При составлении и монтаже электрической цепи бывает необходимо соединить ее части и элементы, используя для этого клеммы, зажимы, штепсельные вилки и гнезда, упорные и нарезные контакты и другие специальные приспособления, а иногда и просто скручивая оголенные концы соединительных проводов. Даже в простой электрической цепи карманного фонарика вы насчитаете около десятка таких соединений. А ведь мы с вами конструируем модели, приборы и игровые устройства с гораздо более сложными электрическими цепями: в них последовательно или параллельно могут быть соединены несколько батареек и лампочек, реостаты и другие элементы. Здесь количество подобных соединений достигает иногда трех-четырех десятков и более.
А электрические цепи современных радиоприемников, магнитофонов, телевизоров содержат сотни и даже тысячи соединенных между собой деталей.
И каждое из этих соединений должно быть не только механически прочным, но и обеспечивать надежный электрический контакт.
Как же обеспечить прочность и надежность многочисленных соединений элементов и деталей в сложных электрических цепях?
Одним из наиболее широко применяемых способов такого соединения является пайка. При пайке поверхности соединяемых металлических деталей нагревают и затем покрывают расплавленным припоем—специальным легкоплавким сплавом. Припой заполняет пространство между соединяемыми проводниками и частично растворяется в них. Это обеспечивает после затвердевания припоя механическую прочность и хорошую электрическую проводимость места соединения.
Для пайки деталей из жести, меди и латуни используют припои, представляющие собой сплав олова со свинцом или олова со свинцом и висмутом. Наиболее часто применяют оловянно-свинцовые припои марок ПОС-40 и ПОС-60 (соответственно с 40- и 60-процентным содержанием олова), а также оловянно-свинцово-висмутовый припой ПОСВ-ЗЗ. Припой ПОС-40 плавится при температуре 235 °С, а ПОС-60— при 183 °С. Припой ПОСВ-ЗЗ имеет температуру плавления около 130 °С — применяют его для пайки деталей и элементов, не допускающих перегрева.
Припой можно купить в магазинах электротоваров. Он поступает в продажу в виде прутков или проволоки диаметром 2—2,5 мм. '
Поверхности спаиваемых деталей предварительно очищают от грязи и оксидной пленки. Однако при нагреве во время пайки они могут снова покрываться тонким слоем оксидов, что ухудшает качество соединения. Чтобы этого не произошло, при пайке применяют флюсы—вещества, защищающие поверхность спаиваемых деталей от дальнейшего окисления. Наиболее распространенным флюсом является канифоль. Ее можно приобрести в магазине хозяйственных товаров.
Главный ваш инструмент при пайке соединений электрических цепей —паяльник. Ознакомимся с его устройством и действием. (подробнее - смотреть тут)
Электрический паяльник — это «родной брат» электрического утюга, плитки, чайника и других бытовых электронагревательных приборов. Действие таких приборов основано на выделении большого количества теплоты при прохождении электрического тока. Основная часть паяльника (рис. 1)—медный стержень 1 с заостренным концом — «жалом», вставленный в металлическую трубку 2, вокруг которой расположен нагревательный элемент 3 (нихромовая спираль в оболочке из жаропрочной изоляции—слюды или керамики). Концы спирали нагревательного элемента присоединены к медным изолированным проводам — шнуру 4, который выведен через полую пластмассовую ручку 5 и заканчивается штепсельной вилкой 6. Нагревательный элемент закрыт сверху кожухом 7.
При включении паяльника в электрическую сеть ток проходит через нихромовую спираль и нагревает ее. Выделяющееся тепло передается медному стержню, который нагревается до температуры 300—350 °С. Прикосновениями горячего жала паяльника можно расплавить кусочки припоя и нагреть поверхности спаиваемых деталей до температуры, при которой осуществляется пайка.
Следует иметь в виду, что для работы паяльника штепсельную вилку присоединяют к розетке электрической сети с напряжением 220 В. А при таком высоком напряжении прикосновение к неизолированным токонесущим проводникам цепи связано с опасностью для жизни.
В чем же причина этой опасности?
Дело в том, что тело человека — хороший проводник электричества. Поэтому, когда человек касается проводов, соединенных с различными полюсами источника тока, по его телу начинает проходить электрический ток. Если напряжение источника тока мало—9—12 В, то сила тока не превышает одной тысячной доли ампера, что почти не ощущается человеком (он может чувствовать лишь слабый зуд или легкое покалывание). Но при более высоких напряжениях сила тока, протекающего по телу человека, может оказаться значительно большей и вызвать тяжелое поражение нервной и сердечно-сосудистой системы. Установлено, что уже ток 0,05 А является очень опасным, а при силе тока 0,1 А человек погибает от паралича сердца. Прикосновение же к проводам, которые находятся под напряжением 220 В, может вызвать в теле человека и гораздо большие токи. Вот почему, имея дело с любыми электрическими приборами, включенными в городскую электрическую сеть, следует всегда помнить об указанной опасности, быть внимательным и соблюдать осторожность.
У исправных электрических приборов все провода и другие токонесущие элементы надежно закрыты и защищены изоляцией. Но с течением времени эта изоляция по тем или иным причинам может быть повреждена и тогда оголенные участки электрической цепи становятся доступными случайному прикосновению. Поэтому состояние изоляции необходимо регулярно и тщательно проверять и ни в коем случае не работать с прибором, если она неисправна.
Это важное правило работы с электрическими приборами полностью относится и к работе с электрическим паяльником.
Кроме опасности поражения электрическим током, в неосторожном обращении с паяльником таится другая опасность — опасность ожогов и пожаров. Металлический кожух и медный стержень паяльника нагреваются до высокой температуры. Об этом нужно всегда помнить. Держать нагретый паяльник следует только за пластмассовую ручку. Необходимо следить за тем, чтобы хлорвиниловая изоляция проводов, по которым подводится к паяльнику ток, случайно не коснулась горячего кожуха или стержня, ибо при таком соприкосновении изоляция расплавится и может произойти короткое замыкание.
Класть паяльник в перерывах между пайками можно только на основание из невоспламеняющегося материала: асбеста, керамики и т.п. Но лучше сделать специальную подставку для паяльника, предусмотрев в ней не только место для удобного его расположения, но и небольшие углубления для необходимых при пайке материалов — припоя и канифоли. Простейшая конструкция такой подставки показана на рисунке 2. Ее основание можно изготовить из дерева, опору-держатель — из толстой проволоки.
Нельзя обойти молчанием и то обстоятельство, что пары припоя и флюса, образующиеся при пайке, оказывают вредное воздействие на организм человека. Поэтому нельзя непрерывно заниматься пайкой в течение длительного времени, а в перерывах не забывайте хорошо проветривать помещение.
Перед пайкой прибор следует подготовить к работе. С помощью напильника рабочую часть его — жало — надо сточить под углом 30—45° и зачистить. Затем его необходимо залудить.
Для этого включают паяльник в сеть и, когда он слегка нагреется (через 1—2 мин), покрывают жало слоем флюса, прижав его к кусочку канифоли. Растекаясь по поверхности жала, канифоль предохраняет его от окисления при дальнейшем нагревании. Как только жало нагреется до температуры плавления припоя (это можно определить, касаясь им кусочка припоя), рабочую поверхность его покрывают припоем.
Обратите внимание на то, что перегрев паяльника перед покрытием жала канифолью недопустим. Если все-таки по какой-либо причине паяльник перегреется и защищенная часть его покроется темно-синим налетом оксида меди, то его следует выключить, остудить и вновь зачистить, а затем приступить к залуживанию сначала.
Подготовленные к спаиванию поверхности металла должны быть тщательно очищены от оксидов и жиров и залужены. Зачищают места пайки ножом, наждачной бумагой или напильником. При залуживании на поверхность металла вначале наносят слой флюса, а затем горячим паяльником с небольшим количеством припоя на жале несколько раз проводят по залуживаемой поверхности, помогая припою растекаться и смачивать ее тонким и ровным слоем.
При пайке монтажных соединений на место спая сначала наносят слой флюса. Затем к этому месту одновременно прикладывают припой и жало паялника. Пруток припоя держат в левой руке, а ручку паяльника - в правой.
Расплавленный припой можно переносить на место пайки и жалом паяльника. Для этого его предварительно на долю секунды окунают в канифоль и берут каплю припоя. Количесвто припоя, необходимое для пайки, должно быть минимальным. Припой должен заливать место соединения со всех сторон.
При пайке важен и уход за паяльником. Поверхность его жала должна быть ровной, очищенной от нагара (оксида) и хорошо залуженной. Паяльник должен быть нагрет до необходимой температуры, зависящей от марки припоя. Нормальным считается такой температурный режим, при котором припой быстро плавится, но не стекает с жала паяльника; канифоль не сгорает мгновенно, а остается на жале в виде кипящих капелек. Перегрев паяльника недопустим, так как это приводит к окислению жала и появлению на нем раковин. Но и недостаточно нагретым паяльником работать тоже нельзя: соединения получаются непрочными и ненадежными.
Теперь, принимая во внимание все наши советы и рекомендации, потренируйтесь в пайке, соединив этим методом отрезки медных проводов диаметром 0,8—1,5 мм.
Сначала с концов проводников удалите изоляцию. Затем концы зачистьте ножом на длину 8—10 мм и залудите. После этого концы проводников приложите один к другому и спаяйте.
При качественной пайке припой покрывает место спая ровным слоем с гладкой и блестящей поверхностью. Неровная и зернистая поверхность места спая — признак недостаточного прогрева спаиваемых деталей.
Хорошим тренировочным упражнением при практическом освоении пайки может быть спаивание разнообразных фигур из отрезков медных проводов. Сначала изготовьте таким образом несколько геометрических фигур и тел: квадрат, треугольник, куб, пирамиду и т. п. Затем попробуйте из отрезков медной проволоки смонтировать фигурки животных и героев сказок: Буратино, Чебурашку, крокодила Гену и др. Образцы таких фигурок показаны на рисунке 3. Оригинальные изделия такого рода могут украсить интерьер вашей квартиры; вы можете подарить их в качестве сувениров своим друзьям. И, конечно же, это поможет вам приобрести навыки в пайке, необходимые для монтажа электрических цепей в изготавливаемых вами моделях, приборах и других устройствах.
