Устройство паяльника

Устройство и ремонт электрического паяльника

Электрический паяльник, это ручной инструмент, предназначенный для скрепления между собой деталей посредством мягких припоев. путем разогрева припоя до жидкого состояния и заполнения ним зазора между спаиваемыми деталями.

Устройство паяльника

Электрические паяльники выпускаются рассчитанные на напряжение питающей сети 12, 24, 36, 42 и 220 В, и этому есть свои причины. Главной, является безопасность человека, второй – напряжение сети в месте выполнена паяльных работ. В производстве, где все оборудование заземлено и имеется высокая влажность, разрешено использовать паяльники напряжением не более 36 В, при этом корпус паяльника должен быть обязательно заземлен. Бортовая сеть у мотоцикла имеет напряжение постоянного тока 6 В, легкового автомобиля – 12 В, грузового – 24 В. В авиации используют сеть частотой 400 Гц и напряжением 27 В. Есть и конструктивные ограничения, например, паяльник мощностью 12 Вт сложно сделать на питающее напряжение 220 В, так как спираль потребуется мотать из очень тонкого провода и поэтому намотать много слоев, паяльник получится большим, не удобным для мелкой работы. Так как обмотка паяльника намотана из нихромовой проволоки, то питать его можно как переменным, так и постоянным напряжением. Главное чтобы напряжение питания соответствовало напряжению, на которое рассчитан паяльник.

Мощностью электрические паяльники бывают 12, 20, 40, 60, 100 Вт и больше. И это тоже не случайно. Для того, чтобы припой при пайке хорошо растекался по поверхностям спаиваемый деталей, их нужно прогреть до температуры чуть большей, чем температура плавления припоя. При контакте с деталью тепло передается от жала к детали и температура жала падает. Если диаметр жала паяльника не достаточный или мощность нагревательного элемента мала, то отдав тепло, жало не сможет нагреться до заданной температуры, и паять будет невозможно. В лучшем случае получится рыхлая и не прочная пайка. Более мощным паяльником можно паять маленькие детали, но возникает проблема недоступности к месту пайки. Как, например, запаять в печатную плату микросхему с шагом ножек 1,25 мм жалом паяльника размером в 5 мм? Правда есть выход, на такое жало навивают несколько витков медного провода диаметром 1мм и концом уже этого провода паяют. Но громоздкость паяльника делают работу практически не выполнимой. Есть и еще одно ограничение. При большой мощности, паяльник быстро прогреет элемент, а многие радиодетали не допускают нагрева выше 70˚С и по этому, допустимое время их пайки составляет не более 3 секунд. Это диоды, транзисторы, микросхемы.

Устройство паяльника

Паяльник представляет собой стержень из красной меди, который нагревается спиралью из нихрома до температуры плавления припоя. Стержень паяльника делается из меди благодаря высокой ее теплопроводности. Ведь при пайке нужно быстро передать жалу паяльника от нагревательного элемента тепло. Конец стержня имеет клиновидную форму, является рабочей частью паяльника и называется жалом. Стержень вставляется в стальную трубку, обернутую слюдой или стеклотканью. На слюду намотана нихромовая проволока, которая служит нагревательным элементом.

Устройство паяльника

Поверх нихрома намотан слой слюды или асбеста, служащий для снижения потерь тепла и электрической изоляции спирали из нихрома от металлического корпуса паяльника.

Устройство паяльника

Концы нихромовой спирали соединены с медными проводниками электрического шнура с вилкой на конце. Для обеспечения надежности этого соединения концы нихромовой спирали согнуты и сложены вдвое, что снижает нагрев в месте соединения с медным проводом. В дополнение соединение обжато металлической пластинкой, лучше всего обжим делать из алюминиевой пластины, которая имеет высокую теплопроводность и будет эффективнее отводить тепло от места соединения. Для электрической изоляции на место соединения надевают трубки из термостойкого изоляционного материала, стеклоткани или слюды.

Устройство паяльника

Медный стержень и нихромовая спираль закрывается металлическим корпусом, состоящим из двух половинок или сплошной трубки, как на фотографии. Корпус паяльника на трубке фиксируется накидными колечками. На трубку, для защиты руки человека от ожога, насаживается ручка из плохо провидящего тепло материала, дерева или термостойкой пластмассы.

Устройство паяльника

При вставлении вилки паяльника в розетку электрический ток поступает на нихромовый нагревательный элемент, который нагревается и передает тепло медному стержню. Паяльник готов к пайке.

Маломощные транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы, микросхемы и тонкие провода паяют паяльником мощностью 12 Вт. Паяльники 40 и 60 Вт служат для пайки мощных и крупногабаритных радиодеталей, толстых проводов и небольших деталей. Для пайки крупных деталей, например, теплообменников газовой колонки, потребуется уже паяльник мощностью сто и более Вт.

Электрическая схема паяльника

Как видите на чертеже электрическая схема паяльника очень простая, и состоит всего из трех элементов: вилки, гибкого электропровода и нихромовой спирали.

Устройство паяльника

Как видно из схемы, в паяльнике отсутствует возможность регулировки температуры нагрева жала. И даже, если мощность паяльника выбрана правильно, то все равно не факт, что температура жала будет требуемой для пайки, так как длина жала со временем уменьшается за счет постоянной его заправки, припои тоже имеют разные температуры плавления. Поэтому для поддержания оптимальной температуры жала паяльника приходится подключать его через тиристорные регуляторы мощности с ручной регулировкой и автоматическим поддержанием заданной температуры жала паяльника.

Расчет и ремонт нагревательной обмотки паяльника

При ремонте или при самостоятельном изготовлении электрического паяльника или любого другого нагревательного прибора приходится мотать нагревательную обмотку из нихромовой проволоки. Исходными данными для расчета и выбора проволоки является сопротивление обмотки паяльника или нагревательного прибора, которое определяется исходя из его мощности и напряжения питания. Рассчитать, какое должно быть сопротивление обмотки паяльника или нагревательного прибора можно с помощью таблицы.

Зная напряжение питания и измеряв сопротивление любого нагревательного электроприбора, например паяльника, электрочайника. электрического обогревателя или электрического утюга. можно узнать потребляемую этим бытовым электроприбором мощность. Например, сопротивление электрочайника мощностью 1,5 кВт будет равно 32,2 Ом.

Таблица для определения сопротивления нихромовой спирали в зависимости от мощности и питающего напряжения электрических приборов, Ом

Потребляемая мощность
паяльником, Вт

Рассмотрим на примере как пользоваться таблицей. Допустим, требуется перемотать паяльник мощностью 60 Вт рассчитанный на напряжение питания 220 В. По самой левой колонке таблицы выбираете 60 Вт. По верхней горизонтальной строке выбираете 220 В. В результате расчета получается, что сопротивление обмотки паяльника, не зависимо от материала обмотки, должно быть равно 806 Ом.

Если Вам понадобилось сделать из паяльника мощностью 60 Вт, рассчитанного на напряжение 220 В, паяльник, для питания от сети 36 В, то сопротивление новой обмотки должно будет уже равно 22 Ом. Вы можете самостоятельно рассчитать сопротивление обмотки любого электронагревательного прибора с помощью онлайн калькулятора.

Онлайн калькулятор для расчета величины сопротивления по потребляемой мощности

Напряжение питания, В:

После определения требуемой величины сопротивления обмотки паяльника из ниже приведенной таблицы выбирается подходящий, исходя из геометрических размеров обмотки, диаметр нихромовой проволоки. Нихромовая проволока представляет собой хромоникелевый сплав, который выдерживает температуру нагрева до 1000˚С и маркируется Х20Н80. Это означает, что в сплаве содержится 20% хрома и 80% никеля.

Таблица зависимости погонного сопротивления (одного метра) проволоки из нихрома от величины его диаметра

Диаметр нихромового провода, мм

Для намотки спирали паяльника имеющей сопротивление 806 Ом из примера выше, понадобится 5,75 метров нихромовой проволоки диаметром 0,1 мм (нужно поделить 806 на 140), или 25,4 м проволоки диаметром 0,2 мм, и так далее.

При намотке спирали паяльника витки укладываются вплотную друг к другу. При нагревании докрасна поверхность нихромовой проволоки окисляется и образует изолирующую поверхность. Если вся длина проволоки не вмещается на гильзе в один слой, то намотанный слой покрывается слюдой и мотается второй.

Для электрической и тепловой изоляции обмотки нагревательного элемента лучшими материалами является слюда, стекловолоконная ткань и асбест. Асбест обладает интересным свойством, его можно размочить водой и он делается мягким, позволяет придавать ему любую форму, а после высыхания обладает достаточной механической прочностью. При изолировании обмотки паяльника мокрым асбестом надо учесть, что мокрый асбест хорошо проводит эклектический ток и включать паяльник в электросеть можно будет только после полного высыхания асбеста.

Устройство паяльника

Паяльник: выбор, изготовление и усовершенствование — виды, варианты, схемы, нюансы

Устройство паяльника

Сделать паяльник своими руками домашних, и не только домашних, мастеров побуждают прежде всего экономические соображения. Простой паяльник на 220 В для обычных мелких спаечных работ лучше, конечно, купить. Однако и его возможно доработать, не разбирая, чтобы продлить жизнь жала. Но вот «топор» на 150-200 Вт, которым можно паять металлические водопроводные трубы, стоит уже не 4,25, а вдесятеро больше. И не советских рублей, а вечнозеленых условных единиц. Та же проблема возникает, если паять нужно вне доступности электросети от автомобильных 12 В или карманного литий-ионного аккумулятора. Как самостоятельно сделать паяльник на такие случаи, и не только на такие, рассматривается в сегодняшней публикации.

Что такое smd

Sub Micro Devises, сверхминиатюрные устройства. Наглядно можно увидеть smd, открыв мобильный телефон, смартфон, планшет или компьютер. По технологии smd малюсенькие (возможно, меньше среза спички) компоненты без проволочных выводов монтируются пайкой на контактные площадки, по терминологии smd называемые полигонами. Полигон может быть с тепловым барьером, предотвращающим растекание тепла по дорожкам печатной платы. Тут опасность не только и не столько в возможности отслоения дорожек – от нагрева может порваться пистон, соединяющий слои монтажа, что приведет устройство в полную негодность.

Паяльник для smd должен быть не только микромощным, до 10 Вт. Запас тепла в его жале не должен превышать того, который может выдержать паяемая деталь. Но долгая пайка слишком холодным паяльником еще более опасна: припой все не плавится, но деталюшка-то греется. А на режим пайки существенно влияет наружная температура, и тем больше, чем меньше мощность паяльника. Поэтому паяльники для smd выполняются либо с ограничением времени и/или величины теплоотдачи при пайке, либо в оперативной, на протяжении текущей технологической операции, регулировкой температуры жала. Причем держать ее нужно на 30-40 градусов выше температуры плавления припоя с точностью буквально до 5-10 градусов; это т. наз. допустимый температурный гистерезис жала. Этому очень мешает тепловая инерция самого паяльника, и основная задача при конструировании такового – добиться его возможно меньшей постоянной времени по теплу, см. далее.

Сделать паяльник в домашних условиях возможно для любой из указанных целей. В т.ч. и мощный для пайки стального либо медного водопровода, и достаточно точный мини для smd.

Примечание: вообще-то в паяльнике жало это рабочая (залуживаемая) часть его стержня. Но, поскольку стержни бывают и другие разные, будем для ясности считать весь стержень жалом. Если рабочая часть паяльника насаживается на стержень, она называется наконечником. Примем, что наконечник со стержнем это тоже жало.

Самый простой

Устройство паяльника

Пока не будем вдаваться в сложности. Допустим, нам нужен обычный паяльник на 220В без затей. Идем выбирать и видим, разница в ценах достигает 10 и более раз. Разбираемся – почему. Первое: нагреватель, нихромовый или керамический. Последний (не «альтернативный»!) практически вечен, но, если паяльник уронить на твердый пол, может расколоться. Жало паяльников на керамике обязательно несменное – значит, надо покупать новый. А нихромовый нагреватель, если паяльник не забывать включенным на ночь, служит более 10 лет; при эпизодическом пользовании – свыше 20. И в крайнем случае его можно перемотать.

Разница в цене сократилась теперь до 3-4 раз, в чем еще дело? В жале. Никелированное из меди со специальными присадками мало растворяется припоем и очень медленно пригорает в обойме паяльника, но стоит дорого. Латунное или бронзовое хуже греется, и паять им smd нельзя – температурный гистерезис никак не удается вогнать в норму вследствие много худшей, чем у меди, теплопроводности материала. Красномедное жало и съедается припоем, и довольно быстро распухает от окиси меди, но зато дешевле.

Примечание: жало из электротехнической меди (отрезок обмоточного провода) для обычного паяльника непригодно – быстро растворяется и обгорает. Однако для smd такое жало самое то, его теплопроводность максимально возможная, а тепловая инерция и гистерезис минимальны. Правда, менять его придется часто, но жало-то со спичку или меньше.

С обгоранием и распуханием красномедного жала можно бороться просто аккуратностью: окончив работу и дав паяльнику остыть, жало вынимают, обколачивают от окисла, постукивая о край стола, а канал обоймы паяльника продувают. С растворением припоем хуже: часто подтачивать жало неудобно и оно быстро срабатывается.

Сделать жало для паяльника из обычной красной меди в разы более стойким к действию расплавленного припоя можно, не заточив его рабочий конец, а проковав до нужной формы. Холодная медь отлично куется обычным слесарным молотком на наковальне настольных тисков. У автора этой статьи в древнем советском ЭПЦН-25 кованое жало сидит уже более 20 лет, хотя в работе этот паяльник бывает если не каждый день, то уж точно каждую неделю.

Простой из резистора

Самый простой паяльник можно сделать из проволочного резистора, это готовый нихромовый нагреватель. Рассчитать его также несложно: при рассеивании номинальной мощности в свободном пространстве проволочные резисторы греются до 210-250 градусов. С теплоотводом в виде жала «проволочник» держит долговременную перегрузку по мощности в 1,5-2 раза; температура жала при этом будет не ниже 300 градусов. Ее можно повысить до 400, дав перегрузку по мощности в 2,5-3 раза, но тогда после 1-1,5 час работы паяльнику нужно будет давать остыть.

Рассчитывают необходимое сопротивление резистора по формуле: R = (U^2)/(kP), где:

R – искомое сопротивление;

U – рабочее напряжение;

P – требуемая мощность;

k – указанный выше коэффициент перегрузки по мощности.

Напр. нужен паяльник на 220 В 100 Вт для пайки медных труб. Теплоотдача большая, поэтому берем k = 3. 220^2 = 48400. kP = 3*100 = 300. R = 48400/300 = 161,3… Ом. Берем резистор на 100 Вт 150 или 180 Ом, т.к. «проволочников» на 160 Ом не бывает, этот номинал из ряда на 5% допуск, а «проволочники» не точнее 10%.

Обратный случай: есть резистор на мощность p, какой мощности из него можно сделать паяльник? От какого напряжения его запитывать? Вспоминаем: P = U^2/R. Берем P = 2 p. U^2 = PR. Берем из этой величины квадратный корень, получаем рабочее напряжение. Напр. есть резистор 15 Вт 10 Ом. Мощность паяльника выходит до 30 Вт. Берем квадратный корень из 300 (30 Вт*10 Ом), получаем 17 В. От 12 В такой паяльник разовьет 14,4 Вт, можно паять мелочь легкоплавким припоем. От 24 В. От 24 В – 57,6 Вт. Перегрузка по мощности почти в 6 раз, но изредка и недолго спаять этим паяльником что-то большое возможно.

Изготовление

Устройство паяльника

Изготовление паяльника из резистора

Как сделать паяльник из резистора, показано на рис. выше:

  • Подбираем подходящий резистор (поз. 1, см. также далее).
  • Готовим детали жала и крепеж к нему. Под кольцевую пружину надфилем выбирается канавка на стержне. Под болт (винт) и наконечник делаются резьбовые глухие отверстия, поз. 2.
  • Собираем стержень с наконечником в жало, поз.3.
  • Закрепляем жало в резисторе-нагревателе болтом (винтом) с широкой шайбой, поз. 4.
  • Крепим нагреватель с жалом к подходящей рукоятке любым удобным способом, поз. 5-7. Одно условие: термостойкость рукоятки не ниже 140 градусов, до такой температуры могут нагреваться выводы резистора.

Тонкости и нюансы

Описанный выше паяльник из резисторов на 5-20 Вт делали многие (в т.ч. и автор во дни пионерской молодости) и, попробовав, убеждались – работать им всерьез нельзя. Греется невыносимо долго, и паяет только мелочь тычком – слой керамики мешает теплопередаче от нихромовой спирали в жало. Именно поэтому нагреватели фабричных паяльников мотаются на слюдяные оправки – теплопроводность слюды на порядки выше. К сожалению, свернуть слюду в трубочку дома невозможно, да и мотать нихром 0,02-0,2 мм дело тоже не для каждого.

Но вот с паяльниками от 100 Вт (резисторы от 35-50 Вт) дело другое. Тепловой барьер из керамики в них относительно тоньше, слева на рис. а запас тепла в массивном жале на порядок больше, т.к. его объем растет по кубу размеров. Качественно пропаять стык медных труб 1/2″ 200 Вт паяльником из резистора вполне возможно. Особенно, если жало не сборное, а цельное кованое.

Устройство паяльника

Проволочные резисторы, пригодные и непригодные для изготовления паяльников

Примечание: проволочные резисторы выпускаются на мощность рассеяния до 160 Вт.

Только для паяльника надо искать резисторы старых типов ПЭ или ПЭВ (в центре на рис. в производстве до сих пор). Их изоляция остеклованная, выдерживает многократный нагрев до светло-красного без потери свойств, только темнеет, остывая. Керамика внутри чистая. А вот резисторы С5-35В (справа на рис.) крашеные, внутри тоже. Снять краску в канале полностью невозможно – керамика пористая. При нагреве краска обугливается и жало прикипает намертво.

Регулятор для паяльника

Устройство паяльника

Регулятор напряжения, тока и мощности паяльника на микросхеме TC43200

Пример с низковольтным паяльником из резистора приведен выше не зря. Резистор ПЭ (ПЭВ) из хлама или с железного базара чаще всего оказывается неподходящего номинала под наличное напряжение. В таком случае нужно делать регулятор мощности для паяльника. В наши дни это гораздо проще даже людям, имеющим об электронике самое смутное представление. Идеальный вариант – купить у китайцев (ну, Али Экспресс, а то как же) готовый универсальный регулятор напряжения и тока TC43200, см. рис. справа; стоит он недорого. Допустимое входное напряжение 5-36 В; выходное – 3-27 В при токе до 5 А. Напряжение и ток выставляются отдельно. Поэтому можно не только выставить нужное напряжение, но и регулировать мощность паяльника. Есть, напр. инструмент на 12 В 60 Вт, а сейчас нужно 25 Вт. Выставляем ток в 2,1 А, на паяльник пойдет 25,2 Вт и ни милливаттом больше.

Примечание: для использования с паяльником штатные многооборотные регуляторы TC43200 лучше заменить обычными потенциометрами с градуированными шкалами.

Импульсные

Многие предпочитают импульсные паяльники: они лучше подходят для микросхем и др. мелкой электроники (кроме smd, но см. и далее). В ждущем режиме жало импульсного паяльника или холодное, или немного подогревается. Паяют, нажав на кнопку пуска. Жало при этом быстро, за доли-единицы с, греется до рабочей температуры. Контролировать пайку очень удобно: растекся припой, выдавил из капли флюс – отпустил кнопку, жало так же быстро остыло. Нужно только успеть его убрать, чтобы не припаялось туда же. Опасность сжечь компонент, имея некоторый опыт, минимальна.

Типы и схемы

Импульсный разогрев жала паяльника возможен несколькими способами в зависимости от рода работы и требований к эргономике рабочего места. В любительских условиях, или мелкому ИП-одиночке импульсный паяльник удобнее и доступнее будет сделать по одной из след. схем:

  1. С токоведущим жалом под током промышленной частоты;
  2. С изолированным жалом и форсированным его разогревом;
  3. С токоведущим жалом под током высокой частоты.

Электрические принципиальные схемы импульсных паяльников указанных типов приведены на рис: поз. 1 – с токоведущим жалом промышленной частоты; поз. 2 – с форсированным подогревом изолированного жала; поз. 3 и 4 – с токоведущим жалом высокой частоты. Далее мы разберем их особенности, достоинства, недостатки и способы реализации в домашних условиях.

Устройство паяльника

Электрические принципиальные схемы импульсных паяльников

Схема импульсного паяльника с жалом под током промышленной частоты наиболее проста, но это не единственное ее достоинство, и не главное. Потенциал на жале такого паяльника не превышает долей вольта, поэтому он безопасен для самых нежных микросхем. Пока не появились индукционные паяльники системы METCAL (см. далее), именно импульсниками промышленной частоты работала значительная часть монтажников на производстве электроники. Недостатки – громозкость, значительный вес и, как следствие, плохая эргономика: на смене длинее 4 час. работники уставали и начинали ошибаться. Но в любительском обиходе импульсных паяльников промышленной частоты до сих пор много: Зубр, Сигма (Sigma), Светозар и др.

Устройство импульсного паяльника на 50/60 Гц показано на поз. 1 и 2 рис. Видимо, ради экономии на издержках производства изготовители чаще всего применяют в них трансформаторы на сердечниках (магнитопроводах) типа П (поз 2), но это далеко не оптимальный вариант: чтобы паяльник паял как ЭПЦН-25, мощность трансформатора нужна 60-65 Вт. Вследствие большого поля рассеяния трансформатор на П-сердечнике в режиме КЗ сильно греется, а время разогрева жала доходит до 2-4 с.

Устройство паяльника

Устройство импульсного паяльника промышленной частоты и его доработка под трансформатор на Ш-образном сердечнике

Если П-сердечник заменить на ШЛ от 40 Вт с вторичной обмоткой из медной шины (поз. 3 и 4), то паяльник выдерживает часовую работу с интенсивностью 7-8 паек в минуту без недопустимого перегрева. Для работы в режиме периодических кратковременных КЗ число витков первичной обмотки увеличивают на 10-15% против расчетного. Данное исполнение выгодно и тем, что жало (медная проволока диаметром 1,2-2 мм) можно крепить непосредственно к выводам вторичной обмотки (поз. 5). Поскольку ее напряжение доли вольта, это еще увеличивает экономичность паяльника и удлиняет время его работы до перегрева.

С форсированным подогревом

Схема паяльника с форсированным подогревом особых пояснений не требует. В дежурном режиме нагреватель работает на четверти номинальной мощности, а при нажатии на пуск в него выбрасывается накопленная в батарее конденсаторов энергия. Отключая/подключая к батарее емкости, можно довольно грубо, но в допустимых пределах дозировать количество выделяемого жалом тепла. Достоинство – полное отсутствие наведенного потенциала на жале, если оно заземлено. Недостаток – на имеющихся в широкой продаже конденсаторах схема реализуема лишь для резисторных мини-паяльников, см. далее. Применяется в основном для эпизодических работ на не насыщенных компонентами платах гибридной сборки, smd + обычный печатный монтаж в сквозные пистоны.

На высокой частоте

Импульсные паяльники на повышенной или высокой частоте (десятки или сотни кГц) весьма экономичны: тепловая мощность на жале почти равна паспортной электрической инвертора (см. ниже). Также они компактны и легки, а их инверторы пригодны для питания резисторных мини-паяльников постоянного нагрева с изолированным жалом, см. далее. Нагрев жала до рабочей температуры – за доли с. В качестве регулятора мощности без доработок применим любой тиристорный регулятор напряжения 220 В. Могут быть запитаны постоянным напряжением 220 В.

Примечание: на мощность свыше ок. 50 Вт ВЧ импульсный паяльник делать не стоит. Хотя, напр. компьютерные ИПБ бывают мощностью до 350 Вт и более, но жало на такую мощность сделать практически невозможно – или не прогреется до рабочей температуры, или само расплавится.

Серьезный недостаток – на рабочих частотах сказывается влияние собственной индуктивности жала и вторичной обмотки. Из-за этого на жале на время более 1 мс может возникать наведенный потенциал свыше 50 В, что опасно для компонент КМОП (КМДП, CMOS). Также существенный недостаток – оператор облучается потоком мощности электромагнитного поля (ЭМП). Работать импульсным ВЧ паяльником мощностью 25-50 Вт можно не более часа в день, а до 25 Вт – не более 4-х час, но не более 1,5 час кряду.

Самый простой способ схемной реализации инвертора импульсного ВЧ паяльника на 25-30 Вт для обычных спаечных работ – на основе сетевого адаптера галогеновой лампы на 12 вольт, см. поз. 3 рис. со схемами. Трансформатор можно намотать на сердечнике из 2-х сложенных вместе колец К24х12х6 из феррита с магнитной проницаемостью μ не ниже 2000, или на Ш-образном магнитопроводе из такого же феррита сечением не менее 0,7 кв. см. Обмотка 1 – 250-260 витков эмалированного провода диаметром 0,35-0,5 мм, обмотки 2 и 3 – по 5-6 витков такого же провода. Обмотка 4 – 2 витка в параллель провода диаметром от 2 мм (на кольце) или оплетки от телевизионного коаксиального кабеля (поз. 3а), также запараллеленных.

Примечание: если паяльник более чем на 15 Вт, то транзисторы MJE13003 лучше заменить на MJE130nn, где nn>03, и поставить из на радиаторы площадью от 20 кв. см.

Вариант инвертора для паяльника до 16 Вт может быть выполнен на базе импульсного пускового устройства (ИПУ) для ЛДС или начинки перегоревшей лампочки-экономки соотв. мощности (не бейте колбу, там пары ртути!) Доработку иллюстрирует поз. 4 на рис. со схемами. То, что выделено зеленым, может быть различно в ИПУ разных моделей, но нам оно все равно. Нам нужно удалить пусковые элементы лампы (выделено красным на поз. 4а) и замкнуть накоротко точки А-А. Получим схему поз. 4б. В ней параллельно фазосдвигающему дросселю L5 подключается трансформатор на одном таком же кольце, как в пред. случае или на Ш-образном феррите от 0,5 кв. см (поз. 4в). Первичная обмотка – 120 витков провода диаметром 0,4-0,7; вторичная – 2 витка провода D>2 мм. Жало (поз. 4г) из такого же провода. Готовое устройство компактно (поз. 4д) и может быть помещено в удобный корпус.

Мини и микро на резисторах

Паяльник с нагревательным элементом на основе металлопленочного резистора МЛТ конструктивно аналогичен паяльнику из проволочного резистора, но выполняется на мощность до 10-12 Вт. Резистор работает с перегрузкой по мощности в 6-12 раз, т.к. во-первых, теплоотвод через относительно толстое (но абсолютно более тонкое) жало больше. Во-вторых, резисторы МЛТ физически в разы меньше ПЭ и ПЭВ. Отношение их поверхности к объему соотв. увеличивается и теплоотдача в окружающую среду относительно растет. Поэтому паяльники на резисторах МЛТ делаются только в вариантах мини и микро: при попытке увеличить мощность маленький резистор сгорает. Хотя МЛТ для спецприменения выпускаются на мощность до 10 Вт, своими руками реально сделать только паяльник на МЛТ-2 для мелких дискретных компонент (россыпи) и небольших микросхем, см. напр. видео ниже:

Видео: микро-паяльник на резисторах

Примечание: цепочка резисторов МЛТ может быть также использована в качестве нагревателя автономного аккумуляторного паяльника для обычных спаечных работ, см. след. ролик:

Видео: аккумуляторный мини-паяльник

Гораздо интереснее сделать мини паяльник из резистора МЛТ-0,5 для smd. Керамическая трубочка – корпус МЛТ-0,5 – очень тонкая и почти не препятствует теплопередаче на жало, но не пропустит тепловой импульс в момент касания полигона, отчего частенько сгорают компоненты smd. Подобрав жало (что требует довольно значительного опыта), smd таким паяльником можно не спеша паять, непрерывно контролируя в микроскоп процесс.

Процесс изготовления такого паяльника показан на рис. Мощность – 6 Вт. Нагрев либо непрерывный от инвертора из описанных выше, либо (лучше) с форсироваанным подогревом постоянным током от ИП на 12 В.

Устройство паяльника

Как сделать мини-паяльник для микросхем из резистора МЛТ-0,5

Примечание: как сделать усовершенствованный вариант такого паяльника с более широким диапазоном применения, подробно описано здесь — oldoctober.com/ru/soldering_iron/

Индукционные

Индукционный паяльник на сегодняшний день вершина технических достижений в области пайки металлов эвтектическими припоями. В сущности, паяльник с индукционным нагревом это миниатюрная индукционная печь: ВЧ ЭМП катушки-индуктора поглощается металлом жала, которое при этом греется вихревыми токами Фуко. Сделать своими руками индукционный паяльник не так уж сложно, если есть в распоряжении источник токов ВЧ, напр. компьютерный импульсный блок питания, см. напр. сюжет

Видео: индукционный паяльник

Однако качественно-экономические показатели индукционных паяльников для обычных спаечных работ невысоки, чего не скажешь об их вредном влиянии на здоровье. Фактически единственное их преимущество – прикипевшее к обойме в корпусе жало можно выдирать, на опасаясь порвать нагреватель.

Гораздо больший интерес представляют индукционные мини-паяльники системы METCAL. Их внедрение на производстве электроники позволило уменьшить процент брака из-за ошибок монтажников в 10000 раз (!) и удлинить рабочую смену до нормальной, причем работники расходились после нее бодрыми и дееспособными во всех прочих отношениях.

Устройство паяльника типа METCAL показано слева вверху на рис. Изюминка – в ферроникелевом покрытии жала. Паяльник питается ВЧ точно выдержанной частоты 470 кГц. Толщина покрытия выбрана такой, что на данной частоте вследствие поверхностного эффекта (скин-эффекта) токи Фуко сосредотачивались только в покрытии, которое сильно греется и передает тепло в жало. Самое жало оказывается заэкранированным от ЭМП и наведенные потенциалы на нем не возникают.

Устройство паяльника

Устройство индукционных паяльников для микросхем

Когда покрытие прогреется до точки Кюри, выше которой по температуре ферромагнитные свойства покрытия исчезают, оно поглощает энергию ЭМП гораздо слабее, но ВЧ в медь все равно не пускает, т.к. электрическую проводимость сохраняет. Остыв ниже точки Кюри само по себе или вследствие оттока тепла на пайку, покрытие вновь начинает интенсивно поглощать ЭМП и подогревает жало. Таким образом, жало держит температуру, равную точке Кюри покрытия с точностью буквально до градуса. Тепловой гистерезис жала при этом ничтожен, т.к. определяется тепловой инерцией тонкого покрытия.

Во избежание вредного влияния на людей паяльники выпускаются с несменными жалами, наглухо закрепленными в картридже коаксиальной конструкции, по которому и подводится к катушке ВЧ. Картридж вставляется в ручку паяльника – держатель с коаксиальным разъемом. Картриджи выпускаются типов 500, 600 и 700, что соответствует точке Кюри покрытия в градусах Фаренгейта (260, 315 и 370 градусов Цельсия). Основной рабочий картридж – 600; 500-м паяют особо мелкие smd, а 700-м крупные smd и россыпь.

Примечание: чтобы перевести градусы Фаренгейта в Цельсия, нужно от фаренгейтов отнять 32, умножить остаток на 5 и поделить на 9. Если надо наоборот, к цельсиям добавляем 32, результат множим на 9 и делим на 5.

Все замечательно в паяльниках METCAL, кроме цены картриджа: за «(название фирмы) новый, хороший» — от $40. «Альтернативные» в полтора раза дешевле, но вырабатываются вдвое быстрее. Сделать самому жало METCAL нереально: покрытие наносится напылением в вакууме; гальваническое при температуре Кюри мгновенно отслаивается. Посаженная на медь тонкостенная трубка не обеспечит абсолютного теплового контакта, без чего METCAL превращается просто в плохой паяльник. Тем не менее, сделать своими руками почти полный аналог паяльника METCAL, причем со сменным жалом, хоть и трудно, но возможно.

Индукционный для smd

Устройство самодельного индукционного паяльника для микросхем и smd, по рабочим качествам аналогичного METCAL, показано справа на рис. Когда-то похожие паяльники применялись на спецпроизводстве, но METCAL их полностью вытеснили благодаря лучшей технологичности и большей рентабельности. Однако для себя такой паяльник сделать можно.

Его секрет – в соотношении плеч наружной части жала и выступающего из катушки внутрь хвостовика. Если оно такое, как показано на рис. (приблизительно), а хвостовик покрыт теплоизоляцией, то тепловой фокус жала не выйдет за пределы обмотки. Хвостовик будет, конечно, горячее кончика жала, но их температуры будут меняться синхронно (теоретически термогистерезис нулевой). Раз настроив автоматику с помощью дополнительной термопары, измеряющей температуру кончика жала, дальше можно паять спокойно.

Роль точки Кюри играет таймер. Сигналом от терморегулятора на подогрев он обнуляется, напр. открыванием ключа, шунтирующего накопительную емкость. Запускается таймер сигналом, свидетельствующим о фактическом начале работы инвертора: напряжение с дополнительной обмотки трансформатора из 1-2 витков выпрямляется и разблокирует таймер. Если паяльником долго не паяют, таймер спустя 7 с выключит инвертор, пока жало не остынет и терморегулятор не выдаст новый сигнал на подогрев. Суть здесь в том, что термогистерезис жала пропорционален отношению времен выключенного и включенного нагрева жала O/I, а средняя мощность на жале обратному I/O. До градуса такая система температуру жала не держит, но +/–25 Цельсия при рабочей жала 330 обеспечивает.

В заключение

Так какой же паяльник делать? Мощный из проволочного резистора однозначно стоит: расходов на него всего ничего, есть не просит, а выручить может основательно.

Стоит также сделать, чтобы был на хозяйстве, простой паяльник для smd из резистора МЛТ. Кремниевая электроника выдохлась, она в тупике. Квантовая уже на подходе, и вдали явственно замаячила графеновая. Напрямую с нами та и другая не сопрягаются, как компьютер через экран, мышку и клавиатуру или смартик/планшетка через экран и сенсоры. Поэтому кремниевое обрамление в устройствах будущего останется, но исключительно smd, а теперешняя россыпь покажется чем-то вроде радиоламп. И не думайте, что это фантастика: всего 30-40 лет тому назад ни один фантаст до смартфона не додумался. Хотя первые образцы мобильников тогда уже были. А утюг или пылесос «с мозгами» тогдашним мечтателям и в дурном сне в голову не пришли бы.

Ну, а для мастера-умельца вывод из этого прост: нужно учиться паять и smd. А что касается импульсного паяльника, то это уж кому как понравится.

что еще почитать:

Электрика в квартире и доме

Ремонт электрического паяльника своими руками

Электрический паяльник имеется в хозяйстве любого домашнего мастера. Без него не обойтись ни при ремонте электрических устройств, ни при соединении между собой различных мелких металлических деталей. Но иногда паяльник может выйти из строя. Если это произошло, то не всегда стоит спешить приобрести новый. Конечно, не всегда, но ремонт паяльника можно произвести и своими руками. не прибегая к услугам специалистов за достаточно солидную плату. Как правило ремонт электрического бытового паяльника заключается в замене нагревательного элемента, который служит для разогрева жала нашего прибора. В данной статье мы более подробно остановимся именно на этой поломке.

Устройство паяльника

Для примера мы возьмем электрический паяльник мощностью 40 Ватт, рассчитанный на напряжение в 220 Вольт.

Для ремонтных работ нам понадобится следующие материалы и инструменты:

— керамическое сопротивление ПЭВ-10;
— асбестовая нить;
— пассатижи (плоскогубцы);
— ножовка по металлу;
— отвертка;
— острый нож.

Далее разобьем весь процесс ремонта, т.е. замены нагревательного элемента, электропаяльника пошагово.

Устройство паяльника

Шаг первый. Для замены вышедшего из строя нагревательного элемента берем керамическое сопротивление типа ПЭВ-10 с номинальным сопротивлением от 1,0 до 1,5 кОм. Отверстие, расположенное в центре нашего резистора, имеет диаметр, через который легко вставляется жало паяльника, при этом какая — либо дополнительная подгонка не требуется.

Шаг номер два. Удаляем старый перегоревший нагревательный элемент. На металлическом корпусе, защищающем нагревательный элемент, со стороны продольного шва делаем поперечный пропил, примерно до середины. Отступаем от края на 4 см. Затем разворачиваем пропиленные стороны трубки и срезаем уголки образовавшегося гнезда. Это нужно для того, чтобы избежать электрического контакта металлического корпуса с выводами сопротивления.

Шаг третий. Сопротивление ПЭВ-10, которое будет выполнять функцию нагревательного элемента в нашем паяльнике, вставляем в сделанное нами гнездо. Отгибаем металлические лепестки корпуса, окружив ими гнездо. Закрепляем сопротивление в гнезде с помощью хомутика.

Четвертый шаг. После проведения технических мероприятий переходим к электрическим. Нам необходимо подключить к установленному нагревательному элементу электрические провода питания, т.е. подать на ПЭВ-10 напряжение. Для этого очищаем жилы провода от изоляции на расстоянии в 1,5 — 2 см от края.

Шаг пятый. Освободившиеся концы провода по всей длине плотно обматываем асбестовой нитью — виток к витку. Изолированные нитью концы провода протягиваем через каналы ручки и подключаем к выводам нового нагревательного элемента. Для удобства монтажа ножки резистора загните, вставьте внутрь изогнутой части предварительно зачищенный кончик провода и обожмите пассатижами.

Шаг номер шесть. Выводы нагревателя изолируем той же асбестовой нитью, плотно намотав их виток к витку. Провода должны быть уложены так, чтобы они с корпусом не соприкасались. Повторно обматываем оба проводника нитью, скрепив их вместе. Собираем ручку паяльника. Теперь наш отремонтированный паяльник снова готов к работе.

Устройство паяльника

Для многих людей паяльники считаются устройством с нагревателем из спирали. Хотя имеется множество типов паяльников, которые отличаются видом энергии потребления, способами преобразования в тепло и методами передачи тепла к месту пайки.

Устройство паяльника

Наиболее распространены известные устройства, работающие от электричества – электропаяльники.

Виды паяльников

Электропаяльники с нагревателем из нихрома

Выполнены с нихромовой спиралью. Через нее проходит электрический ток. У инновационных моделей паяльников существует контроль нагрева наконечника с помощью термодатчика, который подает сигнал, чтобы вовремя отключить спираль, когда температура достигла рабочего режима. Термодатчик выполнен по принципу термопары.

Электропаяльники с нагревателем из нихрома имеют несколько разных исполнений. Простые паяльники имеют в конструкции нихромовую спираль. Она намотана на корпус из изоляционного материала. Внутри вставлен нагревающийся стержень. В конструкциях, более продвинутых нихром встроен в изоляторы, которые уменьшают потерю тепла, увеличивают теплоотдачу.

Устройство паяльника

Есть варианты с нагревателями из нихрома, помещенного внутрь изоляционного материала белого цвета. Этот элемент иногда принимают за керамический нагреватель. Производители пользуются этим, чтобы оказать влияние на выбор покупателем паяльника.

Керамические

Устройство паяльника

Существуют также конструкции паяльников, у которых нагреватель керамический. в виде стержня. Он нагревается от подведенного напряжения к его контактам. Такие нагреватели признаны, как более совершенные. Они имеют свои достоинства: быстрый нагрев, повышенный срок службы (если к нему бережно относиться), широкий интервал мощности и температуры.

Паяльник индукционного типа

В этом устройстве стержень нагревается индукционной катушкой. Наконечник выполнен с покрытием из ферромагнитного материала. В этом материале катушка образует магнитное поле, от которого наводится ток, нагревающий сердечник паяльника.

Устройство паяльника

Когда температура достигла необходимого значения, ферромагнитное покрытие уже не имеет магнитных свойств, вследствие чего сердечник больше не нагревается. Когда температура понизится до определенного значения, то ферромагнитные свойства покрытия вновь восстанавливаются, снова начинается нагревание сердечника. Так осуществляется автоподдержание температуры сердечника паяльника в диапазоне работы, не используя датчик или электронное управление.

Импульсные паяльники

Такой тип паяльников относится к особой категории. Порядок их включения таков: нажимают кнопку пуска и держат ее в нажатом состоянии. Наконечник паяльника быстро нагревается, за несколько секунд, достигает рабочей температуры. Осуществляется пайка необходимого места. После пайки кнопка выключается, происходит охлаждение паяльника.

Устройство паяльника

В импульсных паяльниках российского производства работает схема следующего исполнения. В электрическую цепь включен медный провод (он же является наконечником). Схема состоит из трансформатора высокой частоты, частотного преобразователя, повышающего частоту напряжения сети до 40 кГц. Трансформатор уменьшает напряжение сети до рабочего значения. Сердечник паяльника закреплен к токосъемнику вторичной катушки трансформатора. Это дает возможность образования в нем значительного тока, быстрого нагрева. Инновационные паяльники оснащены регуляторами ступеней температуры и мощности, которые позволяют паять как крупные детали, так и элементы мелкой электроники.

Газовые паяльники

Устройство паяльника

Они принадлежат автономным приборам. Применяются в любых местах. Это является их основным преимуществом. Нагрев жала паяльника происходит от газового пламени. В паяльник встроен баллон с газом, который можно самостоятельно заправить от баллончика для зажигалок. Если отсоединить от такого паяльника насадку, то он может выполнять функции газовой горелки.

Паяльник на аккумуляторе

Устройство паяльника

Это устройство также относится к автономным инструментам. Оно имеет маленькую мощность, до 15 ватт, служит для пайки электронных мелких деталей.

Паяльные станции

Существует два вида паяльных станций. Это инфракрасный тип и термовоздушные станции. Они не так распространены, но имеют свои преимущества.

Устройство паяльника

Термовоздушное исполнение паяльных станций оснащено нагревом зоны пайки от напора горячего воздуха, который выходит из паяльного сопла. Они напоминают фены, выходящий воздух которых поступает из сопла. Компрессорные и турбинные паяльные станции отличаются способами образования давления воздуха. У термовоздушных в корпусе паяльника расположен электромотор с крыльчаткой, который подает поток воздуха. В станциях компрессорных давление образуется компрессором с диафрагмой. Компрессор также расположен в корпусе станции.

Устройство паяльника

Инфракрасное исполнение станций производит нагрев излучением инфракрасных волн. Нагревающаяся зона может иметь размер 10-60 мм. Ее размеры определяются регулировочной системой окна инфракрасного излучателя. Разную форму окна получают, применяя отражающую ленту, сделанную из фольги. Она закрывает участки электронной платы, которые не нужно нагревать.

Как выбирать

Паяльник нужно выбирать исходя из его параметров по температуре и мощности, а также условий применения, личными требованиями пользователя. Если необходимо пользоваться паяльником там, где отсутствует электричество, то приобретают автономные типы паяльников, это аккумуляторные или газовые. Инфракрасные и термовоздушные станции пайки применяются чаще для особых работ для пайки деталей электроники. Электропаяльники с импульсным нагревом имеют высокую скорость работы, широко распространены среди людей, не любящих ждать долгого нагрева.

Можно выделить некоторые критерии выбора паяльника:

1. Мощность. Необходимая мощность паяльника выбирается в зависимости от типа выполняемых работ. Если нужен для припаивания электронных деталей, то лучше подойдет мощность до 25 ватт. Можно применить устройство и с мощностью 40 ватт, но тогда на жало придется намотать медную проволоку или сделать насадку. Для лужения и пайки толстых проводов, а также удаления припоя он также является оптимальным выбором.

Устройство паяльника

Для более объемных работ по пайке массивных и жестяных деталей со значительным отводом тепла лучше приобрести паяльник мощностью от 100 до нескольких сотен ватт. Для таких целей хорошо подходит паяльник молоткового типа.

Устройство паяльника

2. Термостабилизация. Для профессиональных пайщиков самым удобным видом паяльника стал образец с термостабилизацией, который повышает удобство работы, скорость и качество пайки. Для обычных любителей, которые изредка занимаются пайкой, такая модель также является удобной, так как на ней можно выставить необходимую температуру с автоматическим ее поддержанием. Лучше, чтобы на паяльнике была возможность точной установки температуры, а не просто верхнего и нижнего предела. Вместо регулировки температуры может предлагаться изменение мощности, которая не имеет связи с температурой. Без нагрузки и отдачи тепла электропаяльники будут перегреваться, а при хорошей теплоотдаче во время пайки, температуры может не хватить для работы. Регулятор мощности для паяльника выполняют на основе диммера.

3. Жало. Важным делом при выборе паяльника является наличие возможности менять различной конфигурации жала. Если сердечник паяльника сделан из меди, то конфигурацию жала можно легко выполнить любой формы, если заточить его. Можно также вместо заточки сплющить его молотком. А если сердечник покрыт несгораемым материалом (никелем или другим металлом), то точить его не рекомендуется. Поэтому при решении выбора паяльника нужно спросить у продавца о комплектации его запасными жалами

Жала, покрытые никелем, не дают доступа к меди. Электрические паяльники с такими жалами требуют аккуратного обращения, не допускать перегрева. Покрытие может оказаться недостаточным по качеству.

Формы наконечников существуют самые различные: конусообразные, в виде иглы, со скошенной кромкой, в виде отвертки и т.д. Каждая форма подходит для своего вида работ. Универсальными формами являются жала, заточенные под отвертку. Они подходят для многих типов работ. Припой на них хорошо держится. За счет значительной площади скоса можно быстро нагревать деталь для пайки.

Устройство паяльника

Изготовители паяльников советуют применять родные жала, которые входят в комплект керамических нагревателей, так как при замене наконечников на детали других производителей нарушается режим температуры работы нагревателя, что обуславливает его поломку.

4. Нихромовый или керамический. Некоторые любители, часто занимающиеся пайкой радиодеталей, могут дать конкретные рекомендации и советы по своему опыту применения таких устройств, с различными видами нагревателя.

Преимущества нихромовой проволоки в качестве нагревателя: невысокая стоимость, меньше, чем у керамической модели, не опасны падения и удары. Недостатки: медленный нагрев, ограниченный срок службы, так как постепенно при работе проволока сгорает. Но это происходит только при долгом ежедневном применении. Если паять изредка, то нихромовая проволока не будет сгорать.

Преимуществом керамического нагревательного элемента является долговечность. При бережной аккуратной работе паяльник будет служить много лет. Скорость его нагревания выше нихрома. Из недостатков можно назвать опасность поломки при ударе или падении. Паяльник работает только со своими родными жалами.

Похожие темы:

Принцип работы, основные неисправности и способы ремонта паяльника

Можно воспользоваться вышеприведенной таблицей. Измерить микрометром диаметр провода и по таблице определить необходимую длину провода в катушке. Так, если диаметр провода 0,08мм, сопротивление на один метр будет 208 Ом. Необходимое сопротивление 1334Ома/ 208 Ом = 6,4 м. Получается длина провода, который следует намотать на катушку.

Витки на обмотке укладываются вплотную, нагреваясь докрасна, окалина нихромового покрытия образует изолирующий межвитковый слой. Когда длины катушки не хватает, накладывается изоляционный слой, стеклоткань, асбест или слюда, и наматывается второй слой. Почти каждая катушка состоит из нескольких слоев, очень важно, чтобы она помещалась в защитный кожух.

Видео про ремонт

Каким образом осуществляется ремонт паяльника и его перемотка на 12 Вольт, рассказывается в видео ниже.

Из вышеперечисленной информации следует, что имея определенные навыки, инструменты, материалы и познания в электротехнике, сделать ремонт паяльника своими руками не составляет большой проблемы.


Внимание, только СЕГОДНЯ!
Закладка Постоянная ссылка.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *