На момент написания этой статьи пандемия CoVID-19 привела к дефициту защитных масок во всем мире. В рамках борьбы с коронавирусом SARS-CoV-2 некоторые компании меняют привычное производство и начинают изготавливать средства индивидуальной защиты (СИЗ). Так, в марте текущего года в Китае на первом месте по производству защитных масок лидировала компания Foxconn. Так как коронавирус теперь бушует в Европе, России, США и многих других странах мира, крупнейшие мировые компании идут по стопам Foxconn, но далеко не все выдерживают. Так, итальянская фирма Miroglio, специализирующаяся на производстве готовой одежды и тканей, недавно объявила о прекращении производства масок. А вот немецкая компания Weber Ultrasonics, которая занимается разработкой компонентов для ультразвуковой сварки, не производит маски, однако их технология имеет решающее значение для производителей СИЗ по всему миру. Именно по этой причине на технологию ультразвуковой сварки сегодня обращено пристальное внимание. Из этой статьи вы узнаете, что это за технология и как она работает.
Сегодня найти отрасли производства, в которых не применяется ультразвуковая сварка довольно трудно
Сферы применения УЗ-сварки
Сварка металла ультразвуком нашла своё применение в промышленном производстве и при монтаже технического оборудования. Данный способ сваривания нескольких конструкций оказался незаменим при работе с материалами, обладающими высокой проводимостью тепла. Наибольшее распространение сварка металла ультразвуком получила в следующих ситуациях:
- изготовление электропроводящих систем (проводится на промышленных предприятиях, которые специализируются на производстве бытовой техники, электроники и комплектующих элементов для электроприборов);
- изготовление жгутов электропроводов и кабельных систем (широко распространено для нужд автомобильной промышленности, медицинских исследований, производства авиационной и космической техники, информационных систем);
- сваривание шинопроводов, предохранительных элементов, соединительных контактов и устройств включения/выключения (осуществляется при изготовлении элементов питания, а также осветительных систем);
- сварка пластин и фольги для элементов питания (проводится для производства аккумуляторов с разным уровнем ёмкости. Чаще всего сваривают детали из меди и алюминия – металлов, которые имеют низкую теплопроводность. Это приводит к тому, что для сварки пластин и фольги приходится затрачивать больше времени и энергии);
изготовление конденсаторов, теплоизоляционных покрытий и уплотнённых проводов (покрытия, изготовленные при помощи УЗ-сварки, особенно востребованы среди производителей продуктов, нуждающихся в защите от высоких температур. В частности, такие комплектующие элементы нашли своё применение в производстве взрывных устройств. Уплотнённые провода и конденсаторы получили высокий спрос среди компаний из микроэлектронной сферы);
сваривание труб (используется при изготовлении систем отопления или кондиционирования воздуха. С помощью УЗ-сварки их составные элементы удаётся более надёжно соединить друг с другом).
Ультразвуковая сварка металлов
Технология ультразвуковой сварки представляет собой соединение деталей под воздействием ультразвуковых волн, которые преобразуются в механические колебания и вызывают пластическую деформацию плоскостей в месте их соприкосновения, одновременно разрушая оксидные пленки. Свойства металлов почти не изменяются. Установка ультразвуковой сварки состоит из следующих компонентов:
- источник питания;
- преобразователь;
- сварочная головка;
- волноводы.
Электричество преобразуется в звук высокой частоты, необходимый для сварки, головка обеспечивает сжатие рабочих деталей, волноводы передают энергию в ту точку, где сваривают поверхности.
Сфера промышленного применения данного вида сварки достаточно широка. Ее используют для соединения проволоки, фольги, термочувствительных материалов. Также используется при изготовлении мобильных телефонов, микросхем, оптических и других приборов. Современное автомобилестроение и производство звуковой техники также не обходится без сварки ультразвуковым способом. Данный метод ценят за высокую производительность, точность и прочность, а также за возможность сваривать различные сплавы, для которых обычная сварка недоступна.
Преимущества ультразвуковой сварки
Данный вид сварки широко используется и успел доказать многочисленные преимущества:
- Отсутствие сильного нагревания позволяет сваривать даже те металлы, которые характеризуются химической активностью.
- Сварка осуществляется с высокой скоростью.
- Повышается прочность соединения разнородных материалов, которое при высокой температуре, сопровождающей обычную сварку, оказалось бы хрупким.
- Устраняются технологические ограничения, касающиеся сварки алюминия или меди.
- Толщина свариваемых ультразвуковым способом деталей не ограничена, они могут быть тонкими или даже сверхтонкими (например, фольга), причем толщина соединяемых сваркой элементов может различаться.
- Требования к чистоте поверхностей при использовании ультразвука менее строги, чем при обычном способе сварки, допускается наличие оксидной или изоляционной пленки.
- Сварочное усилие невелико, что позволяет избежать сильной деформации в зоне стыка.
- Конструкция установки для УЗ сварки не отличается сложностью.
Экологическая безопасность и гигиеничность также относится к числу достоинств ультразвуковой технологии. Такая сварка требует меньших трудозатрат, ведь она может быть автоматизирована. Сварка ультразвуком не предполагает расходных материалов, что делает ее чрезвычайно экономичной.
Ультразвуковая микросварка
Одной из разновидностей ультразвуковой сварки является УЗ микросварка. Основная сфера ее применения – это микроэлектроника. Когда монтируются полупроводниковые кристаллы, между контактными площадками и выводами создаются проволочные или ленточные перемычки, которые обеспечивают электрическое соединение. Сваривать сверхтонкие детали можно только с помощью ультразвука, контролируя с помощью специальной установки его параметры:
- мощность;
- давление;
- время воздействия.
Процесс сварки основан на взаимодействии электронов со смежными молекулами, соединение тончайшей проволоки происходит на уровне атомов методом диффузии. Современные аппараты для ультразвуковой микросварки позволяют максимально снизить трудоемкость процесса и расширить круг материалов, которые можно сваривать таким методом. Сварка с применением ультразвука используется не только для металлических деталей, но и для изделий из пластика при наложении точечных швов.
Технологии ультразвукового пайки
Ультразвуковое пайки — это двухстадийный процесс, включающий предварительное лужения поверхностей пайки и собственно процесс пайки. Ультразвуковое пайки и лужения возможные для многих металлов и сплавов, легко окисляются и трудно паяются в том числе Ковар, сплавов никеля, алюминия, титана и др.
Ультразвуковое лужения
Ультразвуковое лужения выполняют с помощью ультразвуковых паяльников или в специальных ультразвуковых ваннах. При лужении в ультразвуковой ванне оксидная пленка одновременно удаляется по всей поверхности изделия, примыкает с жидким припоем.
Перед лужением в ультразвуковой ванне часть поверхности детали, подлежащей пайке, защищают от лужения анодированием; места детали, предназначенные для лужения, перед анодированием могут быть защищены слоем лака, который после лужения удаляют промывкой ацетоном. Перед погружением детали в ультразвуковую ванну с поверхности жидкого припоя снимают шлак и включают ультразвуковой контур. Продолжительность погружения детали в ванну может составлять 5 … 30 с в зависимости от размера и массы детали. Излишки припоя стряхивают с детали или стирают тряпкой. Луженая поверхность при нормальном режиме пайки после стирания припоя становится блестящей и слегка шероховатой. Паять детали после лужения ультразвуковым способом следует не позднее чем через 15 дней с момента лужения.
Применение ультразвуковой сварки в промышленности
Вид сварки ультразвуком используют для сварки фольги, проволоки, тонких листов и других элементов. От других видов сварки его выгодно отличает возможность сваривания разнородных и термочувствительных материалов, ведь процесс может происходить без нагрева, или при минимальном нагреве.
Ультразвуковую сварку широко используют в таких областях промышленности, как производство микросхем, полупроводников, микроприборов, микроэлементов для электроники, чипов, конденсаторов, трансформаторов, мобильных телефонов, для изготовления многих элементов в различных видах домашней техники. Также этот вид сварки нашёл применение в оптических приборах и приборах точной механики, в изготовлении реакторов, вакуумных сушильных установок, соединении концов рулонов тонколистовых материалов, в автомобильной промышленности и многих других областях науки и техники.
Дополнительные
Используемое оборудование
Все оборудование для ультразвукового контроля сварки включат в себя несколько составляющих:
- Механика, создающая давление на соединяемые детали;
- Акустический узел, включающий в себя волновод;
- За качеством и контролем процесса следит специальная аппаратура;
- Генератор электроколебаний.
Некоторые задумываются о том, стоит ли пытаться сделать такое устройство своими руками? Это уместно только в том случае, если речь идет о высококвалифицированном работнике, так как дело придётся иметь с физическими, а также математическими расчетами. Если все правила не будут учитываться и произойдёт хотя бы малейшее отклонение от схемы требуемого оборудования, добиться качественного результата не получится, а в худшем случае детали не будут соединяться вовсе. Поэтому, прежде чем садится за такой проект, нужно быть на 100% уверенным в своих силах, обладать соответствующими знаниями и опытом.
Какое оборудование применяют для пайки
Одним из действенных и надежных способов соединения материалов считается пайка. Раньше ее применяли для металлов и их сплавов, но пайка также подходит для соединения кусков стекла, пластмассы, керамики.
Существует множество видов пайки, для каждого из них используется специальное паяльное оборудование, инструменты и приспособления.
Паяльник
К наиболее часто используемым инструментам при паяльных работах относится паяльник. Без него сложно представить оборудование рабочего места. Паяльники применяют любители и профессионалы. Все зависит от вида инструмента.
Молотковый
Для соединения больших, массивных деталей применяют молотковые паяльники, названные так из-за своей формы, похожей на молоток. Они разогреваются в печах или жаровнях и, обладая большой тепловой инерцией, долго остаются нагретыми.
Такое оборудование используют для пайки крупных деталей.
Электрический
Самый традиционный способ пайки – при помощи электрического паяльника. Устроен он очень просто – в металлическом корпусе заключен нагревательный элемент, который разогревает жало – медный стержень. От мощности нагревательного элемента зависит температура нагрева паяльника.
процесса паяльных работ заключается в том, чтобы разогреть контактным способом соединяемые детали и скрепить их специальным составом, называемым припоем. После остывания получается прочное соединение, способное проводить электричество, если соединяемые детали являются проводниками.
Профессиональный электропаяльник может быть с регулятором напряжения. В этом случае возможна регулировка температуры жала, что очень важно при сборке и монтаже электронных схем.
Особый интерес представляет индукционное оборудование. В индукционных паяльниках происходит саморегуляция нагрева, они экономно расходуют электричество.
Выпускают ультразвуковое паяльное оборудование. Ультразвуковой паяльник снабжен генератором, вырабатывающим сигнал высокой частоты.
Помимо паяльника, работающего от бытовой сети, в состав оборудования поста для пайки может входить паяльный инструмент, питающийся напряжением 12 или 24 вольта. Он подходит для отладки работы электронных схем и для монтажа деталей и компонентов, которые могут выйти из строя от перегрева.
Электрические паяльники могут быть и беспроводными, работающими от пальчиковых аккумуляторов.
Газовый
Очень удобны в работе газовые паяльники, разогрев которых происходит от сгорания газа. Газовое оборудование представлено огромным количеством моделей, отличающихся размерами, системой розжига, наличием регулятора температуры.
С помощью газового паяльного оборудования можно плавить твердые высокотемпературные припои. Выпускают посты для газовой пайки медных труб, в которые входят баллоны, редукторы, платформа и горелка.
Недостатками электрического или газового паяльников является невозможность одновременного прогрева большой площади при малой мощности. В этом случае используются другие виды оборудования.
Инфракрасные станции и фены
Модели термовоздушного паяльного оборудования (фены) используются в основном для демонтажа и объемного монтажа микросхем на платах электронных устройств. Очень часто фен входит в комплектацию паяльной станции, состоящей еще из электрического паяльника и блока управления.
Паяльная станция позволяет производить установку и контроль параметров инструментов, входящих в нее, обеспечивая высокое качество шва.
Нередко в состав оборудования для паяльной станции входит стол с возможностью прогрева деталей или монтажных плат снизу.
Эта установка использует инфракрасные источники тепла – лампы, нагревательные элементы. Некоторые конструкции столов для подогрева снабжены кронштейнами и штативами, что позволяет закреплять платы.
Схожим действием с паяльным феном обладает инфракрасное оборудование. С его помощью также можно обеспечить нагрев большой площади, не допуская контакта с элементами микросхем.
Инфракрасные паяльные станции позволяют контролировать паяние и обеспечивать плавное остывание металла. Это дорогостоящее оборудование, которое представляет собой целые вычислительные комплексы с наборами датчиков, процессорами и целым перечнем вспомогательных инструментов.
Инструменты и приспособления
При ручной пайке недостаточно наличия только паяльного оборудования. Не имея необходимых дополнительных приспособлений, невозможно бывает не то чтобы качественно, а вообще что-нибудь спаять. К таким приспособлениям относятся:
- паяльная лампа;
- пинцет;
- набор надфилей;
- кусачки;
- увеличительное стекло и штатив;
- струбцины;
- подставки.
Плюсы и минусы сварки ультразвуком
Процесс ультразвуковой сварки металлов отмечается рядом преимуществ. К их числу можно отнести такие аспекты:
- УЗ-сварка помогает соединять тонкие детали вместе с конструкциями, изготовленными из более плотного материала;
- возможно проведение сварочных работ по присоединению элементов, изготовленных из разных материалов;
- сварка ультразвуком помогает в производстве изделий, обладающих высоким уровнем тепловой и электрической проводимости;
- при проведении сварочных работ при помощи ультразвука не используется тепло – свариваемые детали соединяются друг с другом без плавления поверхности;
- энергия, расходуемая в процессе сварки, используется более экономно;
- сварка ведётся без использования присадочных материалов и не требует создания особой атмосферы в месте, где будут идти работы;
- перед ультразвуковой сваркой металлические конструкции не нужно предварительно очищать.
Советуем изучить — Электромагнитная совместимость при использовании преобразователей частоты
Впрочем, у сварки металлических деталей с помощью ультразвука, есть и свои недостатки. Самый главный из них – возникающие сложности при работе с конструкциями, изготовленными из материалов, которые обладают высокой проводимостью тепла. Также к минусам УЗ-сварки стоит отнести немалую стоимость необходимого для неё оборудования, которое к тому же нуждается в особо тщательном уходе.
В итоге, становится очевидно, что ультразвуковая сварка способна обеспечивать столь же высокопрочное и надёжное соединение металлических деталей, которое достигается при обычном способе сваривания. Преимущества сварки металлов ультразвуком очевидны. Она не только помогает грамотно расходовать энергию, затрачиваемую на сварочный процесс, но и позволяет работать с конструкциями, обладающими разной толщиной и изготовленными из различных материалов. Несмотря на то, что процесс УЗ-сварки сопровождают некоторые недостатки, к нему рекомендуется прибегнуть для получения прочно сваренных металлических деталей.
Что такое ультразвук?
Ультразвук – это звуковые волны, которые перемещаются в пространстве подобно фотонам света. Однако в отличие от световых волн, которые могут распространяться в вакууме, ультразвуку для распространения требуется упругая среда, например газ, жидкость или твердое тело. Примечательно, что человеческое ухо воспринимает ограниченную частоту звуковых волн, а под ультразвуком ученые понимают частоты выше 20 000 герц. Несмотря на то, что о существовании ультразвуковых волн известно с 1883 года, его практическое использование началось не так давно. Так, в 2022 году технологии с использованием ультразвука применяются практически повсеместно. А в дикой природе ультразвуковые волны помогают обнаружить препятствия, ориентироваться в пространстве и общаться дельфинам, летучим мышам, китам, долгопятам и грызунам. Также ультразвуковые волны встречаются в качестве компонентов естественных шумов, например в шуме дождя, ветра, водопада и в звуках, которые сопровождают грозовые разряды и.т.д.
Ультразвуковая сварка – это технология с помощью которой соединяют ткани (без ниток и клея) и многие другие материалы, включая пластик и металл.
Преимущества и недостатки при работе с пластиками
При работе с пластмассами существуют следующие достоинства метода:
- высокая производительность;
- низкая себестоимость операции;
- герметичность швов на толстостенных заготовках;
- отсутствие необходимости в подготовке поверхности;
- отсутствие перегрева;
- отсутствие электрических наводок и электромагнитного излучения;
- совместимость операции с другими операциями технологического процесса, напыления, разреза в других плоскостях и т.п.;
- универсальность по типам пластиков;
- отсутствие расходных материалов и химикатов.
- эстетичность и малозаметность шва.
Ультразвуковая сварка пластмасс
Выделяют и недостатки:
- Малая мощность излучателя заставляет подводить энергию с двух сторон.
- Сложность контроля качества шва.
Качество соединения стильно зависит от точности подбора и стабильности параметров установки во время работы.
Регулируемые параметры
Мощность, выдаваемая преобразователем, определяется сообразно толщине и характеристикам свариваемых деталей. В типовом режиме она составляет от 4 до 6 кВт. Колебательная амплитуда чаще всего задается на уровне 10 — 20 мкм. От нее зависит характеристика соединения и степень его крепости
Внимание уделяют и сжимающему усилию
От него зависит, как будет выдержан физический контакт между деталями. В норме такое усилие варьируется от 100 до 2000 кН. Трение при перемещении детали относительно другой поверхности определяется тем же сжимающим усилием. Наконец, нельзя игнорировать и продолжительность ультразвуковой сварки. Если время очень невелико, то прочность соединения окажется невелика, а при очень сильном затягивании процесса детали покрываются глубокими вмятинами, появляются усталостные разрушения.
Сварка ультразвуком неизбежно сопровождается выбросом тепла из-за контактного трения. Наибольший допустимый прогрев составляет 50 — 70% от температуры, при которой материалы плавятся. Иногда детали могут даже специально прогревать. Это позволяет работать быстрее и добиваться повышенной крепости. Но опять же чрезмерный нагрев будет противопоказан.
Сущность ультразвуковой сварки
При УЗС металлов, необходимые условия для образования сварного соединения происходят под воздействие ультразвуковых волн, преображённых в механические колебания. Энергия вибрации формирует сложные растягивающие и сжимающие напряжения, а также напряжения среза.
Когда напряжения превысят предел упругости свариваемых материалов, на плоскости их контакта происходит пластическая деформация. Под воздействие ультразвука и пластической деформации, поверхностные оксидные плёнки разрушаются и удаляются с поверхности, после чего образуется сварное соединение.
При этом, повышение температуры в зоне сварки не оказывает существенного влияния на процесс сваривания. При ультразвуковой сварке структура и свойства свариваемых металлов изменяются незначительно.
Основные схемы процесса сварки ультразвуком
Ультразвуковая сварка выполняется на специальных установках, в которых встроен генератор электромагнитных волн высокой частоты. Также в установке имеется механическая колебательная система, аппаратура управления процессом сварки и привод, создающий давление на сварное соединение. Основные схемы установок для ультразвуковой сварки металлов представлены на рисунке:
Трансформирование электромагнитных волн в механические колебания и подача их в зону сварки осуществляется с помощью колебательной системы. Основным узлом колебательных систем (см. рисунок) является преобразователь (поз.1). Преобразователь производит механические колебания. При помощи волноводного звена (поз. 2) происходит передача энергии к сварочному наконечнику и увеличивается амплитуда колебаний, по сравнение с амплитудой исходных волн преобразователя. Кроме этого, преобразователь трансформирует сопротивление нагрузки и концентрирует энергию в заданной области сварного соединения (поз. 5).
При помощи акустической развязки (поз. 3) от корпуса машины, почти вся энергия механических колебаний преобразовывается и концентрируется на участке контакта. Сварочный наконечник (поз. 4) является проводным волноводным звеном между нагрузкой и колебательной системой. При помощи него задаётся необходимая площадь и объём непосредственного источника ультразвуковых колебаний в зоне сварки.
Применение
Настольные ультразвуковые ванны применяют для горячего лужения деталей и выводов электронных компонентов, а ультразвуковые паяльники — для пайки и металлизации керамических и ферритовых материалов. Применение современных электронных источников ультразвуковых колебаний делает пайки надежным, экологически чистым процессом, исключает применение флюсов.
Для процессов ультразвукового пайки в электронике достаточно изучены без свинцовые сплавы на основе олова: двойные Sn-Zn, Sn-Bi, тройные: Sn-Bi-In, Sn-Bi-Zn, Sn-In-Ag, Sn-Sb-Zn, Sn-Sb-Ag и четвертной сплав: Sn-Zn-In-Sb. Все эти сплавы имеют температуру плавления в диапазоне температур 135 … 220 ° С.
Безфлюсове ультразвуковое пайки является экологически чистым процессом и экономнее, поскольку такие операции, как флюсования и очистки, требующих затрат времени и материалов, исключаются. Безфлюсове пайки в ряде случаев является необходимым условием внутреннего монтажа и герметизации микроэлектронной аппаратуры. С помощью ультразвуковых металлизации и пайки соединяют материалы, плохо поддаются пайке: никелевые, алюминиевые, магниевые и титановые сплавы, а также неметаллические материалы: керамику, стекло, ферриты. Это создает возможность экономии драгоценных металлов, нанесенных на диэлектрические поверхности электронных компонентов в качестве металлизации.
При выборе припоев для ультразвукового безфлюсового пайки и лужения различных материалов следует учитывать их способность к пайке, химическим сродством материалов паяемые и возможность создания качественного соединения согласно диаграмме состояния сплавов. Применение бессвинцовых припоев с добавлением Zn, In, Ag приводит к увеличению адгезионной активности расплава и снижает их окисления при ультразвуковом пайке.
Особенности сваривания полимеров с использованием ультразвука
Наиболее широкий спектр использования у ультразвуковой сварки полимеров. К ее достоинствам следует отнести невозможность перегрева материалов, способность соединять кромки в местах с трудным доступом и изделий, имеющих инородные покрытия. Помимо этого сварка ультразвуком способствует обработке материалов, обладающие небольшим интервалом в ходе кристаллизации.
Принцип работы оборудования для ультразвуковой сварки пленок полимеров следующий. Свариваемые листы накладываются друг на друга и сильно прижимаются к опоре. К ним с требуемым усилием подводится сварочный инструмент, имеющий соединение с устройством преобразования ультразвука. Оно приводится к действию с включением генератора. От напряжения, действующего с частотой ультразвука, растет полимерная эластичность. Причем в сварке тонколистных пленок она распространяется на весь объем детали между опорой и инструментом, а у изделий с большими толщинами – только на зону контакта свариваемых кромок. Для лучшего сцепления при соединеии крупных заготовок на их кромки могут специально наноситься неровности.
В начале ультразвуковой сварки пластмасс происходит физическое взаимодействие поверхностей с активацией молекул полимера из-за разрывания химических связей. Следующим этапом служит химическое реагирование свариваемых материалов между собой, которое переходит впоследствии во взаимное проникновение. Деформации полимерных материалов под действием частоты ультразвуках провоцируют их нагревание до температуры, необходимой для кристаллического расплавления либо перехода пластмассы в вязкотекучее состояние. Одновременно начинается диффузный процесс отдельных частей макромолекулы с перемешиванием вязкотекучих составов соединяемых полимеров. Свариваемость материала определяется размерами таких частей, чем они больше, тем лучше качество сварного шва. Прочность получаемого соединения определяется как физико-механическими характеристиками объектов сварки, так и возможностями аппарата ультразвуковой сварки.
Советуем изучить — Конструкции изолированных проводов воздушных линий электропередачи
Необходимые предпосылки для формирования качественного сварного шва создаются под действием механики колебаний ультразвукового преобразователя. Полученная таким образом энергия вибрации образует напряжения среза и сжатия (растяжения), которые способствуют превышению предельной упругости полимеров. При ее достижении, в районе соприкосновения соединяемых пластмасс образуется пластическая деформация. Ее результатом, а также влияния ультразвуковых колебаний, служит расширение областей непосредственного контакта с одновременным удалением с них газов, поверхностных окислов, органических и жидкостных пленок. Все это содействует прочности образуемого шва.
Импульсный паяльник: устройство прибора
Импульсный паяльник необходим для монтажа (демонтажа) элементов электротехнических и электронных изделий. Нагревательным элементом является жало, которое изготовлено из медной проволоки (диаметр 1−3 мм) с покрытием иными металлами. Разогрев жала происходит за счет пропускания через него тока низкого напряжения. Паяльник потребляет немного электроэнергии, т. к. ток через жало проходит исключительно во время пайки. Устройство имеет преобразователь сетевого напряжения с частотой 18−40 кГц. Вторичная (силовая) обмотка соединяется с токосъемниками жала.
Основное отличие импульсного от обычного паяльника — то, что его не нужно всегда держать включенным для поддержания температуры. Нагревание жала осуществляется в течение нескольких секунд. Вот именно из-за этого устройство большую часть времени не расходует электричество.
Разновидности паяльников:
- Индукционный;
- Керамический;
- Импульсный;
- Аккумуляторный.
Сварка жестких пластмасс
Сварка полистирола, сополимеров стирола, полиметилметакрилата, капролона, поликарбоната и других полимеров, имеющих высокий модуль упругости и низкий коэффициент затухания, широко применяется при изготовлении различных объемных деталей и конструкций: от контейнеров и сосудов до товаров народного потребления (спортивных изделий и игрушек). В этом случае ультразвуковая сварка позволяет значительно снизить трудоемкость процесса, увеличить производительность труда, повысить культуру производства и освободиться от применения токсичных клеев, вредных для здоровья человека.
В зависимости от формы изделия и материала может применяться контактная и передаточная сварка или комбинация этих способов. При передаточной сварке нет необходимости разогревать весь объем материала. Сварной шов получается в результате расплавления полимера в зоне контакта деталей. Ясно, что в процессе сварки следует стремиться к концентрации энергии ультразвуковых колебаний непосредственно на стыкуемых поверхностях. Изменением геометрии свариваемых деталей можно концентрировать энергию ультразвуковых колебаний в том или ином сочетании, что позволяет ускорить процесс сварки.
Рекомендуются разнообразные формы и размеры стыков деталей под ультразвуковую сварку в зависимости от конкретных изделий и материалов, но наиболее распространенной является V — образная разделка кромок, которая проста в изготовлении и дает хорошие показатели прочности сварных соединений. Наиболее эффективным углом при вершине V — образного выступа является угол 90°, при котором обеспечивается минимальная площадь контакта деталей перед сваркой.
Малогабаритные детали несложной формы свариваются за один контакт волновода с изделием, причем волновод устанавливается перпендикулярно к свариваемым поверхностям, по оси симметрии. если деталь сложная и длина сварного шва значительная, то количество точек и место введения ультразвуковых колебаний определяется экспериментально. В зависимости от формы литьевого изделия для сварки могут быть использованы волноводы с плоской или фигурной рабочей поверхностью. В последнем случае рабочий торец волновода прилегает к поверхности свариваемых деталей, копируя ее форму. Это необходимо в том случае, когда нужно получить герметичный шов.
Для фиксации деталей могут применяться различные удерживающие устройства: опоры гнездообразные, сферические и т.д. Оптимальный режим сварки: время 3 с; амплитуда 40-40 мкм; усилие сжатия 50-150 Н; частота 22 кГц.
Преимущества ультразвуковой сварки
Ультразвуковая сварка возможна в труднодоступных местах, а отсутствие вредных выделений делает этот процесс безопасным для здоровья
Современная ультразвуковая сварка очень быстрая. Для образования соединения требуется всего около четверти секунды, поэтому она подходит для массового производства всех типов защитных масок, средств гигиены и СИЗ, таких как хирургические маски. Хорошие новости заключаются еще и в том, что компания в Германии – несмотря на тяжелую эпидемиологическую остановку – работает над созданием 3D принтера для печати защитных и хирургических масок.
На нашем канале в Яндекс.Дзен можно найти материалы, которые не публикуются на сайте. Подписывайтесь, чтобы не пропустить ничего интересного!
Однако кое-что производителей ультразвукового оборудования все-таки волнует – это доступность сырья и нетканых материалов, которые вскоре могут закончиться. И все же мы в редакции Hi-News.ru надеемся, что этого не произойдет и защитных масок действительно хватит всем, в первую очередь сотрудникам медицинских учреждений. Ну а мы с вами можем легко сделать защитные маски из подручных материалов. О том, как сшить маску или вообще обойтись без нитки с иголками, читайте в нашем материале. Будьте здоровы!
Достоинства ультразвуковой сварки
К преимуществам способа относятся:
- отменная прочность соединенных деталей;
- отсутствие необходимости предварительной подготовки поверхностей (шлифовка, очищение грязи и т.п.), а также зачистки шва после кристаллизации;
- внутренние напряжения шва отсутствуют на всех стадиях работы;
- внешне шов не различим;
- процесс может протекать без участия оператора;
- повышение эффективности производства за счет экономии времени сварщиков на работу;
- возможность совмещения ряда операций (с резкой металла, либо нанесением рисунка);
- при сварке ультразвуковой дополнительные расходные или соединительные элементы не требуются (клей, нитки, растворители);
- при действии волны ультразвука на человека не оказывают негативное влияние какие-либо ее составляющие;
- не требуется защитная среда (газовая);
- экономичность использования электроэнергии.
Паяльник своими руками: простые схемы сборки
Перед изготовлением паяльника своими руками следует определить, для чего конкретно он будет применяться и какие материалы имеются дома.
«Момент» из лампы-экономки
Составные части устройства:
- Преобразователь от энергосберегающей лампы (мощность 40 Вт);
- Трансформатор;
- Медная проволока;
- Корпус.
Характеристики преобразователя подходят для паяльника средней мощности. Безопасность устройства усиливается за счет штатного предохранителя и контроля перегрева на терморезисторе. Схема выходит очень компактной, и ее можно размещать в любом корпусе.
Трансформатор делается самостоятельно. Можно использовать ферритовое кольцо от сломанного электро-трансформатора. Первичную обмотку необходимо мотать из провода 0,5 мм, количество витков равно 100−120. А силовую делать из проволоки сечением от 3 до 3,5 кв. мм. Сделать нужно один виток. К ней крепим жало из нихромовой или медной проволки (1,5 — 2 мм). Толщина последней обмотки должна быть больше толщины жала. Далее, нужно придумать корпус устройству, сделать выключатель, и прибор готов.
Из китайского трансформатора
Для изготовления нужен либо исправный блок питания на двенадцать вольт, либо с перегоревшей вторичной обмоткой. Вполне подойдет любое китайское устройство.
Необходимо извлечь из корпуса схему, проверить исправность деталей. Преобразователь не трогаем, т. к. потребуется лишь изменить внешний вид трансформатора. Далее, удаляем вторичную обмотку, изготавливаем новую из медной проволоки (сечение должно быть 1,5−3 кв. мм). При маленьком сечении проволоку складываем вдвое. Важно общее сечение, которое будет не меньше трех квадратов. Обмотка равна одному неполному витку. Затем, осторожно продеваем ее в корпус трансформатора, первым делом согнув, как шпильку для волос. Трансформатор припаивается к плате управления, а силовую обмотку необходимо зафиксировать диэлектрическим клеем (к примеру, холодной сваркой). Далее, схему вставляем в корпус.
В качестве ручки может подойти деревянная, от обычного паяльника. Возможны другие варианты, учитывая компактность устройства в целом. В ручку вставляем не фиксируемый выключатель. Работа импульсного прибора основана на коротком замыкании вторичной обмотки, вследствие чего длительный нагрев способен привести к разрушению трансформатора и пожару. В связи с этим недопустим фиксированный пускатель. Далее, нужно собрать устройство полностью и установить зажимы для жала (например, вставки из контактной коробки для проводки). Такой прибор выходит очень компактным и удобным в использовании мелких работ при пайке. Благодаря сменному жалу можно изменять его внешний вид.
Эти варианты являются лишь небольшой долей среди разнообразия схем изготовления импульсных устройств.
Процесс ультразвуковой сварки
Принципиальная схема сварки.
Суть процесса – действие на обе свариваемые поверхности механических колебаний высочайшей частоты в комбинации с умеренным сдавливанием. Механические колебания такой частоты образуются в результате магнитострикционного эффекта: некоторые металлические сплавы меняют свои размеры из-за действия переменного магнитного поля.
Никель и железнокобальтовые сплавы – лучшие ультразвуковые преобразователи, это хорошие магнитострикционные материалы. Изменение их размеров чрезвычайно мало, поэтому для концентрации энергии и увеличения амплитуды применяются специальные волноводы специфической суживающейся формы.
Эти волноводы имеют средний коэффициент усилия 5,0 с амплитудой примерно 20 – 30 мкм при условии холостого хода. А такой амплитуды колебаний с лихвой хватает для качественного соединения: по многим опытам экспериментальных ультразвуковых процессов даже колебания в 1,3 мкм дают вполне надежный сварочный шов.
В него входят следующие технические компоненты:
- волновод;
- опора в виде маятника;
- диафрагма;
- подвод тока для преобразователя;
- привод механического сжатия;
- система водяного охлаждения в виде кожуха.
Сама же установка для УЗС состоит из следующих составных частей:
- магнитострикционный преобразователь;
- сам волновод;
- ролик для сваривания;
- токоподвод;
- водоподвод для охлаждения;
- прижимной ролик;
- защитный кожух преобразователя;
- механический привод вращения.
Схема контактной ультразвуковой сварки.
Ток высокой частоты поступает от ультразвукового генератора на обмотку магнитострикционного преобразователя. Волновод со специальным рабочим выступом усиливает и передает механические колебания к наконечнику сварочного инструмента.
Выступ на волноводе во время процесса принимает высокочастотные колебания, которые по своей природе являются механическими горизонтальными движениями высокой частоты.
Длительность сварочного процесса напрямую зависит от толщины и природы свариваемого металла. Если край металла тонкий, образование шва занимает буквально доли секунды.
Высокочастотные колебания наконечника сварочного инструмента имеют свойство поляризоваться в одной плоскости с поверхностью пластины сверху. Колебания передаются на пластины и опоры с нужными амплитудами с учетом того, что на всех точках передачи энергия колебаний гасится.
Сам процесс соединения начинается с момента соприкосновения микронеровностей поверхностей, которые соединяются, в результате чего происходит их деформация. Как только включаются ультразвуковые колебания, эти микронеровности дополнительно сдвигаются, появляются зоны схватывания.
Если с самого начала ультразвукового воздействия на соединяемых поверхностях возникает трение по сухому типу, разрушающее окисные пленки из жидкостей и газов, то впоследствии сухое трение превращается в чистое трение, которое образовывает и укрепляет зоны схватывания.
Дополнительному укреплению схватывания способствует характер колебаний: возвратно-поступательные движения при малой амплитуде.
В рабочей зоне при УЗС образуется тепло вследствие процесса трения и деформации на соединяемых поверхностях. Температура в рабочей зоне зависит от характеристик металла: его твердости, теплопроводности и теплоемкости.
Соблюдение режима технологии УЗС дает сварочный шов, равный по своей прочности основному металлу.
Процесс ультразвуковой пайки и лужения
Ультразвуковая пайка
Сущность происходящих при этих процессах явлений заключается в том, что в результате ультразвуковых колебаний возникают периодические растяжения и сжатия частиц, расплавленного припоя и в нем происходят кавитационные процессы. Ударные импульсы, являющиеся результатом кавитации припоя, воздействуют на паяемые или облуживаемые поверхности и интенсивно разрушают окисную пленку. Частицы этой пленки, обладающие меньшей плотностью, чем припой, всплывают на поверхность последнего.
При ультразвуковом лужении отпадает необходимость применения флюсов.
При ультразвуковой пайке колебания инструмента 2 (рис. 67) возбуждают кавитационные явления в расплавленном припое 3. В результате этого в зоне соединения происходит разрушение окисной пленки 1 и отделение загрязнений; соединяемые поверхности деталей 4 очищаются от них и интенсифицируется их пайка. В связи с тем, что разрушение окисной пленки происходит локально, в узкой зоне, инструменты перемещают при пайке по всей длине соединения.
Рис. 67. Схема ультразвукового пайки
Рис. 68. Схема ультразвукового лужения
При лужении (рис. 68) ультразвуковые колебания сообщают ванне 4 с припоем 3, куда погружают облужи- ваемую деталь 2. Ванну соединяют с концентратором 6 колебательной системы или выполняют зацело с ним. Плавление припоя в ванне осуществляется нагревателем 5. В результате тех же, что и при пайке, явлений (кавитации) окисные пленки 1 разрушаются и всплывают на поверхность припоя. Освобождается чистый металл облуживаемой детали; обеспечивается быстрое и качественное лужение.
Прприменяют ультразвуковое лужение, когда механические колебания сообщают не припою, а непосредственно самой детали. Однако широкого распространения такой способ не получил из-за сложности реализации и необходимости изготовления специальных колебательных систем. Большие поверхности подвергают ультразвуковому лужению с ручными устройствами — «пистолетами», перемещая их в процессе работы по всей площади лужения.
На эффективность ультразвуковой пайки и лужения при определенной амплитуде колебаний и частоте в большей мере оказывают влияние величина зазора между рабочим торцом инструмента и поверхностью пайки или лужения и время воздействия ультразвука на припой. Этот зазор составляет обычно 0,2-2,5 мм. Время воздействия ультразвуковых колебаний чаще всего подбирают практическим путем; критерием при этом служит качество пайки или лужения. Известно, что для обеспечения оптимальной толщины лужения, равной 0,1-0,2 мм, при указанной величине зазора скорость перемещения ультразвукового инструмента составляет примерно 20х10-4-25х10-4 м/с. Лужение окунанием в расплавленный припой выполняют с ультразвуком за несколько секунд. Оптимальной скоростью перемещения ультразвукового инструмента при пайке считают 8х10-3-10х10-3 м/с.
Похожие материалы
Установки ультразвуковой микросварки
Ультразвуковая сварка в микроэлектронике нашла широчайшее применение. В современном мире устройства, собранные по нанометровым техпроцессам, есть практически у каждого обывателя (например мобильный смартфон). Так, потребность в устройстве рабочего места специалиста-микросварщика становится очевидной, а необходимость в специализированном микросварочном оборудовании — все более насущной.
Разберем основные аппараты ультразвуковой микросварки.
- Установка УМС-1АКпредназначена для автоматической и полуавтоматической ультразвуковой и термозвуковой сварки золотой проволоки методом «шарик-клин» и алюминиевой, золотой проволоки методом «клин-клин». Управление автоматической установкой производится с помощью специализированной системы управления на базе персонального компьютера, позволяющая производить программирование до 100 технологических параметров: высота, длина, угол наклона перемычки и т. д.Установка оснащена системой машинного зрения для распознавания образов контактных площадок полупроводниковых приборов. Установка комплектуется ультразвуковым генератором с возможностью автоматической подстройки резонансной частоты в процессе сварочного импульса, при этом используются ультразвуковые пьезокерамические преобразователи с резонансной частотой 62 кГц; 108 кГц.
- Аппарат ультразвуковой микросварки УМС-1УТиспользуется для ультразвуковой сварки внахлест алюминиевой и золотой проволоки «клин-клин». Установка комплектуется дополнительным ручным механическим приводом для опускания сварочной головки по оси Z с помощью – «ручки» с целью точного позиционирования сварочного электрода относительно контактной площадки и для оперативной коррекции уровня сварки с разновысотностью до 6 мм и глубиной «колодца» до 18 мм (при длине электрода 21мм, 3 мм остаются на закрепления электрода в ультразвуковом преобразователе).
- Установка УМС-2ШКпредназначена для автоматизированной термозвуковой сварки золотых проволочных выводов методом «шарик-клин», с дополнительным закреплением «клина» «шариком», с возможностью присоединения золотых шариков на контактные площадки (бампирование) и «внахлест» методом «клин-клин» Кроме того установка предназначена для автоматизированной ультразвуковой сварки алюминиевой проволоки и сварки ленты.
- Установка УЗ сварки УМС-21Уиспользуется для ультразвуковой сварки алюминиевой проволоки диаметром от 100 мкм до 500 мкм внахлест методом «клин-клин». Установка изготавливается в двух вариантах: при сборке приборов проволокой диаметром от 100 до 350 мкм, отделение проволоки от второго сварного соединения происходит с помощью зажимных губок; при монтаже проволокой диаметром 400-500 мкм с обрезкой сварочной проволоки после второй сварки с помощью «ножа».
- Установка сварки ультразвуком УМС-2ТКУ, предназначенная для точечного присоединения золотых проволочных выводов диаметром от 15 до 50 мкм к контактным площадкам без корпусных диодов методом термокомпрессионной и термозвуковой микросварки (для проволочного монтажа гибридных интегральных микросхем).
Советуем изучить — Кондиционеры: свойства и функции
Способ пайки деталей ультразвуковым паяльником
Способ может быть использован при восстановлении деталей пайкой с использованием ультразвука. Припой подают в виде прутка по отверстию внутри медного паяльного стержня. Расплавляют припой за счет нагрева паяльного стержня электронагревательной спиралью. Верхнюю часть торца паяльного стержня выполняют сферической формы для выглаживания полученного слоя припоя. Способ позволяет расширить технологические возможности при улучшении качества обработки поверхностей деталей. 1 ил.
Изобретение относится к восстановлению деталей пайкой, а именно в нашем случае пайки с использованием ультразвукового паяльника.
Известны многие способы восстановления, изготовления деталей пайкой, при которых применяют ультразвуковые паяльники. По литературному источнику известен способ паяния ультразвуковым паяльником УП-21, который работает на частоте 20-26 кГц от ультразвукового генератора. Недостатки способа заключаются в следующем: припой подается на обрабатываемый шов (поверхность), индивидуально накладываясь на обрабатываемый шов (поверхность) в виде прутка, что значительно затрудняет проведение паяльных работ при увеличении времени на проведение работы и ухудшение качества выполненной работы (пайки).
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ пайки деталей ультразвуковым паяльником (SU 831447, МПК 7 B 23 K 1/06, 30.05.1961), согласно которому припой подают через отверстие внутри паяльного стержня, а расплавляют его с помощью электронагревательной спирали.
Задачей изобретения является расширение технологических возможностей пайки швов (поверхностей) при сокращении времени на проведение работы и улучшения качества обработки, а также обеспечение более удобной работы исполнителю.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в корпус паяльника (в ультразвуковой вибратор) вставляется припой в виде прутка, который при нагреве электронагревательной спирали расплавляется и попадает в обрабатываемый шов (поверхность), уплотняя и вкрапляя элементы припоя в шов (поверхность) с помощью ультразвуковых колебаний, которые разрушают окисную пленку на обрабатываемой поверхности, а верхняя часть торца стержня, выполненного в сферической форме, производит выглаживание и вкрапление (под его давлением) наложенного слоя припоя, что обеспечивает выполнение заданной задачи.
На чертеже представлена схема устройства (ультразвукового паяльника), обеспечивающего выполнение предлагаемого способа.
Способ осуществляется следующим образом. На станке на специальной установке или на автоматической линии по проведению пайки деталей или в ручную устанавливаются детали для проведения пайки, предварительно подготовленные для проведения паяния согласно технологии. Пайка ультразвуковым паяльником производиться низкотемпературным припоем, имея некоторые особенности при паянии деталей из алюминия, которые объясняются образованием на поверхности деталей прочной и тугоплавкой окисной пленки, препятствующей соединению деталей. При пайке этим паяльником в расплавленном припое возникают ультразвуковые колебания, которые разрушают окисную пленку на деталях. Очищенные от окислов поверхности деталей хорошо соединяются с припоем и обеспечивают прочное паяние.
Пример. Проводится пайка деталей ультразвуковым паяльником, показанным на чертеже. Пайка низкотемпературными припоями производиться с предварительной подготовкой деталей к пайке, пайки и обработки деталей после пайки. Подготовка деталей к пайке включает в себя очистку кромок деталей от загрязнения и окислов, подогрев деталей до температуры пайки, флюсование (при необходимости) и лужение соединяемых поверхностей. Далее производится сборка изделия с обеспечением зазора между ними 0,05-0,20 мм. Затем наконечник 8 ультразвукового вибратора 3, паяльника (медного стержня 6) подводят на стык соединяемых деталей 1, где ультразвуковой вибратор 3, работая на частоте 20-26 кГц, с помощью спирали 4 ультразвукового генератора в расплавленный припой подает ультразвуковые колебания, которые, разрушая окисную пленку на деталях, соединяются с припоем 2, который подается в виде стержня 7 в отверстие вибратора (который сделан по его оси), расплавляется от нагрева медного стержня 6 с помощью электронагревательной спирали 5, производя выглаживание наложенного слоя припоя с помощью наконечника 8, заканчивая процесс пайки.
Низкотемпературная пайка получила широкое распространение при ремонте автомобилей, а именно при ремонте водяных и масляных радиаторов, деталей электрооборудования топливных баков и других деталей. Качество пайки обычно контролируют методом опрессовки деталей сжатым воздухом или водой.
Способ пайки деталей ультразвуковым паяльником, включающий подачу припоя по отверстию внутри паяльного стержня и расплавление его за счет нагрева паяльного стержня с помощью электронагревательной спирали, отличающийся тем, что подают припой в виде прутка, а верхнюю часть торца паяльного стержня выполняют сферической формы для выглаживания полученного слоя припоя, при этом используют паяльный стержень из меди.
Ультразвуковая сварка металлов и ее разновидности
При сварке ультразвуком неразъемное соединение металлов образуется при совместном воздействии на детали механических колебаний высокой частоты и относительно небольших сдавливающих усилий. Этим способом обеспечивается получение высоконадежных соединений, исключается общий разогрев изделия, можно соединять трудно свариваемые обычными методами сочетания материалов и т п.
Для получения механических колебаний высокой частоты обычно используется магнитострикционный эффект, состоящий в изменении размеров некоторых металлов и сплавов под действием переменного магнитного поля Для ультразвуковых преобразователей обычно используют чистый никель или железо-кобальтовые сплавы Для увеличения амплитуды смещения и концентрации энергии колебаний используют волноводы или концентраторы, которые в большинстве случаев имеют форму усеченного конуса Для сварки металлов достаточно иметь волноводы с коэффициентом усиления около 5, при этом амплитуда колебаний на конце волновода при холостом ходе должна быть 20. . .30 мкм.
Применяется несколько видов ультразвуковой сварки. Основной узел машины для выполнения точечных соединений с помощью ультразвука — магнитострикционный преобразователь (рис. 1) . Его обмотка питается током высокой частоты от ультразвукового генератора Охлаждаемый водой магнитострикционный преобразователь 1 изготовлен из пермендюра (К49Ф2), он служит для превращения энергии тока высокой частоты в механические колебания, которые передаются волноводу 7. На конце волновода имеется рабочий выступ 5. При сварке изделие 4 зажимают между рабочим выступом 5 и механизмом нажатия 3, к которому прикладывают усилие, необходимое для создания давления в процессе сварки.
Высокочастотные упругие колебания передаются через волновод 7 на рабочий выступ 5 в виде горизонтальных механических перемещений высокой частоты Длительность процесса сварки зависит от свариваемого металла и его толщины, при малых толщинах она исчисляется долями секунды.
Рис. 1. Схема установки для точечной сварки ультразвуком: 1 — магнитострикционный преобразователь; 2 — диафрагма; 3 — механизм нажатия; 4 — изделие; 5 — выступ; 6 — маятниковая опора; 7 — волновод; 8 — кожух водяного охлаждения
Основные узлы машины для выполнения шовных соединений при помощи ультразвука (рис. 2): вращающийся магнитострикционный преобразователь 1 и волновод 3. Конец волновода имеет форму ролика 4. Детали 6, подлежащие соединению, зажимают между вращающимся роликом 4 волновода и холостым роликом 5. Высокочастотные упругие колебания передаются через волновод на ролик, который вращается вместе с волноводом. Изделие, зажатое между роликами, перемещается между ними, одновременно создается герметичное соединение.
Рис. 2. Схема установки для роликовой сварки ультразвуком: 1 — магнитострикционный преобразователь; 2 — подвод тока от ультразвукового генератора; 3 — волновод; 4 — сваривающий ролик; 5 — прижимной ролик; 6 — изделие; 7 — кожух преобразователя; 8 — привод
Сварка по контуру обеспечивает получение герметичного шва самых сложных контуров. Простейший ее вид — сварка по кольцу.
Рис. 3. Схема установки для ультразвуковой сварки по контуру: 1 — волновод; 2 — сменный полый штифт; 3 — свариваемое изделие; 4 — сменный прижимной штифт; 5 — прижимная опора
В этом случае в волновод вставляется конический штифт, имеющий форму трубки (рис. 3). При равномерном прижатии деталей к сваривающему штифту получается герметичное соединение по всему контуру
Это интересно: Как использовать фен для сварки пластика — краткая инструкция
Ультразвуковой паяльник своими руками
Когда нужно что-то быстро спаять, но не хочется ждать, пока жало прогреется, на помощь вам придёт импульсный паяльник.
Главное его достоинство — набор рабочей температуры за 1−2 секунды.
Конечно, такой паяльник можно купить в магазине, но куда дешевле и приятнее будет собрать его самим, особенно если у вас завалялись ненужные радиодетали.
Любой индукционный (импульсный) паяльник состоит из понижающего трансформатора, кнопки, работающей на замыкание и жала, выполненного из медной проволоки, толщиной 1−3 мм. В некоторых конструкциях к ним добавляется источник питания и другие элементы.
Вот так выглядит схема простейшего индукционного паяльника:
Следует обратить внимание, что на этой схеме трансформатор имеет две вторичных обмотки: одна питает лампу для подсветки места пайки, а другая — жало.
Импульсный и индукционный паяльник — это не одно и то же.
Импульсными называются индукционные паяльники, имеющие в своём составе высокочастотный преобразователь напряжения.
Приведённый в пример прибор с понижающим трансформатором импульсным не является.
Принцип работы устройства
Работает паяльник таким образом: при нажатии на кнопку напряжение поступает на трансформатор, где оно понижается до 0,5−2 вольт (соответственно, сильно возрастает ток) и поступает на жало, быстро разогревая его. При отпускании кнопки жало также быстро остывает, поэтому после отжатия кнопки нужно быстро отвести его от паяемой детали, иначе оно к ней припаяется.
Само собой, у импульсного паяльника есть отличия от обычного, среди них есть как плюсы, так и минусы.
К достоинствам можно отнести быстрый разогрев и такое же быстрое остывание (риск получения ожога при случайном касании жала существенно снижается).
Недостатков же у него, к сожалению, больше:
- больший вес и размеры, отсутствие возможности точно регулировать температуру;
- присутствие на жале электрического потенциала, который может повредить паяемые электронные компоненты — этот недостаток отсутствует у индукционных паяльников с изолированными жалами;
- невозможность долговременной беспрерывной работы (стандартный режим работы для них — от 5 до 8 включений за 1 минуту в течение часа, затем перерыв для остывания на 20 минут).
Разновидности инструмента
Выделяют 4 основных типа этих устройств. Они могут существовать как отдельные виды, но также их характеристики могут совмещаться. Основные виды паяльников:
- сетевой, работающий на частоте сети;
- с форсированным нагревом;
- импульсные;
- с изолированным жалом.
Существуют также импульсные паяльники с изолированным жалом и форсированным нагревом. Несовместимые типы — это сетевой и импульсный паяльник.
Импульсный, в отличие от нерегулируемого сетевого, уже может иметь регулировку мощности за счёт использования импульсного преобразователя, работающего на высоких частотах и умеющего изменять мощность методом широтно-импульсной модуляции. Благодаря сравнительно малым размерам преобразователя, этот тип индукционного паяльника является самым компактным из всех.
Паяльниками с форсированным нагревом называют устройства, имеющие в своём составе батарею мощных электролитических конденсаторов, включённых параллельно жалу и отделённых от него выключателями или мощными полевыми транзисторами.
Работает такой форсаж следующим образом: когда жало отключено, транзисторы открываются и начинается заряд конденсатора. После окончания заряда они закрываются. Затем, когда жало включается, транзисторы снова открываются, разряжая конденсаторы, на короткое время мощность паяльника возрастает в несколько раз.
Эта функция даёт возможность паять массивные элементы, обладающие большой теплоёмкостью.
Для исключения возможности повреждения микросхем были придуманы изолированные жала. В них рабочая поверхность жала электрически изолирована от нагревателя.
Такие жала похожи на обычные паяльники: в роли жала выступает толстый медный пруток, на который намотано несколько витков провода большого сечения.
Пруток защищает от контакта с проводом намотанная на него стеклоткань.
Сборка трансформаторного прибора
Этот вид паяльника является самым простым. Поэтому собрать его будет несложно.
Для этого понадобятся следующие компоненты:
- Сердечник от трансформатора типа ШП (если не найдёте, можете использовать тип П, он похуже, но тоже сойдёт).
- Медный провод в лаковой изоляции сечением 0,3 мм, для первичной обмотки.
- Медный провод или шина сечением 12−15 мм, которые пойдут на вторичную обмотку.
- Медная проволока, на 2−3 квадрата, для изготовления жала.
- 2 клеммы для его подключения.
- Выключатель в виде кнопки, работающей на замыкание.
- Любой удобный вам корпус для паяльника и сетевой шнур.
