銅の電気抵抗について

質問

こんにちは。
銅どうしの溶接をしています。
φ1.5（5cm）とφ1（5cm）の突き合わせで
アークスポット溶接をしています。

この時の溶接出来映え評価として、
電気抵抗を測定しようと思うのですが、
どうしたらよいかわかりません。

銅は電気抵抗が非常に小さいということで、
どんな測定機でどんな測定方法にしたらよいか
教えていただけないでしょうか。

それが計れれば、
ブローホールの量や大きさの大小をみなくてもよくなると思うのですが、
どうでしょうか。

よろしくお願いします。

回答No.7

noname#230359

回答（５）さんの回答で
>ミリオームテスタ（４端子法）で測定してみたのですが、なかなか難しいです。の意味がわかりました。
溶接部の抵抗Rは

R＝ρl／A

抵抗率ρ：銅の場合、１．７２×１０＾－１１Ωｍｍ
l：溶接部の厚さ（長サ）、ｍｍ
A:溶接部の断面積

ここで、断面積をΦ１とするとA=７．８５E-7ｍｍ＾２、溶接部の厚さｌ：0.01mmとするとR＝0.22μΩとなります。

すなわち、４端子の電極が0.01ｍｍずれると、0.22μΩの変化となり、電極の位置を精度良く決めないと、幾ら分解能の良い測定器を持ってきても無理だと思います。
評価する抵抗値としては0.22Ωの１０倍以上でないと難しいのではないでしょうか、断面積の1/10であれば目視でも分かるのでは思いますが。

間違いがありましたので訂正します。
抵抗率ρ：銅の場合、１．７２×１０＾－１１Ωｍｍ⇒１．７２×１０^-5Ωｍｍ
断面積はΦ１とするとA=７．８５E-7ｍｍ＾２⇒0.785ｍｍ^2
値は0.22Ωで変わりません。

回答No.6

noname#230359

溶接のことは知りませんが。。

φ1～1.5mmで10cmの銅ということでしたら、溶接部を
無視すると電気抵抗は0.1～0.2mΩ程度でしょうか？
(計算間違いでしたらすみません。)
ということであれば、日置電機の低抵抗計3541であれば
一応測定範囲には入るようです。(0.1μΩ～)

測定方法は四端子法での測定になります。
使ってみたいということであればおそらくデモ機を貸して
もらえると思います。

ただ10cmでの測定ということですと、プローブの幅もあり、
測定長さの不確かさによる測定誤差も無視できない範囲に
なるかと思いますので溶接の健全さが判別できるかは
分かりません。

もう少し長さがあれば測りやすいと思うのですが。

ご参考まで。

参考URL：

http://www.hioki.co.jp/jp/product/electro/3541.html

回答No.5

noname#230359

溶接品ではないですが、同じ様な形状の非鉄金属の抵抗値を測定しようと試みたことがあります。
#1さんや#4さんのおっしゃるように、ミリオームテスタ（４端子法）で測定してみたのですが、なかなか難しいです。

＞φ1.5（5cm）銅とφ1（5cm）銅の突き合わせでアークスポット溶接
というものなので、たぶんμΩレベル、それ以下の抵抗値ではないでしょうか。
この抵抗値レベルで、たぶん溶接の差で生じる抵抗値の差はサブμΩ・・・？

このレベルの抵抗値を精度良く測定できる機械があれば・・・と私も考えていたところです。

かなり乱暴な測定方法ですが、
このμΩで電圧降下mVを測定するためには数KAの電流を流せば、と考えました。μΩＸKA＝mVになりますよね。

数KAを長時間長せば発熱してしまうので、数サイクルだけ・・・と考え、スポット溶接機の電極にワークを取り付け、２～３サイクルだけ数KA流し、電圧降下を測定しました。
電流値（数KA）は1000A/50mVシャントを用いて電圧に変換しメモリースコープへ。
電圧降下はワーク接合部に銅ワイヤーを接触させて、メモリースコープへ。
メモリースコープには電圧と電流の２本の正弦波が描かれ、電圧ピーク値と電流ピーク値でわり算すれば、一応抵抗値となります。精度の真偽は議論ものですが、Agろう付品では接合の善し悪しで抵抗値の差が検出できました。
添付URLで「WとCuの直接接合」を参照ください。

この方法が今回のものに適用できるかはわかりませんが、参考になりましたら幸いです。

#3さんのシグマテスタなるものは、海外製で１００万円を軽く超える値段のようです。しかも測定範囲はΦ１０の面積が必要で、厚みも1mm以上ないといけないものでした。今回の測定にはちょっと不向きかと思われます。

以上参考まで。

参考URL：

http://www.nittan.co.jp/tech/tech_index.htm

お礼

お礼が遅くなり申し訳ありません。
内容が難しくて理解をまだしていない状況です。
明日じっくり理解してみようと思いますが・・・・
理解できるか自信ないです。

あと２週間後には、
HIOKIの抵抗計3541を無料で貸していただくことができましたので、
試してみようと思います。
ありがとうございました。

回答No.4

noname#230359

回答（１）さんが言われているように４端子法が良いと思います。
この方法を簡単に行うには、定電流DC電源に繋いでスポット溶接部両端にクリップ（ナイフエッジ状の物）で挟んでデジタルテスター（ｍVオーダ）で測定すれば良いと思います。
このとき、銅線とクリップ部で熱電対を構成ししますので熱起電力が発生することがあります。
そこで、電源の極性を変えてクリップ間に発生する熱起電力を次のように処理
すれば抵抗が測定できます。

R＝（ΔV＋ｅ）－（－ΔＶ＋ｅ）／（２Ｉ）＝ΔＶ／Ｉ
　　ΔV＋ｅ：電流を＋方向にした時の電圧
　－ΔＶ＋ｅ：電流を－方向にした時の電圧
　　　ｅ：熱起電力
　　　Ｉ：電流

クリップ部を切り替えると状態が変わる恐れがあるので、電流側の極性を変える方が影響が少ない。

回答No.3

noname#230359

銅合金の抵抗を渦電流で計るシグマテスターとかいうのが有ったと思いますが、今も市販されているかどうかは知りません。接触抵抗の影響を受けにくいとかのメリットは有ると思います。

回答No.2

noname#230359

学生の頃に習いましたが、
ホイートストンブリッジでしたっけ、
ひし形に４個の抵抗を接続して、
抵抗のバランスが取れてると、
間を電流が流れないというのです。
（言葉で書くのは難しいですね。）

ある種の圧力計は、
熱したフィラメントにぶつかる気体分子が熱を奪い、
そのフィラメントの温度＝抵抗値を変えるのを利用しています。
その抵抗値はブリッジ回路で測定します。
（実際は、ブリッジ電流がゼロになるように制御した電流を圧力値として読み取っています。）

抵抗値そのものは計測できませんが、
比較対照となるものがあれば、
相対的な比較は出来るかなと考えました。

回答No.1

noname#230359

planetです。
銅パイプの突合せ溶接の接合評価に電気抵抗で評価しようとされていると思います。
非常に低い抵抗値を測定することになりますので、温度でも影響がでてきます。
おそらく数ｍΩではないかと思います。
アジレントテクノロジーとか東亜電波とかアドバンテストなどの計測器メーカーから低抵抗測定器またはミリオームメーターとか超低抵抗計とかがあります。
原理的には４端子法による抵抗測定ですが、接合評価で期待する抵抗値の変化と試験体の温度によるバラツキが同じ程度のような気がしますので、いつも一定の温度で測定する必要があると思います。
接合してすぐ測定はできません。
どんどん抵抗が下がっていつか安定します。
そこで機器を購入する前にオリックスなどのレンタルを利用して実際に期待値が得られるか試してから機器を購入されてはどうでしょうか。
そんなに安いものではないですから。
でも、着目点はなかなかいいセンスしてますね。
うまくいくといいですね。
成功したら教えてください。
超音波やＡＥによる方法も考えられますが、これがうまくいけばうんと楽ですね。
分る範囲で協力しますよ。
知恵はタダだし、がんばってトライしてみてください。

お礼

お礼が遅くなり申し訳ありません。
ですが、
とっても励みになりました。
HIOKIの抵抗計3541を無料で貸していただくことができましたので、
試してみようと思います。
ありがとうございました。