Паяльник – это ручной инструмент, используемый для пайки . Он подает тепло для плавления припоя , чтобы он мог проникнуть в соединение между двумя заготовками.
Паяльник состоит из нагретого металлического жала (насадки ) и изолированной ручки. Нагрев часто достигается электрическим путем пропускания электрического тока (подаваемого через электрический шнур или кабели аккумуляторной батареи) через резистивный нагревательный элемент . Беспроводные утюги можно нагревать путем сжигания газа, хранящегося в небольшом резервуаре, часто с использованием каталитического нагревателя , а не пламени. Простые утюги, которые сегодня используются реже, чем раньше, представляли собой просто большую медную насадку на ручке, нагретую пламенем.
Припой плавится примерно при 185 °C (365 °F). Паяльники рассчитаны на работу в диапазоне температур от 200 до 480 °C (от 392 до 896 °F). [1]
Паяльники чаще всего используются при монтаже, ремонте и ограниченных производственных работах по сборке электроники . На крупных производственных линиях используются другие методы пайки. [2] Для пайки соединений листового металла можно использовать большие утюги. Менее распространенное применение включает пирографию (выжигание рисунков на дереве) и сварку пластмасс (в качестве альтернативы ультразвуковой сварке ).
До изобретения электрических паяльников типичный паяльник состоял из медного блока с наконечником соответствующей формы, опирающегося на железный стержень и удерживаемого деревянной ручкой. Непосредственно перед использованием утюг нагревали на огне или в угольной жаровне , и его приходилось разогревать всякий раз, когда он становился слишком холодным для использования. Паяльники в основном использовались жестянщиками и медниками для работы с тонкими листами металла . [3]
Большой медный блок требовался для того, чтобы иметь достаточную теплоемкость для обеспечения полезного тепла после извлечения из огня, а медь дорогая. Это привело к разработке паяльников с небольшим медным жалом, прикрепленным к недорогому чугунному блоку. [4] Некоторые утюги даже имели съемные и заменяемые медные наконечники. [5]
Первый электрический паяльник имел очень легкое платиновое жало, нагреваемое электрическим током , протекающим через само жало. [6] К 1889 году были разработаны электрические паяльники с резистивной проволокой , обернутой вокруг заднего конца медной головки и заключенной в защитную оболочку. [7] Альтернативно, нагревательный элемент может быть заключен в относительно легкую полую медную головку. [8]
В 1894 году компания American Electrical Heater Company начала крупномасштабное производство электрических паяльников в Детройте. Они начали их производить, и вскоре после этого компания American Electrical Heater Company выпустила свою линейку паяльников. В 1905 году журнал Scientific American Magazine опубликовал руководство по изготовлению паяльника, в котором четко объясняется, как изготавливались первые паяльники. [9]
В 1921 году немецкая компания, основанная Эрнстом Саксом, разработала электрический паяльник, аналогичный утюгу American Electrical Heater Company. В 1926 году Уильям Альферинк подал заявку на патент на первую паяльную станцию. [10] [11]
В 1946 году Карл Э. Веллер подал заявку на патент на свой паяльник, который мог мгновенно нагреваться, и начал производство «Speedy Iron» в Пенсильвании. [12] Он был изготовлен компанией Weller Manufacturing Company и стал первым пистолетом для термической пайки мгновенного действия. Несколько лет спустя они выпустили на рынок паяльник с саморегулировкой температуры. В 1951 году компания WEN Products начала производство собственного паяльника мгновенного действия. После трехлетнего судебного разбирательства Веллер выиграл дело о нарушении патентных прав. [11]
В 1960 году Веллер получил патент на паяльник «Магнастат», продленный в 1964 и 1971 годах. [13] Этот утюг мог контролировать температуру с помощью термочувствительного магнитного наконечника. «Magnastat» стал бестселлером и был включен в паяльную станцию W-TCP в 1967 году. Фактически, в рамках патента, как дополнительное описание, он определяет то, что сегодня стало «де- факто », избыточность того стоит, " форм-фактор " подавляющего большинства нынешних китайских и японских утюгов: Hako, Baku и т. д... В истекшем сейчас патенте, который даже Веллер перестал использовать на некоторых моделях, описывалась внешняя трубка, удерживающая медь с покрытием наконечник, прижатый гайкой к рукоятке. [14]
На удаленном заднем конце вытяжной трубы 26 и удерживается на ней периферийным фланцем 27 свободно вращающаяся гайка с резьбой 28, приспособленная для навинчивания на приемную шпильку 29 фланца крышки 21 для втягивания наконечника 11 в правильное зацепление.
Для электромонтажных и электронных работ используется утюг малой мощности, номинальная мощность от 15 до 35 Вт . Доступны более высокие номиналы, но они не работают при более высоких температурах; вместо этого имеется больше тепла для пайки объектов с большой теплоемкостью , например, металлического шасси. [15] Некоторые утюги имеют температурный контроль и работают при фиксированной температуре так же, как паяльная станция, с более высокой мощностью, доступной для соединений с большой теплоемкостью. Простые утюги работают при неконтролируемой температуре, определяемой тепловым равновесием ; при нагревании чего-то большого их температура падает.
Разновидностью является паяльник Scope , распространенный в Австралии, который работает от источника низкого напряжения, такого как трансформатор или батарея, и нагревается за секунды, когда пользователь нажимает на защиту большого пальца, которая затем действует как регулятор тепла.
Небольшие утюги, нагреваемые от батареи или путем сжигания газа, например бутана , в небольшом автономном резервуаре, можно использовать, когда электричество недоступно или требуется беспроводная работа. Рабочая температура этих утюгов напрямую не регулируется; газовые утюги могут менять мощность, регулируя поток газа. Газовые утюги могут иметь сменные насадки, в том числе насадки для пайки разного размера, горячий нож для резки пластика, миниатюрную паяльную лампу с горячим пламенем и небольшой вентилятор с горячим воздухом для таких применений, как усадка термоусадочных трубок.
Простые паяльники достигают температуры, определяемой тепловым равновесием, в зависимости от потребляемой мощности и охлаждения окружающей средой и материалами, с которыми он вступает в контакт. Температура железа упадет при контакте с большой массой металла, например шасси; маленький утюг потеряет слишком большую температуру для пайки большого соединения. Более совершенные утюги для использования в электронике имеют механизм с датчиком температуры и метод контроля температуры, позволяющий поддерживать постоянную температуру жала; больше мощности доступно, если соединение большое. Утюги с регулируемой температурой могут быть отдельно стоящими или могут состоять из головки с нагревательным элементом и наконечником, управляемых основанием, называемым паяльной станцией, со схемой управления и регулировкой температуры, а иногда и дисплеем.
Для контроля температуры используются различные средства. Самый простой из них — это регулятор переменной мощности, очень похожий на диммер света , который изменяет равновесную температуру утюга без автоматического измерения или регулирования температуры. В другом типе системы используется термостат , часто внутри наконечника утюга, который автоматически включает и выключает питание элемента. Термодатчик, такой как термопара, может использоваться в сочетании со схемой для контроля температуры наконечника и регулировки мощности, подаваемой на нагревательный элемент, для поддержания желаемой температуры. [15] [16] В некоторых моделях прошивка схемы управления представляет собой бесплатное программное обеспечение , которое может быть изменено конечным пользователем. [17] [18] [19]
Другой подход заключается в использовании намагниченных жал, которые теряют свои магнитные свойства при определенной температуре, точке Кюри . Пока наконечник является магнитным, он замыкает переключатель подачи питания на нагревательный элемент. Когда температура превышает расчетную, контакты размыкаются, охлаждаясь до тех пор, пока температура не упадет настолько, чтобы восстановить намагниченность. Более сложные утюги с точкой Кюри пропускают высокочастотный переменный ток через наконечник, используя магнитную физику для направления нагрева только там, где поверхность жала опускается ниже точки Кюри. [20]
Паяльная станция имеет терморегулятор и состоит из источника электропитания, схемы управления с возможностью пользовательской регулировки температуры и индикации, а также паяльника или паяльной головки с датчиком температуры жала. На станции обычно имеется подставка для горячего утюга, когда он не используется, и влажная губка для чистки. Чаще всего его используют для пайки электронных компонентов. Другие функции могут быть объединены; например, паяльная станция , в основном для компонентов поверхностного монтажа, может иметь фен , вакуумный датчик и паяльную головку; Станция для распайки будет иметь демонтажную головку с вакуумным насосом для распайки сквозных компонентов и паяльную головку.
Для пайки и распайки небольших компонентов для поверхностного монтажа с двумя выводами, таких как некоторые перемычки, резисторы, конденсаторы и диоды, можно использовать паяльный пинцет; они могут быть как отдельно стоящими, так и управляемыми с паяльной станции. Пинцеты имеют два подогреваемых кончика, закрепленных на рычагах, расстояние между которыми можно регулировать вручную, осторожно сжимая их, преодолевая силу пружины, как в случае с простым пинцетом ; наконечники прикрепляются к двум концам компонента. Основное назначение паяльного пинцета – расплавить припой в нужном месте; компоненты обычно перемещаются простым пинцетом или вакуумным захватом.
Горячий нож — это разновидность паяльника с обоюдоострым лезвием, расположенным на нагревательном элементе. Эти инструменты могут достигать температуры до 1000 градусов по Фаренгейту (538 градусов по Цельсию), что позволяет разрезать ткань и пенопласт, не опасаясь потертостей или образования складок. Горячие ножи можно использовать в автомобильной, морской и ковровой промышленности, а также в других промышленных и личных целях. [21]
Подставка для паяльника защищает паяльник от легковоспламеняющихся материалов и часто поставляется с целлюлозной губкой и флюсом для очистки жала. Некоторые паяльники для постоянного и профессионального использования поставляются в составе паяльной станции, которая позволяет регулировать, поддерживать постоянную и иногда отображать точную температуру жала.
Большинство паяльников для электроники имеют сменные жала, также известные как насадки , которые различаются по размеру и форме для разных типов работ. [22] [23] [15] Распространенные формы наконечников включают: коническую , долотообразную , [24] [25] и коническую . [24] [25] Примером более специализированного наконечника является ложка или крыло чайки, которые имеют вогнутую форму. На изображении представлены изображения нескольких различных форм наконечников и некоторые названия, данные им.
Пирамидальные наконечники с треугольной плоской поверхностью и долота с широкой плоской поверхностью пригодятся для пайки листового металла . Для работы с электроникой обычно используются тонкие конические или конические долота. Кончики могут быть прямыми или иметь изгиб. Доступны вогнутые или впитывающие наконечники с долотообразной поверхностью и вогнутым углублением на плоской поверхности для удержания небольшого количества припоя. [26] [27] Выбор насадки зависит от типа работы и доступа к суставу; Например, пайка микросхем поверхностного монтажа с шагом 0,5 мм сильно отличается от пайки сквозного соединения на большой площади. Говорят, что вогнутый наконечник помогает предотвратить перемычку близко расположенных отведений; рекомендуется использовать разные формы, чтобы исправить возникшее перекрытие. [28] Из-за патентных ограничений не все производители повсеместно предлагают вогнутые наконечники; в частности есть ограничения в США. [28]
В старых и очень дешевых утюгах обычно используется голый медный наконечник, которому придают форму напильником или наждачной бумагой. [ нужна цитация ] Он постепенно растворяется в припое, вызывая точечную коррозию и эрозию формы. [ нужна цитация ] Медные наконечники иногда подпиливаются при изнашивании. Медные наконечники с железным покрытием становятся все более популярными с 1980-х годов. [ нужна цитата ] Поскольку железо не растворяется в расплавленном припое, наконечник с покрытием более долговечен, чем голый медный, хотя со временем он изнашивается и требует замены. [ нужна ссылка ] Это особенно важно при работе при более высоких температурах, необходимых для современных бессвинцовых припоев. [ нужна цитата ] Твердые железные и стальные наконечники используются редко, поскольку они хранят меньше тепла, плохо его проводят, а ржавчина может привести к поломке нагревательного элемента. [ нужна цитата ]
Наконечники с железным покрытием могут иметь слой никеля между медным сердечником и поверхностью железа. [22] Внешнее никель-хромовое покрытие можно использовать дальше от самого наконечника, поскольку припой плохо прилипает к этому материалу: это позволяет избежать смачивания припоем частей наконечника там, где это было бы нежелательно. [22]
Некоторые насадки имеют встроенный нагреватель и датчик температуры на основе термопары для более точного контроля температуры (например, TS100 и T12).
Когда железное жало окисляется и на нем скапливается пригоревший флюс, припой больше не смачивает жало, затрудняя теплообмен и делая пайку трудной или невозможной; Во время использования насадки необходимо периодически очищать. Такие проблемы случаются со всеми видами припоев, но гораздо серьезнее они возникают с бессвинцовыми припоями, которые получили широкое распространение в электронике и требуют более высоких температур, чем припои, содержащие свинец. Открытое железное покрытие окисляется; если наконечник остается луженым расплавленным припоем, окисление замедляется. Чистый неокисленный наконечник луживают, нанося немного припоя и флюса.
Для протирания жала можно использовать небольшую влажную губку, часто прилагаемую к паяльному оборудованию. Для бессвинцового припоя можно использовать немного более агрессивную очистку латунной стружкой. Удалить оксид поможет паяльный флюс; чем активнее флюс, тем лучше очистка, хотя кислотный флюс, используемый на печатных платах и не очищенный тщательно, может вызвать коррозию. Наконечник, очищенный, но не залуженный, подвержен окислению.
Жало паяльника изготовлено из медного сердечника, покрытого различными металлами, в том числе железом. Медь используется для теплопередачи, а другие покрытия обеспечивают долговечность. Медь очень легко подвергается коррозии, разъедая наконечник, особенно при работе без свинца; железа нет. Чистка насадок требует удаления оксида, не повреждая железное покрытие и не подвергая медь быстрой коррозии. Использование припоя, уже содержащего небольшое количество меди, может замедлить коррозию медных наконечников.
В случаях сильного окисления, которое невозможно удалить более щадящими методами, можно использовать абразивную обработку чем-то достаточно твердым, чтобы удалить оксид, но не настолько твердым, чтобы поцарапать железное покрытие. С осторожностью можно использовать мочалку из латунной проволоки, щетку или круг на шлифовальном станке. Можно использовать наждачную бумагу и другие инструменты, но они могут повредить покрытие.
Не все паяльники устойчивы к электростатическому разряду.
Хотя модели некоторых производителей с питанием от сети имеют стержень элемента (и, следовательно, наконечник), электрически соединенный с землей через сетевой провод утюга, [29] наконечники других моделей могут плавать при произвольном напряжении, если не используется дополнительный заземляющий провод. [17]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )[Это] подходит для регулярного тестирования утюгов и станций, питаемых от сети... Ориентировочные значения для настроек тестера [включают:] Проверка заземления... результат прохождения: < 0,1 Ом ... Более высокое показание (т.е. до 0,5 Ом) ) по-прежнему можно считать безопасным, поскольку заземление от вилки к валу элемента сварено или припаяно по всей длине...