Год назад американский производитель оборудования для ручной пайки OK International Inc. анонсировал появление в своей линейке моделей Metcal (Меткал) GT-90 и GT-120. Мировой кризис и трудности в электронной промышленности осложнили выпуск новых моделей. Но летом 2021 станции появились на складах продавцов в США, а потом и в Европе и России.
Ретроспектива индукционного нагрева
История индукционных паяльных станций METCAL началась в прошлом веке. В 1984 компания представила первую серийную модель STSS-001, которая не получила широкого распространения из-за своей сложности как в изготовлении, так и в использовании.
Первой народной станцией стала и остаётся METCAL MX-500. Паяльник использовал передовые сменные наконечники-картриджи со встроенным индукционным нагревателем. Эти картриджи были сложнее жала из медной болванки, но не сложнее современных композитных жал с резистивным нагревателем от других производителей.
Не смотря на сложность сменного картриджа и электроники паяльной станции индукционные паяльники поражали своей теплопередачей. Формально преимущество заключалось в том, что индуктор нагревал медное тело наконечника напрямую, и практически вся мощность нагревателя незамедлительно передавалась на кончик жала и в точку пайки. А субъективно работа станции отличалась приятным запасом мощности и быстрым аккуратным нагревом припоя. Все это сочеталось с лёгким и тонким паяльником. Станции MX-500 до сих пор работают на заводах и в мелких мастерских по всему миру, а картриджи все ещё выпускаются в неизменном виде. Именно такими, какими их создали в 90-х.
У такой совмещённой конструкции наконечника есть только один недостаток. В угоду малой массе наконечника и скорости реакции нагревателя такие картриджи работают на фиксированной температуре. Если нужна температура жала выше или ниже, придётся приобрести другой наконечник с другой температурой. Такое термоуправление основано на точке Кюри покрытия из ферромагнитного сплава на теле жала картриджа.
С 2003 по 2008 METCAL выпустили ещё две серии станций и обновлённую версию станций MX. За это время арсенал пополнился различными паяльниками, термопинцетами, вакуумными паяльниками и инструментами для работы под микроскопом. В 2017 появилась станция CV, основанная на MX-5000, но с модифицированными наконечниками-картриджами. В каждый картридж встроили цифровой чип с идентификационными данными о геометрии и тепловых характеристиках наконечника.
Индукционный картридж получился настолько удачным, что паяльная станция METCAL не менялась по сути. Изменения ограничивались только модернизациями электронной части станции, эргономики рукоятки паяльника.
Индукционный нагрев против резистивного
Нагреватели паяльников и термофенов производят тепло одним из двух путей. Самый распространённый - резистивный нагрев. Это простой и недорогой в производстве метод. Большой ток под низким напряжением нагревает тонкий проводник. А проводник передаёт энергию жалу.
Температуру контролирует термодатчик, расположенный между нагревателем и паяльным наконечником.
За температурой следит микропроцессор в блоке питания и сравнивает её с заданной пользователем. Разница температур используется для управления силой тока в нагревательном элементе.
Преимущества резистивного нагревателя:
- Простые нагреватели или наконечники-картриджи
- Регулировка температуры
- Простая электроника станции. Напряжение питания нагревателя постоянное и низкое.
- Приемлемая производительность на малых и средних нагрузках
Недостатки резистивного нагревателя:
- Тепло возникает в проволоке или пленосном проводнике. Оно проходит длинный путь до кончика жала. Между проволокой и телом жала нужен изолятор, например, керамика. На стыках материалов есть потеря теплопроводности.
- Склонность к перерегулированию, как следствие
- Недостаточная производительность на высоких нагрузках
Индукционный нагреватель создаёт вокруг хвостовика жала переменное магнитное поле. Оно наводит в ферромагнитном покрытии жала поверхностные вихревые токи. Они и нагревают непосредственно тело наконечника.
Рабочая температура нагревателя сплава зависит от его металлургического состава (точка Кюри). По достижении точки Кюри нагревателя магнитные свойства нагревателя теряются, и ток больше не может течь, позволяя нагревателю остыть. При охлаждении магнитные свойства нагревателя возвращаются, и процесс нагрева начинается снова. Этот цикл нагрева / охлаждения происходит в диапазоне микросекунд и непрерывно повторяется для регулирования температуры. Этот саморегулирующийся процесс нагрева известен как технология SmartHeat®.
Преимущества индукционной станции:
- Тепло возникает на поверхности тела жала. Минимальная теплопроводность. Наконечник быстро нагревается.
- Можно сделать маленький наконечник с низкой теплоёмкостью, если нужно.
- Серебряная обмотка индуктора нагревается незначительно и долго служит
Недостатки станции с фиксированной температурой:
- Чтобы изменить температуру пайки, нужно сменить наконечник
- Сложная электроника паяльной станции
- Лучше подходит для высоких нагрузок
Прямой нагрев наконечника быстрее восстанавливает его температуру. Индуктору проще поддерживать нужную температуру. И наконечник всегда успевает нагреться при переходе к следующей точке пайки. Пайка индукционной паяльной станцией той же мощности, что станцией с резистивным нагревателем, всегда будет быстрее и комфортнее.
Индукционный нагрев с регулировкой температуры
Паяльные станции для ручной пайки METCAL™ серии GT используют преимущества индукционного нагревателя и точной регулировки температуры с обратной связью. Конструкция и программное обеспечение запатентованы.
В этих системах используется быстрый индукционный нагрев жала вихревыми токами. Но сплав нагревателя сделан таким, чтобы его Точка Кюри была очень высокая. Настолько высокая, что нагреватель никогда её не достигнет.
Контроллер в блоке станции генерирует ток высокой частоты (около 465 кГц). На такой частоте глубина проникновения поверхностных токов в тело наконечника примерно 51 микрон. В таких условиях тепло генерируется максимально эффективно и легко проникает в тело жала. Получается система с высокой теплопередачей.
В 2020 METCAL представил индукционные паяльные станции с регулировкой температуры GT-90 и GT-120. Инженеры Меткал взяли за основу проверенный индукционный нагреватель и добавили термопару для контроля температуры. Паяльник сохранил все преимущества индукционного нагревателя. Но теперь монтажник может сам выбрать нужную температуру жала без смены наконечника, как это было в станциях с картриджами с «Точкой Кюри».
Станции различаются только мощностью. Младшая модель выдаёт до 90 Ватт, а старшая до 120 Ватт, что соответствует их названиям. Обе станции поместили в антистатический прочный металлический корпус. И вынесли блок питания в отдельный узел, чтобы станция не занимала много места на столе. Дисплей сделали монохромным, но добавили большие кнопки, по которым трудно промахнуться.
Монтажник легко обновит микропрограмму управления через USB порт на задней стенке корпуса станции. METCAL планирует добавить настраиваемые термопрофили в будущем. Но уже сейчас станция поддерживает все важные функции:
- Ждущий режим со снижением температуры наконечника
- Спящий режим с отключением нагрева
- Блокировка настроек паролем
- Ограничение диапазона температур
- Выбор из трёх предустановленных температур
Ждущий режим станции сработает по таймеру и снизит температуру нагревателя. Его можно настроить в меню, как и температуру ждущего режима. В рукоятку встроили датчик движения. Таймер начинает отсчёт, когда паяльник не двигается. Если паяльник не двигается долгое время, программа отключит нагрев полностью. Это сохранит ресурс наконечников и нагревателя. Но как только вы возьмёте паяльник в руку, наконечник начнёт нагреваться. Из ждущего режима станция выходит на заданную температуру за несколько секунд.
Главное в паяльной станции - паяльник. Пока для серии GT доступны только два паяльника T4 и T6. Один поменьше, второй мощнее и больше в размерах. METCAL предлагает ещё одно приятное нововведение.Теперь паяльники могут работать как со сменными наконечниками картриджами, так и с раздельным жалом и нагревателем. В случае отдельного нагревателя паяльник теряет в эффективности, но наконечники будут значительно дешевле.
Конструкция отдельного нагревателя не отличается от конструкции эффективного индукционного картриджа. Но на конце нагревателя вместо медного непрогораемого жала теперь конусная посадка для сменного наконечника. Внутри кончика нагревателя теперь есть отверстие. В нем находится термопара. Её расположили максимально близко к наконечнику, чтобы станция точнее и быстрее регулировала температуру. В картридже термопара и вовсе вставлена в само жало, и мерит температуру именно жала, а не нагревателя.
METCAL предлагает два размера паяльников для тех, кому нужна аккуратность или мощность. Например, если вы работаете с мелкими компонентами под микроскопом, удобнее работать с паяльником T4. А если приходится паять большие выводные компоненты или даже медные детали, паяльник T6 справится лучше. Если установить в паяльник T6 наконечник-картридж, то при мощности в 120 Вт он будет сравним с классической паяльной станцией мощностью 250 Вт.
Использованная литература.
1. Индукционный и резистивный нагреватель в паяльной станции. Как это работает. Hoa Nguyen, главный технический директор Metcal, OK International, Inc.;
2. Индукционный и резистивный нагреватель в паяльных станциях. Сравнение производительности. Hoa Nguyen, главный технический директор Metcal, OK International, Inc;
3. Презентация METCAL серия GT. Neil Edwards, менеджер по Европейскому рынку Metcal, OK International, Inc.
