Электрические паяльники: виды и конструкции

Современная электронная техника совершенствуется очень быстро. Степень интеграции современных микросхем такова, что в одном корпусе умещаются миллионы транзисторов, но сами корпуса становятся все меньше и меньше. Дискретные детали – транзисторы, конденсаторы, резисторы тоже малогабаритные, безвыводные. Все это монтируется на платах методом поверхностного SMD монтажа. Детали расположены настолько плотно, что припаять что-то обычным сорокаваттным электрическим паяльником ЭПСН просто невозможно.

Правда, некоторые специалисты от паяльника утверждают, что припаять все что угодно можно даже топором. Может быть это и так, но, как говорится, не всем дано. Поэтому лучше, все-таки, пользоваться паяльником, благо теперь существует очень широкий выбор паяльного инструмента. И к покупке этого инструмента надо подойти творчески, а не брать все, что попадется на глаза.

Прежде всего, необходимо определить, для каких работ покупается электрический паяльник. Если предполагается паять массивные детали, например, автомобильные радиаторы, медные трубки, жестяные конструкции – в общем, все то, что обладает большим теплоотводом, потребуется молотковый паяльник очень большой мощности. Такой паяльник часто называют «топором». Мощность таких паяльников достигает нескольких сотен ватт. Мощный паяльник типа «топор» показан на рисунке 1.

Рисунок 1. Молотковый паяльник мощностью 200Вт

Разумеется, что назначение такого паяльника весьма специфическое, не всегда и не везде он может понадобиться. Для применения в бытовых условиях больше подойдет паяльник мощностью 25…60Вт. Время от времени им можно выполнить практически все паяльные работы по ремонту бытовой техники и даже паять печатные платы с выводными компонентами. Внешний вид такого паяльника показан на рисунке 2.

Рисунок 2. Паяльник ЭПСН

Конструкция такого паяльника неразборная, о чем написано даже в прилагаемой к нему инструкции. Об этом паяльнике можно сказать, что его нагреватель достаточно долговечен, перегорает весьма редко, даже если пользоваться паяльником очень интенсивно. Чаще случается, что медное жало обгорает и приваривается внутри нагревателя настолько прочно, что достать его просто невозможно, в этом случае приходится приобретать новый паяльник.

Чтобы такого не произошло, рекомендуется периодически вынимать жало из паяльника и очищать его от продуктов окисления. При этом из самого паяльника высыпается черный порошок. Все это хорошо, когда читаешь, но в большинстве случаев об этом просто забывают, и еще вполне рабочий паяльник попросту выбрасывают.

Перед тем, как пользоваться новым паяльником кончик жала следует облудить. Для этого паяльник сначала надо разогреть, после чего в горячем виде снять окислы мелким напильником, быстренько макнуть зачищенный конец в канифоль, а затем в припой. В результате на рабочей поверхности жала остается капля припоя. Если этого не сделать, то жало почернеет, и расплавить припой попросту не удастся.

В процессе работы медное жало постепенно растворяется в припое, и на нем образуются раковины и появляются окислы. Работать таким жалом становится невозможно, и его снова приходится подправлять напильником и облуживать. И так до тех пор, пока от жала не останется маленький кусочек. Такое жало следует поменять.

Несколько меньше жало будет выгорать, если перед использованием его отковать молотком до нужной формы: на поверхности медного жала образуется наклеп, более твердый слой металла. Именно этот наклепанный слой более устойчив к выгоранию.

Самодельные конструкции электрических паяльников

Иногда случается, что паяльник, даже мощностью всего 25Вт, оказывается великоват, чтобы припаять маленькую детальку. В этом случае может помочь накрученная на жало медная проволока, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Уменьшение размеров жала намоткой медной проволоки

Такое импровизированное жало следует сначала облудить, как было написано чуть выше. Конечно, такая конструкция недолговечна, но ее вполне хватает, чтобы сделать несколько паек.

В свое время радиолюбителями было предложено немало конструкций миниатюрных электрических паяльников. Многие из них были даже очень хороши, но, к сожалению, для их изготовления требовались некоторые токарные и слесарные работы. В домашних условиях сделать такой паяльник просто невозможно.

Но наши люди, проявив творческий подход, изобретают миниатюрные паяльники из подручных средств. Две таких конструкции были опубликованы в журнале «Радио» №1 2011. Первая из них показана на рисунке 4. Основой ее послужил выжигатель по дереву, которым многие пользовались в детстве.

Рисунок 4. Паяльник из выжигателя по дереву

Конструкция паяльника понятна из рисунка. Достаточно на спираль выжигателя плотно намотать медную проволоку диаметром миллиметра полтора и, естественно, облудить, ведь как-никак паяльник! Получившееся импровизированное жало очень напоминает конструкцию, показанную на предыдущем рисунке. Автор паяльника О. Иванов из города Владимира.

Неоспоримым достоинством такой конструкции является то, что температура выжигателя регулируется, а значит, есть возможность регулировать и температуру нагрева получившегося паяльника.

Автор другого импровизированного паяльника А. Филиппов из с. Нюксеница Вологодской области. Конструкция паяльника показана на рисунке 5.

Рисунок 5. Импровизированный паяльник А. Филиппова

В качестве паяльного жала используется медный провод диаметром 1,6 мм длиной около 60 мм, на который намотана «спираль» из медного же провода ПЭВ-2 диаметром 0,16 мм. Намотка выполнена виток к витку, отступив от жала на 8..10 мм, длина намотки примерно 35 мм. До первого включения роль межвитковой изоляции выполняет эмаль, которой покрыт провод.

После обгорания спирали роль изоляции выполняет появившийся на проводах окисел, что вполне достаточно при низком напряжении питания. Обратный конец паяльного стержня согнут кольцом и одним винтом прикреплен к эбонитовой ручке. Напряжение питания подводится гибким проводом сечением не менее 0,75мм2.

Питать паяльник следует через регулируемый стабилизатор тока с гальванической развязкой от сети. При напряжении питания около 5В потребляемый ток находится в пределах 2…2,5А, что обеспечивает достаточный нагрев медной «спирали». При таких параметрах мощность паяльника составляет P=U*I=5*2,5=12,5Вт.

Учитывая, что ток перегорания медного провода диаметром 0,16 мм составляет 6А, конструкция получается достаточно долговечной. Автор утверждает, что таким паяльником он пользуется несколько лет, хотя вначале конструкция задумывалась как одноразовая.

Самодельные электрические паяльники становятся достоянием истории, поскольку в настоящее время китайская промышленность освоила очень широкий ассортимент паяльного оборудования. Купить можно любой паяльник для любых целей. Паяльники, прежде всего, различаются конструкцией нагревателя.

Керамические и нихромовые нагреватели

При покупке электрического паяльника следует учесть тип нагревателя.

Нихромовый нагреватель представляет собой спираль, навитую на керамическое основание во внутреннее отверстие которого вставляется паяльный стержень. Некоторые, наиболее совершенные нагреватели имеют встроенную термопару , позволяющую стабилизировать температуру нагрева. Конструкция нихромового нагревателя показана на рисунке 6.

Рисунок 6. Нихромовый нагреватель

Здесь же показан и необгораемый паяльный стержень. Сам он сделан, конечно же, из меди, а снаружи покрыт слоем никеля. Такие стержни ни в коем случае не следует зачищать напильником для того, чтобы облудить, хотя многие пользователи жалуются, что лудятся такие жала плохо, припой на себе не удерживают.

Ничего не остается, как паять только с подачей припоя: в одной руке паяльник, в другой тонкая проволочка припоя, под ними плата. Да и то сказать, что под необлуженным жалом припой плавится плохо. Классическая пайка по методу окунул паяльник в припой, захватил каплю, перенес на плату, невозможна в принципе.

В чем же тут проблема, и как ее решить? Об этом рассказано здесь: Как облудить необгораемое жало у пояльника

Современные паяльники выпускаются, в основном, с керамическими нагревателями. Технология производства таких нагревателей достаточно сложна, и освоена несколькими знаменитыми фирмами. В первую очередь это только что упомянутая фирма Weller, Hakko, Ersa и некоторые другие.

Керамический нагреватель очень долговечен. Если обычный нихромовый нагреватель при пайке в промышленных масштабах (по нескольку тысяч паек за смену ежедневно) приходит в негодность через каких-то полгода, то керамические нагреватели служат годами, конечно, при условии аккуратного пользования.

Основным достоинством керамических нагревателей является высокая скорость нагрева: на рабочий режим паяльник выходит всего за 30 секунд. В принципе не особо важно, как скоро разогреется паяльник при первом включении. Эта скорость важна для работы терморегулятора, ведь чем быстрее греется жало, тем стабильней температура пайки.

На рисунке 7 показан нагреватель паяльника TechTool фирмы Ersa, предназначенный для использования в составе паяльных станций.

Рисунок 7. Керамический нагреватель фирмы Ersa

Нетрудно заметить, что область нагрева керамического нагревателя находится в конце полого жала, поэтому греется в основном та его часть, которая ближе к точке пайки. Совсем близко от точки пайки находится и термопара. Такое расположение термопары обеспечивает быструю реакцию электронного блока даже на незначительные изменения температуры в месте пайки. Вот тут то и сказывается большая скорость нагрева керамического нагревателя.

Замена жала осуществляется с помощью пластиковой рифленой гайки, которая остается холодной даже при разогреве паяльника до 400 градусов. Это позволяет производить замену жала всего за 30 секунд, не дожидаясь остывания паяльника. Вот такая вот высокотехнологичная вещь керамический нагреватель.

Паяльник TechTool удовольствие дорогое. Даже предложение его в интернет — магазинах «по низким ценам» выливается в сумму 7750 рублей (без электронного блока управления). Где низкими ценами не соблазняют, этот паяльник можно купить за 8 257,00руб. Но радиолюбителям пугаться таких цен не стоит, поскольку это цены на паяльники профессионального класса, предназначенные для непрерывной работы по целой смене.

Для любительских целей можно выбрать менее дорогие модели фирмы Ersa, например, паяльник с регулятором температуры PTC 70, внешний вид которого показан на рисунке 8. Даже не в самом дешевом магазине «Чип и Дип» за него просят 3710 рублей, что для хорошего инструмента не так уж и дорого.

Рисунок 8. Паяльник с регулятором температуры PTC 70

Для не очень частого пользования в любительских целях вполне подойдет и паяльник китайского производства: пусть он будет несколько хуже, зато цена радует.

Сменные жала надеваются на керамический нагреватель и удерживаются пружинной защелкой. В ручке паяльника спрятан аналоговый стабилизатор температуры, датчиком которой служит сам нагревательный элемент, поскольку его сопротивление меняется с температурой нагрева.

Кстати, подобные стабилизаторы температуры предлагаются в радиолюбительских конструкциях для обычных паяльников типа ЭПСН. Колесико настройки температуры выведено на ручку паяльника, как показано на рисунке 9.

Рисунок 9. Ручка установки температуры паяльника PTC 70

Напряжение питания паяльника 220В, мощность нагревателя 75Вт. При таких параметрах керамического нагревателя температура жала будет поддерживаться весьма стабильно, паяльник не будет прилипать к плате, ведь чем мощнее нагреватель, тем быстрее нагревается жало.

Таким паяльником можно паять тонкие дорожки печатного монтажа и достаточно крупные детали не опасаясь перегрева или охлаждения паяльника. Для паяльника существует целый набор жал, пригодных для разных паяльных работ.

Некоторые производители прячут тончайшую нихромовую спираль внутри керамического цилиндра и называют такой нагреватель керамическим. Может это такой коммерческий прием, но нагреватель-то все равно нихромовый. В настоящем керамическом нагревателе греется сама керамика.

Паяльники с таким нагревателем часто тоже выполняются с термостабилизатором в ручке, но бывают и без него. Некоторые модели имеют встроенную термопару, пользоваться ими можно только при наличии внешнего электронного блока. Такие комплекты называются паяльными станциями.

Схема достаточно простой паяльной станции опубликована в журнале «Радио» 2008 №5 автор статьи А.ПАТРИН, г.Кирсанов Тамбовской обл. В авторском варианте используется паяльник Sl-30 от паяльной станции Solomon SL-30. Напряжение питания паяльника 24В при мощности нагревателя 48Вт. Но подойдет и любой другой паяльник с похожими параметрами.

Схема достаточно простая и доступная для повторения. Сигнал встроенной в паяльник термопары усиливается и подается на компаратор . Как только напряжение термопары достигает заданного уровня, нагреватель отключается. Для индикации выставленной температуры используется цифровой индикатор, хотя, в принципе, можно обойтись и без него. Прелесть данной конструкции в том, что не надо программировать микроконтроллер, которого в схеме попросту нет.

В статье приводится подробное описание схемы, рекомендации по наладке, приведены чертежи печатных плат. Все это поможет собрать такую паяльную станцию достаточно быстро и легко. Внешний вид авторского варианта самодельной паяльной станции показан на рисунке 10.

Рисунок 10. Внешний вид самодельной паяльной станции

Жало для паяльника

Современные паяльники комплектуются целым набором сменных жал, пригодных на все случаи жизни. Один из таких наборов показан на рисунке 11. Внешний вид паяльника SR971 показан на рисунке 12.

Паяльник при продаже комплектуется всего одним коническим жалом, поэтому остальные жала приходится покупать дополнительно. Мощность керамического нагревательного элемента 25Вт при напряжении питания 220В. Жало паяльника заземлено, что позволяет паять элементы чувствительные к статическому электричеству. Сменное жало устанавливается легко, что позволяет производить различные паяльные работы. Для этого достаточно открутить гайку с накатанной поверхностью, сменить жало и завернуть гайку обратно.

Форма ручки паяльника достаточно эргономична, вес паяльника невелик, работать таким инструментом достаточно комфортно. Единственно, что несколько омрачает все достоинства, это отсутствие встроенного регулятора мощности.

Рисунок 11. Комплект сменных жал для паяльника SR971 с керамическим нагревателем

Рисунок 12. Паяльник фирмы SOLOMON SR971

При работе с SMD компонентами совсем не лишне иметь жала типа «вилка» и миниволна: первое из них предназначено для пайки мелочевки типа резисторов и конденсаторов, а второе позволяет запаивать многовыводные детали в планарных корпусах, не опасаясь, что припой попадет между выводами.

На рисунках 13 и 14 показаны фрагменты таблицы с жалами фирмы Weller, по которым можно выбрать и заказать нужное жало. Кроме того, фирма Weller защищает свои жала лазерной гравировкой, поскольку развелось достаточно фирм, подделывающих оригинальные жала.

Применение таких контрафактных китайских жал нередко приводит в негодность паяльное оборудование, а паяльники фирмы Weller являются весьма дорогими. Даже те, кто занимаются пайкой на профессиональном уровне, не всегда отваживаются купить такое оборудование.

Рисунок 13. Жало типа «вилка»

Очень даже удобно: подводишь такое жало к резистору, греются сразу оба конца, и остается только снять деталь с платы.

Для подобных операций в арсенале паяльного оборудования существует специальный инструмент – термопинцет. Можно сразу нагреть деталь и снять ее с платы. По сути это два паяльника, объединенные в общую конструкцию. Стоит такой инструмент очень даже недешево, но, как показывает практика, можно обойтись и без него.

Рисунок 14. Жало типа «миниволна»

На рабочей поверхности жала имеется небольшое сферическое углубление (показано пунктиром), куда набирается расплавленный припой. Далее жалом проводят по выводам планарной микросхемы, естественно, установленной на плате, и запас припоя перетекает на выводы и дорожки платы.

Очень даже удобно, не надо тыкаться отдельно в каждый вывод микросхемы, все получается как бы само собой. Такая технология повышает производительность ручной пайки не менее, чем в десять раз, а также улучшается и качество.

Казалось бы, что такое жало можно элементарно сделать из обычного медного: всего-то и дел, что просверлить в нужном месте небольшое и не очень глубокое отверстие. Но вот как раз эти маленькие размеры приведут к тому, что такое жало быстро обгорит, от крохотного отверстия не останется и следа. Но если есть необходимость припаять одну – две микросхемы, то такое жало вполне подойдет.

Фирменная «миниволна» (как вариант «микроволна») выполнена с необгорающим хромовым покрытием, а кончик жала залуживается химическим способом. Смачиваемость такого жала великолепна, что является, пожалуй, самым главным условием качественной пайки.

Достаточно подробно технология монтажа – демонтажа микросхем в планарных корпусах описана в статье В. Баринова «Монтаж и демонтаж микросхем в малогабаритных корпусах с планарными выводами». Статья опубликована в журнале «Радио» №1, 2010, стр 25.

Индукционные паяльники

Все рассмотренные выше паяльники используют нагреватели различного типа, тепло от которых передается на паяльное жало, а для стабилизации температуры требуется электронная схема. Совсем по-другому устроены индукционные паяльники, у которых само жало разогревается высокочастотными токами, служит нагревательным элементом. И не надо никакого керамического или нихромового нагревателя. Схематическое устройство индукционного паяльника показано на рисунке 15.

Рисунок 15. Устройство индукционного паяльника

Паяльный стержень изготовлен из меди, а его задняя часть покрыта ферромагнитным сплавом из железа и никеля. На этой части жала расположена катушка индуктивности, питаемая напряжением с частотой 470КГц. Высокочастотные колебания наводят в сердечнике поверхностные токи, которые нагревают железо-никелевое покрытие, обладающее магнитными свойствами и достаточно большим, по сравнению с медью, электрическим сопротивлением. Сочетание этих свойств приводит к разогреву ферромагнитного покрытия.

Тепло от нагретого слоя разогревает весь сердечник, уходит внутрь, охлаждая ферромагнитный слой, ведь внутри сердечника-то медь! Нагрев покрытия происходит до тех пор, пока температура всего сердечника не достигнет точки Кюри. Это температура, при которой ферромагнитное покрытие теряет магнитные свойства. Если сказать проще, то обычный железный гвоздь, при соответствующей температуре, перестанет притягиваться обычным постоянным магнитом.

При потере магнитных свойств перестает действовать поверхностный эффект, а высокочастотные токи уходят внутрь медного сердечника, где не вызывают никакого нагрева. Поскольку медь не реагирует на магнитные поля, поглощение энергии из магнитного поля прекращается, прекращается и разогрев сердечника, поскольку температура жала достигает точки Кюри.

В процессе пайки жало отдает запасенное тепло на расплавление припоя и нагрев паяемых деталей. Температура жала падает ниже точки Кюри, магнитные свойства покрытия восстанавливаются, и начинается нагрев. При этом, чем массивней спаиваемые детали, тем быстрее стремится остынуть сердечник, тем дальше уход от точки Кюри, тем выше воздействие поверхностных токов.

Другими словами мощность нагрева, ее скорость адаптируется к условиям пайки: чем интенсивнее отбирается запасенное жалом тепло, тем интенсивнее происходит нагрев жала. Недаром такая технология нагрева называется Smart Heat, что можно перевести как «умное тепло». Разработка индукционного паяльника, как и самой технологии Smart Heat принадлежит американской компании Metcal.

Прелесть этой технологии еще и в том, что не требуется сложных электронных схем для поддержания температуры, ведь не секрет, что наиболее продвинутые паяльные станции управляются с помощью микроконтроллеров и имеют достаточно сложные схемы. А тут все происходит за счет самого паяльного жала! Достаточно только запитать его высокочастотным напряжением.

И вот тут может возникнуть вопрос: припои могут использоваться разные, температура плавления у каждого своя. Как же поменять температуру нагрева жала для конкретного типа припоя?

Оказывается, все просто. Паяльник комплектуется несколькими жалами-картриджами, каждый на свою температуру, которая зависит от химического состава ферромагнитного покрытия. Достаточно просто взять другой картридж, и с помощью разъема вставить его в ручку паяльника.

В основном используются картриджи серий 500, 600 и 700. Эти цифры указывают температуру нагрева по шкале Фаренгейта. Каждая серия имеет наборы жал различной формы, пригодные для выполнения всех паяльных работ. Но с точкой Кюри паяльники бывают не только индукционные.

Лет пятнадцать назад уже выпускались паяльники с механическим регулятором температуры. Нагреватель у них самый обычный нихромовый, но на заднем конце паяльного стержня имеется небольшая ферромагнитная таблетка, к которой притягивается магнит, управляющий работой микровыключателя. Как только жало разогревается до рабочей температуры, до точки Кюри, внутри паяльника раздается щелчок, и нагреватель отключается. При некотором понижении температуры снова щелкает контакт, жало начинает подогреваться.

Для того, чтобы изменить температуру нагрева в комплект паяльника входит несколько жал с различными температуры точки Кюри.

Другие конструкции паяльников

Рассказ о паяльниках будет несколько неполным, если не упомянуть другие, можно сказать, экзотические типы. Прежде всего, это автономные паяльники, не требующие подключения к электричеству. Одни из них электричество все-таки потребляют от аккумулятора или даже батареек, встроенных в ручку.

Другие паяльники – газовые работают наподобие обычной газовой горелки, только греют паяльное жало. Если жало снять, то получается как раз газовая горелка.

По своим «паяльным» свойствам газовые паяльники едва дотягивают до не самых лучших электрических паяльников. Об этом говорят все, кому доводилось пользоваться этим чудом техники.

Единственное достоинство газовых и любых других автономных паяльников это независимость от электрической проводки: можно что-то припаять даже в чистом поле. Но, слава Богу, такие экзерсисы делать приходится не часто. Поэтому, лучше пользоваться электрическим паяльником.

Читайте также по этой теме: Как выбрать паяльную станцию