Пайка известна человеку около 4 тысяч лет — это исторически доказано. Разные народы в разное время паяли золотые, серебряные изделия и предметы из других металлов. Все паяльники до момента изобретения электрического были рассчитаны на нагревание открытым огнем. Пока мастер работал с одним паяльником, второй нагревался при помощи пламени — так решалась проблема непрерывности работы. Все изменилось после того, как электричество стало привычным, а изобретатели стали создавать устройства, работающие на электрическом токе.
Первый электрический паяльник
В 1896 году Ричард Шнайдер и Август Тиннерхольм получили патент на «аппарат электрического нагревания», сейчас известный как паяльник. Этот инструмент стал известен под брендом American Beauty, причем компания, выпускавшая эти паяльники, работает и сейчас. Но это были штучные устройства.
Штучными были и паяльники General Electric — компания получила патент на такое устройство в 1910 году.
Чуть позже General Electric представила улучшенную версию паяльника, снабженную фиксатором, который удерживал паяльник, когда мастер его не держал.
Стойка была снабжена радиатором, так что она поглощала выделяемое паяльником тепло и рассеивала его в окружающее пространство.
Как паяльники стали популярными
Человеком, который сделал паяльник популярным и распространенным, стал Эрнст Сакс — немецкий инженер, создавший паяльник для промышленности (изначально для производителей металлической посуды и прочих изделий, и только потом — для электротехники). Его можно назвать родоначальником электроники, поскольку без пайки создание портативных электронных устройств невозможно.
Сакс запатентовал свое изобретение в 1921 году. Первый его паяльник H-1 относился к «молотковому» типу и был предназначен, в первую очередь, для лудильных работ. Устройство стало популярным, и Сакс основал компанию ERSA, постепенно распространив паяльник по всей Европе. Благодаря его предпринимательским способностям паяльник стал продаваться ранее невиданными объемами.
Изобретение Сакса стало основой для дальнейших модификаций «электрического нагревательного устройства», как компанией ERSA, так и сторонними производителями.
В 1926 году Уильям Альферинк получил патент США на паяльную станцию — это была первая в истории паяльников система такого типа.
В 1946 году Карл Веллер получил патент на паяльный пистолет. Он открыл в Пенсильвании компанию Weller Manufacturing Company, которая стала поставлять свою продукцию компаниям и частным лицам.
В 1949 году компания American Beauty выпустила систему, которая позволяла регулировать температуру паяльника при его подключении к этой системе.
В 1951 году была основана компания WEN Products, которая стала производить собственные паяльники. Она стала популярной, и в 1954 году состоялся первый судебный процесс между Weller Manufacturing Company и WEN Products. Руководитель первой компании обвинил вторую в нарушении патентного законодательства. Суд он выиграл.
В 1960 году компания Weller Manufacturing получила патент на паяльник с терморегуляцией, после чего уже началась золотая эра паяльников.
Современные паяльники
Разновидностей паяльников множество. Их классифицируют по способу нагревания, мощности и другим параметрам.
По типу нагревания паяльники делятся на паяльники с периодическим и постоянным нагревом.
Паяльники с периодическим нагревом:
- молотковый и торцевой. Как раз эти паяльники, представляющие собой массивный рабочий наконечник, который закреплен на длинной рукоятке, появились тысячи лет назад. Они существуют и сейчас, их нагревают от газовых или бензиновых горелок;
- дуговой паяльник. Такие паяльники нагреваются электрической дугой, которая периодически генерируется между угольным электродом внутри паяльника и его наконечником. Обычно такой паяльник весит не меньше килограмма, и нагревается система до температуры 500 C°. Потребляемая мощность — 1,5–2 кВт.
Паяльники с постоянным нагревом:
- электрический — нагреваются при помощи электронагревательного элемента, работающего от электросети, от понижающего трансформатора или аккумуляторов;
- газовый — в них встроен газовая горелка, которая нагревает жало. Газ поступает из баллончика со сжиженным газом или большого баллона по шлангу;
- топливный — принцип работы похож на газовые, только вместо газа жидкое топливо;
- термовоздушный — создает постоянный поток раскаленного воздуха, который и плавит припой;
- инфракрасный — нагрев происходит с помощью инфракрасного излучения.
В электронике и электротехнике чаще всего используются электропаяльники. Они отличаются по мощности.
Самые мощные паяльники
Как правило, это молотковые системы мощностью около 550 Вт. Вес таких паяльников — 1,5–2 кг, нагреваются они до 600 C°. Используют их для лудильных работ, а также для выжигания на дереве, коже и пластике.
Ersa 550 — типичный представитель семейства мощных паяльников. Это молотковый паяльник с мощностью в 550 Вт и весом в 2,3 кг. Стоит он, кстати, около 26 тысяч рублей. Предназначен для обработки листового металла, монтажных работ и пайки коллекторов и медных шин.
Паяльники повышенной и средней мощности
Такие паяльники, на 40–150 Вт обычно используют электрики. Типичный представитель этого «семейства» — паяльник ERSA-150, который весит 245 г, и нагревается до 450 C°. Жало у мощных паяльников может быть как изогнутым, так и клиновидным или конусообразным.
Используются паяльники повышенной и средней мощности как для работы проводами, так и для обработки стекла или других материалов.
Маломощные и микропаяльники
Мощность таких паяльников составляет 5–25 Вт. Их используют для работы с электронной аппаратурой: от микропайки до работы с проводами или элементами хорошо видимыми без микроскопа или лупы. У таких паяльников обычно есть разнообразные сменные жала. У некоторых моделей есть ЖК-дисплей, куда выводится температура нагрева жала и режим работы устройства. Также большинство моделей оснащены терморегулятором.
Яркий представитель семейства микропаяльников — модель TS-100.
Его вес — всего 35 граммов, длина — 17 см. Есть ЖК дисплей для отображения важной информации вроде температуры и режима работы.
Не только электроника. Что еще можно делать паяльником?
Кроме пайки электронных компонентов и проводов, паяльник можно использовать для пайки металлических изделий, пластика, работы со стеклом, в том числе, и органическим.
Пайка листов жести
Это частый процесс при ручном изготовлении металлической тары. Кроме того, пайка помогает скреплять между собой листы железа, причем конструкцию можно сделать герметичной. Для пайки железа оловом нужен молотковый паяльник, припой с небольшой концентрацией олова, флюс и шило.
Флюс при такой пайке выполняет функции как растворителя, так и окислителя. При нагревании металла происходит его смачивание и защита от окислительных процессов. Ну а в качестве флюса можно использовать канифоль и соляную кислоту, либо хлористый цинк и борную кислоту.
Для пайки железа или жести нужен электрический паяльник с мощностью более 40 Вт. Что касается паяльников, которые нагреваются от огня, их уже не используют.
Паять также можно оцинкованное железо и проволоку.
Пайка пластика
Паяльник может пригодиться автомобилисту для ликвидации трещин или вмятин на бампере или элементах пластикового объекта. В обычной ситуации снять бампер не так просто, а заменить — дорого. Ремонтировать пластиковые детали автомобиля можно и без их демонтажа.
Паять пластик можно с использованием паяльника с прямым или загнутым наконечником, такой способ позволяет соединять в единое целое даже осколки. Второй вариант — термопистолет, который не только спаивает детали, но и дает возможность выправлять деформированные участки. И третий вариант — паяльная станция, которая включает достоинства первых двух вариантов.
Паяльником можно отремонтировать практически любые поврежденные детали из пластика, не только для автомобилей. Велосипеды, мотоциклы, снегоходы, бытовые приборы — все можно починить при помощи паяльника.
Пайка и резка стекла
Специализированные паяльники можно использовать для пайки художественного витражного стекла. Для этого, кроме паяльников, требуется паяльный флюс и мазь для пайки. Отличием «стеклянных» паяльников от обычных является невозможность замены жала.
Кроме пайки стекла, паяльник можно использовать и для резки стеклянных изделий. Для этого нужно понемногу перемещать паяльник по линии планируемого отреза, так что стекло будет трескаться (всего несколько миллиметров в зоне жала). После прохождения паяльником по всей линии одна часть стекла отделится от другой.
Флюсы и припои
Пайка металлов невозможна без флюса и припоя. Флюс противодействует окислению поверхности контакта и одновременно очищает эту поверхность от существующей пленки окислов, так что раскаленный припой активно контактирует с металлом. Разделяют припои на мягкие (температура плавления ниже 300 °С) и твердые (300 °С).
Есть чистые припои — например, олово или свинец, а есть многокомпонентные, которые чаще всего и используют в современной электронике. Все они служат для пайки материалов с разным назначением (пайки деталей, чувствительных к перегреву, пайка обмоток электродвигателей, пайка печатных схем и т.п.).
Ну а флюсов еще больше. Они могут быть органического и неорганического происхождения, но их предназначение чаще всего — удаление оксидов паяемых поверхностей, снижение поверхностного натяжения и улучшение прилипания жидкого припоя. Раньше флюсов было немного, в основном — канифоль. Сейчас же владельцу паяльника доступен широкий спектр флюсов. Популярнейший флюс — Amtech RMA-223, представляющий собой смесь канифоли и растворителя, EFD NC-D500 6-412-A Flux-Plus (канифоль, растворитель, активатор), Interflux 2005 (тоже канифоль, растворитель, активатор).
Флюсы разных видов нужны для того, чтобы обеспечивать оптимальные условия для пайки разных металлов с использованием разных припоев. Здесь одной канифолью уже не обойтись, все же на дворе XXI век.