Сварка и пайка: простое введение

Если вы строите почти все, что использует металл, от атомной подводной лодки до портативного компьютера, одна вещь, которую вы должны уметь делать, — это соединять металлы вместе. Сварка — это способ прочного соединения двух металлов путем их расплавления в месте соприкосновения, а пайка — это соединение компонентов в электрической или электронной цепи. Оба очень эффективны, хотя они очень разные и работают совершенно по-разному — не путайте их!

Фото: Дуговая сварка использует электричество для получения сильного тепла, которое сплавляет металлы. Он генерирует очень яркий свет, а также сильное тепло; поэтому сварщики должны носить защитные маски. Фото Джошуа К. Кинтера предоставлено ВМС США и Wikimedia Commons.

Содержание

Что такое сварка?

Вы не можете соединить металлы клеем — во всяком случае, обычным клеем. Но вы можете соединить их, сплавив вместе в процессе, известном как сварка. Основная идея проста: вы применяете источник тепла, чтобы расплавить два металла, чтобы они сплавились и образовали надежное соединение. Обычно (хотя и не всегда) вы добавляете другие материалы при нагреве: наполнитель (дополнительный кусок металла, получаемый из чего-то, называемого сварочным стержнем, который герметизирует любые зазоры, где встречаются основные металлы) и флюс (неметаллический материал). химическое вещество, которое помогает остановить образование оксидов и нитридов расплавленных металлов с газами в воздухе, что ослабляет соединение). В качестве альтернативы использованию флюса вы можете сваривать в атмосфере, из которой удален воздух (наполненная другими, нереакционноспособными газами, такими как, например, аргон).

Фото: Сварщик работает на трубе во время строительства плотины Дуглас в Теннесси, которая была построена в рекордно короткие сроки в 1942 году. Фото: Альфред Т. Палмер, Управление военного управления, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Большинство видов сварки включают соединение металлов только с помощью тепла. Но они отличаются тем, откуда исходит тепло. Одна из распространенных форм сварки включает использование кислородно-ацетиленовой газовой горелки, которая создает сильное пламя за счет сжигания ацетилена (богатого энергией топлива, состоящего из простой молекулы углеводорода) в богатой поставке кислорода. Хотя кислородно-ацетиленовые горелки удобны и портативны, они относительно дороги в использовании (поскольку топливо поставляется в газовых баллонах).

Читайте также:
Ламинированные полы: плюсы и минусы — Forbes Home

Фото: Сварщик зажигает ацетиленовую горелку. Фото Дугана Флинна предоставлено ВМС США и Wikimedia Commons.

На заводах обычно удобнее сваривать электроэнергией, используя метод, известный как дуговая сварка. Вместо газовой горелки вы используете кусок металла, называемый электродом, подключенный к сильноточному источнику питания (в сотни раз выше, чем те, которые текут через приборы в вашем доме). Когда вы подносите электрод к месту сварки, возникает искра или дуга, которая сплавляет металлы. Дуговая сварка производит как яркие видимые искры, так и разряды ультрафиолетового света, оба из которых могут привести к слепоте; вот почему вы всегда будете видеть людей, выполняющих дуговую сварку за круглыми защитными козырьками. Другие источники тепла для точной сварки включают ультразвук, лазеры и электронные лучи.

Вы также можете сваривать материалы, прижимая их друг к другу под действием чистого давления, с дополнительным нагревом или без него. Это известно как сварка давлением; используемый в течение многих сотен лет кузнецами и другими ремесленниками, это один из старейших методов обработки металлов. Основной процесс включает в себя нагрев металлов в кузне, а затем их скрепление молотком, чтобы они сплавились.

Один из способов сделать дуговую сварку более безопасной — заставить промышленного робота сделать это за вас. Кузова автомобилей свариваются роботами на протяжении десятилетий. Первый сварочный робот Unimate дебютировал на заводе General Motors в 1961 году.

Фото: Слева: Типичный автомобильный сварочный робот. Робот (сделанный Kawasaki) имеет электрический сварочный пистолет (сделанный Nimak), прикрепленный к его концу, и он вот-вот закончит сварку белого кузова автомобиля справа. Это называется точечной сваркой: манипулятор перемещает пистолет точно в то место на автомобиле, где требуется сварка, и сильный, но кратковременный электрический ток проходит между электродами, чтобы завершить сварку. Справа: крупный план сварочного пистолета с двумя электродами, которые обычно изготавливаются из медного сплава.

Что такое пайка?

Фото: Хотя сварка и пайка могут выглядеть одинаково, они делают совершенно разные вещи. Вверху: этот сварной шов механически соединяет два куска металла на подножке кресла-коляски. Внизу: эти паяные соединения на обратной стороне печатной платы обеспечивают надежное электрическое соединение между компонентами и дорожками на плате, которые соединяют их вместе.

Читайте также:
Чем отличается сухая стяжка от наливной?

Пайка похожа на сварку, но это совсем другое! При сварке вы пытаетесь сделать сверхпрочное соединение между двумя кусками металла. Часто сварному соединению приходится выдерживать невероятные напряжения и деформации, например, если вы свариваете вместе части кузова автомобиля или фюзеляжа самолета. Таким образом, цель состоит в том, чтобы сделать хорошее механическое соединение. Когда вы паяете, идея обычно состоит в том, чтобы сделать хорошее электрическое соединение.

Припой немного похож на развернутую скрепку, хотя он намного мягче и обычно продается в тюбиках и катушках. Это сплав различных металлов с относительно низкой температурой плавления. Припой, который я использую, является типичным, состоит из 99.25% олова и 0.75% меди, хотя также используются другие металлы, такие как цинк, серебро и висмут. (Свинец когда-то широко использовался в припоях с оловом, но сейчас от него отказались по соображениям безопасности). Припои иногда также содержат флюсы для предотвращения образования оксидов.

Зачем нужно паять? Электронные схемы состоят из дискретных компонентов: крошечных устройств, таких как резисторы, конденсаторы, транзисторы и светодиоды, которые выполняют определенные функции. Соединяя их по-разному, можно создавать всевозможные удивительные электронные гаджеты, от радиоприемников и телевизоров до калькуляторов и компьютеров. Все компоненты имеют маленькие металлические ножки — клеммы, которые вы используете для их подключения к цепям. Вы можете просто соединить эти ноги электрическими кабелями, но провода могут отвалиться или свободно извиваться, а соединения будут ненадежными, поэтому все, что вы соберете таким образом, не будет работать очень хорошо. И здесь на помощь приходит припой: он обеспечивает гораздо более эффективное электрическое соединение.

Фото: Припой выглядит и ощущается как отрезок скрепки, которую развернули, а затем свернули в пластиковую трубку-дозатор, подобную этой. Вы вытягиваете короткую длину по мере необходимости. Это бессвинцовый припой, изготовленный в основном из олова и меди.

Если вы хотите сделать хороший паяный шов, вы не будете паять сразу. Во-первых, вы очищаете компоненты, которые хотите соединить (например, очищаете их ножом, чтобы удалить любые окислы с поверхности). Затем вы делаете хорошее механическое соединение между ними (плотно оборачивая кабель вокруг компонента или что-то еще). Только тогда вы сделаете хорошее электрическое соединение, расплавив немного припоя сверху.

Читайте также:
Электрические духовки

Фото: типичный паяльник, которым я владею примерно с 14 лет. Паяльник — это, по сути, просто нагревательный элемент, работающий от электричества, который имеет прочный внешний корпус (биту), рассчитанный на бесконечное нагревание и охлаждение. Биты спроектированы так, чтобы быть взаимозаменяемыми, и поставляются с более широкими или более узкими концами для работы с различной точностью. Другим важным компонентом (вверху справа) является подставка, на которой вы можете безопасно положить утюг, хотя, если вы присмотритесь, вы заметите, что на этом утюге есть изогнутый зажим (чуть выше черной резиновой ручки для пальца) для отдыха или поддерживая его. Поскольку я использую электропитание в Великобритании, я установил красный индикатор на вилку (вверху слева), чтобы помнить, когда утюг включен, для дополнительной безопасности.

Как это работает на практике? Вы расплавляете припой на стыке, применяя горячий инструмент, называемый паяльником (по сути, это горячий кусок металла с заостренным концом, тепло которого генерируется внутри нагревательным элементом с электрическим приводом). Очень важно отметить, что припой — это не клей: он не предназначен для механического соединения. Если вы полагаетесь только на припой для соединения двух проводов, они, вероятно, рано или поздно разорвутся. Важно сделать хорошее механическое соединение, а затем припаять сверху. Есть хорошие и плохие способы пайки, некоторые из которых дают плохие соединения, плохо проводящие электричество. (Например, если вы переместите паяное соединение, пока припой еще расплавлен, вы, как правило, получите плохо сформированное или холодное соединение, которое будет тусклым, неровным и с ямками.) Если вы планируете делать свои собственные электронные проекты , первое, что нужно сделать, это научиться правильно паять. Вы найдете несколько полезных демонстрационных видеороликов в разделе «Узнать больше» в конце этой статьи.

Фото: Мой паяльник в действии. Вы припаиваете, поднося горячий паяльник к соединению в вашей цепи, где вы хотите сделать электрическое соединение. Затем другой рукой вы наносите припой до тех пор, пока он не расплавится каплей поверх соединения, обычно с клубом «дыма» (на самом деле металлы в припое превращаются в газ).

Читайте также:
9 лучших средств для чистки унитазов 2022 года

Другое использование пайки

То, что я сказал выше, в основном относится к электрическим и электронным работам, но есть и другие виды пайки. Сантехники используют припой для соединения медных труб необратимым (но все же обратимым) способом, который создает механически прочное и водонепроницаемое соединение. Этот процесс в целом похож на электрическую пайку, хотя тип припоя отличается химически, и обычно вы будете работать с ручной газовой горелкой. Еще в сантехнике и тесно связанном с пайкой есть процесс, называемый выпотеванием, при котором вы позволяете припою расплавиться и всосаться в нагретое соединение трубы.

Пайка также используется в ювелирном деле для соединения мелких кусков металла (для создания новых декоративных элементов или ремонта старых, сломанных). Опять же, концепция в целом похожа на электрическую пайку — вы используете расплавленный сплав для надежного соединения двух кусков металла, — но процесс отличается: вы используете газовую горелку и гораздо более высокие температуры, чем для электрической пайки. или сантехника. Подобную высокотемпературную пайку иногда называют твердой пайкой или пайкой серебром, чтобы отличить ее от низкотемпературной мягкой пайки (для электрических и сантехнических работ); Как ни странно, в пайке серебром вы найдете разные припои, описываемые как твердые, средние, легкие и сверхлегкие (отражая то, насколько легко их плавить, а не то, насколько просто с ними работать — поэтому «очень легкие» плавятся). при самой низкой температуре).

Полное руководство по пайке для гитаристов

Знание того, как паять, открывает целый мир веселых самодельных игр, позволяющих экономить деньги, но делать это хорошо — целое искусство.

как паять

Изображение предоставлено: Shutterstock

Мы охватываем множество проектов усилителей и гитарной электроники в наших функциях «Сделай сам». Возможно, мы считаем само собой разумеющимся, что все умеют паять, но даже те из нас, кто занимается пайкой десятилетиями, могут научиться чему-то новому.

Это руководство разделено на две части. В первой части я поделюсь некоторыми профессиональными советами по паяльному оборудованию и хорошей практикой. Во второй части я применю эту информацию к простому проекту, показывающему, как сделать высококачественный гитарный кабель.

Читайте также:
Правильно наносим герметик для бетона - Concrete Decor

Железный могучий

Существуют различные типы паяльников, и важно выбрать правильный для ваших нужд. Утюги в виде карандаша представляют собой интегрированные устройства с утюгом на одном конце и розеткой на другом. Большинство из них поставляются с подставкой, которая держит горячий утюг, пока вы находитесь в перерывах между задачами. Это удобно, если вы надеетесь не прожечь дыры в своем верстаке, ковре или в себе. Не спрашивайте меня, откуда я знаю… Я просто знаю.

Утюги-карандаши могут быть включены или выключены, а их рабочая температура фиксирована. Напротив, паяльные станции включают в себя утюг и подставку, которая может быть встроена или не интегрирована, но станция позволяет вам устанавливать рабочую температуру утюга. Некоторые взаимодействуют с датчиком в наконечнике, чтобы поддерживать эту температуру.

как паять

Паяльники – еще один вариант. Они быстро нагреваются, но могут стать слишком горячими и не очень подходят для деликатной работы. Также доступны газовые паяльные горелки, но они лучше подходят для тонкой обработки металлов, и если вы неопытны, вы можете в конечном итоге что-то или кого-то поджечь. Для работы с гитарой и усилителем я бы рекомендовал паяльную станцию ​​с контролем температуры.

Электростанции

Различные работы по пайке требуют разной мощности паяльника. Вам не нужно много энергии, чтобы припаять сквозные компоненты к печатной плате, но пайка заземления на шасси усилителя выходит за рамки возможностей большинства паяльников. Общие работы по сборке гитары, требующие большей мощности, включают пайку заземляющих проводов на корпусах потенциометров и пружинных захватах Stratocaster. При сборке усилителя изрядное количество энергии также потребуется для сборки проушины и револьверной платы.

как паять

Если у вас есть 15- или 20-ваттный паяльник, вы, вероятно, не сможете выполнять эти работы, потому что более крупные металлические детали действуют как радиатор, рассеивая тепло от утюга. Когда железо не может поддерживать достаточную температуру, припой не может плавиться и течь должным образом, образуя прочное соединение. Вам также придется долго держать утюг на месте, и, несмотря на недостаточное количество тепла для пайки, вы все равно можете расплавить пластиковые детали и повредить хрупкие электронные компоненты.

Читайте также:
Домашний деревообрабатывающий многофункциональный станок

Все утюги могут нагреваться до температуры, достаточной для плавления припоя, и более высокая мощность не обязательно означает, что утюг будет нагреваться сильнее; на самом деле это означает, что он может поддерживать свою температуру, даже когда тепло рассеивается. Как правило, чем больше мощность, тем лучше, и утюга мощностью от 50 до 60 Вт должно быть достаточно для большинства работ.

Правильно, к проводу

Припой для электронных приложений бывает двух видов — на основе свинца и без свинца. Повышение осведомленности об опасностях для здоровья, связанных со свинцом, привело к принятию законодательства, ограничивающего использование припоя на основе свинца в производстве.

Свинцовый припой обычно представляет собой смесь олова и свинца в соотношении 60/40, которая плавится при температуре около 190 ° C, и ее использовали во всех винтажных гитарах, педалях и усилителях. Он по-прежнему широко продается и является лучшим вариантом для реставрационных работ. Также доступен припой с содержанием свинца 63/37, и его более быстрый переход из жидкого состояния в твердое может снизить риск «холодных» паяных соединений, когда детали двигаются до того, как припой затвердеет.

Полное руководство по пайке паяльной катушки своими руками

Этот освинцованный припой имеет соотношение олова и свинца 60/40, сердцевину из канифольного флюса и внешний диаметр 0.7 мм.

Бессвинцовый припой имеет более высокую температуру плавления, поэтому его немного сложнее использовать, и вам понадобится мощный паяльник. Это сплав олова, серебра и меди, и, хотя бессвинцовые припои могут быть прочнее, они также могут быть более хрупкими.

Закон требует, чтобы производители использовали бессвинцовый припой, и вы можете сделать то же самое по соображениям здоровья. С другой стороны, если вы относительно мало паяете и большая часть работы связана с обслуживанием и ремонтом старого оборудования, вы можете предпочесть использовать припой, содержащий свинец. Я использовал и то, и другое, и, поскольку я предпочитаю этилированный, я часто использую небольшой вытяжной вентилятор, который втягивает пары припоя в угольный фильтр.

В электрический припой встроен канифольный флюс, который растворяет оксид металла, способствует растеканию припоя и способствует сцеплению с металлическими деталями. Сантехнический припой имеет кислотный флюс и не подходит для электроники. Доступны различные калибры припоя, но я считаю, что 0.7 мм подходит для большинства применений.

Читайте также:
Разделочные доски 101 – The Boardsmith

Лучшие советы

Более качественные паяльники позволяют менять жало. Это важно по двум причинам: во-первых, наконечники изнашиваются, а во-вторых, в зависимости от выполняемой работы могут использоваться наконечники различной формы.

Тонкие и острые наконечники конической формы идеально подходят для точных работ, таких как пайка разъемов для печатных плат. Некоторые наконечники больше похожи на маленькие стамески, а другие больше на отвертки с плоской головкой. При пайке на корпусах потенциометров, где необходимо распределить тепло по более широкой площади, предпочтительнее использовать более плоский наконечник.

Какой бы наконечник вы ни использовали, рекомендуется содержать его в хорошем состоянии. Когда вы изо всех сил пытаетесь сделать паяные соединения, а расплавленный припой стекает с утюга, это указывает на то, что жало окислилось. Если он выглядит тусклым и черным, а не серебристым и блестящим, почти наверняка так оно и есть. Загрязнения на наконечнике также могут попасть в паяное соединение и привести к его выходу из строя.

Полное руководство по пайке своими руками

Этому наконечнику несколько лет, и он проделал большую работу, но он находится в относительно хорошей форме и по-прежнему хорошо работает.

Возьмите за привычку чистить наконечники припоя во время работы. Большинство подставок для утюгов имеют секцию поддона с губкой, которую следует смочить водой перед началом работы. Протирание жала влажной (не мокрой) губкой после каждого паяного соединения удаляет излишки припоя с жала. Некоторые предпочитают использовать латунную или нержавеющую вату для очистки железных наконечников, чтобы предотвратить окисление.

После каждых нескольких стыков рекомендуется протирать утюг, наносить свежий припой на жало и стирать излишки. Это предотвратит окисление наконечника, и это также следует делать в конце работы перед тем, как выключить утюг. Этот процесс называется «лужение», и здоровый наконечник утюга должен выглядеть блестящим. Вы также должны залудить новые наконечники перед их использованием.

Если вы чувствуете, что ваш наконечник больше не работает должным образом, а очистка и лужение не помогают, у вас есть несколько вариантов. Можно попробовать обработать его активатором наконечников или просто заменить. Наконечники относительно недороги, но вы должны выбрать подходящий для вашего утюга.

Читайте также:
Сравните фотокниги | Сделать книгу | Пользовательские фотокниги | Снапфиш США

не взорвать его

Припой не следует считать «металлическим клеем», который просто протирают утюгом и дают застыть. Припой должен течь на детали, чтобы образовалось хорошее соединение, а для этого требуется правильная техника пайки.

Будь то ножка резистора, торчащая через ушко или отверстие в печатной плате, или провода вывода конденсатора, намотанные на турель или метку, утюг следует использовать для нагрева области, где выполняется соединение. Когда область предварительно нагрета, а наконечник утюга все еще касается детали, доведите припой до контакта с соединением.

Он должен плавиться и течь почти мгновенно, и ключ здесь в том, что припой проникает в соединение, а не образует каплю на поверхности. Не пытайтесь расплавить припой на наконечнике утюга, а затем перенести его на соединение, потому что флюс, который помогает припою склеиваться, испарится, не успев выполнить свою работу.

паяльник

Знание того, какую температуру установить и как долго нагревать помещение, приходит с опытом. Свинцовый припой плавится при температуре около 190°C, а бессвинцовый припой – при температуре около 200°C. При работе с печатными платами температура железа около 325°C должна быть безопасной отправной точкой, поскольку крайне важно не повредить плату. Если вы обнаружите, что этого недостаточно, поднимите температуру до 350°C и повторите попытку.

Для потенциометров, револьверных головок и люверсов требуются более высокие температуры, и нет ничего плохого в том, чтобы начать с низкой температуры, а затем увеличить ее, если припою требуется некоторое время для плавления и текучести. Опытные паяльщики часто предпочитают работать с утюгом, настроенным на температуру 400°C или выше, чтобы входить и выходить за пару секунд.

Как только припой потечет, уберите утюг и дайте соединению остыть естественным путем. Не поддавайтесь искушению дуть на припой, чтобы ускорить процесс. При пайке транзисторов и операционных усилителей попробуйте прикрепить к ножкам зажим-крокодил. Он будет действовать как радиатор, отводя тепло от деликатных компонентов.

Проверьте свои новообретенные навыки пайки, сделав гитарный кабель своими руками.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: