Паяльнні інструменти

Паяльники. Основним інструментом для паяння є паяльник. За способом нагрівання паяльники поділяють на три групи - періодичного підігрівання, безперервного підігрівання газом або рідким пальним, та електричні. Окрему групу становлять паяльники спеціального призначення: ультразвукові з генератором ультразвукової частоти (УП-21); з дуговим підігрівом; з вібруючими пристроями тощо. Кращим способом нагрівання паяльників є нагрівання на звичайній електричній плиті, у яку потрібно поставити дві ввімкнені паралельно спіралі замість однієї. Для швидкого нагрівання паяльника і зменшення витрат теплоти використовують зроблену з жерсті захисну коробочку. Перевага нагрівання паяльника на електроплиті полягає в тому, що паяльник не стикається з полум’ям і рівномірно нагрівається.

Незалежно від способу нагрівання й конструкції основне призначення паяльника полягає в нагріванні припою до розплавлення, розжарюванні розплавленого припою і нанесенні його на з’єднання; прогріванні металу за місцем паяння; видаленні залишків розплавленого припою.

Паяльники періодичного підігрівання поділяють на кутові, або молоткові (мал. 2.1.6, а), і прямі, або торцеві (мал. 2.1.6, б). Перші застосовують найчастіше. Прямі паяльники використовують у важкодоступних місцях.

Паяльник являє собою певної форми шматок міді, закріплений на залізному стрижні з дерев’яною рукояткою на кінці. До паяльників безперервного підігрівання належать газові й бензинові.

Газовий паяльник (мал. 2.1.7) має ацетилено-кисневий пальник 4, до якого на стрижні 2 прикріплено за допомогою хомутика звичайний паяльник 1 з міді. Ніпелі 7, 8 під шланги прикріплені до рукоятки 6. Кисень та ацетилен подаються по шлангах ніпелів 7 і 8. Подача до пальника ацетилено-кисневої суміші регулюється за допомогою вентилів 5 і 9. Ацетилено-кисневу суміш на виході з сопла 10 пальника запалюють, полум’я, що утворилося, нагріває робочу частину паяльника.
ензиновому паяльнику (мал. 2.1.8) робоча головка 1 безперервно підігрівається полум’ям бензинового пальника 2. Рукоятка одночасно служить резервуаром для бензину. Резервуар заповнюють неповністю, залишаючи невеликий вільний простір. Після заповнення резервуара бензином міцно закручують вентиль на кінці рукоятки. Категорично забороняється заповнювати бензином резервуар поблизу вогню.
Електричні паяльники застосовують широко, оскільки вони прості за конструкцією й зручні в користуванні. При роботі з ними не утворюються шкідливі гази, що роз’їдають полуду на мідному стрижні, і нагрівання місць, які паяють, здійснюється рівномірно при постійній температурі, а це значно підвищує якість паяння. Такі паяльники нагріваються швидко - протягом 2-8 хв.

Електричні паяльники бувають прямими (мал. 2.1.9, а) і кутовими (мал. 2.1.9, б).

Мал. 2.1.6. Паяльники періодичного підігрівання: 

а - кутовий; б - прямий

Мал. 2.1.7. Газовий паяльник безперервного підігрівання:

1 - пальник; 2 - стрижень; 3 - хомутик; 4 - ацетилено-кисневий пальник; 5, 9 - вентиль; 6 - рукоятка; 7, 8 - шланги ніпелів; 10 - сопло

Мал. 2.1.8. Бензиновий паяльник безперервного підігрівання:

1 - робоча головка; 2 - пальник; 3 - рукоятка

Мал. 2.1.9. Електричні паяльники:

а - прямий; б - кутовий; 1 - мідний стрижень (теплопередатчик); 2 - хомутик; 3 - накладні боковини; 4 - нагрівальний елемент; 5 - сталева трубка: 6 - рукоятка; 7 - шнур; 8 - штепсельна вилка

Для паяння олов’яно-свинцевими припоями виготовляють електричні паяльники ПЦН-10, ПЦН-16, ПЦН-25, ПЦН-40, ПЦН-60, ПЦН-100, ПЦН-160, ПЦН-250 (літери означають: П - паяльник електричний, Ц - незмінний паяльний стрижень, Н - безперервний режим нагрівання; цифрою позначено номінальну потужність (Вт).

Види паяних швів (мал. 2.1.10, а - е). Залежно від вимог, які ставляться до виробів, що паяються, шви поділяють на три групи: міцні, яким властива певна механічна міцність, але не обов’язково герметичність;

щільні - суцільні герметичні шви, які не допускають проникнення будь-якої речовини;  щільноміцні, яким властиві і міцність, і герметичність. 

З’єднувані деталі слід добре підганяти одну до одної.

Мал. 2.1.10. Паяні шви:а - стиковий; б - внапусток; в - ступінчастий; г - зі скісним зрізом; д - стиковий з накладкою; е - герметичний

Електричні паяльники: види і конструкції

Сучасна електронна техніка вдосконалюється дуже швидко. Ступінь інтеграції сучасних мікросхем така, що в одному корпусі вміщаються мільйони транзисторів, але самі корпусу стають все менше і менше. Дискретні деталі – транзистори, конденсатори, резистори теж малогабаритні, безвыводные. Все це монтується на платах методом поверхневого монтажу SMD. Деталі розташовані настільки щільно, що припаяти щось звичайним сорокаваттным електричним паяльником ЭПСН просто неможливо.

Правда, деякі фахівці від паяльника стверджують, що припаяти все що завгодно можна навіть сокирою. Може це і так, але, як мовиться, не всім дано. Тому краще все-таки користуватися паяльником, благо тепер існує дуже широкий вибір паяльного інструменту. І до покупки цього інструменту треба підійти творчо, а не брати все, що попадеться на очі.

Насамперед, необхідно визначити, для яких робіт купується електричний паяльник. Якщо передбачається паяти масивні деталі, наприклад, автомобільні радіатори, мідні трубки, жерстяні конструкції – загалом, все те, що володіє великим тепловідводом, потрібно молотковий паяльник дуже великої потужності. Такий паяльник часто називають «сокирою». Потужність таких паяльників досягає кількох сотень ват. Потужний паяльник типу «сокира» показаний на малюнку 1.

Малюнок 1. Молотковий паяльник потужністю 200Вт

Зрозуміло, що призначення такого паяльника дуже специфічне, не завжди і не скрізь він може знадобитися. Для застосування в побутових умовах більше підійде паяльник потужністю 25...60Вт. Час від часу їм можна виконати практично всі паяльні роботи по ремонту побутової техніки і навіть паяти друковані плати з вивідними компонентами. Зовнішній вигляд такого паяльника показаний на малюнку 2.

Малюнок 2. Паяльник ЭПСН

Конструкція такого паяльника нерозбірна, про що написано навіть, що додається до нього інструкції. Про це паяльнике можна сказати, що його нагрівач досить довговічний, перегорає досить рідко, навіть якщо користуватися паяльником дуже інтенсивно. Частіше трапляється, що мідна жало обгорає і приварюється всередині нагрівача настільки міцно, що дістати його просто неможливо, у цьому випадку доводиться купувати новий паяльник.

Щоб такого не відбулося, рекомендується періодично виймати жало з паяльника і очищати його від продуктів окислення. При цьому з самого паяльника висипається чорний порошок. Все це добре, коли читаєш, але в більшості випадків про це просто забувають, і ще цілком робочий паяльник просто викидають.

Перед тим, як користуватися новим паяльником кінчик жала слід облудить. Для цього паяльник спочатку треба розігріти, після чого в гарячому вигляді зняти оксиди дрібним напилком, швиденько вмочити зачищений кінець каніфоль, а потім у припій. В результаті на робочій поверхні жала залишається крапля припою. Якщо цього не зробити, то жало почорніє, і розплавити припій просто не вдасться.

В процесі роботи мідна жало поступово розчиняється в припої, і на ньому утворюються раковини і з'являються оксиди. Працювати таким жалом стає неможливо, і його знову доводиться підправляти напилком і облуживать. І так до тих пір, поки від жала не залишиться маленький шматочок. Таке жало треба поміняти.

Дещо менше жало буде вигоряти, якщо перед використанням його викувати молотком до потрібної форми: на поверхні мідного жала утворюється наклеп, більш твердий шар металу. Саме цей наклепанный шар стійкий до вигорання.

Саморобні конструкції електричних паяльників

Іноді трапляється, що паяльник, навіть потужністю 25Вт, виявляється завеликий, щоб припаяти маленьку детальку. У цьому випадку може допомогти накручена на жало мідний дріт, як показано на малюнку 3.

Малюнок 3. Зменшення розмірів жала намотуванням мідного дроту

Таке імпровізоване жало треба спочатку облудить, як було написано трохи вище. Звичайно, така конструкція недовговічна, але її цілком вистачає, щоб зробити кілька пайок.

У свій час радіоаматорами було запропоновано чимало конструкцій мініатюрних електричних паяльників. Багато з них були навіть дуже гарні, але, на жаль, для їх виготовлення потрібні деякі токарні і слюсарні роботи. В домашніх умовах зробити такий паяльник просто неможливо. Але наші люди, проявивши творчий підхід, винаходять мініатюрні паяльники з підручних засобів. Дві такі конструкції були опубліковані в журналі «Радіо» №1 2011. Перша з них показана на малюнку 4. Основою послужив випалювач по дереву, яким користувалися багато в дитинстві.

Малюнок 4. Паяльник з випалювача по дереву

Конструкція паяльника зрозуміла з малюнка. Досить на спіраль випалювача щільно намотати мідний дріт діаметром півтора міліметра і, природно, облудить, адже як-ніяк паяльник! Вийшло імпровізоване жало дуже нагадує конструкцію, показану на попередньому малюнку.

Малюнок 5. Імпровізований паяльник А. Філіппова

Керамічні та ніхромові нагрівачі

При купівлі електричного паяльника слід врахувати тип нагрівача.

Ніхромовий нагрівач являє собою спіраль, навиту на керамічне підставу у внутрішній отвір якого вставляється паяльний стрижень. Деякі, найбільш досконалі нагрівачі мають вбудовану термопару, дозволяє стабілізувати температуру нагрівання. Конструкція ніхромового нагрівача показана на малюнку 6.

Малюнок 6. Ніхромовий нагрівач

Тут же показаний і необгораемый паяльний стрижень. Сам він зроблений, звичайно ж, з міді, а зовні покритий шаром нікелю. Такі стрижні ні в якому разі не слід зачищати напилком для того, щоб облудить, хоча багато користувачів скаржаться, що лудятся такі жала погано, припой на собі не утримують.

Нічого не залишається, як паяти тільки з подачею припою: в одній руці паяльник, в іншій тонка дріт припою, під ними плата. Та й то сказати, що під необлуженным жалом припій плавиться погано. Класична пайка за методом занурив паяльник в припій, захопив краплю, переніс на плату, неможлива в принципі.

Сучасні паяльники випускаються, в основному, з керамічними нагрівачами. Технологія виробництва таких нагрівачів досить складна, і освоєна кількома знаменитими фірмами. В першу чергу це тільки що згадана фірма Weller, Hakko, Ersa і деякі інші.

Керамічний нагрівач дуже довговічний. Якщо звичайний ніхромовий нагрівач при пайці у промислових масштабах (по кілька тисяч пайок за зміну щодня) приходить в непридатність через якихось півроку, то керамічні нагрівачі служать роками, звичайно, за умови обережного користування.

Основною перевагою керамічних нагрівачів є висока швидкість нагріву: на робочий режим паяльник виходить всього за 30 секунд. В принципі не особливо важливо, як скоро розігріється паяльник при першому включенні. Ця швидкість важлива для роботи терморегулятора, адже чим швидше гріється жало, тим стабільніше температура пайки.

На малюнку 7 показаний нагрівач паяльника TechTool фірми Ersa, призначений для використання у складі паяльних станцій.

Малюнок 7. Керамічний нагрівач фірми Ersa

Неважко помітити, що область нагріву керамічного нагрівача знаходиться в кінці порожнистого жала, тому гріється в основному ту його частину, яка ближче до точки пайки. Зовсім близько від точки пайки знаходиться і термопара. Таке розташування термопари забезпечує швидку реакцію електронного блоку навіть на незначні зміни температури в місці пайки. Ось тут то і позначається велика швидкість нагріву керамічного нагрівача. Заміна жала здійснюється за допомогою пластикової рифленої гайки, яка залишається холодною навіть при розігріві паяльника до 400 градусів. Це дозволяє проводити заміну жала всього за 30 секунд, не чекаючи охолодження паяльника. Ось така високотехнологічна річ керамічний нагрівач. Для аматорських цілей можна вибрати менш дорогі моделі фірми Ersa, наприклад, паяльник з регулятором температури PTC 70, зовнішній вигляд якого показаний на мал. 8

Малюнок 8. Паяльник з регулятором температури PTC 70

Для не дуже частого користування в аматорських цілях цілком підійде і паяльник китайського виробництва: нехай він буде дещо гірше, зате ціна радує.

Змінні жала надіваються на керамічний нагрівач і утримуються пружинним фіксатором. В ручці паяльника захований аналоговий стабілізатор температури, датчиком якої служить сам нагрівальний елемент, оскільки його опір змінюється з температурою нагріву.до речі, подібні стабілізатори температури пропонуються в радіоаматорських конструкціях для звичайних паяльників типу ЭПСН. Коліщатко налаштування температури виведено на ручку паяльника, як показано на малюнку 9.

Малюнок 9. Ручка установки температури паяльника PTC 70

Напруга живлення паяльника 220В, потужність нагрівача 75Вт. При таких параметрах керамічного нагрівача температура жала буде підтримуватися досить стабільно, паяльник не буде прилипати до плати, адже чим потужніший нагрівач, тим швидше нагрівається жало. Таким паяльником можна паяти тонкі доріжки друкованого монтажу і досить великі деталі не побоюючись перегріву або охолодження паяльника. Для паяльника існує цілий набір жал, придатних для різних паяльних робіт.Деякі виробники ховають найтоншу ніхромовий спіраль всередині керамічного циліндра і називають такий нагрівач керамічним. Може це такий комерційний прийом, але нагрівач-то все одно ніхромовий. У цьому керамічному нагрівачі гріється сама кераміка. Паяльники з таким нагрівачем часто теж виконуються з термостабилизатором в ручці, але бувають і без нього. Деякі моделі мають вбудовану термопару, користуватися ними можна тільки при наявності зовнішнього електронного блоку. Такі комплекти називаються паяльними станціями.

Зовнішній вид авторського варіанту саморобної паяльної станції показаний на малюнку 10.

Малюнок 10. Зовнішній вид саморобної паяльної станції

Сучасні паяльники комплектуються цілим набором змінних жал, придатних на всі випадки життя. Один з таких наборів показаний на малюнку 11. Зовнішній вид паяльника SR971 показаний на малюнку 12.

Паяльник при продажу комплектується одним конічним жалом, тому інші жала доводиться купувати додатково. Потужність керамічного нагрівального елемента 25Вт при напрузі живлення 220В. Жало паяльника заземлено, що дозволяє паяти елементи чутливі до статичної електрики. Змінне жало встановлюється легко, що дозволяє проводити різні паяльні роботи. Для цього достатньо відкрутити гайку з накатаною поверхнею, змінити жало і загорнути гайку назад.

Форма ручки паяльника досить ергономічна, вага паяльника невеликий, працювати таким інструментом досить комфортно. Єдино, що кілька затьмарює всі достоїнства, це відсутність вбудованого регулятора потужності.

Малюнок 11

Малюнок 12. Паяльник фірми SOLOMON SR971

При роботі з SMD компонентами зовсім не зайве мати жала типу «вилка» і миниволна: перше з них призначений для пайки дріб'язку типу резисторів і конденсаторів, а друге дозволяє запаювати многовыводные деталі в планарних корпусах, не побоюючись, що припой потрапить між висновками.

На малюнках 13 і 14 показані фрагменти таблиці з жалами фірми Weller, за якими можна вибрати і замовити потрібну жало. Крім того, фірма Weller захищає свої жала лазерним гравіюванням, оскільки розвелося досить фірм, подделывающих оригінальні жала.

Застосування таких контрафактних китайських жав нерідко приводить в непридатність паяльне обладнання, а паяльники фірми Weller є досить дорогими. Навіть ті, хто займаються пайкою на професійному рівні, не завжди наважуються купити таке обладнання.

Малюнок 13. Жало типу «вилка»

Дуже навіть зручно: підводиш таке жало до резистору, гріються відразу обидва кінця, і залишається тільки зняти деталь з плати.

Для подібних операцій в арсеналі паяльного обладнання існує спеціальний інструмент – термопинцет. Можна відразу нагріти деталь і зняти її з плати. По суті це два паяльника, об'єднані в загальну конструкцію. Коштує такий інструмент дуже навіть недешево, але, як показує практика, можна обійтися і без нього.

Малюнок 14. Жало типу «миниволна»

На робочій поверхні жала є невелика сферичне поглиблення (показано пунктиром), куди набирається розплавлений припій. Далі жалом проводять за висновками планарної мікросхеми, природно, встановленої на платі, і запас припою перетікає на висновки і доріжки плати.

Дуже навіть зручно, не треба  окремо в кожен вивід мікросхеми, все виходить як би само собою. Така технологія підвищує продуктивність ручної пайки не менше, ніж у десять разів, а також поліпшується і якість. Здавалося б, що таке жало можна елементарно зробити із звичайного мідного: всього-то й справ, що просвердлити в потрібному місці невелику і не дуже глибоке отвір. Але от як раз ці маленькі розміри призведуть до того, що таке жало швидко обгорить, від крихітного отвору не залишиться і сліду. Але якщо є необхідність припаяти одну – дві мікросхеми, то таке жало цілком підійде.

Фірмова «миниволна» (як варіант «мікрохвиля») виконана з необгорающим хромовим покриттям, а кінчик жала залуживается хімічним способом. Змочуваність такого жала чудова, що є, мабуть, найголовнішою умовою якісної пайки.

Індукційні паяльники

Всі розглянуті вище паяльники використовують нагрівачі різного типу, тепло від яких передається на паяльне жало, а для стабілізації температури потрібно електронна схема. Зовсім по-іншому влаштовані індукційні паяльники, у яких саме жало розігрівається високочастотними струмами, служить нагрівальним елементом. І не треба ніякого керамічного або ніхромового нагрівача. Схематичне пристрій індукційного паяльника показано на рисунку 15.

Малюнок 15. Пристрій індукційного паяльника

Паяльний стрижень виготовлений з міді, а його задня частина покрита феромагнітним сплавом із заліза і нікелю. На цій частині жала розташована котушка індуктивності, що живиться напругою з частотою 470КГц. Високочастотні коливання наводять в сердечнику поверхневі струми, які нагрівають залізо-нікелеве покриття, що володіє магнітними властивостями і досить великим, порівняно з міддю, електричним опором. Поєднання цих властивостей приводить до розігріву феромагнітного покриття. Тепло від нагрітого шару розігріває весь сердечник, йде всередину, охолоджуючи феромагнітний шар, адже всередині осердя-то мідь. Нагрівання покриття відбувається до тих пір, поки температура всього сердечника не досягне точки Кюрі. Це температура, при якій феромагнітне покриття втрачає магнітні властивості. Якщо сказати простіше, то звичайний залізний цвях, при відповідній температурі, перестане тягнутися звичайним постійним магнітом.

При втраті магнітних властивостей перестає діяти поверхневий ефект, а високочастотні струми йдуть всередину мідного сердечника, де не викликають ніякого нагріву. Оскільки мідь не реагує на магнітні поля, поглинання енергії магнітного поля припиняється, припиняється і розігрів сердечника.

В процесі пайки жало віддає запасене тепло на розплавлення припою і нагрівання паяемых деталей. Температура жала падає нижче точки Кюрі, магнітні властивості покриття відновлюються, і починається нагрівання. При цьому, чим масивніше спаєваємі деталі, тим швидше прагне охолонути сердечник, тим далі відхід від точки Кюрі, тим вище вплив поверхневих струмів. Іншими словами потужність нагріву, її швидкість адаптується до умов пайки: чим інтенсивніше відбирається запасене жалом тепло, тим інтенсивніше відбувається нагрів жала. Недарма така технологія нагрівання називається Smart Heat, що можна перевести як «розумний тепло». Розробка індукційного паяльника, як і самої технології Smart Heat належить американській компанії Metcal.

Принадність цієї технології ще і в тому, що не потрібно складних електронних схем для підтримки температури, адже не секрет, що найбільш просунуті паяльні станції управляються за допомогою мікроконтролерів і мають досить складні схеми. А тут все відбувається за рахунок самого паяльного жала. Достатньо лише підключити його високочастотним напругою.

Інші конструкції паяльників

Розповідь про паяльниках буде дещо неповним, якщо не згадати інші, можна сказати, екзотичні типи. Насамперед, це автономні паяльники, не вимагають підключення до електрики. Одні з них електрику все-таки споживають від акумулятора або навіть батарейок, вбудованих в ручку.

Інші паяльники – газові працюють на зразок звичайної газової пальники, тільки гріють паяльне жало. Якщо жало зняти, то виходить якраз газовий пальник.

Своїм «паяльным» властивостями газові паяльники ледь дотягують до не найкращих електричних паяльників. Про це говорять усі, кому доводилося користуватися цим дивом техніки.