Solda de Pontos (Spot Welder) com Arduino Nano: Controle Preciso de Soldagem DIY

Componentes e Materiais Necessários

Componente	Quantidade	Observações
Arduino Nano R3	1	O cérebro do controlador
Display LCD Alfanumérico 20x4	1	Interface do usuário
DS3231 RTC (Real Time Clock)	1	Relógio de tempo real para data/hora e temporização
Encoder Rotativo com Botão (Push-Button)	1	Controle de todo o sistema (navegação menu + seleção)
Fios Jumpers (genéricos)	1	Para conexões
Chave Pushbutton (botão de solda)	1	Botão de acionamento da solda
Resistor 10kΩ	1	Pull-up/pull-down para o botão de solda

Aplicativos e Serviços Online

• Arduino IDE
• EasyEDA (designer de PCB - escolha o que melhor lhe convier)

Sobre o Projeto

Neste projeto, meu pai e eu estamos tentando melhorar nosso próprio soldador de pontos (spot welder), que começamos há cerca de dois anos. Pode não ser um tópico quente neste site, mas nos divertimos fazendo e aprendemos muito. Esperamos que você também.

O Que Estou Cobrindo Neste Projeto

Vou cobrir apenas a parte do Arduino do soldador, que é simples e faz seu trabalho muito bem, além de dar algumas especificações básicas do próprio soldador. Existem muitos tutoriais no YouTube e fóruns de eletrônica que cobrem o processo de fabricação de um soldador e foi assim que aprendemos também.

O Que é um Soldador de Pontos (Spot Welder)?

É um dispositivo que força uma grande corrente a um pequeno ponto entre metais, derretendo-os e unindo-os, a partir do calor gerado. Este processo dura meros milissegundos (dependendo dos metais que estamos soldando) e requer que o dispositivo seja altamente potenciado, que é a característica principal de um spot welder: Entregar alta potência em um tempo muito curto.

Para entregar esta corrente, eletrodos de liga de cobre são usados.

Como Decidir Quanto Tempo Este Processo Vai Durar?

Na minha opinião, não há padrão quando se trata de tempo de soldagem. Eu e meu pai usamos apenas nossa experiência para decidir quantos milissegundos são suficientes para uma boa soldagem, embora este tempo possa ser calculado facilmente, dada a potência do soldador e a espessura dos metais que estamos prestes a unir.

Componentes / Especificações Básicas do Soldador

Usamos 4 transformadores de 1.5kW para fornecer a potência necessária para nossas soldagens, o que nos dá uma potência teórica de 6kW. Conseguimos esses transformadores de carregadores de bateria de caminhão. Para torná-los utilizáveis para nosso soldador, devemos remover seus enrolamentos secundários, adicionar duas espiras de cabo de solda (CH01N2-D) e conectar todos os transformadores em paralelo. Eles devem compartilhar a mesma fase, caso contrário o circuito seria curto-circuitado. O soldador tem dois meios de soldagem:

• Os eletrodos de cobre clássicos (lado esquerdo da Imagem 1).
• Os "dentes de aranha": um acessório usado para soldar baterias e funciona com ar pressurizado (lado direito da Imagem 1).

A Placa de Controle

Como visto na Imagem 2, nossa placa é muito fácil de entender:

• O Arduino Nano ocupa o centro do palco e a maior parte do espaço na placa.
• Usamos um módulo DS3231 Real-Time Clock, para exibir data/hora e usá-lo para fins de temporização também. (Biblioteca: https://www.rinkydinkelectronics.com/library.php?id=73)
• Usamos uma tela LCD 20x4, que pode exibir mais informações que um LCD 16x2 muito mais usado (na verdade usamos aquele na nossa construção anterior, veja o segundo vídeo do YouTube no final da descrição do projeto). Link para download da biblioteca: https://bitbucket.org/fmalpartida/new-liquidcrystal/downloads/. Estou usando a versão 1.3.5 neste projeto.
• Para poder navegar pelo menu, usamos um encoder rotativo, que economiza muito espaço e complexidade.
• Por último, mas não menos importante, temos o botão de solda junto com seu resistor de 10KΩ.

A saída do Nano pode então ser usada para guiar um relé de estado sólido (SSR), que por sua vez guia o resto do soldador.

Como visto na Imagem 1, o circuito está encerrado. Não precisamos modificá-lo de forma alguma, apenas usamos o encoder rotativo e o botão.

O Programa

O programa é muito simples e, honestamente, uma pequena parte dele foi feita para corrigir algumas mudanças estéticas que tornavam o apelo visual do programa ruim.

Conforme explicado no vídeo (Timestamp: 03:03 - 04:57), quando o Nano liga, podemos ver os valores padrão que são usados. Para alterar esses valores, devemos entrar no "Modo Opções". Para fazer isso, devemos pressionar o botão do encoder rotativo por 2 segundos (você pode mudar isso para o que quiser no código fonte). Uma vez feito isso, um "!" aparecerá no canto superior direito do LCD e desaparecerá automaticamente quando entrarmos no Modo Opções.

A partir de agora, podemos editar qualquer valor que precisamos, usando o encoder rotativo. Quando estivermos satisfeitos com os valores inseridos, pressionamos novamente o encoder rotativo por 2 segundos e agora estamos prontos para soldar.

Vídeo no YouTube

No vídeo acima, você pode obter mais informações sobre o soldador e vê-lo em ação.

Construção Antiga

No vídeo abaixo, testamos a versão mais antiga do nosso spot welder, que tinha menos potência e carecia de alguns recursos que a construção atual tem. É uma boa visualização se você quiser ver mais, pois damos algumas dicas sobre soldagem.

(NOTA: O áudio está em grego, mas há legendas em inglês também.)

AGRADECIMENTOS

Obrigado por dedicar seu tempo para conferir nossa criação. Nos divertimos fazendo e esperamos que você também tenha gostado de assistir. Também, um grande obrigado à PCBWay por patrocinar as placas usadas. Foi uma grande ajuda. Não se esqueça de deixar quaisquer perguntas se tiver e conferir meus outros projetos também. Tenha um bom dia!

Código

Repositório do projeto com programa e arquivos Gerber: https://github.com/SauROnmiKE/Master_Welder

Esquemático

Observação: A saída do Arduino (pino que acionaria o LED no esquemático) deve ser conectada a um Relé de Estado Sólido (SSR) ou driver de MOSFET/IGBT adequado para comutar a alta corrente dos transformadores. Nunca conecte a carga de alta potência diretamente ao Arduino.