Пая́льник або лютівни́кГаніткевич, Марія. Російсько-український словник з інженерних технологій: Понад 40 000 термінів. 2-е вид. / Марія Ганіткевич, Богдан Кінаш. – Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2013. – 1024 с. — найпростіший ручний інструмент (після розігрітої викрутки) для контактного нагріву об'єктів шляхом передачі їм тепла від розжареного твердого тіла. Призначений для здійснення операцій лудіння поверхонь та спаювання деталей шляхом локального паяння. Конструктивно складається з нагрівального робочого органу («жала») та теплоізольованої ручки. Теплові характеристики типових паяльників, дозволяють використовувати їх для виконання паяльних робіт з вживанням лише м'яких припоїв. Перші конструкції подібних інструментів могли бути відомі ще за часів бронзової доби. В наш час, до типових сфер поширення паяльників відносяться галузі електротехніки, електроніки, приладобудування та засобів зв'язку. Тут вони в основному використовуються при здійсненні монтажних та ремонтних робіт, а інколи і в умовах виробництва. Але варто зазначити, що у сучасному масовому виготовленні продукції широко застосовуються інші засоби паяння, такі як , та . За допомогою великих та потужних паяльників можна з'єднувати металеві вироби з листових матеріалів. Інколи паяльники використовуються для зварювання пластмас (зокрема, пластикових труб) та у пірографії. Конкретні прийоми роботи з паяльником залежать як від його конструкції, так і від типу виконуваних ним робіт, а також від вигляду спаюваних деталей і застосованих паяльних матеріалів. Найпоширенішим сучасним типом паяльників є звичайний електричний паяльник.
Класифікація паяльників
Існує багато різновидів паяльників і їх можна класифікувати за різними властивостями та характерними ознаками, зокрема: за потужністю, методом розігріву (постійний або періодичний), джерелом нагріву (електричні, газові, на рідкому паливі), зовнішнім виконанням (класичні, паяльні пінцети, пістолети, паяльні станції та ін.), призначенням, тощо.
На підставі конструктивних особливостей, паяльники бувають: Із змінним паяльним стрижнем. В них реалізовано можливість швидкої заміни відпрацьованого жала на нове, або встановлення жала іншої форми відповідно до виконуваних робіт. Даний різновид паяльників рекомендується для застосування в радіомонтажі та приладобудуванні; Із незмінним стрижнем. Відзначаються спрощеною конструкцією та низькою вартістю. Зазвичай, такі паяльники є одноразовими і у випадку виникнення несправностей їх ремонт не передбачається.
На підставі методу нагріву, існують паяльники: Непрямого нагріву; Безперервного нагріву; Форсованого нагріву; Імпульсного нагріву; Терморегульовані;
За потужністю електричні паяльники поділяються на: Малопотужні (6–30 Вт). Використовуються для паяння дуже тонких провідників та дрібних деталей, наприклад, струмознімачів із дорогоцінних металів; Середньої потужності (30–100 Вт). Придатні для паяння монтажних з'єднань. Наприклад, з'єднання об'ємом 0,1 см3 (провідники діаметром до 1 мм) можна спаювати паяльниками потужністю 60–80 Вт із жалом 10–12 мм; Потужні (більше 100 Вт). Застосовуються при пайці товстих провідників діаметром 5–7 мм. На практиці, максимальна потужність електричних паяльників, зазвичай, не перевищує 300 Вт, але в окремих випадках може досягати 500 Вт.
За компонуванням паяльники поділяються на: Молоткові. Їх зручно використовувати для паяння відкритих швів, наприклад при з'єднанні монтажних планок, кінчиків проводів, штепсельних роз'ємів, при паянні металевих кожухів, тощо. Таке компонування мають в основному лише масивні та потужні паяльники; Торцові. Застосовуються при паянні з'єднань в умовах обмеженого простору, наприклад, в середині приладу або на платах із щільним монтажем радіодеталей. Рекомендуються для застосування в радіомонтажі та приладобудуванні. Вони дозволяють зручно працювати у важкодоступних місцях, там, де використання молоткового паяльника є неможливим; Кутові. Даний різновид являє собою проміжний варіант, у якому жало паяльника зорієнтоване по відношенню до його ручки під деяким кутом, меншим 90°. В окремих моделях застосовується змінне мідне жало збільшеної довжини, яке проходить крізь нагрівальний елемент. Це дає користувачу змогу поступово просувати жало вперед по мірі його скорочення внаслідок регулярних запилювань і зачисток. Така конструкція сприяє зменшенню витрат міді.
Принцип роботи Важливими перевагами паяльників над усіма іншими паяльними засобами є здатність забезпечувати строго локальний нагрів та швидку передачу тепла у зону паяння. Робочий орган паяльника (жало) виготовляється з металу із високою теплопровідністю та теплоємністю, завдяки чому, акумульоване у ньому тепло, через точку дотику, дуже швидко перетікає до спаюваних деталей. Інші паяльні засоби, які здійснюють нагрів через струмінь розжареного газу (наприклад паяльна лампа або термофен), забезпечують більш повільну теплопередачу, оскільки гази мають значно гіршу теплопровідність ніж метали. В результаті, процес паяння може займати тривалий час, що призводить до значного нагріву не тільки зони паяння але і оточуючих ділянок.
В точці дотику паяльника, відбувається швидкий розігрів спаюваної деталі, який супроводжується одночасним охолодженням самого паяльника. В момент вирівнювання їх температур, розігрів зони паяння припиняється, і спаювана деталь разом із жалом паяльника може почати охолоджуватися, за рахунок власного розсіювання тепла. Усі ці процеси тривають певний час, який залежить від теплоємності та теплопровідності не тільки паяльника, але і спаюваних деталей, а також від якості теплового контакту між ними і потужності тепловиділення нагрівача паяльника (якщо він є). Цей час має бути достатнім для нагріву поверхонь деталей вище температури топлення припою, а рідкий припій при цьому, має встигнути розтектися по поверхнях деталей, змочити їх, і вступити з ними у надійний контакт.
У цілому, температура паяльника тим стабільніша, чим більшою є його теплоємність і, відповідно, маса. Тому із збільшенням маси паяльника зростає і загальна продуктивність процесу паяння внаслідок скорочення витрат часу на здійснення його періодичного нагріву, а також завдяки покращенню якості паяних швів. Але водночас, виникає потреба у застосуванні більш потужних джерел тепла, оскільки зі зростанням теплоємності паяльника збільшується і тривалість його початкового розігріву до робочої температури.
Застосування Вибір паяльника здійснюється відповідно до виконуваних ним робіт. Форма його жала має відповідати формі спаюваного з'єднання, а вага та потужність мають узгоджуватися із розмірами та товщиною спаюваних виробів. Необхідно враховувати, що кількість тепла, яка потрібна для розігріву з'єднуваних деталей, зростає разом із збільшенням їх маси і теплопровідності. В той же час, акумульованого у паяльнику тепла повинно бути достатньою для того, щоб при виконанні пайки він сильно не охолоджувався і був здатний витримувати більш-менш рівномірну температуру.
Масивні деталі із значною теплопровідністю потрібно паяти великим, потужним паяльником. Загалом, маса паяльників може досягати 5 кг, однак, в більшості випадків вона рідко перевищує 2 кг, оскільки її обмежують вимоги зручності користування. Отже обмеженими виявляються також маса і розміри деталей, придатних для спаювання. В основному, сфера застосування паяльників зупиняється на паянні і лудінні м'якими припоями металевих виробів, виготовлених з не дуже товстих листових матеріалів. Для спаювання більш масивних деталей використовуються паяльні лампи та інші засоби. Можливості паяльника можна дещо розширити, якщо в процесі паяння здійснювати додатковий підігрів деталей зовнішніми джерелами тепла.
У галузях електротехніки та електроніки в основному використовуються електричні паяльники малої та середньої потужності. Однак, інколи, потрібними виявляються і високопотужні паяльники, наприклад, при паянні радіаторів, металевих кожухів або корпусів. Для спаювання електронних компонентів рекомендується обирати паяльник, здатний здійснювати процес паяння кожного з'єднання не більше ніж за 2 секунди. Його теплоємність та температура мають бути достатніми для того, щоб в межах цього часу забезпечити потрібний прогрів з'єднуваних деталей, припій має встигнути розтектися по з'єднанню, змочити його і затвердіти. Якщо контакт із рідким припоєм перевищує 2 сек., якість спаю може істотно погіршитися. В першу чергу, це може спричинити перегрів компонентів, що збільшує ризики виникнення теплових ушкоджень. Крім того, при надмірній тривалості паяння, флюс вичерпує свої корисні хімічні властивості і утворює велику кількість залишків, які можуть забруднювати з'єднання. Також варто брати до уваги, що рідкий припій має тенденцію до розчинення в собі металів із якими він вступає у контакт. Як наслідок, при тривалому знаходженні у рідкому стані, в припої значно зростає кількість сторонніх речовин і суттєво змінюється його хімічний склад, а при наступному затвердінні, в ньому утворюються інтерметалічні сполуки, які у більшості випадків істотно погіршують фізичні якості спаю. З іншого боку, при паянні електронних компонентів, застосовувати потужні паяльники без терморегуляції із високою теплоємністю, також не рекомендується. Їх жала можуть розігріватися до надмірно високої температури і добре її утримувати. В результаті, каніфольний флюс буде миттєво згорати з інтенсивним утворенням білого диму, не реагуючи при цьому із матеріалом спаюваних деталей. Ризик теплового пошкодження компонентів також значно зростає. З огляду на подібні ускладнення, в галузі електроніки рекомендується застосовувати терморегульовані паяльники.
Перед початком паяння потрібно переконатися, що жало паяльника у своїй робочій частині (на кінчику) має рівну та чисту поверхню. Оскільки шари оксидів на жалі і спаюваних деталях, а також прошарок повітря між ними, мають низьку теплопровідність, тому в процесі паяння, якісний тепловий контакт відбувається виключно через рідкий припій. Для забезпечення потужного перетоку тепла від паяльника до місця паяння, його жало на ділянці дотику має бути суцільно вкрите рідким припоєм (залуджене). У разі необхідності, жало треба відповідним чином підготувати (див. залудження жала паяльника).
Після вмикання, паяльнику потрібен певний час для досягнення робочої температури, який для паяльників безперервного нагріву може становити від 3 до 10 хвилин. Підготовлений пальник, зазвичай, залишається увімкнутим в електромережу і знаходиться у розігрітому стані впродовж усього сеансу роботи. При цьому, його не можна класти на стіл або іншу найближчу поверхню, оскільки паяльник при цьому швидко охолоджується, забруднюється і може травмувати робітника або пошкодити оточуючі предмети і спричинити пожежу. Для тимчасового утримання розжареного паяльника існують спеціальні підставки.
При пайці з використанням роздільних паяльних матеріалів, флюс та припій можуть подаватися окремо. При цьому, за допомогою паяльника здійснюється початковий нагрів флюсу, із подальшим піднесенням припою. В результаті, розплавлений припій змочує жало, пристає до нього, після чого, вкриті флюсом краплі припою переносяться на ділянку паяння. Можуть застосовуватися також спеціалізовані паяльні матеріали, такі як трубчатий припій або паяльна паста, у яких флюс об'єднано із припоєм на етапі виробництва. При пайці з'єднань трубчатим припоєм, рекомендується спочатку внести паяльник на ділянку з'єднання і доторкнутися жалом до тієї деталі, яка має більшу теплоємність. Одразу після цього, у точку дотику між жалом і деталлю, подається кінчик припійної трубки. Варто зазначити, що трубчатий припій призначений спеціально для здійснення ручного паяння із використанням паяльника, і він з успіхом застосовується в галузях електротехніки та електроніки з першої половини XX ст.