Индукционная паяльная станция

Индукционная паяльная станция

Индукционная паяльная станция – новейшее оборудование, широко распространенное как среди профессиональных мастеров и специалистов-электронщиков, так и среди радиолюбителей различных уровней. Обладающая высокой скоростью нагрева, долговечностью и безопасностью она используется для различного рода монтажных и демонтажных паечных работ на микросхемах, при установке мелких и чувствительных к перегреву smd радиодеталей.

Индукционная пайка

Большое значение на процесс индукционной пайки оказывают такие факторы, как оборудование, соединяемые материалы, конструкция соединения, конструкция индуктора, температура плавления припоя и флюса, а также применяемые приспособления.

Каждый из этих факторов важен как сам по себе, так и в сочетании с другими факторами. При соответствующем учете указанных выше факторов индукционную пайку можно применять для большинства металлов.

Оборудование. Установки для индукционной пайки могут быть трех основных типов: машинный генератор, ионный преобразователь и ламповый генератор. Эти установки отличаются по своим рабочим характеристикам. Так, машинный генератор является низкочастотной установкой (до 10 000 гц); ионный преобразователь является среднечастотной установкой (от 20 000 до 30 000 гц), ламповый генератор имеет частоту от средней до высокой (от 200 000 до 5 000 000 гц). Промышленностью выпускаются стандартные установки с различной электрической мощностью, а сочетание этих установок согласно рабочим схемам обеспечивает применение их для различных целей.

Выбор установки надлежащей мощности зависит от размера паяемых деталей и необходимой производительности. Окончательный выбор индукционных установок производится после экспериментальной пайки на них промышленных деталей.

Неотъемлемой частью всех индукционных нагревательных установок является индукционная катушка (или блок), называемая индуктором. Большинство индукторов имеет простую конструкцию и легко может быть изготовлено потребителем. Обычно индукторы выполняются из меди в форме трубки или блока с внутренним каналом для водяного охлаждения. Необходимо, чтобы индуктор во- время процесса пайки охлаждался циркулирующей внутри него водой. Небольшие индукционные установки мощностью до 0,75 ква могут работать с индуктором воздушного охлаждения.

Индуктор должен выполняться с таким расчетом, чтобы детали нагревались до требуемой температуры с максимальной эффективностью. Для нагрева более чем одного соединения можно применять сверхразмерные индукторы, т. е. индукторы большего размера, чем это необходимо по расчету в пределах развиваемой агрегатом мощности.
Число витков медной катушки или толщина медного блока зависит от размера требуемой зоны нагрева. При конструировании индуктора следует предусматривать поправку на краевой эффект, возникающий в деталях прямоугольной формы и на неровностях поверхности, которые находятся в зоне индукционного воздействия.

Промежуток между индуктором и паяемой деталью называют связью. Путем изменения связи от плотной (малый зазор) до свободной (широкий зазор) вокруг различных частей паяемой детали можно получить изменение количества тепла, возникающего в этих частях. Это очень важно при пайке деталей различного сечения. В этом случае как массивные, так и легкие части могут нагреваться до температуры пайки одновременно при применении индуктора с соответствующим зазором для каждого сечения. Применение многовитковых индукторов обеспечивает пайку различных деталей в одно и то же время.

Нагрев деталей индукционным методом осуществляется очень быстро. При этом необходимо обеспечивать достаточное время для надлежащего растекания припоя и хорошего заполнения им паяемого соединения. Обычно лучше применять многовитковые индукторы при использовании полной мощности установки и нагрев до температуры пайки в течение 30—60 сек., чем одновитковый индуктор и нагрев в течение 5—10 сек. Скорость процесса пайки в каждом случае будет одинакова. Слишком быстрый нагрев может также вызвать растрескивание под действием возникающих напряжений.

Конструкция соединений. Так как при пайке индукционным способом происходит местный нагрев, то при конструировании соединения это обстоятельство необходимо учитывать.
Последовательное соединение узлов можно осуществлять путем t ступенчатой пайки или при помощи двух последовательных процессов пайки с использованием одного и того же припоя при условии, чтобы нагрев подлежащего пайке соединения не распространялся по уже спаянному шву.

Индукционная пайка наиболее эффективна в том случае, когда зажимное приспособление крепится к упорам, жестко закрепленным на рабочей плите.
При индукционной пайке следует очень тщательно устанавливать нужный соединительный зазор, так как при этом процессе тепло может.индуктироваться преимущественно в одной из соедимяемых деталей, вызывая ее более быстрый нагрев и расширение. Это может создать нежелательные неравномерные условия нагрева во время процесса пайки, что необходимо компенсировать первоначально установленным соединительным зазором. Например, если соединительный зазор во время пайки увеличивается, то при сборке соединений в холодном состоянии надо устанавливать уменьшенный зазор и, наоборот.

Припои, флюсы и атмосферы. Припои обычно применяются в форме колец, прокладок или шайб. В некоторых случаях применяют припой в виде пасты или порошка, но эту форму припоя трудно приспособить к условиям индукционной пайки.

В тех случаях, когда припой и основной металл требуют применения флюса, первостепенным условием для выбора флюса является температура, при которой будет производиться пайка этим припоем. При индукционной пайке происходит быстрый нагрев, поэтому время выдержки при заданной температуре сводится к минимуму.
Индукционная пайка в активной (восстановительной) или защитной атмосфере протекает успешно. В случае применения защитной атмосферы на поверхности соединяемых деталей следует иногда наносить небольшое количество флюса, чтобы защитить эти поверхности от окисления, пока защитная атмосфера не достигнет температуры, при которой ее действие наиболее эффективно.

Техника пайки. Перед пайкой соединяемые детали следует тщательно очистить, профлюсовать, если необходимо, и собрать вместе с уложенным на них припоем. Эти операции следует выполнить заранее, но с соблюдением предосторожности. Индукционный способ пайки включает значительное количество ручного труда; следует иметь в виду, что после высыхания флюс может осыпаться.

Полностью собранные детали фиксируются в определенном положении в индукторе, что обеспечивает одинаковое взаимное расположение паяемых деталей и индуктора.
Для обеспечения экономичности процесса пайки необходимо ’предусматривать механизмы автоматического регулирования времени пайки. Эти приборы позволяют оператору устанавливать время процесса пайки и поддерживать его одинаковым с точностью до долей секунды. Если необходимо ускорить охлаждение детали :в индукторе после пайки, то следует включить охлаждающую среду, например воздуходувку или водяную струю. Закалку в воде следует применять только после того, как паяное соединение достаточно охладилось и прочно держит детали.

Регулировка нагрева

Сердечник индукционного паяльника делают из меди (не магнитный материал), а заднюю его часть покрывают ферромагнитным материалом (сплав железа и никеля). Передняя часть служит жалом, сам сердечник называют картриджем.

Регулировка нагрева медного жала происходит следующим образом:

  • при подаче переменного напряжения, а значит и поля, в покрытии генерируются токи Фуко, которые разогревают материал;
  • тепло передается меди;
  • как только температура покрытия достигает точки Кюри, магнитные свойства исчезают и разогрев прекращается;
  • в процессе работы индукционным паяльником медное жало отдает тепло детали и остывает, остывает также ферромагнитное покрытие;
  • как только покрытие остывает, возвращаются магнитные свойства, и мгновенно возобновляется нагрев.

Можно сказать, что происходит автоматическое регулирование температуры, причем с высокой точностью.

Максимальный нагрев индукционного паяльника зависит от свойств магнитного сплава и сердечника. Такое управление называется умным теплом (smart heat).

Читайте также  Соответствие светодиодных ламп лампам накаливания

Менять температуру для конкретных условий пайки можно, установив температурный датчик, который подключается к блоку управления станцией, либо же меняя картриджи (сердечник с наконечником) которые вставляют в ручку индукционного паяльника.

Первый вариант дешевле второго, поэтому им сегодня пользуются не только профессионалы. Зато второй способ точнее и надежнее.

Пайка с радиационным нагревом

Пайку выполняют за слет излучения кварцевых ламп, расфокусированного электронного луча или мощного светового потока от квантового генератора (лазера).

Конструкцию, подлежащую пайке, помещают в специальный контейнер, в котором создают вакуум. После вакуумирования контейнер заполняют аргоном и помещают в приспособление, с двух его сторон устанавливают для обогрева кварцевые лампы. После окончания нагрева кварцевые лампы отводят, а приспособление вместе с деталями охлаждают.

При применении лазерного нагрева сосредоточенная в узком пучке тепловая энергия обеспечивает испарение и распыление окисной пленки с поверхности основного металла и припоя, что позволяет получать спаи в атмосфере воздуха без применения искусственных газовых сред. При радиационном способе пайки лучистая энергия превращается в тепловую непосредственно в материале припоя и паяемых деталей. Этот способ пайки непродолжителен.

Выбор подходящей модели

Основным критерием при выборе необходимой модели может служить лишь сфера применения паяльной станции. Если подразумевается использование на производстве или в профессиональных целях, то рекомендуется выбирать приборы с «умным нагревом», хотя и стоят они более 1 тыс. у.е.

Любителям же предпочтительнее использовать системы с цифровым блоком. Их вполне хватит для качественной и удобной работы. Правда, в таких вариантах будет отсутствовать фен, но его можно купить и отдельно. Удобен такой вариант ещё и тем, что нет необходимости каждый раз подбирать наконечник с заданной точкой Кюри, а это сильно упрощает работу.

Принцип работы индукционной паяльной станции

Чтобы понять конструктивные особенности ИПС, нужно рассмотреть принцип работы нагревательного элемента.

Схема нагревательного элемента ИПС: A – экран; B – проводка подачи напряжения на индуктор; C – держатель паяльника; D – наконечник; E – индукционная катушка; F – ферромагнитная оболочка

Оперативным элементом индукционного паяльника является наконечник. Жало имеет основу из меди, покрытую ферромагнитным сплавом F. Индукционная катушка E инициирует появление переменного магнитного поля. Под его воздействием ферромагнетик начинает активно нагреваться и передавать тепловую энергию медному сердечнику. Медь сама по себе «равнодушна» к магнитному полю, поэтому для этого нужна ферромагнитная оболочка жала паяльника.

Достигнув определённой температуры (точки Кюри), оболочка наконечника D теряет способность воспринимать переменное магнитное поле. Во время пайки происходит активная потеря тепла ферромагнитным покрытием за счёт передачи тепловой энергии меди. Остывая, оболочка жала восстанавливает свои свойства. Процесс нагрева возобновляется. В этом заключается принцип индукционного метода нагрева паяльного устройства. Отсюда и слово в названии метода «импульс».

В результате оптимального режима потребления тепловой энергии не происходит перегрева или преждевременного остывания жала. Это значительно экономит потребление электроэнергии, увеличивает срок службы наконечников и повышает качество пайки. На таком принципе работают все индукционные паяльные станции. Разработчиком таких станций является американская компания Metcal. Она же на сегодня есть основной производитель и поставщик на рынок индукционных паяльных станций.

Основная рабочая частота электрического тока станций – 450 КГц. В последнее время появились новые дорогостоящие модели с рабочей частотой, достигающей величины 13 МГц. Это относится к профессиональным аппаратам.

Особенности паяльников для микросхем

Одной из главных особенностей таких моделей является форма жала. Именно наконечник является основным рабочим инструментом. В зависимости от его формы и прочих особенностей можно понять, как именно будет работать устройство и для каких целей оно предназначено. Форма не единственный параметр, выделяющий паяльник для электроники среди остальных. Размер становится еще одним фактором, выделяющим этот тип устройств на фоне остальных. Маленький паяльник для микросхем позволяет проводить основные операции для работы с ними, тогда как большие стандартные модели оказываются достаточно грубыми для такой работы. Это же сказывается на мощности изделия. Для каждого вида работ мощность должна быть соответствующей, чтобы ее хватало для расплавления контактов, но чтобы паяльник ничего не пережигал.

Что нужно для пайки медных изделий

Помимо самих труб вам понадобятся вполне обычные недорогие инструменты и комплектующие. Для защиты деталей вам нужен флюс в виде пасты. Кисточка для его нанесения. Твердый припой для пайки (или мягкий, в зависимости от выбранного способа пайки). При выборе припоя для твердой пайки обратите внимание на упаковку, на ней должно быть указано, что в составе нет свинца. Если приобретаете припой для мягкой сварки, то в составе помимо олова и свинца может быть серебро или висмут. Вне зависимости от назначения, припой для пайки медных труб продается диаметром в 3 миллиметра.

Из инструментов обязательно нужен труборез, с его помощью вы сможете быстро нарезать трубы. Обратите внимание, что труборез должен быть качественным, иначе он может деформировать металл при резке и края труб будут замяты. Также вам понадобится инструмент для снятия фаски и специальная щетка для зачистки труб изнутри. Еще необходим инструмент для расширения труб. Не забудьте про самый главный инструмент — горелку. Ее пламя должно быть узконаправленным.

Если у вас нет возможности работать с открытым огнем и при этом позволяют финансы, то можете приобрести паяльник для медных труб. Он работает от стандартной розетки в 220В. Также такой аппарат может работать с любым припоем. Он заменит все остальные инструменты, но придется потратиться на хороший качественный прибор.

Выбор устройства зависит от множества факторов, которые необходимо учитывать. Какая паяльная станция лучше? Перед покупкой следует тщательно взвесить цели применения устройства и особое внимание обратить на следующие критерии:

  • Нагревательный элемент, его вид и тип. Они представлены нихромовыми и керамическими вариантами. Первый вариант является более бюджетным, однако не подлежит длительному и регулярному использованию. Если вам нужно что-то смастерить дома — смело покупайте. Но для производственных целей лучше остановить свой выбор на керамике. Но такой элемент имеет свои минусы. В частности, он не переносит неравномерное нагревание и может даже треснуть. Однако наличие термостабилизации в устройстве станции будет способствовать его долговечности и прочности.
  • Интервал регулировки температуры. Тут уже вопрос напрямую зависит от целей использования паяльника, но в любом случае, чем шире будет температурный диапазон, тем лучше и функциональнее устройство.
  • Время нагревания. Также немаловажный момент, обеспечивающий удобство в работе. Опять же, чем время меньше — тем лучше.
  • Мощность прибора. Один из самых важных критериев, обеспечивающий качественную работу. Для того, чтобы подобрать аппарат с нужной мощностью, необходимо заранее знать, для чего он впоследствии будет применяться. Особенно внимательно следует выбирать мощность при необходимости работы с электроникой и чувствительными приборами, такими как смартфоны, ноутбуки и т.д. В таком случае вполне достаточно 40-70 Ватт, но лучше все-таки оставлять некоторый запас.
  • Напряжение. Если вы планируете работать только с чувствительными схемами, я советую выбирать низковольтные варианты, которые не смогут повредить плату.
  • Примечание. Тип устройства повлияет на виды работ. Бесконтактная пайка используется для демонтажа деталей и помогает выполнять работу в труднодоступных местах, однако при работе с мелкими деталями не всегда является удобной.
Читайте также  Самодельные печи для бани

Если вы выбираете между аналоговыми и цифровыми аппаратами, лучше выбирать цифровые, поскольку они обеспечивают лучший температурный контроль. При заказе того или иного устройства обратите внимание на дополнительные жала. Если их нет, стоит также купить их в запас.