При постоянном напряжении питания U и сопротивлении R, измеренном тестером, потребляемая мощность P электрического паяльника рассчитывается по формуле P=(UxU)/R.
Как отремонтировать электропаяльник
Электрический паяльник — это хорошо известный нагревательный прибор для соединения различных деталей из цветных и черных металлов.
Принцип действия основан на нагревательном эффекте рабочей кромки (наконечника), который вызывает расплавление сварного шва и жидкости. Полученная жидкая смесь заполняет все неровности и полости между деталями и после охлаждения образует надежное соединение.
Однако в процессе эксплуатации инструмент может сломаться, и такая поломка проявляется в самых разных формах. Поэтому самостоятельный ремонт паяльника является важной задачей, которую должен освоить каждый мастер, работающий с паяльником.
Основные детали
Чтобы качественно и быстро отремонтировать электрический паяльник своими руками, необходимо сначала ознакомиться с его конструкцией, которая включает в себя следующие компоненты:
- электронагревательный элемент, размещённый на трубчатом основании из слюды или стеклоткани и изготовленный в виде витой спиралевидной обмотки;
- ручка-держатель с отверстиями под трубчатое основание и электрический шнур;
- рабочий наконечник, вставляемый с другого конца слюдяной трубки.
Над никелевой проволокой находится еще один защитный слой из слюды или асбеста, который обеспечивает снижение теплопотерь и изолирует катушку от металлических частей тела.
Концы катушки складываются пополам и соединяются с медными жилами электрического кабеля при помощи сварки, с вилкой на другом конце. Для предотвращения случайного разрыва эти участки укреплены прессованными алюминиевыми пластинами, которые отводят избыточное тепло от контактной поверхности.
Для лучшей изоляции на места соединения кабеля надеваются специальные трубки (керамические, стекловолоконные или слюдяные).
Электрическая схема
Чтобы понять основы ремонта паяльника, рекомендуется ознакомиться с его электрической схемой, которая состоит из ряда последовательно соединенных элементов. Это электрическая вилка, соединительный провод (кабель) и никелированная нагревательная спираль.
Поскольку питание осуществляется от сети переменного тока 220 В, в схему обычно встраивается трансформатор.
Напряжение
Одна из самых важных характеристик, которую необходимо учитывать при ремонте паяльника, — это напряжение, подаваемое на катушку. Для разных моделей оно может принимать следующие значения:
- 220 Вольт (используется в большинстве отечественных моделей);
- пониженные трансформатором питающие напряжения величиной от 12-ти до 42-х Вольт (для опасных условий работы);
- 5-тивольтовое питание для миниатюрных паяльников USB, починить которые в домашних условиях совсем несложно.
Пониженное напряжение используется в условиях, классифицируемых как опасные и чрезвычайно опасные (например, в условиях повышенной влажности или запыленности). Основная цель такого пониженного напряжения — защитить пользователя от поражения электрическим током.
Независимо от того, какая из этих моделей подлежит ремонту, возможности ремонта ограничены самыми простыми задачами.
Мощность
Электрическая мощность относится к энергии, которую паяльник получает из сети, определяемая как произведение напряжения и силы тока.
Она напрямую связана с теплом, выделяемым паяльником, которое определяет его производительность. Чем выше это значение, тем лучше паяльник нагревает паяное соединение.
Рабочая мощность различных изделий сильно варьируется (от нескольких ватт до тысяч ватт).
Поэтому при работе с мелкими компонентами предпочтительнее паяльники с низкой потребляемой мощностью и теплоотдачей. Если же необходимо спаять крупные металлические детали, подойдут только «сильные» приборы.
В простейшем случае этого можно добиться заменой наконечника на более толстый или наоборот. Если нагревательный элемент выходит из строя, прочность учитывается тем, что его приходится наматывать самостоятельно и выбирать необходимое количество витков.
Электрическая схема паяльника
Надежность в эксплуатации и длительный срок службы обусловлены простотой данной конструкции. Электрическая схема представлена комбинацией следующих элементов:
- Источника питания, которым зачастую выступает бытовая сеть энергоснабжения. Также в продаже можно встретить портативные варианты исполнения со встроенным блоком питания.
- Вилка с проводом требуется в том случае, если конструкция питается от бытовой сети.
- Нагревательной рабочей частью паяльника является проволочная спираль. Она преобразует электричество в тепловую энергию, за счет чего и происходит нагрев обрабатываемых элементов при пайке.
Принцип работы электрической схемы достаточно прост. Нагревательной частью паяльника является катушка из никелевой проволоки, которая нагревается при прохождении через нее тока. Специальный проводящий элемент передает тепло на наконечник паяльника.
Устройство паяльника
Современные способы применения паяльников могут несколько отличаться. Однако основные элементы практически идентичны. Конструкцию паяльника можно описать следующим образом:
- Основным элементом конструкции считается нагревательный стержень, на которой есть обмотка трансформатора.
- Для сохранения тепла и повышения значение КПД стержень вставляется в специальную изоляционную трубку. При ее изготовлении используется теплостойкая стеклоткань.
- В зависимости от значения мощности может использоваться несколько слоев изоляционного материала.
Паяльник помещен в специальную изолирующую втулку, а диэлектрическая ручка обеспечивает безопасное обращение с прибором. Ручка обычно изготавливается из термостойкого пластика или дерева; использование металла не допускается.
Для изготовления ручки часто используется красная медь, так как она обеспечивает быструю передачу тепла от источника к исполнительным элементам конструкции. Кроме того, рабочий элемент должен выдерживать высокие температуры, достаточные для нагрева обрабатываемого металла.
Распределение клея по поверхности происходит с кончика инструмента. По этой причине его изготавливают в форме клина. Его длина может сильно варьироваться в зависимости от применения и назначения инструмента.
Напряжение питания паяльников
При выборе типов паяльников следует также обратить внимание на рекомендуемое напряжение источника питания. Как правило, большинство бытовых моделей, которые можно использовать для пайки микросхем, могут работать при обычном напряжении сети 220 вольт. Это связано с использованием трансформатора. Напряжение 220 вольт может быть слишком высоким для некоторых устройств. Бывают случаи, когда необходимо использовать импульсные источники питания.
В качестве отличительных особенностей импульсных источников питания для сварочного оборудования можно назвать следующие моменты:
- Нагревательным элементом выступает вторичная обмотка.
- Конструктивные особенности обеспечивают быстрый нагрев жала.
- Низкий показатель потребительской мощности.
- Некоторые модели позволяют регулировать показатель мощности в узком диапазоне.
Формы импульсного оборудования для пайки могут сильно различаться, что во многом связано с тем, какая компания производит продукт. Например, существует много китайских моделей, которые отличаются низкой надежностью.
Устройство паяльника
Паяльник представляет собой стержень из красной меди, который нагревается до температуры плавления припоя нитридной спиралью. Стержень паяльника изготовлен из меди из-за ее высокой теплопроводности. Это связано с тем, что во время пайки необходимо быстро передать тепло от нагревательного элемента к паяльному наконечнику. Клиновидный конец стержня является рабочей частью паяльника и называется наконечником. Стержень вставляется в стальную трубку, которая обернута слюдой или стеклотканью. На слюду наматывается никелевая проволока, которая служит нагревательным элементом.
На никелевую проволоку наматывается слой слюды или асбеста для уменьшения потери тепла и электрической изоляции никелевой спирали от металлического корпуса паяльника.
Концы никелевой катушки соединяются с медными жилами электрического кабеля, на конце которого находится вилка. Для обеспечения надежности этого соединения концы никелевой катушки сгибаются и складываются посередине, что уменьшает нагрев в месте соединения с медным проводом. Кроме того, соединение обжимается металлической пластиной, предпочтительно алюминиевой, которая обладает высокой теплопроводностью и лучше отводит тепло от соединения. Для электрической изоляции в соединение вставляются трубки из термостойкого изоляционного материала, стеклоткани или слюды.
Медный стержень и никелевая спираль заключены в металлический корпус, состоящий из двух половинок или цельной трубки, как показано на рисунке. Корпус паяльника крепится к трубке с помощью стопорных колец. На трубке расположена ручка из материала, поглощающего мало тепла, например, дерева или термостойкого пластика, для защиты руки пользователя от ожогов.
Когда вилка паяльника вставляется в розетку, электрический ток поступает в никелевый нагревательный элемент, который нагревается и передает тепло медному стержню. Паяльник готов к пайке.
Паяльник мощностью 12 Вт можно использовать для пайки маломощных транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов, микросхем и тонких кабелей. 40- и 60-ваттный паяльник используется для пайки мощных и крупных радиодеталей, толстых кабелей и мелких компонентов. Для пайки крупных компонентов, таких как теплообменники газовых приборов, требуется паяльник мощностью 100 Вт и более.
Напряжение питания паяльников
Электрические паяльники выпускаются с напряжением 12, 24, 36, 42 и 220 В, и это неспроста. Самая главная причина — безопасность человека, вторая — напряжение в сети в месте сварки. Паяльники с напряжением 36 В и ниже допускаются на производство, если все оборудование заземлено, при повышенной влажности и корпус паяльника должен быть заземлен. Напряжение бортовой сети составляет 6 В постоянного тока для мотоцикла, 12 В постоянного тока для легкового автомобиля и 24 В постоянного тока для грузового автомобиля. В авиации используется частота 400 Гц и напряжение 27 В.
Существуют также конструктивные ограничения, например, паяльник мощностью 12 Вт для напряжения питания 220 В трудно изготовить, поскольку катушка должна быть намотана из очень тонкого провода и, следовательно, намотана в несколько слоев, что делает паяльник очень большим, что не подходит для небольших работ. Поскольку паяльник намотан никелевой проволокой, на него можно подавать как переменное, так и постоянное напряжение. Главное, чтобы напряжение питания соответствовало напряжению, на которое рассчитан паяльник.
Мощность нагрева паяльников
Электрические паяльники могут быть мощностью 12, 20, 40, 60, 100 Вт и более. Это тоже не случайно. Чтобы припой хорошо растекался по спаиваемым деталям, их необходимо нагреть до температуры, немного превышающей температуру плавления припоя. Тепло передается от края к детали, и температура края снижается. Если диаметр паяльного наконечника недостаточен или мощность нагревательного элемента слишком мала, наконечник не нагревается до необходимой температуры и пайка невозможна. В лучшем случае пайка станет рыхлой и нестабильной.
Для пайки мелких деталей можно использовать более мощный паяльник, но при этом возникает проблема недостижения точки пайки. Например, как припаять микросхему с расстоянием между выводами 1,25 мм к печатной плате с помощью 5 мм наконечника паяльника? Выход есть: намотать на такой вывод несколько витков медной проволоки диаметром 1 мм и паять концом этой проволоки. Однако громоздкость паяльника делает эту работу практически невозможной. Есть и другое ограничение. При высокой мощности паяльник быстро нагревает деталь, а многие радиодетали не должны нагреваться выше 70˚C, поэтому допустимое время пайки составляет не более 3 секунд. К ним относятся диоды, транзисторы и микросхемы.
Расчет сопротивления нихромовой спирали
Никелевые катушки коммерчески доступны в виде катушек с намотанными проводами. Такая форма очень удобна и компактна. Она представляет собой нагревательный элемент и состоит из сплава хрома и никеля. Отсюда и название: никель-хром.
Наиболее известны две разновидности: Х20Н80 (73% никеля и 23% хрома) и Х15Н60 (60% никеля и 18% хрома). Первый сорт называют классическим, а второй был разработан для снижения стоимости проволоки путем уменьшения состава никеля и хрома и увеличения содержания железа.
При производстве этих двух основных сплавов было создано множество модификаций, которые обеспечивают большую стойкость к окислению при более высоких температурах. Эти марки подходят для нагретых элементов, находящихся в контакте с воздухом.
Наиболее важным свойством никелевой проволоки является ее сопротивление электричеству. Никелевая катушка может использоваться не только как нагревательный элемент, но и как материал сопротивления для электрических цепей. В целях нагрева катушки используются в нагревателях и тепловых отражателях, в электронагревателях и в нагревательных змеевиках для обогревателей, а также в качестве нагревательного элемента для теплового оборудования.
Сплавы, полученные в вакуумных печах, используются для промышленного оборудования.
Катушки двух наиболее распространенных марок отличаются от остальных тем, что их сопротивление не слишком сильно меняется при изменении температуры. Их часто используют для изготовления резисторов, а также различных компонентов.
Никелевую катушку можно изготовить самостоятельно в домашних условиях. Все, что вам нужно, — это проволока соответствующего качества. Расчет никелевой катушки зависит от сопротивления провода и необходимой вам мощности. При расчете мощности не стоит пренебрегать максимальным током, при котором температура никелевой катушки достигает необходимого значения.
Для расчета тока и температуры уже давно придуманы справочники, но это еще не все. Необходимо учитывать условия, в которых работает нагреватель. Если нагреватель погружен в воду, тепловая эффективность увеличивается, и ток может увеличиться на половину от расчетного. Если нагреватель закрыт, теплоотдача снижается, и ток должен быть уменьшен до 50 %.
Расстояние между змеевиками имеет большое значение: змеевики, расположенные близко друг к другу, выделяют больше тепла, а если расстояние между ними большое, они быстрее остывают. Все справочные значения приведены для горизонтальных нагревателей и меняются при изменении угла наклона.
Используя известные нам из школы значения мощности и напряжения, мы находим напряжение, а затем можем легко найти сопротивление, применив известный закон Ома.
Длина катушки зависит от диаметра провода и сопротивления, поэтому формула выглядит так: L=(Rπd 2 )4ρ, где L — длина; R — сопротивление; d — диаметр провода; π — 3,14; ρ — удельное сопротивление материала (никель-хром).
Можно просто использовать значение из таблицы линейного сопротивления и температурные поправки.
В этом случае расчет будет другим: L=R/ρldгде rld— это сопротивление проволоки длиной 1 м и диаметром d.
Для геометрического расчета нитрокатушки, т.е. количества витков, нужна формула N=L/(π(D+d/2)), где длина витка равна π(D+d/2).
Перемотка паяльника
Заворачивание края воротника
Нагревательный элемент надевается обратно, закрепляется винтами и вставляется в дрель. Если демонтировать излишки никеля и размотать его, держа нагревательный элемент в руках, все становится намного сложнее. Снимается вязальная проволока.
Ослабленная стеклоткань и слюдяное покрытие удаляются. В слюде со стороны клеммы есть прорезь, в которую вставляется проводник, идущий от никеля к сетевому кабелю — поэтому ослабленную слюдяную обмотку не разматывают, а снимают. Слюда — очень хрупкий материал. Конец никелевой проволоки, которая была намотана на проводник, отрывается. Его толщина составляет чуть более 4 микрон.
Никелевая проволока должна быть обернута чем-то круглым, в идеале — мотком пряжи. Она разматывается — сматывается и так далее до конца. Ослаблять другой конец никелевой проволоки не обязательно.
Сопротивление сварочной проволоки
Теперь нужно намотать проволоку длиной 400 Ом, в сантиметрах это примерно 70 (общая длина никелевой проволоки длиной 300 см составляет 1800 Ом, поэтому 400 Ом — это 66,66 см). Когда длина составит 70 см, прикрепляется ручка (прищепка для одежды), и в висячем положении катушки, слегка направляемой пальцами, намотка производится с интервалами так, чтобы она заканчивалась на первом проводнике. Количество попыток неограниченно, главное, чтобы нихром не ломался. В конце намотки необходимо проверить сопротивление.
После того как намотано необходимое количество нихрома, отрежьте проволоку с краем 1-2 см и намотайте ее на проводник. Вставьте слюдяную обмотку в проводник, пропустив ее через паз обмотки, и плотно прижмите ее к верхней части слюдяной обмотки.
Наденьте стекловолоконную обмотку и уплотните ее, затянув прижим и обернув вокруг нее вязальную проволоку. Установите нагревательный элемент, рассчитанный на напряжение 85-106 В.
Сборка паяльника
Нагревательный элемент пришлось заменить, так как он был прикреплен к ручке саморезами, которые были довольно громоздкими и короткими. Для этого в местах крепления ручки были просверлены отверстия под новые саморезы.
Перед подключением сетевого шнура к проводам кабеля на никелевый нагревательный элемент была установлена и отрегулирована пластиковая заглушка.
Наконец, корпус нагревателя служит своеобразным радиатором охлаждения, который крепится к ручке через отверстия в корпусе нагревателя. Для увеличения охлаждающего эффекта зазор между ним и ручкой был увеличен с помощью металлических шайб.
Испытания
Потребляемый ток паяльника 190 мА
ИБП, используемый для работы паяльника, обеспечивает напряжение от 85 до 106 В под нагрузкой. Потребляемый ток составляет 190 мА при минимальном напряжении. Выходная мощность составляет 16 Вт.
Потребляемый ток паяльника составляет 240 мА.
При максимальном напряжении потребляемый ток составляет 260 мА. Мощность 26 Вт. Желаемая мощность достигнута.
Наконец, проверьте время нагрева. До 257 градусов за 2 минуты 20 секунд. Отличный результат, учитывая, что при напряжении сети 225 В он нагревается до 250 градусов за 5,5 минут.
Таблица. Зависимость сопротивления нагревательного элемента от мощности и напряжения паяльника.
А вот таблица, которая поможет вам определить необходимое сопротивление нагревательного элемента в зависимости от требуемой мощности и имеющегося напряжения сети. Автор Бабай из Барнаула.
