Пая́льник — ручной инструмент, применяемый при лужении и пайке для нагрева деталей, флюса, расплавления припоя и внесения его в место контакта спаиваемых деталей. Рабочая часть паяльника, обычно называемая жалом, нагревается пламенем (например, от паяльной лампы) или электрическим током.

Разновидности

Паяльники с периодическим нагревом

• Молотковые и торцевые паяльники представляют собой массивный рабочий наконечник, закрепленный на относительно длинной металлической рукоятке, длина которой обеспечивает безопасность в обращении с инструментом. Для выполнения нестандартных работ паяльники подобного типа снабжаются фасонными наконечниками. Нагрев этих паяльников осуществляется внешними источниками тепла. Это наиболее старый вид паяльников (известны с античности).
• Дуговой паяльник — нагрев паяльника осуществляется электрической дугой, периодически возбуждаемой между угольным электродом, помещенным внутри паяльника и наконечником. Дуговой паяльник массой 1 кг нагревается до температуры 500 °C при напряжении 24 В в течение 3 мин, потребляемая мощность 1,5—2,0 кВт.

Паяльники с постоянным нагревом

• Электропаяльники имеют встроенный электронагревательный элемент, работающий от электросети, от понижающего трансформатора либо от аккумуляторов.
• Газовые — паяльники со встроенной газовой горелкой (горючий газ подаётся из встроенного баллончика со сжиженным газом, или, реже, газ подаётся по шлангу от внешнего источника).
• Паяльники, работающие на жидком топливе — схожи с газовыми, но нагрев осуществляется пламенем сгорающего жидкого топлива.
• Термовоздушные — в них нагрев деталей, расплавление припоя происходит путём обдува их струёй горячего воздуха. В этом он напоминает промышленный фен, но, в отличие от него, используется тонкая струя воздуха.
• Инфракрасные — нагревание осуществляется источником инфракрасного излучения.

Области применения

Электропаяльники малой мощности (5—40 Вт) обычно используются для пайки электронных компонентов при помощи легкоплавких оловянно-свинцовых припоев; это основной инструмент электромонтажника и электромеханика.

Мощные электропаяльники (100 и более Вт) используются для пайки и лужения массивных деталей.

Термостабилизация жала позволяет использовать паяльники большой (50—100 Вт и более) мощности и при пайке электронных компонентов без риска их перегрева — это полезно при работе с многослойными печатными платами, а также при демонтаже многовыводных ИС.

Паяльники для монтажа и ремонта электронных устройств часто изготовляются на низкие рабочие напряжения, от 12 до 42 В. Наиболее распространенное напряжение питание низковольтных паяльников 36 В, в настоящее время уступает место стандарту 42 В. Питают низковольтный паяльник через понижающий трансформатор. Основная причина разработки низковольтных паяльников возникла в связи с необходимостью обеспечить защиту от поражения электротоком оператора. Вторая, не менее важная причина заключается в том, что пониженное напряжение значительно снижает вероятность повреждения полупроводниковых электронных компонентов ёмкостными наводками, амплитуда которых на жале обычного паяльника на 220 В достигает десятков, а то и 150 вольт, даже при отличной изоляции нагревателя. Применение разделительных трансформаторов 220 В / 220 В совместно с паяльниками на 220 В для гальванической развязки от сети широкого распространения не нашло.К достоинствам низковольтных паяльников следует отнести их большую по сравнению с 220-вольтовыми долговечность и ремонтопригодность (нагревательный элемент нихромовых паяльников намотан меньшим количеством провода большего диаметра). Большая часть низковольтных паяльников поступает в продажу в комплекте с трансформаторным блоком питания: заводы изготовители именуют их сетевыми трансформаторными паяльниками. Некоторые их разновидности представляют собой ручку-пистолет с укрепленной на ней сетевым понижающим трансформатором. Его вторичная обмотка — это всего один-два витка толстого медного провода.К концам этой обмотки подключено жало-нагревательный элемент. К сети первичная обмотка трансформатора подключается только на время пайки, с помощью кнопки-клавиши.По внешнему виду такие сетевые трансформаторные паяльники с повторно-кратковременным режимом работы весьма схожи с более современными импульсными, отличающимися наличием высокочастотного преобразователя.

Для максимальной защиты от поражения электротоком, а также статического электричества и электромагнитных наводок жала паяльников в ряде случаев заземляют, уравнивая потенциалы жала, рабочей поверхности, монтируемой конструкции, а также оператора (для заземления тела человека используется заземляющий браслет, подключенный через защитный токоограничивающий резистор с номиналом порядка 1 МОм).

Следует предостеречь против распространённой ошибки: питания паяльника при работе с электронными устройствами от тиристорного регулятора напряжения — диммера. Выходное напряжение такого регулятора имеет несинусоидальную форму с крутыми фронтами в моменты открытия тиристора, и следовательно, имеет большой уровень высокочастотных гармоник. Это ведёт к появлению импульсов напряжения большой амплитуды на жале (ёмкостная наводка через ёмкость нагреватель — жало), способных вывести из строя многие полупроводниковые приборы и микросхемы, особенно это относится к приборам с изолированным затвором.

Также возрастает вероятность пробоя изоляции между нагревательным элементом паяльника и жалом, особенно если она слюдяная.

Паяльные станции

При сборке электроприборов и электронных устройств в промышленности и лабораторных условиях используются паяльные станции, предоставляющие дополнительные возможности и удобства для пайки, в первую очередь, термостатирование жала паяльника с возможностью оперативной установки различных значений температуры. Кроме того, существуют паяльные станции для пайки горячим воздухом или ИК-излучением, демонтажа (оснащенные отсосом припоя), с устройствами автоматической подачи припоя и флюса и т. п.

Устройство стержневого паяльника

Конструкция наиболее распространенного в быту варианта электропаяльника представляет собой металлический кожух, снабженный пластмассовой или деревянной рукояткой, в который помещен трубчатый нагревательный элемент (нагреватель). Внутрь нагревателя одним концом помещен сменный, обычно медный стержень («жало»), заточенный на выступающем наружу конце под конус или двугранный угол. Выступающий конец жала — рабочий конец, залуживается.

Нагреватель представляет собой намотанную на трубку из керамики или металлическую трубку обёрнутую листовой слюдой проволоку из нихрома или другого сплава с высоким удельным сопротивлением и устойчивостью к окислению при высокой температуре.

В современных паяльниках такого типа иногда используется пленочный нагреватель, напыленный на керамическое трубчатое основание, либо керамический объемный нагреватель. Нагреватель подключен к токоведущему шнуру, проходящему сквозь ручку и подключаемому к сети или понижающему трансформатору.

Существует вариант конструкции, в котором внутрь нагревательного элемента помещен металлический сердечник, снабженный резьбовым отверстием, в которое ввинчивается сменное жало.

Работа со стержневым паяльником

После включения и нагрева конца жала свыше температуры плавления припоя (около 5—6 минут) паяльник готов к работе.

Перед пайкой на соединяемое место наносят флюс, растворяющий окисные плёнки на поверхности деталей, что обеспечивает лучшее смачивание поверхности металла припоем.

В качестве флюса для пайки мелких деталей из меди и сплавов на основе меди, лужёных стальных деталей часто используется канифоль или её спиртовый раствор. Для других металлов и сплавов могут использоваться иные (активные) флюсы, например, ортофосфорная кислота или водный раствор хлорида цинка. После пайки с применением активных флюсов паяный шов тщательно отмывают от остатков флюса, во избежание коррозии.

При пайке электронных (например, печатных плат) и электрических приборов активные флюсы не применяют, так как даже следы неотмытого флюса, из-за его электропроводности и гигроскопичности, могут полностью нарушить работу устройства. При пайке этих устройств применяют неэлектропроводные флюсы, наиболее популярны канифоль или спирто-канифольный флюс.

При первом включении новый, ранее не включавшийся паяльник дымит с характерным запахом гари, что проходит через несколько минут. Это не является признаком неисправности и происходит из-за выгорания клейкой ленты или клейкого слоя, которым были склеены листы слюды при изготовлении нагревателя и следов смазки на деталях паяльника. Некоторые виды изделий в процессе изготовления покрываются специальной краской, предохраняющей металлический кожух от коррозии во время хранения в торговой сети и на складах. Такая окраска легко удаляется после первичного прогревания.

Мощность и рабочая температура жала некоторых паяльников со временем незначительно падают, так как происходит поверхностное окисление проволоки нагревательного элемента, что вызывает уменьшение её сечения. Для компенсации этого диаметр проволоки при изготовлении паяльника изначально выбирают немного большим^{[источник не указан 1613 дней]}, а для поддержания нужной температуры, при ответственных пайках, используют внешний регулятор напряжения, например, автотрансформатор или реостат или термостатируют жало регулятором температуры.

Паяльник с внутренним нагревателем

В основе конструкции — миниатюрный нагревательный элемент, помещаемый в отверстие, высверленное в жале. Таким образом, он максимально приближен к точке пайки, а потери тепла сведены к минимуму. Часто в качестве нагревательного элемента используется пленочный нагреватель на керамической подложке, помещенный в герметичный корпус из теплопроводной керамики. Достоинствами такого нагревателя являются продолжительный срок службы и надежная изоляция жала. Такие паяльники обычно снабжаются датчиком температуры и используются в составе паяльных станций.

Импульсный паяльник

Импульсный паяльник — одна из разновидностей бытового паяльника, представляет собой инструмент в форме пистолета, на конце которого находятся 2 электрических контакта и почти всегда источник подсветки зоны пайки. Контакты соединены со вторичной обмоткой трансформатора, расположенного в корпусе паяльника, причем эта обмотка имеет всего 1 или 2 витка из толстого медного провода. К зажимам контактов присоединен кусок толстой (1—2 мм) медной проволоки длиной 3—5 см, являющейся одновременно нагревательным элементом и жалом паяльника. При включении инструмента клавишей, расположенной на корпусе, ток вторичной обмотки, достигающий несколько десятков ампер, быстро, за несколько секунд, разогревает медную проволоку до рабочей температуры. В импульсных паяльниках вместо массивного трансформатора, работающего на промышленной частоте (50—60 Гц), используется импульсный электронный преобразователь, с частотой преобразования в десятки кГц, что позволяет уменьшить их массу и габариты и сделать их использование значительно более удобным.

Индукционный паяльник

В индукционных паяльниках нагрев жала осуществляется путём подведения к нему энергии в виде высокочастотного электромагнитного поля, создаваемого катушкой-индуктором. Внутри жала расположен ферромагнитный сердечник, нагревающийся за счет потерь на гистерезис и, в меньшей степени, за счет вихревых токов. В таких паяльниках нагревается только жало, что позволяет сделать паяльник предельно легким и миниатюрным. Термостабилизация таких паяльников может осуществляться как традиционным способом (с помощью термопары или терморезистора, контактирующего с жалом), так и путём выбора материала ферромагнитного сердечника с температурой Кюри, равной необходимой температуре жала. При достижении этой температуры сердечник теряет свои ферромагнитные свойства и подвод энергии за счет перемагничивания прекращается. Индукционные паяльники являются составной частью паяльных станций.

Долговечное жало

Долговечное (long life, "несгораемое") жало — жало, произведенное по композитной технологии, основа покрыта слоем электролитически осажденного железа, рабочая часть жала электрохимически покрыта слоем олова (что обеспечивает облуживаемость), остальная поверхность — хромирована. Такие жала могут при соблюдении ряда предосторожностей работать длительное время без разрушения рабочего конца, даже если они весьма миниатюрны или имеют сложную форму. Медное жало паяльника при всех своих достоинствах (высокая теплопроводность, легкость лужения, дешевизна, доступность) имеет и недостаток — оно при работе окисляется («обгорает»), а рабочая поверхность растворяется в припое, из-за чего его форма нарушается и оно требует регулярной заточки. Это не составляет проблемы при большом диаметре жала или для традиционных сфер применения, таких, как слесарное дело, автомобильное дело, однако делает изношенное миниатюрное медное жало не столь удобным для работы с сверхминиатюрными SMD-компонентами.

Широкое употребление необгораемые жала получили благодаря массовости импорта на рынок в комплекте с бытовыми паяльниками и паяльными станками для SMD-компонентов. Использование таких жал стало обычной технической практикой при обработке современных сборочных плат, содержащих сверхминиатюрные компоненты поверхностного монтажа как на производстве, так и в любительской практике.

На данный момент по композитной технологии массово выпускаются стержневые жала конической формы, клинообразные и скошенные.

Обработка сверхминиатюрных SMD-компонентов в составе паяльного станка производится обычно с применением специально разработанных композитных (долговечных) жал. Для них, помимо композитной технологии, характерна умеренная теплоёмкость, что является целесообразным с точки зрения предотвращения повреждения компонента и проводников монтажной платы. Умеренная теплоёмкость обычно компенсируется наличием мощного управляемого нагревателя в составе паяльника, который позволяет восстановить рабочую температуру жала к моменту пайки в следующей точке и наличием периферического подогрева платы феном или иным излучателем тепла. Для пайки деталей, отличных от SMD (таких, как, например, выводы элементов навесного и пространственного монтажа), с такими станками следует применять более теплоемкие быстросменяемые жала-насадки, отсутствием которых, как правило, страдают комплектации паяльных станков нижнего ценового диапазона.

При пайке долговечным жалом необходимо соблюдать ряд предосторожностей. Многослойное покрытие на его поверхности нельзя подвергать воздействию абразивов (а тем более, пытаться зачистить напильником!), нельзя также прикладывать к жалу усилия (например, отгибать им загнутые выводы деталей). Нельзя допускать окисления рабочей кромки жала — это приведёт к тому, что его не удастся залудить. Поэтому не следует длительно превышать температуру 300' C, при перерыве в работе нужно очистить жало специальной влажной вискозной губкой, набрать на него каплю припоя и выключить паяльник или снизить его температуру. Жало вообще нельзя оставлять «сухим» на длительное время. Не следует допускать скопления на жале обгоревших остатков флюса и шлака. Жало может почернеть и выйти из строя при контакте с некоторыми пластмассами и лаками, используемыми для покрытия печатных плат. Не следует касаться жала руками. Испорченное (но с неповрежденным покрытием) долговечное жало иногда может быть «реанимировано» при использовании активного флюса и медной стружки. Существуют специальные средства — «активаторы жала», которые представляют собой как раз активный флюс (обычно хлорид аммония с добавками). Вместе с тем при работе с долговечными жалами следует избегать чересчур активных флюсов.

Интересные факты

• Иногда паяльники комплектуются специальными насадками на жало, которыми можно производить резку и сварку пластиков, например, полиэтиленовой плёнки.
• Специально производимые жала типа «мини-волна» скошенной формы с каверной на поверхности скоса с успехом применяются для осуществления операции пайки многовыводных компонентов поверхностного монтажа с малым шагом выводов. Пайка протяжкой с подачей припоя становится гораздо более эффективной по сравнению с жалом скошенной формы. Применение композитной технологии позволяет регулярно использовать такое жало в том числе и в условиях малой ремонтной мастерской, так как исполненное из меди такое жало при протяжке капли-«волны» по группе выводов царапало бы плату, цепляло и гнуло выводы, так как каверна росла бы и имела неправильные, острые грани.

Ссылки

• Паяльник — статья из Большой советской энциклопедии. 
• http://www.russika.ru/ef.php?s=4258