Устройство паяльника в разрезе: схема, принцип работы

Как паять

В интернете можно найти много разнообразных инструкций как паять паяльником. Процесс достаточно прост. Нужно только знать температуру плавления припоя, который Вы собираетесь использовать. Обязательно необходимо учесть, что для каждого металла используется свой припой.

Удобнее всего паять цветные металлы. Можно паять и железо. В этом случае применяются дополнительные химикаты, либо специальные составы для пайки. Для каждого метала и свой температурный режим пайки. Он зависит от теплопроводности материала.

Проще всего паять цветные металлы, например медь. Здесь используется свинцово-оловянный припой и флюс — обычная канифоль.

Как работает устройство?

Тем, кто не знает, как отремонтировать паяльник своими руками, следует ознакомиться с принципом работы электрического прибора. Паяльник функционирует за счет преобразования электроэнергии в тепловую. В итоге тепло через нагретую спираль передается к стержню, в результате чего раскаляется жало. Следует знать, что в зоне, где осуществляют пайку, температура варьируется в пределах от 400 до 4500 °С. В результате образуется смесь вязко-жидкой консистенции. В дальнейшем она наполняет полость между спаиваемыми деталями. Когда смесь остынет, металлические части получаются надежно соединенными.

Виды паяльников по величине питающего напряжения

Рассматриваемые инструменты выпускаются разных видов, и первым критерием, по которому приборы отличаются между собой, является их напряжение питания. По этому параметру паяльники классифицируются по следующим величинам напряжения питания — 12, 24, 36, 42, 220 и 380В. Почему приборы выпускаются разного напряжения? Вполне уместный вопрос, на который можно ответить следующим образом:

Для обеспечения безопасности человека. Если работы проводятся инструментом во влажном помещении, то разрешается пользоваться только такими устройствами, которые функционируют от напряжения до 36В, но не более того. Корпус прибора при этом следует обязательно заземлить, что позволит предотвратить поражения человека электрическим током
Сфера применения прибора. Прибор используется для пайки не только дома, но и на производстве, где с его помощью осуществляется соединение различных крупных деталей. Для таких целей используются высокомощные инструменты, работающие от сети 220В. При выполнении спаечных работ на легковых и грузовых автомобилях, а также мотоциклах применяются приборы, работающие от постоянного напряжения 6, 12 и 24В
Мощность — чем мощнее нужен прибор, тем выше параметр питающего напряжения должен быть. К примеру, маломощный паяльник на 12Вт вовсе не имеет смысла изготавливать под напряжение 220В. Ведь для этого понадобится сделать большое количество витков из очень тонкой нихромовой нити. В итоге получится крупногабаритный инструмент, имеющий очень малую мощность. Аналогичная ситуация с высокомощными приборами, которые сложно сделать, если их напряжения питания будет рассчитано на 12 или 24В

Это интересно! Применение нихромовой проволоки в качестве нагревательного элемента позволяет изготавливать паяльники, работающие не только от переменного, но и постоянного напряжения. Отличие заключается в толщине проволоки, а также количестве витков.

Применение и виды

Электрический паяльник переменного тока со спиральным разогревом сердечника работает от стандартной сети электропитания для бытового оборудования в 220В 50-60Гц.
Аккумуляторный электрический паяльник используется для распайки проводов и других малогабаритных элементов, где не требуется большой мощности до 15 Вт;
Существуют разновидности газовых паяльников, которые используют для сильного разогрева металлических элементов и тугоплавких сплавов;
Для работы с легкоплавким оловом при монтаже и ремонте радиотехнической аппаратуры широко используются паяльники пистолетного вида с импульсной подачей напряжения. При нажатии на курок наконечник паяльника разогревается, после окончания пайки курок отпускают и нагревательный элемент остывает;
Паяльники с керамическими стержнями имеют большой срок работы, позволяют выбрать нужный режим температуры и потребляемой мощности;

Паяльник с керамическими насадками на стержень

Широкое применение имеют индукционные паяльники. На ферромагнитном наконечнике индуктивной катушкой создается магнитное поле, которое разогревает сердечник. При потере магнитных свойств сердечника прекращается нагрев, это существенный недостаток таких моделей.

Электрический паяльник используется как ручной инструмент. С его помощью плавят припой до жидкого состояния, который заполняет щели и неровности разогретых металлических элементов в местах соединения, для чего используются сплавы легкоплавких металлов:

олово;
свинец;
цинк;
никель;
медь и другие.

Температура плавления припоев должна быть меньше температуры плавления соединяемых металлических элементов.

Промышленность производит разные виды паяльников. Наиболее часто используемыми в промышленности и на бытовом уровне, считаются спиральные паяльники, которые стоит описать более подробно.

Ступенчатый регулятор мощности

Для изготовления регулирующего устройства нужно подобрать:

трансформатор на 220 В с мощностью, превышающей мощность паяльника на 20-25% (напряжение на вторичной обмотке должно быть не менее 200 В);
переключатель на 3-4 положения, можно больше. Максимально допустимый ток контактов должен соответствовать потребляемому току паяльника;
корпус необходимого размера;
шнур с вилкой;
розетку.

Схема регулятора мощности паяльника.

Также понадобятся крепежные элементы, шурупы, винты с гайками. Вторичную обмотку следует перемотать, установив выводы на напряжение от 150 до 220 В. Количество выводов будет зависеть от типа переключателя, напряжение на выводах желательно распределить равномерно. В цепь питания можно установить выключатель и индикатор напряжения для отображения состояния вкл/выкл.

Устройство работает следующим образом. При наличии питания на первичной обмотке на вторичной образуется напряжение соответствующей величины. В зависимости от положения переключателя S1 на паяльник будет поступать напряжение от 150 до 220 В. Меняя положение переключателя, можно изменять температуру нагрева. При наличии деталей изготовить такое устройство по силам даже новичку.

Способ №3 Мощный импульсный паяльник

Такой паяльник не подойдет новичку, так как для его создания требуются базовые знания в электротехнике и навыки чтения электрических схем. За основу для изготовления этого агрегата берется импульсный блок питания от галогенных светильников. Хорошо будет получить и схему этого устройства, в рассматриваемом примере она имеет такой вид, хотя может быть и любая другая, в зависимости от модели блока для паяльника:

Рис. 11: схема блока питания для импульсного паяльника

Принцип действия импульсного паяльника заключается в закорачивании вторичной обмотки трансформатора Т2 для получения максимального нагрева жала. Для этого применяется самодельная обмотка с одним витком и закороткой из более тонкой проволоки под наконечник.

Для изготовления паяльника вам понадобится блок от галогенного светильника, корпус (в данном случае используется пистолет из детской игрушки), медная проволока диаметром 6мм и проволока диаметром 1мм, керамические предохранители, болты для фиксации деталей паяльника, кнопка и шнур питания с вилкой. Из инструмента вам понадобятся пассатижи, отвертка, метчик и ножовка.

Процесс изготовления импульсного паяльника состоит из следующих этапов:

Снимите крышку с блока питания от галогенного светильника, будьте аккуратны, чтобы не повредить внутренние элементы, места пайки и детали. Рис. 12: снимите крышку с блока питания С трансформатора удалите низковольтную обмотку, представленную несколькими витками медной проволоки. Рис. 13: удалите низковольтную обмотку Примерьте плату в заготовленный корпус и определите наиболее выгодный способ расположения. Заметьте, что нагревательный элемент будет сильно греться, поэтому под ним никакие элементы лучше не оставлять, куда безопаснее перенести их подальше, разделив плату. Аккуратно разделите плату и на две части, для безопасности деталей их можно удалить на время распила, если под рукой имеется хоть какой-то паяльник

В противном случае придется соблюдать предельную осторожность. Рис

14: обрежьте плату Подключите к плате кнопку и шнур питания

В катушку с высоковольтной обмоткой трансформатора проденьте медную проволоку толщиной 6мм и согните при помощи пассатижей вокруг катушки, как показано на рисунке. Рис. 15: проденьте медную проволоку в катушку На выводы нагревательного элемента наденьте части керамической рубашки предохранителя, они должны предохранять пластиковый корпус паяльника от высокой температуры. Рис. 16: наденьте куски керамической рубашки Концы нагревателя расплющите, и сделайте отверстия при помощи метчика под фиксаторные болты. Рис. 17: нарежьте резьбу Закоротите теплоприемник медной проволокой диаметром в 1 мм. Если при первом включении этот проводник перегреется и перегорит из-за слишком большой температуры жала, его нужно будет заменить более толстым в 1,5 или 2 мм. Если нагрев будет слабым, установите более тонкую проволоку в 0,5 мм

14: обрежьте плату Подключите к плате кнопку и шнур питания. В катушку с высоковольтной обмоткой трансформатора проденьте медную проволоку толщиной 6мм и согните при помощи пассатижей вокруг катушки, как показано на рисунке. Рис. 15: проденьте медную проволоку в катушку На выводы нагревательного элемента наденьте части керамической рубашки предохранителя, они должны предохранять пластиковый корпус паяльника от высокой температуры. Рис. 16: наденьте куски керамической рубашки Концы нагревателя расплющите, и сделайте отверстия при помощи метчика под фиксаторные болты. Рис. 17: нарежьте резьбу Закоротите теплоприемник медной проволокой диаметром в 1 мм. Если при первом включении этот проводник перегреется и перегорит из-за слишком большой температуры жала, его нужно будет заменить более толстым в 1,5 или 2 мм. Если нагрев будет слабым, установите более тонкую проволоку в 0,5 мм.

У вас получился один из самых мощных паяльников, работающих от сети 220В – он запросто может выпаять детали с мощными ножками, соединять контакты силовой цепи и т.д.

Рис. 18: готовый импульсный паяльник

Но назвать этот паяльник одноразовым нельзя, поскольку собирается он целенаправленно и требует серьезных усилий для создания. Также желательно иметь хоть какой-то рабочий паяльник при его изготовлении, это значительно упростит работу по разделению платы.

Это интересно: Печь из газового баллона длительного горения, на отработке — чертежи

Выбор паяльника

Несмотря на одно общее назначение, существует несколько видов паяльников.

Спиральный. Он неприхотливый и доступный и поэтому самый распространенный. Недостаток – долгое время нагрева.
Керамический. В нем жало и нагреватель представляют единое целое, и потому такие модели быстрее нагреваются и обладают значительной мощностью при небольшом размере. Недостатки – он дорогой, боится падений и требует специфических жал. Да и подделывают такие модели часто.
Импульсный. Главное достоинство – мгновенный разогрев при нажатой клавише питания. По форме они напоминают пистолет. Эти паяльники идеально подходят для мелких повседневных работ, на продолжительные циклы они не рассчитаны.
Паяльная станция. Она включает в себя паяльник, стол с подогревом, фен, фиксаторы радиодеталей и другое оборудование. В ней настраивается нужная температура каждого инструмента, и поэтому она применяется для сложных и ответственных работ.

Далее поговорим про выбор жала для паяльника. Оно бывает медным и несгораемым.

Медное жало захватывает капельку припоя, которая затем переносится к месту пайки. Это позволяет паять одной рукой, а другой удерживать детали. Но такое жало довольно быстро обгорает и требует обслуживания (чистки от окалины, лужения), в идеале каждый раз после работы.
При работе несгораемым жалом припой должен подаваться проволокой в зону пайки отдельно. Это не так удобно, но срок службы у такого жала неограниченный, и обслуживать его не надо. Поэтому такой тип получил большее распространение.

Жала бывают прямыми и Г-образными, клиновые и конусные. Клиновыми лучше паять провода, а конусными – работать с печатными платами.

Мощность паяльника для радиодеталей не должна превышать 20-40 Вт. Для работы с микросхемами она должна быть около 10 Вт. А вот источник питания может быть разным:

штепсельный разъем с напряжением 220 В (бытовая электросеть);
сеть на 12, 24 и 36 В для работы в опасных условиях;
порт USB с напряжением 5 В;
встроенный аккумулятор.

Материал ручки тоже может различаться:

пластик;
дерево;
эбонит;
текстолит.

Далее готовим материалы для паяния

Особенности пайки проводов

В предварительном соединении паяемых деталей больше всего проблем возникает с проводами: их для этого приходится трогать руками, отчего поверхность металла загрязняется, и спаям проводов чаще прочих паяных соединений приходится выдерживать механические нагрузки.

Скрутки проводов

Прежде чем паять провода, их нужно правильно скрутить. Основные виды скруток проводов для пайки показаны на рис. У каждого из них свое предназначение:

Бандажными скрутками соединяют жесткие (толстые одножильные) токоведущие провода, т.е. по которым передается электрическая мощность. Особенно – провода наружныее. Бандажное соединение обеспечивает достаточный электрический контакт даже при непропае или перегреве окислившегося спая.
Желобковые скрутки делают на проводах в легкоплавкой изоляции (простой ПВХ, полиэтилен), когда необходимо полное растекание припоя при минимальном прогреве. Греют желобковые скрутки только по желобку.
Простыми скрутками можно соединять как одножильные, так и многожильные только что зачищенные от изоляции (блестящие) провода.
Простая последовательная скрутка, т. наз. прямая британская, или просто британка, применима для соединения токоведущих проводов гибких кабелей сечением до 1,4 кв. мм, не испытывающих регулярных больших механических нагрузок, напр. электрических удлинителей или времянок.

Электрические провода, испытывающие регулярные и/или постоянные механические нагрузки, должны быть обязательно многожильными. Скручивают их, как показано внизу на рис: концы разметливают, «метлы» вдвигают друг в друга и скручивают по-британски. Паяют легкоплавким припоем повышенной прочности, напр. ПОСК-50 (см. ниже) с активированным флюсом, не требующим удаления остатков, также см. ниже.

Параллельные (тупиковые) скрутки проводов сечением свыше 0,7 кв. мм желательно паять погружением в расплавленный припой, см. далее. В противном случае придется греть или долго, или слишком мощным паяльником, отчего изоляция ползет, а флюс преждевременно выкипает.

Что паяемо, но не паяется

Не предназначены для соединения пайкой гибкие коаксиальные кабели и кабели для компьютерных сетей типа витая пара («витуха»). Опытный кабельщик, имеющий полное представление об электродинамике линий передачи сигнала, в исключительных случаях сделать муфту на них может. Но при выполнении дилетантом, пусть он в остальном квалифицированный электронщик и монтажник, пропускная способность и помехозащищенности линии упадут ниже допустимого, вплоть до полной потери.

Как чистить и консервировать жало

Жало паяльника очищают от остатков припоя, потирая о мягкую пористую или волокнистую подкладку. Чаще всего используется поролон, но это вариант не из лучших: он подгорает и налипает на жало. Лучший материал для его чистки – натуральный войлок или базальтовый картон. Но еще лучше – 2-ступенчатая чистка, сначала о губку-путанку из металлической ленты, а затем уж о войлок. После чистки паяльник выключают, вводят еще горячее жало в твердую канифоль и ждут, пока она не перестанет пузыриться. Тогда жало вынимают и держат вниз концом, чтобы стекли излишки канифоли. По полном его остывании паяльник можно отправлять на хранение.

Регулировка нагрева

Сердечник индукционного паяльника делают из меди (не магнитный материал), а заднюю его часть покрывают ферромагнитным материалом (сплав железа и никеля). Передняя часть служит жалом, сам сердечник называют картриджем.

Регулировка нагрева медного жала происходит следующим образом:

при подаче переменного напряжения, а значит и поля, в покрытии генерируются токи Фуко, которые разогревают материал;
тепло передается меди;
как только температура покрытия достигает точки Кюри, магнитные свойства исчезают и разогрев прекращается;
в процессе работы индукционным паяльником медное жало отдает тепло детали и остывает, остывает также ферромагнитное покрытие;
как только покрытие остывает, возвращаются магнитные свойства, и мгновенно возобновляется нагрев.

Максимальный нагрев индукционного паяльника зависит от свойств магнитного сплава и сердечника. Такое управление называется умным теплом (smart heat).

Менять температуру для конкретных условий пайки можно, установив температурный датчик, который подключается к блоку управления станцией, либо же меняя картриджи (сердечник с наконечником) которые вставляют в ручку индукционного паяльника.

Первый вариант дешевле второго, поэтому им сегодня пользуются не только профессионалы. Зато второй способ точнее и надежнее.

Принцип работы электрической схемы паяльника

Трансформатор

В основу конструкции положен обыкновенный трансформатор, состоящий из:

первичной обмотки на 220 вольт;
закороченной вторичной силовой обмотки из двух витков;
магнитопровода.

Для удобства пайки можно создать дополнительную вторичную обмотку на 4,5 вольта, питающую лампочку накаливания от карманного фонарика или мощный светодиод. Когда пространство магнитопровода ограничено, то допускается для цепи подсветки делать низковольтное ответвление от первичной обмотки по принципу автотрансформатора. Создастся экономия пространства и провода.

Силовая вторичная обмотка выполнена из толстой медной шины, постоянно работает в режиме короткого замыкания на более тонкий наконечник из меди. За счет большого теплового воздействия тока КЗ происходит быстрый разогрев жала паяльника до рабочей температуры.

Отвод тепла в окружающую среду и на расплавление припоя в кратковременном режиме пайки обеспечивают тепловой баланс, исключающий перегрев обмоток трансформатора и наконечника до критической температуры.

Схема питания трансформатора

220 вольт подается через обычную электрическую вилку со шнуром. Внутри рукоятки паяльника размещают микровыключатель, задействованный через нормально отключенный контакт с кнопкой управления.

При нажатии на кнопку питания напряжение подается на трансформатор, а при отпускании — снимается. В целях обеспечения электрической безопасности при работе с электроинструментом рекомендуется устанавливать не одиночный, а сдвоенный микрик в разрыв каждого провода питания.

В такой конструкции опасный потенциал фазы всегда будет отсутствовать на трансформаторе при разомкнутых контактах выключателя.

Принцип работы

Большинство приборов в основе работы используют преобразование электрической энергии в тепловую. Для этого во внутренней части устройства располагается нагревательный элемент. Но некоторые типы устройства просто нагреваются на огне или используют подожжённый направленный поток газа.

В нихромовых устройствах используется проволочная спираль, через которую пропускается ток. Спираль располагается на диэлектрике. Нагреваясь, спираль передаёт тепло медному жалу. Температура нагрева регулируется термодатчиком, который при достижении определённого значения нагрева отсоединяет спираль от электрической линии, а при остывании опять подключает её к ней. Термодатчиком является не что иное, как термопара.

Индукционное оборудование работает за счёт индуктора. Жало покрывается ферромагнетиком. С помощью катушки наводится магнитное поле и появляются в проводнике токи, приводящие к нагреву жала. При работе наступает такой момент, что жало теряет свои магнитные свойства, нагрев останавливается, а при остывании свойства возвращаются и нагрев восстанавливается.

Работа импульсных паяльников основана на использовании высокочастотного трансформатора. Вторичная обмотка трансформатора имеет несколько витков, выполненных из толстого провода, концы которого и являются нагревателями. Частотный преобразователь увеличивает частоту входного сигнала, который снижается на трансформаторе. Регулировка нагрева происходит при помощи регулировки мощности.

Термовоздушный паяльник, или, как его называют, термофен, при работе использует горячий воздух, который нагревается при прохождении через спираль, выполненную из нихрома. Температуру в нём можно регулировать как снижением величины напряжения подаваемого на проволоку, так и изменением потока воздуха.

Одним из видов паяльников стали устройства, использующие инфракрасное излучение. В основе их работы лежит процесс нагрева излучением с длиной волны до 10 мкм. Для регулирования применяется сложный узел управления, изменяющий как длину волны, так и её интенсивность.

Газовые представляют собой обычные горелки, вместо жала использующие сопла разного диаметра. Управление температурой практически невозможно, кроме изменения интенсивности выхода газа с помощью заслонки.

Достоинства паяльника для пайки бамперов

Бампер – это деталь автомобильного кузова, которая не редко повреждается. Менять поврежденную от аварии деталь дорого, да и не всегда необходимо – в наши дни существует много аппаратов для исправления искривления пластика автомобиля. Паяльная станция помогает выполнить ремонт.

Станция с феном способна нагревать прокачиваемый через неё воздух от 20°С до 650°С, причем температура плавно регулируется встроенным блоком электроники

Существует 3 стадии нагревания пластика:

Пластичность (возможно менять форму предмета);
Плавление (можно соединить детали);
Разрушение (шов ненадежный, эксплуатация невозможна).

Для бамперов подходит термовоздушная станция, традиционный паяльник и станция с феном. Конечно, ремонт можно выполнить самостоятельно, но лучше, если ремонтом любимого автотранспортного средства займется мастер.

Перемотка паяльника

При ремонте купленного инструмента или создании его своими руками приходится проводить намотку проволоки

Перед непосредственным выполнением работы довольно важно правильно провести соответствующие расчеты, так как наиболее подходящая проволока выбирается в зависимости от сопротивления, мощности и напряжения источника питания. Рассчитать требующиеся показатели можно при применении различных специальных таблиц

После вычисления требуемых параметров подбирается наиболее подходящая под них проволока. Для этого также может использоваться специальная таблица, в которой определено соотношение основных параметров. Нихромовый состав представлен сочетанием хрома и никеля, за счет чего изготавливаемый элемент способен выдерживать воздействие температуры до 1000 градусов Цельсия.

Процесс намотки предусматривает плотную укладку витков. Стоит учитывать, что при нагреве до высоких температур рассматриваемый материал покрывается окисью.

В качестве изоляционного материала может использоваться асбест, стекловолокно или слюда. Среди эксплуатационных качеств асбеста можно отметить тот, что он может размачиваться водой, принимая пластичную форму его достаточно просто распределить по поверхности. При его использовании стоит учитывать, что мокрый асбест способен проводить электричество. Поэтому паяльник следует включать исключительно после полного высыхания изоляционного материала.

В заключение отметим, что достаточно простое устройство паяльника позволяет изготавливать его своими руками.