунты - две пластины стали между обмотками. Они ограничивают ток, а для сварки он нужен максимальный.
4. Намотайте новую вторичную обмотку: 2 витка медного кабеля большого сечения. Кабель прокладывают в освободившееся окно плотно, без перехлестов.
5. Концы обмотки опрессуйте медными наконечниками под болт, обожмите и пропаяйте. Сварочные провода к электродам делайте как можно короче.

На выходе получится несколько вольт без нагрузки. Опасности поражения током вторичная обмотка не несет, зато ток короткого замыкания огромный: металлическое кольцо или браслет, замкнувшие провода, раскалятся за секунду. Снимайте украшения перед работой.

Силовая часть: симистор, оптосимистор, защита

Arduino не может напрямую включить первичную обмотку: сетевое напряжение и логика 5 В должны быть надежно разделены. Для этого в первичную цепь ставят симистор, а им управляет оптосимистор, внутри которого светодиод и фотосимистор разделены изоляцией в несколько киловольт.

Схема по блокам

1. Сеть 220 В идет через автомат или предохранитель и выключатель на первичную обмотку трансформатора и последовательно через силовые выводы симистора.
2. Управляющий электрод симистора подключается к выходу оптосимистора через ограничительный резистор. Номинал берут из типовой схемы в документации на оптосимистор.
3. Светодиод оптосимистора подключается к цифровому выходу Arduino через резистор, задающий ток в пределах, указанных в документации.
4. Параллельно симистору ставят RC-цепочку (снаббер): конденсатор на 600 В и резистор. Она защищает симистор от выбросов напряжения при отключении индуктивной нагрузки.
5. Симистор крепят на радиатор через изолирующую прокладку, если у корпуса неизолированная подложка.

Переход через ноль и бросок тока

Есть оптосимисторы с детектором перехода через ноль (MOC3061-3063) и без него (MOC3020-3023, MOC3051-3053). С детектором схема проще: импульс всегда длится целое число полупериодов сети по 10 мс. Минус в том, что включение трансформатора именно в нуле напряжения дает максимальный бросок тока намагничивания, и первый полупериод может "пробить" автомат. Поэтому часть мастеров ставит оптосимистор без детектора, а момент включения задает программа по отдельному детектору нуля, сдвигая открытие ближе к пику напряжения. Для домашнего аппарата годятся оба пути, второй стабильнее по результату.

Arduino: кнопки, дисплей и педаль

Электронная часть несложная и собирается на макетной плате или куске монтажной платы.

• Кнопки настройки. Две кнопки меняют длительность основного импульса (плюс и минус), еще две - длительность предварительного импульса или количество импульсов. Каждую кнопку подтягивают резистором 10 кОм к питанию или земле, либо включают встроенную подтяжку входа.
• Дисплей. Символьный 1602 по параллельной шине или через переходник I2C, который экономит выводы. На экран выводят текущие значения в миллисекундах.
• Педаль. Подключается как обычная кнопка, но провод к ней делают экранированным или хотя бы витой парой: рядом мощный трансформатор, и наводки могут вызвать ложное срабатывание.
• Питание. Arduino запитывайте от отдельного стабилизированного источника, а землю логики не соединяйте с сетевой частью. Единственная связь с сетью - через оптосимистор.

Корпус для всего этого лучше взять пластиковый для электроники, а трансформатор и симистор разместить в металлическом или прочном пластиковом корпусе с вентиляционными отверстиями. Если корпус металлический, его обязательно заземляют.

Вторую жизнь старой технике дают и другие самоделки: похожий подход описан в статье о вакуумном насосе из компрессора холодильника.

Логика скетча: двойной импульс и защита от повтора

Программа для такого аппарата умещается в сотню строк. Важно не количество кода, а правильная последовательность действий.

1. Старт. Выход на оптосимистор сразу переводится в низкий уровень, чтобы при включении аппарат не сварил сам. Из энергонезависимой памяти EEPROM читаются последние настройки.
2. Опрос кнопок. С программным подавлением дребезга: нажатие засчитывается, если кнопка держится нажатой 20-50 мс. Значения времени ограничиваются минимумом и максимумом, после изменения сохраняются в EEPROM.
3. Ожидание педали. Сварка запускается только по фронту нажатия: пока педаль не отпущена, повторный импульс невозможен. Это защищает от "очереди" импульсов, если нога задержалась на педали.
4. Предварительный импульс. Короткий импульс, обычно в 3-4 раза короче основного. Он очищает и прижимает контакт между лентой и банкой, выжигая окисел.
5. Пауза в несколько десятков миллисекунд, чтобы металл немного остыл.
6. Основной импульс заданной длительности. Если используется оптосимистор с переходом через ноль, длительность удобно задавать числом полупериодов по 10 мс.
7. Блокировка на полсекунды-секунду после сварки, чтобы трансформатор и симистор не перегревались при частых нажатиях.

Настраиваем импульс на обрезках ленты

Точных цифр для всех аппаратов нет: результат зависит от трансформатора, длины и сечения проводов, толщины ленты и даже степени заточки электродов. Поэтому импульс подбирают опытным путем, и делают это на обрезках и на разряженной старой банке, а не сразу на батарее.

1. Начните с минимальной длительности основного импульса, например одного-двух полупериодов, и предварительного импульса в один полупериод.
2. Прижмите электроды к ленте на банке с заметным усилием, расстояние между ними 3-5 мм. Нажмите педаль.
3. Попробуйте оторвать ленту плоскогубцами. Если она отходит чисто, импульс слабый, увеличьте его на шаг.
4. Хорошая точка: при отрыве лента рвется вокруг сварной точки, и на банке остается приваренный кусочек металла.
5. Признаки перебора: брызги металла, прожог ленты насквозь, темное пятно побежалости на корпусе банки. Уменьшите импульс.
6. Найдя рабочий режим, запишите его для этой ленты. Для другой толщины и материала настройка своя.

Каждое соединение ленты с банкой делают двумя-четырьмя точками. Электроды периодически зачищают и подтачивают до скругленного кончика: налипший никель и окалина резко ухудшают сварку.

Техника безопасности при сварке аккумуляторов

• Сеть 220 В. Все сетевые соединения изолированы и закрыты корпусом, в первичной цепи стоит автомат, металлический корпус заземлен. Розетку подключайте через УЗО. Любые переделки только при вынутой вилке.
• Глаза. При сварке летят искры и брызги расплава. Работайте в защитных очках.
• Аккумуляторы. Перед сборкой проверьте, что изоляция банок цела, а напряжения элементов в сборке совпадают. Не сваривайте банки, которые вздулись, побывали в воде или были перегреты. Держите рядом металлический противень и песок: литиевый элемент, если загорится, водой тушить бесполезно.
• Короткое замыкание батареи. Пока собираете батарею, ленты и инструмент легко замыкают выводы. Работайте по одному ряду, закрывайте открытые выводы каптоновым скотчем.
• Перегрев аппарата. Трансформатор микроволновки рассчитан на работу с вентилятором. При длительной сборке он нагревается, давайте ему остывать.
• Украшения. Кольца, часы и браслеты снимайте: сварочный ток через них вызывает ожог.

Если вас интересуют другие самодельные электрические устройства, обратите внимание на правила безопасности в материале о самодельном кварцевом обогревателе, а для механики мастерской пригодится разбор старого двигателя АО 41-4.

Частые вопросы

Источники

• BTA40, BTA41, BTB41: 40 A standard and Snubberless triacs (datasheet), STMicroelectronics
• MOC3061M, MOC3062M, MOC3063M: 6-Pin DIP Zero-Cross Triac Driver Optocoupler (600 Volt Peak) (datasheet), onsemi
• Контактная сварка для аккумуляторов 18650, Хабр

Статья подготовлена редакцией журнала Uleyrus и носит информационный характер. Цены указаны на октябрь 2026 года и зависят от региона. Заметили ошибку - напишите на admin@uleyrus.cc.