CC BY
74Компоненты и технологии, № 1'2005
Тепловые характеристики
современных паяльных станций
В книгах и журналах содержатся очень скудные сведения по тепловым характеристикам паяльных станций. Производители предпочитают сообщать только ту информацию, которая неизбежно окажется известной в результате продажи их изделий. В связи с этим возникает потребность детально исследовать данный вопрос, чтобы получить важную техническую информацию, способной повлиять на решение о покупке оборудования того или иного производителя.
Василий Штенников
Несмотря на широкое освоение механизированных и автоматизированных методов пайки, ручной паяльный инструмент незаменим в опытном производстве, при ремонте, настройке ирегулировке приборов [1-11].
В последнее время наряду с обычными паяльниками без терморегулятора широкое распространение получили паяльники с терморегуляторами и так называемые паяльные станции зарубежного производства, а также специальные полуавтоматы и автоматы для контактной пайки. В связи с этим, во-первых, в обзоре приводится паяльный инструмент для кон-
тактной пайки только ведущих фирм, во-вторых, рассматриваются только вопросы, непосредственно связанные с тепловыми процессами при пайке, влияющими на качество приборов, а также производительность монтажного инструмента и оборудования.
В обзоре приведены сведения, касающиеся теплофизических характеристик наиболее известных паяльных станций фирм ERSA, Weller, Pace, HAKKO и Metcal [1-7, 12-15].
Необходимость анализа зарубежных источников по паяльным станциям, включая каталоги, проспекты и патенты, обуславливается тем, что в книгах и журналах содержатся очень скудные сведения по изучаемой проблеме. Последнее обстоятельство можно объяснить предпочтением зарубежных фирм защищать ноу-хау и коммерческую тайну, сообщая только ту информацию, которая неизбежно окажется известной в результате продажи их изделий.
На сайте немецкой фирмы ERSA, а также в буклетах и публикациях содержится следующая информация по паяльному инструменту компании [12, 13, 15, 16]:
«Паяльные станции имеют достаточный запас по мощности для быстрой «подкачки» тепла в точку пайки и поддержания стабильной температуры при пайке массивных соединений. Быстрая термокомпенсация обеспечивается двумя факторами. Во-первых, керамические нагревательные элементы способны форсированно передавать втрое большую мощность, чем нихромовые. Во-вторых, для ускорения теплопередачи в оконечной части новейших жал ERSA используется серебро. Основная масса жала состоит из гальванической меди. Медь покрыта слоем железа для продления срока службы жала (рис. 1). Рабочая (смачиваемая припоем) оконечная часть жала залужена в заводских условиях. В паяльно-ремонтных операциях чаще используются термопинцет и микропаяльник — оба с жалами до 0,2 мм (рис. 2).»
Публикации по паяльному оборудованию фирмы WELLER содержат следующую информацию [17]: «В профессиональном оборудовании для специали-
Компоненты и технологии, № 1'2005
Рис. 3. Расположение нагревателя, термодатчика, рабочего (паяющего) конца стержня в паяльных станциях [13]:
Ь1 — расстояние от рукоятки до нагревателя; d1 — расстояние от термодатчика до рабочего конца стержня
НАККО 942
Обычная паяльная станция
То 100 150 200 250 300
Рис. 4. Изменение температуры паяльной станции НАККО 942 в режиме разогрева и многократной пайки
стов высокого уровня серии Теш^ошс температура на жале контролируется автоматически. Максимальная температура — 450 °С с допустимым отклонением ±2%. 25-ваттный антистатический микропаяльник МЬИ 21 (артикул 5 33 111 99) может использоваться практически для любой миниатюрной пайки. 80-ваттный паяльник ЬИ 82 (артикул 5 33 113 99) предназначен для пайки и оттаивания массивных компонентов. Наконечники сделаны из чистой меди, что обеспечивает эффективную теплопередачу».
Фирма РАСЕ «.. .использует классический обмоточный нагреватель, выполненный на медном сердечнике с применением сверхтонких изолирующих материалов, обладающих теплопроводностью, соизмеримой с теплопроводностью меди. Наконечник фиксируется боковым винтом с достаточно большим усилием, обеспечивающим плотный контакт с нагревателем по всей длине. Все наконечники РАСЕ изготавливаются из очищенной от кислорода меди для обеспечения наилучшей теплопередачи и наибольшего срока службы. Медь защищена от выгорания многослойным покрытием из железа, хрома и никеля» [4].
Паяльные головки паяльных станций НАККО «.не вставляются внутрь нагревателя, а насаживаются на нагреватель и прижимаются гильзой и гайкой, обеспечивая таким образом очень плотный контакт головки с нагревателем. Применение стержневого нагревателя повышает коэффициент полезного действия и такой важный параметр, как скорость разогрева. Основой головки является чистая медь, которая является прекрасным аккумулятором тепла. Медь защищена от выгорания слоем чистого (99,9%) железа толщиной 300 микрон. Диаметр паяльной головки НАККО — 4,8 мм. Длина, измеряемая от конца пластмассовой ручки до основания конуса наконечника, составляет 28 мм. Паяльная головка не заслоняет обзор оператору даже при работе с лампой, оснащенной линзой». «Точность поддержания температуры 0,5 °С в «холостом» режиме у станций 936, 937 и 928. Головки НАККО могут представлять собой иголку с радиусом 0,1-0,2 мм» [3, 5, 6].
На рис. 4. представлен график, демонстрирующий регулировочную характеристику и скорость разогрева паяльника станции НАККО 941. Из графика видно, что до температуры 400 °С паяльник с композитной головкой нагревается за 28 с.
Мощность применяемого в станции НАККО 931 паяльника — 90 Вт, «...что позволяет уменьшить время достижения заданной температуры паяльника в 3 раза по сравнению с обычными паяльниками [3, 5, 6]».
В результате проведенного обзора современных паяльных станций выявлен ряд вопросов, требующих разъяснения и подтверждения их практической значимости для разработчиков и производственников.
1. Показания термодатчика паяльной станции не соответствуют температуре рабочего (паяющего) конца стержня. По нашим данным, температура рабочего конца стержня может быть ниже температуры термодатчика, отображаемой на пульте управления, на несколько десятков градусов и поэтому упомянутая разница должна учитываться в технологическом процессе.
2. В литературе по пайке [18] приводится определение КПД паяльного инструмента и его значение для некоторых типов паяльников, но не поясняется способ определения.
3. Все фирмы, выпускающие паяльные станции, рекламируют паяльный инструмент с коротким временем разогрева. В отличие от паяльников без терморегулятора, разогревающихся до рабочей температуры за несколько минут, паяльные станции имеют значительно меньшее время разогрева, которое может быть менее 20 с (рис. 4).
4. Паяльные станции обычно имеют большой запас по мощности, который может составлять 50 Вт и более. При этом фирмы-производители не поясняют, какое влияние оказывает мощность и теплоемкость паяльного инструмента на его тепловые характеристики во время пайки.
5. В отличие от паяльников без терморегулятора, паяльные станции исключают постепенное снижение температуры в процессе многократной пайки (рис. 4).
6. Паяльные станции предполагают использование нескольких десятков паяльных наконечников различного диаметра — от 0,1-0,2 мм (фирмы HAKKO, ERSA) до не-
скольких миллиметров. Однако при этом не поясняется, какое большое значение имеет диаметр и длина паяльного стержня, материал его основы, толщина защитного покрытия и т. д. на тепловые характеристики паяльного инструмента.
7. Производители паяльных станций указывают низкую погрешность поддержания температуры в «холостом» режиме ±0,5 °С и не сообщают данные о погрешности поддержания температуры рабочего конца стержня в режиме пайки.
8. Применение паяльной станции не исключает снижения температуры паяющего конца стержня паяльника при выполнении паяных соединений (рис. 4).
9. В паяльных наконечниках известных фирм используется, как правило, очищенная медь, а рабочая часть, например, паяльных стержней (жал, головок) фирмы ЕИ^А содержит серебро. Паяльные стержни известных фирм имеют защитное железное покрытие толщиной до 0,3 мм (рис. 1).
10. Нагреватели современных паяльных станций могут быть размещены как в корпусе, так и в самом паяльном стержне на расстоянии 25-5 мм от паяющего конца.
Таким образом, анализ информационных
источников позволяет сделать вывод о необходимости проведения следующих исследований:
• получить зависимость перепада температуры по длине паяльного стержня от его геометрических и теплофизических параметров;
• получить зависимость снижения температуры паяльного инструмента и времени разогрева от его мощности, теплоемкости, теп-лопоглощения при пайке;
• изучить влияние начальной температуры паяльного стержня, диаметра, длины, условий теплового контакта с корпусом паяльного инструмента, коэффициента теплоус-воения материала, толщины и материала защитного покрытия на температуру его рабочего конца при пайке;
• изучить влияние размеров, коэффициента температуропроводности материала паяльного стержня, времени пайки, условий теплового контакта с корпусом паяльного инструмента на время разогрева рабочего конца стержня после пайки;
• разработать рекомендации и методики по обеспечению оптимального температур-
Компоненты и технологии, № 1'2005
ного режима, повышению производительности оборудования для монтажа электрорадиоизделий.
Ответам на перечисленные вопросы посвящена серия наших публикаций. Автор статей будет признателен за высказанные критические замечания и предложения по рассматриваемым вопросам. ИМ
Литература
1. А. Сигаев, Ю. Горбачев. Новое поколение паяльных станций // Компоненты и технологии. 2001. № 3.
2. В. Тихонов. Дороги, которые мы выбираем // Компоненты и технологии. 2001. № 3.
3. А. Любимцев. Термовоздушные и ремонтные станции HAKKO Corporation // Компоненты и технологии. 2003. № 9.
4. Д. Колесов. Больше чем просто паяльник // Компоненты и технологии. 2002. № 7.
5. А. Любимцев. Паяльные станции HAKKO Corporation // Компоненты и технологии.
2003. № 7.
6. А. Любимцев. HAKKO — паяльная техника, опережающая время // Компоненты и технологии. 2003. № 6.
7. Д. Колесов. Паяльники с индукционным нагревом: смена поколений // Компоненты и технологии. 2003. № 6.
8. В. Н. Штенников. Материал для жал паяльных станций // Компоненты и технологии.
2004. № 7.
9. В. Н. Штенников. Теплопоглощение при пайке приборов автоматики // Компоненты и технологии. 2004. № 7.
10. В. Н. Штенников, В. Г. Байдаков. Наука ипро-изводство. Повышение качества приборов ав-
томатики // Компоненты и технологии. 2004. № 6.
11. В. Н. Штенников, В. Г. Байдаков. Повышение надежности приборов и производительности оборудования для контактной пайки // Компоненты и технологии. 2004. № 6.
12. New Dimension Catalogue. ERSA. 1997/98.
13. Паяльно-ремонтный инструмент ERSA. 2000.
14. Проспект на паяльные станции ЗАО ОСТЕК. 2000.
15. Инструкция по установке и эксплуатации паяльного ремонтного комбайна Rework80. ERSA. 2000.
16. Profi-Line Catalogue. ERSA. 1999.
17. Проспект фирмы Weller по паяльникам Magnastat, Temtronic.
18. Манко Г. Пайка и припои. М.: Машиностроение. 1968.
