Устройство паяльника: схема и принцип работы

Электрическая схема паяльника

Схема паяльника достаточно простая, она включает в себя нескольких основных элементов: вилка, спираль, сделанная из нихрома, и провод.

Вилка и провод используются в том случае, если паяльник работает от сети, но существуют и паяльники, где питание поступает от встроенного источника. Спираль является основной частью паяльника, благодаря ей электричество преобразуется в тепло, после чего обрабатываемые детали нагреваются и происходит их спаивание.

Температура нагрева паяльника, а точнее, его жала, не регулируется, поэтому для поддержки необходимого значения температуры можно подключить его через регулятор мощности для возможности проводить регулировку вручную и в дальнейшим поддерживать ее в ходе работы.

Мощность паяльника выбирается в зависимости от рода предстоящей работы: мелкие детали паяются прибором малой мощности. Это важно, потому что если взять паяльник с большой мощностью, то его жало не проникнет в труднодоступные места, а также велика вероятность перегрева. Для больших деталей и толстых проводов нужен паяльник помощнее (от 40 Вольт и выше). Если мощность будет недостаточной, то пайка будет некачественной с образованием пустот.

Подбор паяльника также зависит от напряжения. Паяльник напряжением 12 Вольт подойдет для работы в легковом автотранспорте, 24 Вольта – в грузовом автотранспорте, 27 Вольт – в воздушном транспорте, 36 Вольт – в помещениях с повышенной влажностью с выполнением обязательного заземления находящегося там электрооборудования.

Если у вас имеется паяльник, предназначенный на напряжение 12 Вольт, а вы хотите переделать его на 220 Вольт, то придется намотать спираль несколькими слоями, что создаст трудности при производстве работ с небольшими по размеру деталями.

Если сеть соответствует паяльнику, то работать можно от переменного и от постоянного напряжения. Это из-за нихромового материала, из которого сделан нагреватель.

Обычно напряжение в паяльных инструментах составляет именно 220 Вольт. Для работы в помещениях с большой влажностью или запыленностью используют приборы напряжением до 42 Вольт. Это вынужденная мера безопасности, исключающая вероятность поражения электрическим током.

Как устроен паяльник

Паяльником называется прибор, с помощью которого можно соединить между собой детали. Посредником между этими деталями может быть припой – вещество, которое под действием высокой температуры плавится и переходит в состояние жидкости. После прекращения этого воздействия припой мгновенно твердеет и обеспечивает неразрывное соединение. Этот инструмент является незаменимым для людей, работающих с электроникой, потому что благодаря ему можно не только соединить детали, но и разъединить их.

Необязательно быть семи пядей во лбу и тщательно изучать внутреннее устройство паяльника для того, чтобы уметь его использовать, но если вдруг он выйдет из строя, то эта информация может помочь.

Паяльники, выпущенные в разное время, несомненно, имеют кое-какие отличия, однако, основные части подобны у всех моделей. Устройство паяльника выглядит следующим образом: основная часть – это стержень, который сделан из красной меди. При воздействии температуры именно он расплавляет припой. Почему выбран именно этот металл? Все потому, что именно он имеет высокий коэффициент теплопроводности. Стержень на конце выполнен в форме клина, для того, чтобы работа с мелкими деталями проходила легче и удобнее.

Вторая важная часть паяльника представляет собой трубку, сделанную из стали, куда помещается медный стержень. Эта конструкция называется нагревательным элементом. Сверху упомянутую трубку оборачивают слюдой. Для чего она нужна и чем заменить слюду в паяльнике? Слюду можно заменить обычной стеклотканью, поверх намотав нихромовую проволоку. Когда по ней будет проходить электрический ток, при этом она будет нагреваться и передавать тепло трубке. От этого стержень также будет нагреваться. На проволоке из нихрома находится еще один слой слюды, который необходим для защиты спирали от взаимодействия с корпусом паяльника, что увеличивает уровень безопасности прибора. Кроме того, слой слюды нужен для того, чтобы сохранить тепло и не нагревать впустую корпус прибора.

Рукоятка прибора может быть произведена из дерева или специального пластика, но ни в коем случае не из металла.

Что касается проводов, то они присоединены к выводам нихромовой проволоки, а чтобы соединение было максимально крепким можно пользоваться алюминиевыми зажимами, которые надежно припаяны. Их назначение не ограничивается лишь обеспечением качественного соединения, они также призваны отводить лишнее тепло. Чем больше мощность паяльника, тем больше температура, которой подвергаются медные провода, и тем нужнее присутствие алюминиевых зажимов. Это нужно знать на тот случай, если при ремонте паяльника встанет вопрос об удалении этих зажимов.

Нагревательный элемент расположен внутри стального корпуса инструмента. В зависимости от модели на корпусе может быть резьба для фиксации стержня, а также отверстия для отвода тепла, которые располагаются вблизи рукоятки.

Рассмотрим, к примеру, индукционный паяльник и то, как он работает. Он начинает греться благодаря катушке индуктора. Наконечник покрыт ферромагнитным составом, что сказывается на создании магнитного поля. Сердечник начинает разогреваться. Когда градусы достигли определенного уровня нагрев прекращается. При дальнейшем остывании происходит восстановление ферромагнитных характеристик и снова паяльник начинает увеличивать температуру. То есть поддержание температуры происходит автоматически без использования каких-либо термодатчиков и дополнительных электронных приспособлений.

В отличие от индукционного газовый паяльник относится к устройству автономного типа. Его можно применять где угодно.

Пламя, возникающее от сгорания газа, и является источником тепла, от которого происходит нагрев жала. Газ в паяльник заправляется при помощи обычного баллончика.

Принцип работы паяльника

Схема работы заключается в следующем: когда происходит подключение паяльника к электрической сети, то нихромовая спираль пропускает через себя электроток и происходит ее нагревание. Тепло передается на медный стержень, из-за чего его температура может возрасти до очень высоких показателей, порядка 300 градусов. Из-за этого припой расплавляется под воздействием жала (стержня) и спаивает детали.

Разновидностей паяльников множество, они могут быть отличны по мощности и иметь разные типы нагревательных элементов. В тех случаях, когда нужно спаять детали больших размеров или проводов с большим поперечным сечением нужны паяльники с большим жалом и обладающие мощностью около 100 Ватт. Паяльники мощностью от 50 до 80 Ватт нашли свое применение для ремонта электрооборудования и радиотехники. Паяльники для пайки мелких элементов должны быть с тонким жалом и маломощные – около 20 Ватт.

В наше время выпускается множество видов паяльников, один из которых – с нагревателем из керамики. Такие паяльники очень капризны, если на его нагревательный элемент попадет немного воды или он упадет, то может выйти из строя и возможности починки уже не будет. Дело в том, что нагревательный элемент состоит из керамической пластины очень небольшой толщины, а внутри – тонкая нихромовая спираль. При малейшем воздействии эта тонкая проволока рвется, и паяльник не подлежит ремонту.

Разновидностей паяльников много и их устройство и принципы работы отличаются друг от друга. Выбор паяльника зависит от характера задачи, которую он должен решить.

• Стержневые – являются наиболее распространенным видом. То, как они работают и из чего состоят - рассмотрели немного выше. Эта разновидность получила свое одобрение и признание у многих мастеров, работающих на дому, они неплохо справляются и с бытовой техникой, и с проводами.
• Пистолетные – внешне похожи на оружие, также применяются для ремонтных работ. Рабочая часть и рукоятка расположены друг к другу под углом 90 градусов – это очень удобно для некоторых работ.
• Паяльные станции – укомплектованы блоками управления, которые позволяют производить различные настройки – мощность, температура, сила тока и пр.

Паяльные станции можно подразделить на несколько видов, от которых зависит их принцип работы:

• Цифровые – принцип работ схож со стержневыми паяльниками. Отличие заключается в том, что здесь можно задать параметры для производства работ.
• Инфракрасные – спаивание происходит благодаря инфракрасному излучению. Длина волн составляет до 10 мкм, а зона прогрева – до 60 мм.
• Термовоздушные – при его работе припой плавится от воздействия горячего воздуха, направление которого регулируется соплом.

Расчет сопротивления нихромовой спирали

Нихромовую спираль можно найти в магазинах в виде катушки с намотанной проволокой. Эта форма очень удобная и компактная. Она является нагревательным элементом и изготавливается сплава хрома с никелем. Отсюда и название – нихром.

Две наиболее известные марки – Х20Н80 (73% никеля и 23% хрома) и Х15Н60 (60% никеля и 18% хрома). Первый называют классическим видом, а второй создали для уменьшения стоимости проволоки, здесь уменьшен состав никеля и хрома, зато увеличено количество железа.

После получения этих двух основных сплавов было получено множество модификаций, у которых имеется большая стойкость к окислению при увеличенном показателе температуры. Такие виды применимы для тех нагреваемых элементов, которые имеют взаимодействие с воздухом.

Основным свойством нихромовой проволоки является способность сопротивляться электротоку. Нихромовая спираль может применяться не только как нагревательный элемент, но также как материал для сопротивления электросхем. Для нагревателей используют спирали, которые применяются в тепловентиляторах и терморефлекторах, для электроотопления и в тенах отопительных приборов, а также в виде нагревателя для термооборудования.

Сплавы, которые получены в вакуумных печах, используются для промышленного оборудования.

Спирали из двух указанных наиболее распространенных марок отличаются от остальных тем, что при изменении температуры не слишком меняется их сопротивление. Она частенько используются для резисторов, а также различных деталей.

Нихромовую спираль можно изготовить дома. Вам понадобится лишь проволока подходящей марки. Расчет нихромовой спирали зависит от удельного сопротивления проволоки, также необходимой мощности. Рассчитывая мощность следует не упустить тот наибольший ток, при котором температура нихромовой спирали достигнет нужного показателя.

Для расчета силы тока и температуры давно придуманы справочники, но это еще не всё. Обязательно должны быть учтены условия, при которых эксплуатируется нагреватель. Если нагреватель опустить в воду, то теплоотдача увеличится и ток можно увеличить вполовину расчетного. Если нагреватель закрытый, то отвод тепла будет уменьшаться, при этом ток нужно будет уменьшить на величину до 50%.

Немаловажное значение имеет спиральный шаг: витки, расположенные близко друг к другу способствуют большему нагреву, если шаг большой, то остывание происходит быстрее. Все справочные значения приведены для нагревателей горизонтального типа, при изменении угла показания изменятся.

Применяя школьные знания, зная значение мощности и напряжения, находим и силу тока, а затем, применяя известный всем закон Ома, с легкостью находим сопротивление.

Длина спирали зависит от диаметра проволоки и удельного сопротивления, поэтому формула будет следующая: L=(Rπd²)4ρ, где
L – длина;
R – сопротивление;
d – диаметр проволоки;
π – 3,14;
ρ – удельное сопротивление материала (нихром).

Можно просто использовать табличное значение линейного сопротивления, а также поправки по температуре.

Тогда расчет будет другим: L=R/ρ_ld, где ρ_ld – сопротивление проволоки длиной 1 метр и диаметром d.

Для геометрического расчета спирали из нихрома, а именно количества витков, нам понадобится формула N=L/(π(D+d/2)), при этом длина одного витка равна π(D+d/2).

Конечно, фактически никто не занимается навивкой проволоки вручную. Намного проще пойти в магазин и купить нужную спираль со всеми необходимыми характеристиками.