Что важно знать при выборе паяльной станции
Освоив пайку обычным паяльником с медным жалом, начинающий любитель электроники задумывается о покупке более современного оборудования – паяльной станции.
Как выбрать? Ведь выбор просто поражает. Я расскажу, по каким критериям я сам выбирал себе станцию хобби-класса.
Керамический нагреватель или нихромовый?
Если погулять по интернет-магазинам и почитать описания к паяльным станциям, то можно заметить, что у многих указан тип нагревательного элемента – керамический. Но это не совсем корректно. Как ни странно, но и качественные керамические (японские типа Hakko-1321) и нихромовые нагреватели (тайваньские) подходят под это описание. У нихромовых спираль тоже запечатана в керамику, но в отличие от нагревателей Hakko-1321, устройство и характеристики у них совсем другие.
Устройство нихромового нагревателя.
Нихромовый нагреватель изготавливается так. Берётся стержень из керамики, на него наматывается спираль из высокоомного нихромового провода ближе к концу опорного стержня. Ширина намотки около 2 см. Также в опорный стержень запрессована термопара – она находится на торце опорного стержня. Затем всю эту конструкцию также запечатывают в керамику. Получается керамический нагреватель из нихрома с термопарой. На таких обычно есть надпись TAIWAN (Тайвань).
Недостатки:
Разогревается несколько минут;
При интенсивной эксплуатации нихромовый нагреватель перегорает в среднем за полгода. В случае если вы паяете не часто, то паяльник с нихромовым нагревателем может прослужить и 4, и 5 лет.
Использование термопары в качестве датчика температуры снижает точность настройки температуры жала.
Нихромовые нагреватели стоят в таких паяльных станциях, как Lukey 702, Lukey 898, Lukey 852D+FAN. Плюсом этих станций является то, что они цифровые.
Как делают качественные керамические нагреватели?
Качественный керамический нагреватель состоит из опорного стержня, на который наносится тонкий слой резистивного вещества и тонкоплёночный терморезистор. Далее всё это запекается в керамическую оболочку при высокой температуре. Поверхность нагревателя получается гладкой на ощупь, а на просвет виден витиеватый узор – тонкоплёночный слой нагревателя и терморезистора.
Недостатки:
Чувствителен к температурному перекосу (это когда неравномерно нагревается);
При образовании трещин выходит из строя;
Стоит дороже, чем нихромовый нагреватель (в 2 – 4 раза);
Насколько я знаю, качественные японские нагреватели HAKKO 1321 стоят в паяльных станциях Lukey 936D (у самого такая), Lukey 936+, Lukey 936D+, Lukey 852D+, Lukey 868, Lukey 853, Lukey 853D. Перед покупкой лучше проверить! О том, как это сделать, читайте далее.
Чем лучше нихрома?
Одним из неоспоримых преимуществ керамических нагревателей я считаю быстрый нагрев при включении – несколько секунд! На деле 10 – 30 секунд и уже можно паять. Для тех, кто паял ранее только обычным ЭПСНом – это шок 
;
По сравнению с нихромовыми нагревателями обладает большим временем эксплуатации;
Прецизионный терморезистор более точно измеряет температуру жала;
Высокая мощность и хорошая теплоотдача.
Незнающему человеку отличить качественный керамический нагреватель от нихромового довольно сложно. Внешне они выглядят одинаково, так как их основа – керамика.
Как определить, что перед вами: керамика или нихром?
У нагревателя со спиралью из нихрома на торце своеобразная "капелька" – он как бы закруглённый.
У керамического же нагревателя на торце есть характерная "ступенька". В керамических нагревателях также встроен прецизионный тонкоплёночный терморезистор – датчик температуры. Узор в керамике от термодатчика и нагревателя виден даже невооружённым глазом. Вот взгляните.
Чтобы убедиться полностью – включите паяльник и оцените скорость нагрева жала. Если долго разогревается, то это нихром.
В своей Lukey 936D я обнаружил керамический нагреватель HAKKO 1321 (А1321) – на нагревателе соответствующая надпись.
Ещё когда выбирал её в магазине, обратил на это внимание. А вот у более дешёвой Lukey 936A (она без цифрового индикатора) я обнаружил нихромовый нагреватель с каплей на торце и надписью TAIWAN (Тайвань). Поэтому её покупать не стал. Жутко не люблю, когда паяльник долго разогревается 
У станции Lukey 936+ (не А) уже керамический нагреватель Hakko-1321, а не нихром. Маленькое такое различие в названии, а какая разница в цене и качестве.
А вот уже нагревательный элемент паяльной станции A-BF GS90D на 90 Вт. Он также керамический, со ступенькой.
Если приглядеться, то на корпусе можно обнаружить надпись А1329 DC и "узоры".
Выглядит эта паяльная станция как обычный паяльник без отдельного блока. Несмотря на это, этот паяльник – настоящая термостатированная паяльная станция. Правда, без гальванической развязки – трансформатора в ней, естественно, нет 🙂
Контроль температуры жала (термостатирование).
Хорошая паяльная станция имеет нагреватель с температурным датчиком и посредством обратной связи поддерживает заданную оператором температуру жала. Если расковырять паяльник от той же Lukey 936D, то можно обнаружить, что керамический нагреватель имеет 4 вывода, два красных идут на спираль нагревателя, а два синих вывода идут от тонкоплёночного терморезистора.
Померив сопротивление на парах этих выводов, я получил следующие данные (комнатная t 0 ):
Нагреватель – 3,3 Ω (Ом);
Терморезистор – 50
Вывод: да, это настоящая керамика 
.
Откровенные подделки имеют нагреватель с 2 выводами. Вот простейший паяльник без термостабилизации.
В цифровых паяльных станциях контроль температуры осуществляется микроконтроллером. Сигнал с термодатчика в нагревателе оцифровывается и сравнивается с тем значением, которое задал оператор. Плюс цифрового управления – точность. Все цифровые паяльные станции имеют кнопки для установки температуры. Реже – энкодер. Например, Lukey 702 имеет нихромовый нагреватель, но цифровое управление. Поэтому и заслужила уважение среди радиолюбителей.
В аналоговых паяльных станциях для поддержания заданной температуры используется компаратор, например, на базе микросхемы LM358 (HA17358), а в качестве задатчика температуры используется обычный переменный резистор. К таким станциям относится Lukey 936D. Разбирал лично и убедился в этом.
Аналоговый контроль температуры хуже, так как дополнительную ошибку вносят механические элементы (переменный резистор), сопротивление контактов термодатчика, контактов разъёма, изменение параметров элементов. Некоторые модели аналоговых станций требуют калибровки перед использованием.
Стоит различать регулировку мощности и термостабилизацию. Возможно, кто-то уже делал так называемый регулятор температуры жала паяльника. Простейшие его схемы просто уменьшают мощность, подаваемую на нагреватель паяльника, и не имеют обратной связи по температуре. Благодаря снижению мощности можно снизить и температуру жала.
Применялись такие приставки в основном для электрических паяльников с медным жалом. При простое, жало такого паяльника сильно нагревается и выгорает. Чтобы как-то уменьшить такой эффект и применялась регулировка по мощности. Если сильно уменьшить мощность, то теплоёмкости жала может не хватить и припой будет залипать. Пайка будет затруднена.
Паяльники с термостабилизацией отслеживают именно температуру жала (обратная связь). Остыло – побольше мощности, перегрелось – меньше.
Мощность паяльной станции.
Весьма важный параметр. Для начала нужно представлять, зачем нужна паяльная станция. Можно ведь и вёдра паять:). Для пайки радиоэлектронных компонентов достаточно паяльной станции на 40-60W, но лучше иметь и помощнее. Для себя, кроме Lukey 936D (нагреватель А1321 на 50W, 24V), я приобрёл ещё и A-BF GS90D (нагреватель А1329 на 90W, 220V). Хотел на 110 Вт купить – модель A-BF GS110D, но для неё желательны жала 900L, хотя подходят и 900M.
Как видим, у обеих станций нагревательные элементы на разное рабочее напряжение. У 936-ой низковольтный (24V), а у A-BF GS90D – высоковольтный (220V). Если безопасность на первом месте, то лучше использовать паяльную станцию с низковольтным нагревателем. Так, например, насколько мне известно, ранее в детских кружках радиолюбителей запрещалось использовать паяльники на 220V, допускалось паять только низковольтными на 36V.
Также при ремонте чувствительной аппаратуры, например, мобилок, лучше использовать станцию с низковольтным паяльником. Тут тебе и гальваническая развязка от электросети через трансформатор, и заземление жала. Убить статикой элемент будет крайне трудно.
Сменные жала.
Выбирая паяльную станцию, стоит подумать о том, насколько доступны сменные жала для данной модели паяльника. Самые распространённые – это жала серии 900M. Вот они на фото.
Советую прикупить хотя бы ещё одно жало для паяльной станции. Родное жало, как правило, не ходовое – конусообразной формы.
Если не собираетесь дымить паяльником каждый день, то можно купить медные жала 900M. Они намного дешевле, но довольно быстро "выгорают". Медь со временем растворяется в припое и, максимум, что можно сделать с жалом – это заточить его напильником. Можно на пробу взять медные жала разных профилей и поработать ими. Если каким-то работать очень понравится, то уже потом купить качественное, невыгораемое жало.
Защита от статического электричества.
Наверное, уже видели такую надпись – ESD SAFE. Обычный электрический паяльник не имеет защиты от статического электричества и электрического разряда. Кроме того, медный стержень отлично передаёт все электромагнитные всплески из электросети на паяемый элемент, ведь нихромовая спираль – это, по сути, катушка индуктивности.
В паяльных станциях суть ESD SAFE сводится к следующему. Штуцер, который фиксирует печатную плату с нагревателем и втулку, которая контактирует со сменным жалом, заземляют – подключают к третьему, заземляющему выводу сетевой вилки. В этом не трудно убедиться, если замерить сопротивление от жала до третьего вывода вилки.
Беда в том, что не в каждом доме смонтирована электропроводка с заземлением. Так что имейте это в виду, если впредь будете работать с особо капризными электронными компонентами.
Также в качестве защитного "экрана" от электромагнитных импульсов выступает и керамический нагреватель. Керамика – отличный изолятор.
Ремонтопригодность.
Это качество можно оспорить, так как сейчас цена паяльных станций хобби-уровня невелика и вряд ли кто-то станет ремонтировать неисправную. Но всё же. Основная рабочая деталь паяльных станций – это нагревательный элемент. Он легко меняется, если родной вышел из строя. С обычными паяльниками такого трюка не пройдёт, так как если сгорела нагревательная спираль, то такой паяльник можно смело выбрасывать.
Паяльники SL-I, SL-I CMC, SL-916G, как и положено по теории надежности, являются “самым слабым звеном” паяльных станций. Работа с высокими температурами, механические перемещения в процессе работы — все это приводит к тому, что паяльники станций имеют ограниченный ресурс работы. Особенно это касается нагревательных элементов. Поэтому при отказе паяльной станции в первую очередь необходимо проверить исправность паяльника.
Самая простая проверка паяльника — заменой. Автор настоятельно рекомендует при покупке паяльной станции помимо необходимого вам набора жал приобрести дополнительный паяльник и нагревательный элемент.
Во-первых, при внезапном отказе паяльника вы теряете возможность работать с паяльной станцией до тех пор, пока не отремонтируете его. Как правило, ремонт осуществляется заменой нагревательного элемента, которые не всегда бывают в продаже. Поэтому, прикупив “про запас” нагревательный элемент, вы уже через 15-20 минут можете продолжить работу (иногда срочную).
Во-вторых, редко кто работает с одним паяльным жалом. Станции SL-10—SL-30, например, комплектуются жалом 821, а для пайки SMD-компонентов необходимо работать с жалами 822 и 823. Замена жал в процессе работы не совсем целесообразна. Здесь то и выручает второй паяльник! Подключить другой паяльник с новым жалом в процессе работы гораздо быстрее и надежнее, чем менять само жало.
Итак, если с новым паяльником станция заработала — значит, дефект в паяльнике. Если второго паяльника нет — проверяем старый. В любом случае дефектация начинается с проверки целостности нагревателя. Характерный признак перегорания нагревателя — естественное отсутствие нагрева при любой заданной температуре. Красный светодиод индикации нагрева при этом будет гореть.
Для проверки нагревателя у паяльников SL-I и SL-I CMC с помощью омметра проверяют сопротивление между контактами 4 и 5 переходного разъема. Сопротивление нагревателя должно быть в пределах 12±0,5 Ом. Если это не так, не спешите менять нагреватель. Характерный дефект нагревателя SL-H — потеря контакта в переходной клемме ножевого типа. Не исключен и обрыв соответствующего провода в паяльнике. Для проверки придется разобрать паяльник, вывернув два винта. Рукоятка паяльника распадается на две половинки (рис. 11). Затем снимают силиконовые изолирующие трубки и, рассоединив выходные клеммы нагревателя, их внимательно осматривают.
Рис. 11. Паяльник SL-I в разобранном виде
Теперь сопротивление нагревателя можно проверить, подключив щупы омметра непосредственно к полосковым металлическим выводам, входящим в ножевую клемму. Если нагреватель цел, поджимают контакты клеммы пассатижами и повторно проверяют исправность нагревателя. Если же нагреватель не подает “признаков жизни”, его придется заменить.
Попутно проверяют целостность проводов, подходящих к нагревателю — это провода белого и желтого цвета. Обрыв в кабеле устраняют классическим способом — определив как можно точнее место обрыва путем многократных изгибов соответствующих участков кабеля, и затем надрезав изоляцию в месте обрыва на длину 2-3 см. Обрыв устраняют вставкой из гибкого провода (ни в коем случае не сращиванием оборванных концов) с обязательной хорошей изоляцией места ремонта как внутри кабеля (здесь незаменима трубка ПВХ), так и снаружи.
Замена нагревателей паяльных станций обычно не вызывает проблем. Проще всего поменять нагреватель SL CMCH в паяльнике SL-I CMC. Для этого необходимо снять металлический кожух с жалом с нагревательного элемента, аккуратно отвернуть керамическую втулку от рукоятки паяльника и освободить доступ к нагревателю. Затем, ослабив резиновую втулку крепления кабеля паяльника, выталкивают нагреватель вместе с кабелем из рукоятки. Извлекают старый нагреватель из 4-контактного разъема и заменяют его новым. Ключ разъема не позволит ошибиться при подключении. Затем втягивают кабель вместе с нагревателем внутрь рукоятки, закрепляют втулку и аккуратно наворачивают керамическую втулку на свое место, следя за тем, чтобы нагреватель не проворачивался вместе с втулкой. Устанавливают жало и металлический кожух — после этого паяльник готов к работе.
Несколько сложнее замена нагревателя SL-H в паяльнике SL-I. Для замены отворачиваем два винта в рукоятке паяльника, и разделяют рукоятку на две половинки (рис. 11). Затем снимают силиконовые изолирующие трубки и рассоединяют выходные клеммы нагревателя. Вывернув три винта крепления, снимают старый нагреватель.
Здесь есть один нюанс. Дело в том, что у паяльников SL-I станций с заземлением жала (с индексом ESD) металлический корпус нагревателя паяльника электрически соединен с выв. 3 разъема J3 отдельным проводом зеленого цвета. У обычных паяльников SL-I такое соединение отсутствует. Поэтому при снятии заземленного нагревателя необходимо откусить запрессованный в корпус конец провода, зачистить его на 8-10 мм, желательно облудить, и при монтаже нового нагревателя отформовать его под один из крепежных винтов.
Далее устанавливают новый нагреватель на место старого и затягивают крепежные винты. Подключают выходные клеммы нагревателя к соответствующим проводам паяльника — два провода белого цвета (нагреватель) к белому и желтому проводам паяльника соответственно. Провода термопары подключают к красному и черному проводам паяльника, соблюдая полярность — положительный вывод термопары имеет прожилки красного цвета. После подключения собирают паяльник в обратном порядке.
Замена нагревателя SL-916 GH паяльника для демонтажа электронных компонентов SL-916G, по сути аналогична предыдущим операциям. Отвернув три крепежных винта, аккуратно разделяют рукоятку на две части.
Рассоединив выходные клеммы и вывернув четыре винта крепления нагревателя, вынимают его из корпуса. Устанавливают новый нагреватель, подключив его в соответствии с вышеописанными правилами к электрожгуту паяльника. При окончательной сборке необходимо убедиться в отсутствии перегибов вакуумного силиконового шланга паяльника и нормальной работе выключателя компрессора.
Второй этап проверки паяльника — проверка целостности термопары. При обрыве термопары или ее цепей, на вход усилителя паяльной станции наводятся напряжения шумов и наводки, значительно превышающие напряжение сигнала с термопары. Схема воспринимает эти сигналы как напряжение термопары и выключает канал нагрева. Поэтому при обрыве термопары нагреватель остается холодным, светодиод индикации нагрева не горит. Этот дефект наиболее характерен для паяльных станций с керамическим нагревателем (типа CMC).
Косвенно исправность термопары определяют омметром, подключенным к контактам 1 и 2 переходного разъема. Сопротивление может принимать значения от 0,5 до 2 Ом. Если это не так, проводят проверку, аналогичную первому этапу, с обязательной дефектацией проводки паяльника. При обрыве термопары заменяют нагревательный элемент.
Третьим и самым неприятным дефектом нагревателя является замыкание термопары на нагревательный элемент — эта неисправность не менее частая, чем обрыв нагревателя.
В исправном состоянии термопара и нагревательный элемент в паяльнике подключены к разным парам проводов и электрически изолированы между собой. Термопара подключается на вход усилителя, а нагреватель подключен в виде нагрузки к управляющему симистору (рис. 12).
Рис. 12. Схема, поясняющая процесс замыкания термопары на нагревательный элемент
Если в процессе работы термопара, расположенная в непосредственной близости от нагревателя и подключенная одним концом к общему проводу, замыкает в какой-либо точке на спираль нагревательной катушки, происходит электрический пробой нагревателя на общий провод через термопару. Поскольку сопротивление термопары достаточно низкое и пробой может произойти практически в любой точке нагревателя, общее сопротивление нагревателя при этом может уменьшиться до состояния короткого замыкания. Симистор при этом исключается из схемы. Напряжение 24В с выхода трансформатора в этом случае будет приложено к измененной уменьшенной нагрузке, потребляемая от сети мощность резко возрастает, что в результате приводит к перегреву трансформатора питания и выходу его из строя.
В паяльных станциях SL10-SL30 до этого дело доходит крайне редко. В первую очередь должен перегореть предохранитель 500 мА по цепи питания 220В, расположенный на задней стенке паяльной станции.
Во вторую очередь перегорает термопредохранитель 1А / 117°С, расположенный в трансформаторе питания. Кстати, эта очередность не всегда соблюдается: зачастую из-за постепенного разогрева трансформатора в первую очередь перегорает термопредохранитель. В серии паяльных станций, выпущенных несколько лет назад, по цепи питания 220В был установлен предохранитель 1А, что практически всегда приводило к выходу из строя термопредохранителя.
Итак, характерный признак замыкания термопары на нагреватель — резкое увеличение тока нагрузки. Дефект может проявляться по-разному — от мгновенного выхода из строя предохранителя 500 мА, до нескольких минут нестандартной работы станции. Также характерно внезапное резкое ослабление свечения индикаторов или их питание в ходе работы. Дефект не всегда проявляется сразу — станция может нормально разогреть паяльник до определенной температуры, а затем внезапно проявляется указанный дефект. В любом случае, во избежание неприятных последствий, станция должна быть немедленно выключена из сети.
В подобной ситуации поступают следующим образом. В первую очередь необходимо отключить паяльник от станции. Затем проверяют предохранитель 500 мА, если он перегорел — заменяют на аналогичный. Омметром проверяют исправность первичной обмотки трансформатора, не забывая при этом замкнуть выключатель питания. Сопротивление первичной обмотки трансформатора должно быть около 40 Ом. Если все исправно, включают станцию без паяльника. При отказе паяльника станция включается нормально, индикаторы светятся.
После этого всегда возникает желание подключить паяльник к станции. А вот этого делать не следует, иначе вы воочию убедитесь в проявлении вышеописанного дефекта. Лучше всего, конечно, подключить исправный, резервный паяльник и проверить работу станции. После того как вы убедитесь в исправной работе станции, меняйте нагревательный элемент.
Кстати, не всегда дефект проявляется однозначно. Иногда станция некоторое время может работать нормально. Да и с помощью омметра не всегда можно определить даже небольшую утечку между термопарой и нагревателем. Но в любом случае повторное проявление дефекта с данным нагревателем — сигнал к замене последнего.
Продолжаем поиск дефекта. Предположим, что после замены предохранителя 500 мА первичная обмотка трансформатора не прозванивается. В таком случае придется вскрывать станцию. В паяльных станциях SL-10 — SL-30 выкручивают пять саморезов под ножками. Аккуратно снимают верхнюю часть станции, оставляя панельку с входным шнуром и предохранителем в нижней части корпуса. Омметром повторно проверяют исправность первичной обмотки трансформатора (два черных провода, выходящих из нижней секции трансформатора). Отсутствие сопротивления (40 Ом) говорит о перегорании термопредохранителя TZ K-11 1А / 117°C.
Для замены предохранителя аккуратно разрезают лезвием или скальпелем сперва изолирующую пленку, затем бумажную изоляцию первичной обмотки трансформатора. Надрезы желательно производить в разных местах — первый справа, второй слева. Аккуратно, стараясь не оборвать обмоточный провод, выпаивают дефектный термопредохранитель. Попутно осматриваем первичную обмотку — на ней не должно быть следов прогара. Так же аккуратно впаиваем новый термопредохранитель, обеспечивая необходимый отвод тепла от выводов. В противном случае после пайки мы получим еще один сгоревший предохранитель. Установив термопредохранитель на место, фиксируют его скотчем. Затем изолируют трансформатор в обратном порядке, так же фиксируя скотчем места разреза. Вновь проверяют целостность первичной обмотки. Как правило, после такой операции трансформатор вновь готов к работе.
Проверяют работу трансформатора, предварительно отключив от печатной платы разъем J1. После включения станции на выходе трансформатора должно появиться напряжение 2х12В. Если же это напряжение меньше (слышно гудение трансформатора) либо вновь перегорают предохранители, то такой трансформатор заменяют.
В паяльные станции SL-10—SL-20 вместо оригинального трансформатора PT-045 удачно вписывается ТП-50-6 с теми же характеристиками — 2х12В / 2А. Подойдет и ТТП-50 (2х12В / 2А). Для станции SL-30 на трансформатор необходимо домотать дополнительную обмотку 7В / 0,7А — для питания цифровой схемы. На трансформатор ТТП-50 поверх изоляции наматывается 55 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,45…0,55 мм. Обмотки соединяются синфазно, дополнительная обмотка подключается одним выводом к нулевому (красному) проводу. Крепятся трансформаторы на нижнюю панель паяльной станции.
К сожалению, в трансформаторах PT-038 и PT-036 паяльных станций SL-916 и SL-928 соответственно термопредохранители не установлены. Поэтому при выходе из строя этих трансформаторов их обмотки (как правило, вторичные) придется перемотать. Есть и другой опробованный вариант ремонта таких паяльных станций. Трансформатор PT-038 меняется на три тороидальных трансформатора — два ТТП-60 (2х12В / 2,2 А) и один ТТП-30 (24В / 1А). Трансформаторы ТТП-60 устанавливаются один на другой на дне паяльной станции SL-916; ТТП-30 располагают на задней стенке станции, ближе к компрессору. Первичные обмотки трансформаторов соединяют параллельно, вторичные подключают к соответствующим нагрузкам. Имеется запас по выходной мощности. Для большей надежности желательно установить в цепи нагревателей тугоплавкие предохранители на 3-4 А.
Трансформатор PT-036 станции SL-928 меняется на следующие трансформаторы: один ТТП-60 (2х12В / 2,2А) и один ТТП-30 (24В / 1А). На трансформатор ТТП-60 поверх изоляции наматывают 55 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,45…0,55 мм. Соединение обмоток описано выше. ТТП-60 устанавливается на место снятого трансформатора, ТТП-30 можно установить рядом или вместе с ТТП-60. При этом, во избежание повторных замен, также рекомендуется установка предохранителей в цепь нагревателя станции.
Неисправности в электронной схеме паяльных станций встречаются значительно реже и связаны, как правило, с выходом из строя ряда электронных компонентов.
Заключение
Паяльные станции хороши прежде всего своей эргономичностью и управляемостью. Без качественно выполненной пайки стабильная работа электронного устройства наверняка со временем будет нарушена.
Паяльники и паяльные станции мощностью от 100 Вт в основном находят себе применение для надежной пайки массивных металлических элементов, особенно если объект, с которым работает паяльная станция, состоит из цветных металлов с большой теплопроводностью (медь, латунь). Все функции управления работой паяльной станции выполняет микроконтроллер PIC16F84A. Для ремонта печатных плат и монтажа небольших элементов, чувствительных к статическому напряжению, применяются паяльники с мощностью 24-40Ватт. Для пайки широких проводников, шин питания и различных массивных элементов – 40-80Ватт. Паяльники на 100Ватт и более, в основном применяют для пайки массивных стальных конструкций, особенно из цветных металлов с большой теплопроводностью. И конечно, самой важной, пожалуй, характеристикой паяльника или паяльной станции является рабочая температура устройства. Наиболее примитивные модели не имеют стабильного температурного режима, а при недостаточном нагреве места пайки, когда припой не расплавляется до состояния текучести и не заполняет все поры в месте контакта, можно получить весьма частый эффект, который кличется «холодной пайкой».
Дата добавления: 2016-06-29 ; просмотров: 4842 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
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.
Электрическая схема паяльника
Как видите на чертеже электрическая схема паяльника очень простая, и состоит всего из трех элементов: вилки, гибкого электропровода и нихромовой спирали.
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.
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.
Поверх нихрома намотан слой слюды или асбеста, служащий для снижения потерь тепла и электрической изоляции спирали из нихрома от металлического корпуса 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.
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.
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.
Напряжение питания паяльников
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.
Мощность нагрева паяльников
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.
Ремонт паяльника своими руками
Паяльник перестает нагреваться по одной из двух причин. Это в результате перетирания сетевого шнура или перегорания нагревательной спирали. Чаще всего перетирается шнур.
Проверка исправности сетевого шнура и спирали паяльника
При пайке сетевой шнур паяльника постоянно изгибается, особенно сильно в месте выхода из него и вилки. Обычно в этих местах, особенно если сетевой шнур жесткий, он и перетирается. Сначала проявляться такая неисправность недостаточным нагревом паяльника или периодическим его охлаждением. В конечном итоге, паяльник перестает нагреваться.
Поэтому перед ремонтом паяльника нужно проверить наличие питающего напряжения в розетке. Если напряжение в розетке есть, то проверить сетевой шнур. Иногда неисправность шнура можно определить, плавно перегибая его в месте выхода из вилки и паяльника. Если паяльник при этом стал чуть теплее, значит точно неисправен шнур.
Проверить исправность шнура можно подключив к штырям вилки щупы мультиметра, включенного в режим измерения сопротивления. Если при изгибании шнура показания будут изменяться, то шнур перетерся.
Если обнаружилось что, обрыв шнура находится в месте выхода из вилки, то для ремонта паяльника достаточно будет отрезать часть шнура вместе с вилкой и установить на шнур разборную.
В случае, если шнур перетерся в месте выхода из ручки паяльника или мультиметр, подключенный к штырям вилки, при изгибании шнура не показывает сопротивление, то придётся разбирать паяльник. Для получения доступа к месту присоединения спирали к проводам шнура достаточно будет снять только ручку. Далее последовательно прикоснуться щупами мультиметра к контактам и штырям вилки. Если сопротивление равно нулю, то в обрыве спираль или плохой контакт ее с проводами шнура.
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 | Напряжение питания паяльника, В | |||||
| 12 | 24 | 36 | 127 | 220 | ||
| 12 | 12 | 48,0 | 108 | 1344 | 4033 | |
| 24 | 6,0 | 24,0 | 54 | 672 | 2016 | |
| 36 | 4,0 | 16,0 | 36 | 448 | 1344 | |
| 42 | 3,4 | 13,7 | 31 | 384 | 1152 | |
| 60 | 2,4 | 9,6 | 22 | 269 | 806 | |
| 75 | 1.9 | 7.7 | 17 | 215 | 645 | |
| 100 | 1,4 | 5,7 | 13 | 161 | 484 | |
| 150 | 0,96 | 3,84 | 8,6 | 107 | 332 | |
| 200 | 0,72 | 2,88 | 6,5 | 80,6 | 242 | |
| 300 | 0,48 | 1,92 | 4,3 | 53,8 | 161 | |
| 400 | 0,36 | 1,44 | 3,2 | 40,3 | 121 | |
| 500 | 0,29 | 1,15 | 2,6 | 32,3 | 96,8 | |
| 700 | 0,21 | 0,83 | 1,85 | 23,0 | 69,1 | |
| 900 | 0,16 | 0,64 | 1,44 | 17,9 | 53,8 | |
| 1000 | 0,14 | 0,57 | 1,30 | 16,1 | 48,4 | |
| 1500 | 0,10 | 0,38 | 0,86 | 10,8 | 32,3 | |
| 2000 | 0,07 | 0,29 | 0,65 | 8,06 | 24,2 | |
| 2500 | 0,06 | 0,23 | 0,52 | 6,45 | 19,4 | |
| 3000 | 0,05 | 0,19 | 0,43 | 5,38 | 16,1 | |
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: | |
| Мощность, Вт: | |
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 | 0,05 | 0,07 | 0,08 | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,60 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0 | 1,1 | 1,2 | 1,3 | 1,5 | 2,0 | 2,2 | 2,5 | 3,0 | ||
| Погонное сопротивление, Ом/м при 20°С | 550 | 280 | 208 | 137 | 34,6 | 15,7 | 8,75 | 5,60 | 3,93 | 2,89 | 2,20 | 1,70 | 1,40 | 1,16 | 0,97 | 0,83 | 0,62 | 0,35 | 0,31 | 0,22 | 0,16 | ||
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.
Замечу, что при нагреве на каждых на 100° сопротивление нихрома увеличивается на 2%. Поэтому сопротивление спирали 806 Ом из выше приведенного примера при нагреве до 320˚С увеличится до 854 Ом, что практически не повлияет на работу паяльника.
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.
