内热式电烙铁

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(苏联 И.彼马扎诺夫 П. 季霍米罗夫)一般的电烙铁,都是把电热丝叠绕在铜管上,而烙铁头插入铜管内。这种加热方式,可以叫它做外热式。外热式电烙铁有以下几个较严重的缺点:

1.电热丝绕在外面,表面层的热量向外逸散,加热效率不高。

2.电热丝是叠绕的,中间层的电热丝不易散热,很容易过热而烧坏;

3.由于电热丝绕在外面,电热丝本身还要用铁筒包起来,所以体积较大,焊接机盘内小角落的零件时,很不方便。

图1
图1 🔍原图 (1100×574)

如果把加热部分伸入烙铁头内部,上述缺点基本上可克服。这种内热式电烙铁的构造如图1所示。加热器用一根陶瓷管,上面用表面氧化过的镍丝—圈挨—圈地绕一层。陶瓷管中间开有两个槽(图2甲)或一个槽(图2乙),用来引出电热丝。

图2
图2 🔍原图 (637×337)

这种内热式电烙铁加热效率高,15瓦的内热式电烙铁可以顶45瓦的普通烙铁用。加热时间也缩短了,加热到250℃只要3分钟,而一般烙铁需要六七分钟以上。此外,加热器与烙铁头的温度差较小,例如当用0.1~0.2毫米厚的云母片来作加热器外面的绝缘层时,加热器温度只比烙铁头的高30°~60℃。因此加热器的工作温度要比普通电烙铁的工作温度低,可以延长使用寿命。据试验,这种电烙铁能毫不间断地连续工作数个月。

图3
图3 🔍原图 (429×431)

由于内热式电烙铁传热快,电热丝只有一层,散热均匀。所以可以采用下述强热方法。按照图3加接一个晶体二极管Д\(_{1}\)(图3甲)或一个电容器C1(图3乙),这时110伏的电烙铁便可接入220V的电源。按下电键K\(_{1}\),加热电流就增加到3倍左右,用来焊接大零件,十分方便。但是,要注意只能在进行焊接时才能按下电键,以免烧坏电热丝。晶体二极管可以采用Д7型或ДГ-Ц22型。电容器用密封金属膜纸介电容器(MБГП—2型)。

为了防止烙铁头烧死,可在烙铁头上镀一层铬或铝,或者涂一层银漆(铝质油漆),这些物质的辐射能力较铜小得多。

译者根据原文介绍的资料试制,结果比较满意。我在试制时,先考虑强热功率P强,然后根据强热功率P强、220伏电源按下式计算需要的电阻丝电阻R:

R=\(\frac{220}{^{2}}\)P\(_{强}\)

然后根据I= P\(_{强}\)/220(安)或I=220/R(安)算出I,以便选取电阻丝直径。电流愈大,线径应愈粗。如果用镍铬电阻丝,电流I大于0.2安,线径d应大于0.08毫米。

确定电阻R和线径d后,如果用镍铬电阻丝,可参考下表估算电阻丝长度l(表中所列为1米长的电阻丝在温度为500℃时的电阻),l=RK米。

图4
图4 🔍原图 (444×499)

电阻丝长度l确定后,就可以估算绕组尺寸,烙铁头孔径及孔深。一般选用直径4毫米的磁管作绕组骨架比较合适。这样,可按下式计算出绕组匝数、长度和外直径,

每匝长度L\(_{0}\)=π×4(毫米)

绕组匝数W=\(\frac{l}{L}\)\(_{0}\)

绕组长度L=Wd

绕组外直径D等于骨架直径D\(_{0}\)加2倍电阻丝直径d和2倍云母片厚度T,即D=D0+2d+2T(毫米)。烙铁头孔径应稍大于D,孔深应小于绕组骨架长度,而骨架长度应比绕组长4毫米左右。

计算串联的电容器的电容数值时,按串接电容器后加热器功率降低到强热功率的1/3来考虑(原文为电流降低到强热电流的1/3)。设串接电容器后加热丝部分的功率为P,电压为V\(_{R}\),电流为IR;电容器上的电压为V\(_{C}\),电抗为XC,通过电容器的电流的I\(_{C}\),很明显IC=I\(_{R}\)。计算方法如下:

P=P\(_{强}\)/3; VR=\(\sqrt{PR}\);

I\(_{R}\)=IC=V\(_{R}\)/R,VC=220-V\(_{R}\);

X\(_{C}\)=VC/I\(_{C}\) ;C=10\(^{6}\)/2πfXC=3180/X\(_{C}\)(微法)。

例如设计一只在强热状态为45瓦

(P\(_{强}\)=45)的电烙铁,电源用220伏。

这时:

R=V\(^{2}\)/P\(_{强}\)=(220)2/45=1075欧;

I=V/R=220/1075=0.2安;

选用0.08毫米直径的镍铬丝,查表得每米电阻k为264欧,所以:

l=R/k=1075/264=4.08米

绕组骨架直径D\(_{0}\)选为4毫米,算得绕组尺寸如下:

每匝长度 L\(_{0}\) =π×4=3.14×4=12.6毫米;

绕组匝数W=l/L\(_{0}\)=4080/12.6=324匝;

绕组长度L=Wd=324×0.08=25.92毫米;

骨架长度=L+4=25.92+4=29.92≈30毫米。

选云母片厚度T等于0.1毫米,得绕组外直径

D=D\(_{0}\)+2d+2T=4+2×0.08+2×O.1=4.36毫米。

因此,烙铁头孔径可选为4.5毫米,孔深可选为27毫米。

计算串接电容器的电容量:

P=P\(_{强}\)/3=45/3=15瓦;

V\(_{R}\)=\(\sqrt{PR}\)=15×1075=127伏;

I\(_{R}\)=IC=V\(_{R}\)/R=127/1075=0.118安;

V\(_{C}\)=\(\sqrt{22}\)0\(^{2}\)—V2R=220\(^{2}\)—1272=186伏;

X\(_{C}\)=VC/I\(_{C}\)=186/0.118=1576欧;

C=3180/X\(_{C}\)=3180/1576=2微法。

可选用电容量等于4微法的电容器,工作电压应大于100伏。

以上计算数据,在实际制作时可根据具体情况考虑,可允许有些误差。

如果没有现成的镍铬丝,也可用一只20瓦5千欧左右的线绕电阻,放在火炉中烧,待电阻保护层烧成灰白色像炉灰一样,即可取出,迅速在自来水管下冲洗,即露出完整的电阻丝。把电阻丝拆下,绕在预先准备好了的烙铁加热器骨架上就行了。经过烧制的电阻丝,表面上已有一层绝缘的氧化物,绕制时匝间距离可以减小。注意截取的电阻丝长度要比计算值较长2厘米左右。绕组前半部最好绕密一些,后半部可绕稀疏一些,这样加热器的热量更集中在烙铁头上,效率更好。

如果用晶体二极管代替电容器,从图3甲可以看出,这是一个以电阻为负载的半波整流电路。负载(即电阻丝)上的电压只有电源电压的0.45倍。例如电源电压为220伏,那么电阻丝上的电压只有0.45×220=99伏。如果接入晶体二极管,仍希望烙铁加热器有15瓦的功率,那么电阻丝的电阻值就应选为99\(^{2}\)/15=666欧。这样一来,强热时功率就比上面例子中的增大了,不是45瓦,而是75瓦左右了。二极管可选用ДГЦ-22~ДГЦ-24型或Д7Б~Д7Г型的,安装时可以装在烙铁手柄内,如图4所示。如果用电容器,可设计一个烙铁架,把电容器装在烙铁架上,控制开关仍可装在手柄上,但是要注意加绝缘罩,避免操作时触电,发生事故。电容器应选质量好的,一般电解质电容器不能直接接交流电源,不能用。

图5
图5 🔍原图 (1057×240)

如果不需要强热,可按功率15~25瓦设计,这时加热丝电阻仍可按上述公式计算,只要把P强换成选定的15到25之间的数值就行了。(杨志民 编译)