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熱電対 接点の溶接 熱電対を対象に溶接 熱電対の原理と実装の注意
熱電対の溶接について

熱電対を測定対象に溶接する

 熱電対を測定対象の金属に固定する方法の一つとして溶接があります。 スポット溶接は、ろう付けと異なり、一瞬で溶接を完了しますので、対象物に与える影響も最小限に留めることができます。測定対象物が高温になる金属である場合、接着剤やテープ、半田が熱で溶けてしまい熱電対を固定することが困難ですので、スポット溶接は非常に有効な方法です。

熱電対(ねつでんつい) とは

熱電対の接点を溶接する

熱電対の原理図

 

熱電対とペルチェ効果

熱電対とは

 2種類の金属線接続し、一方の接続点を熱すると電位差が生じて金属線に電気が流れます。これをゼーベック効果と呼んでいます。発生する電圧を計測することで温度がわかります。

 逆に、電流を流すと、一方の接点では発熱、他方では吸熱 現象が起きます。これをペルチェ効果と呼びます。

熱電対の接点

熱電対の接点の溶接はこちら

 

 

 

 

熱電対を測定対象に溶接する

 熱電対をステンレス、ニッケル、鋼、リン青銅、洋白、モリブデン、チタン、アルミニウムなどの金属に溶接することができます。
 

 K熱電対 心線径 0.1mm

金属種 (厚さ)
HSW-01A
ステンレス 0.2 t
ステンレス 0.5 t
ステンレス部品 3t以上
リン青銅  0.2 t
洋白     0.2 t
真鍮     0.2 t
クロメル◎ アルメル△
アルミニウム 1.0 t
×
×
※Al-Niクラッド
アルミニウム 0.2 t
アルミニウム 0.07t
モリブデン 3.0 t

※HSW-01Aは、パワーコントローラ(HSW-PC1)付加すること。 
※Al-Niクラッド ・・・ アルミ・ニッケルクラッド材を溶接し、その上に熱電対を溶接することで可能

 K熱電対 心線径 0.3mm

金属種 (厚さ)
HSW-01A
ステンレス 0.2 t
ステンレス 0.5 t
ステンレス部品 3t以上
リン青銅  0.2 t
洋白     0.2 t
真鍮     0.2 t
×
クロメル◎ アルメル△
アルミニウム 1.0 t
×
×
※Al-Niクラッド
アルミニウム 0.2 t
アルミニウム 0.07t
モリブデン 3.0 t
鉄鋳物部品 5t 以上 ○◎
銅ニッケル合金 5.0t    

※HSW-01Aは、パワーコントローラ(HSW-PC1)付加すること。 
※Al-Niクラッド ・・・ アルミ・ニッケルクラッド材を溶接し、その上に熱電対を溶接することで可能

 K熱電対 心線径 0.65mm

金属種 (厚さ)
HSW-01A
ステンレス 0.2 t
ステンレス 0.5 t
リン青銅  0.2 t
洋白    0.25 t
真鍮     0.2 t
アルミニウム 0.2t
×
×
アルミニウム 0.07t
モリブデン 3.0 t  
鋼(SKD11) 20mm厚
直径10mm、肉厚1mmCu管K熱電対を銅管に溶接(拡大) × ×

クロメル側△
アルメル側× 
CL1,P2

 

 T熱電対 心線径 0.3mm

金属種 (厚さ)
HSW-01A
ステンレス 0.2 t  
ステンレス 0.5 t  
ステンレス部品 3t以上   ○◎
リン青銅  0.2 t  
<評価中>
コンスタンタン◎ 銅○
洋白    0.25 t  
<評価中>
<評価中>
真鍮     0.2 t  
アルミニウム 0.2 t  
コンスタンタン◎ 銅×
アルミニウム 0.07t  
<評価中>
モリブデン 3.0 t  
 

 T熱電対 心線径 0.65mm

金属種 (厚さ)
HSW-01A
ステンレス 0.2 t   <評価中>
ステンレス 0.5 t   <評価中>
リン青銅  0.4 t   <評価中> コンスタンタン◎ 銅△○
洋白    0.25 t   <評価中> <評価中>
真鍮     0.2 t   <評価中> ココンスタンタン◎ 銅△
アルミニウム 0.2t   <評価中> コンスタンタン○ 銅×
アルミニウム 1.0t   <評価中> コンスタンタン△ 銅×
モリブデン 1.0 t   <評価中> コンスタンタン○ 銅×
チタン 0.5 t   <評価中>
鋼(SKD11) 20mm厚 コンスタンタン△ 銅× コンスタンタン○ 銅× コンスタンタン◎ 銅△○
 

熱電対を鋼板に溶接

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熱電対の溶接<右ボタン→再生で動画を再生>
Macは control クリック→再生
熱電対を鋼板に溶接<右ボタン→再生で動画を再生>
Macは control クリック→再生
(1) 0.65φのK型熱電対を、棒状電極上で溶接ペンを用いて溶接。(写真左)
(2) (+)極を接続した棒状電極を鋼板にあて(写真右)
(3) (1)で作成した熱電対の接点部を鋼板にのせて、その上から(−)極を接続した溶接ペンを押し付けます。
(4) HSW-03機では、電圧15V, パルス幅 1.5mS にて熱電対を鋼板に溶接しました。
   

熱電対の鋼(SKD11)ブロックへの溶接

K熱電対を鋼ブロックに溶接
T熱電対を鋼ブロックに溶接
 K型熱電対を鋼(SKD11)に溶接 (HSW-01A/02A)

・電極はHSW-EB1と溶接ペン(標準装備)使用
・心線径 0.65mm(写真) では、アルメル・クロメル
どちら側もブロックに溶接可能
   
  T型熱電対を鋼(SKD11)に溶接 (HSW-01A/02A)
    ・電極はHSW-EB1と溶接ペン(標準装備)使用
・心線径 0.65mmでは、コンスタンタン側は溶接可能,
銅側は不可
・銅線の溶接は、HSW-02Aの使用で心線径0.5mm
以下なら可能と思われますが、今後検証して
まいります 。(根拠ページ


 

熱電対をモリブデンに溶接

熱電対をモリブデンに溶接

外形5mmのモリブデン棒(MVB)を3mm厚にスライスした素材に、熱電対を溶接しています。

K熱電対(素線径0.3mm)   (上)
T熱電対(素線径 0.4 ,0.2mm) (下)
<HSW-02AとHSW-EB1を利用>

溶接可否を調べるため個別に溶接しました
機種別状況は、こちらをご覧ください。
   

プリント基板への溶接

  プリント基板の温度測定を行うため、銅箔に熱電対を溶接したい場合があります。下の写真では、心線径0.32mmのK型熱電対を、HSW-02A機を利用してプリント基板に溶接しました。プリント基板の銅箔は20μ 程度と 薄いため、電力が小さければ熱電対は基板の銅箔に溶着せず、逆に大きすぎれば銅箔は焼き切れて剥離します。(本例は、HSW-02AHSW-PC1PSW-H3電極を使用、電圧15V,パルス幅200μSで溶接しました)
K熱電対先端の溶接   K熱電対先端の溶接
あらかじめ先端を溶接し、基板のレジストは除去
説明図

基板に熱電対を溶接する
溶接ペンでも溶接可能ですが、
ここでは、PSW-H2電極を使用
グルーガンで熱電対を基板に固定する
強度を上げるためグルーで固定

各種部品への溶接
小ネジをEB1に固定 小ネジに0.05K熱電対を溶接
 M 1.2の小ネジに太さ0.05mmのK熱電対溶接した例です。HSW-03機とHSW-TC1電極を用いて、アルメル線とクロメル線を溶接した後、棒状電極上に置いた小ネジに熱電対を電圧5.4V、パルス幅80μSで溶接いたしました。HSW-03機の代わりに HSW-02A +HSW-PC1でも同様に溶接可能ですが、設定値が読める HSW-03 を使用しました。
   

 

直接測定対象の金属に熱電対を溶接することが困難な場合

   

(1)熱電対の接点部を溶接します。
K熱電対0.65

(2)銅管にニッケル板をバンド状に溶接
銅管にバンド状に溶接

(3)ニッケル薄板に熱電対を溶接。 <拡大>

K熱電対を銅管に溶接(拡大)
  直径10mm、肉厚1mmの銅管に2点で溶接

 上の方法では溶接強度不足の場合、銅管にニッケル薄板を巻き、ニッケル薄板に熱電対を溶接することで、熱応答は遅くなりますが強度は上げられます。

銅管と熱電対

***** 熱電対用スポット溶接機 推奨セット *****

HWE-TC1

***** 熱電対用推奨セット *****

01TC

HSW-01A熱電対セット

02TC

HSW-02A熱電対セット
 熱電対専用 ピンセット電極(PSW-TC1)
使用すると、直径0.025mmでも、肉眼で目視確認しながら、熱電対を溶接することができます。

溶接電圧を調節する必要がありますので、HSW-01A及びHSW-02A型機ではパワーコントローラ(HSW-PC1)を併用してください。  HSW-02A型機はパルス幅も調整が出来るので,HSW-01Aより格段に溶接しやすくなります。

HSW-03溶接機は、標準で電圧調整機能も装備していますので、パワーコントローラ(HSW-PC1)は不要です。
TCピンセットを使用

熱電対を溶接する動画

Windows標準のMediaPlayerで再生できます
顕微鏡
熱電対の溶接は肉眼で行いましたが、
状態確認と写真撮影には顕微鏡を用いました
 HSW-03型機では、溶接電流パルス幅に加えて溶接電圧も調節可能なため、HSW-02A型機で必要だった パワーコントローラも不要です。さらにLCDパネルに値が表示されるため、HSW-02Aよりも、最適値の再現性が高くなります。また、フットスイッチが付属し、HSW-02Aの2倍の溶接容量を有するため、厚手の金属材料の溶接など幅広く利用可能です。