Piastra per saldatura a rifusione: 5 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

La saldatura di piccoli componenti SMD può essere piuttosto impegnativa, ma il processo può anche essere automatizzato. Questo può essere fatto applicando pasta saldante e cuocendola, sia in un forno (a rifusione) che su una piastra calda (come una piastra di cottura nella tua cucina). In giro per il web ho visto molti forni a rifusione fai da te; secondo me hanno un grande svantaggio: occupano molto spazio. Così ho deciso di costruire invece una piastra riscaldante.

La piastra è completamente programmabile, in modo da poter aggiungere qualsiasi profilo di rifusione. Il processo di reflow è quindi completamente automatizzato. Cominciamo a costruire!

Passaggio 1: parti e strumenti

Parti

• Piastra calda, la mia l'ho presa da un vecchio wok
• Relè a stato solido (SSR)
• Cavo di alimentazione
• Spina di alimentazione USB (spina americana)
• LCD
• Scheda di prototipazione
• Arduino nano
• Intestazioni femminili
• Termocoppia tipo K + amplificatore MAX 6675
• Premi il bottone
• Cavo da USB a mini USB

Utensili

• Morsetti
• Colla per legno
• Taglio laser
• Trapano
• Saldatore

Passaggio 2: il caso

Per il caso abbiamo due opzioni, a seconda della tua piastra. Una prima opzione è modificare l'involucro esistente, questo è fattibile se è abbastanza grande da ospitare un SSR, LCD ecc. Nel mio caso, tuttavia, non c'era abbastanza spazio, quindi ho dovuto progettarne uno nuovo.

La custodia è realizzata in MDF tagliato a laser. A causa della cerniera vivente, questo disegno può essere realizzato solo su un lasercutter: piccole fessure nell'MDF lo rendono in grado di piegarsi. I pezzi possono essere incollati insieme come un puzzle, basta usare abbastanza morsetti. Aggiungi la piastra calda e fissala in posizione (la mia è fissata con viti nella parte inferiore).

È necessario praticare alcuni fori aggiuntivi: uno per il cavo di alimentazione, uno per il pulsante e due per il display LCD. In questo modo, qualsiasi pulsante, lcd, … che hai in giro può essere adattato. Il display LCD può quindi essere avvitato in posizione, insieme al pulsante.

La termocoppia deve essere premuta saldamente contro la piastra calda. Praticare un foro e far passare la termocoppia. Successivamente, dovrebbe essere premuto contro l'MDF. Ho usato una piccola striscia di latta, ma potresti anche usare del nastro adesivo o una fascetta (fai 2 fori vicino al foro della termocoppia e fai passare la fascetta attraverso di essi).

Qualcosa di cui essere consapevoli: ci si potrebbe chiedere se l'utilizzo di MDF in combinazione con una piastra di cottura a 250°C sia una buona idea. In generale non lo è, ma ho fatto in modo che questo non sia un pericolo.

Le parti in MDF toccano solo i piedi della piastra, che sono notevolmente più freschi (max 60°C) rispetto alla parte superiore della piastra. Ovunque, l'MDF e la piastra riscaldante sono separati da un piccolo traferro. Poiché l'aria è un ottimo isolante, l'MDF non si riscalda affatto, figuriamoci prende fuoco. Inoltre, la temperatura è alta solo per pochi minuti, quindi le gambe non possono mai raggiungere la stessa temperatura della cima (non si raggiunge mai lo stato stazionario).

Ho aggiunto il file Fusion 360 in modo che tu possa adattarlo alle tue esigenze. Tieni a mente l'avvertenza di cui sopra quando metti a punto il design per la tua piastra di cottura.

Passaggio 3: elettronica

La parte elettronica di questo progetto è abbastanza semplice, abbiamo solo bisogno di collegare alcuni moduli insieme. L'Arduino riceve la temperatura da una termocoppia, il cui segnale viene amplificato dal MAX6675. Quindi visualizza la temperatura su un display LCD e commuta un relè a stato solido (SSR) se necessario. Tutto è rappresentato nel diagramma.

Basso voltaggio

Dal momento che non assorbono molta energia, possiamo semplicemente collegare tutto ai pin di Arduino e configurare i pin necessari per l'alimentazione e la messa a terra.

A causa di alcune limitazioni di spazio, non è andata così bene come speravo. Ho montato tutto su un piccolo pezzo di perfboard, saldato sul retro dello schermo LCD. Il MAX6675 è stato fissato sul retro con del nastro biadesivo.

L'Arduino è alimentato tramite la porta mini USB, quindi lo colleghiamo tramite un cavo USB al power brick. È una buona idea testare il sistema a questo punto prima di procedere oltre.

Alta tensione

Ora possiamo collegare la piastra stessa. Poiché si tratta di cablaggio di rete, dobbiamo stare molto attenti: assicurati che tutto sia scollegato quando lavori su di esso!

Prima di tutto, dovremmo mettere a terra la piastra per evitare la folgorazione se qualcosa va storto. Spellare il cavo di alimentazione e avvitare saldamente il filo di messa a terra giallo/verde all'involucro.

Successivamente, collegheremo i due terminali della piastra alla rete tramite l'SSR. Collegare il cavo in tensione (il codice colore dipende dal paese) a un lato dell'SSR. Collegare il secondo lato dell'SSR alla piastra riscaldante tramite un filo corto (stesso calibro/diametro del cavo di alimentazione). L'altra estremità della piastra va al filo neutro. Ho aggiunto un'immagine del cablaggio prima di montare la piastra riscaldante nella custodia per chiarire questo punto.

Il cablaggio dell'alimentatore è più semplice: il filo sotto tensione va a un terminale e il neutro all'altro. Sebbene io viva in Europa, ho usato un adattatore di alimentazione americano per questo: i fori nei poli sono molto comodi per attaccare i terminali a forcella.

Questo avvolge l'elettronica, ora lascia esplodere un po' di vita con il codice.

Passaggio 4: programmazione

Il codice è ciò che trasforma uno stupido wok in una piastra a riflusso. Ci consente di controllare con precisione la temperatura e aggiungere profili di riflusso personalizzati.

Profili di riflusso

Sfortunatamente, la saldatura a rifusione non è così semplice come accendere il riscaldatore, aspettare e spegnerlo di nuovo. La temperatura deve seguire un profilo specifico, il cosiddetto profilo di riflusso. Una buona spiegazione può essere trovata qui o in altri posti su interweb.

Il codice consente di memorizzare più profili per soddisfare le diverse esigenze (principalmente saldatura con piombo o senza piombo). Una semplice pressione di un pulsante consente di passare da una all'altra. Vengono aggiunti in Times_profile e Temps_profile, che sono entrambi vettori a 4 colonne. La prima colonna è per la fase di preriscaldamento, la seconda per la fase di ammollo, quindi rampa di salita e infine la fase di riflusso.

Controllo della piastra di cottura

Guidare la piastra in modo che segua questa traiettoria non è semplice. La scienza dietro questo si chiama teoria del controllo. Si può andare molto in profondità qui e progettare il controller perfetto, ma lo manterremo il più semplice possibile garantendo comunque un buon risultato. L'ingresso al nostro sistema è l'SSR, che lo accende o spegne, e l'uscita è la temperatura, che possiamo misurare. Accendendo o spegnendo l'SSR, in base a questa temperatura introduciamo un feedback, ed è questo che ci permette di controllare la temperatura. Spiegherò il processo nel modo più intuitivo possibile e spiegherò come puoi caratterizzare la tua piastra riscaldante specifica per lavorare con il codice che ho creato.

Sappiamo tutti che quando si accende un riscaldatore, non si surriscalda immediatamente. C'è un ritardo tra l'accensione (azione) e il riscaldamento (reazione). Quindi, quando vogliamo raggiungere una temperatura di 250°C, dovremmo spegnere la piastra un po' di tempo prima. Questo ritardo può essere misurato accendendo la piastra e misurando il tempo tra l'accensione e la variazione di temperatura. Supponiamo che il ritardo sia di 20 secondi. Compila questo per la variabile "timeDelay".

Un altro modo di vederlo sarebbe il seguente: se spegnessimo il riscaldatore a 250°C, raggiungerebbe un valore più alto -diciamo 270°C - e poi comincerebbe a raffreddarsi un po'. La differenza di temperatura è l'overshoot - 20°C nel nostro caso. Compila questo per la variabile "overShoot".

In conclusione: il raggiungimento di 250°C richiede di spegnere la piastra a 230°C e attendere altri 20 secondi affinché la piastra raggiunga questa temperatura di superamento.

Quando la temperatura è scesa, la piastra dovrebbe accendersi di nuovo. Aspettare un calo di 20°C non darebbe un bel risultato, quindi si usa una soglia diversa. Questo è chiamato controllo con isteresi (valori diversi da attivare e disattivare). Piccole raffiche di massimo 10 secondi vengono utilizzate per mantenere la temperatura.

Misure

Per verificare il controller, ho registrato i dati in un file excel tramite Putty (un terminale seriale per PC con alcune fantastiche funzionalità). Come puoi vedere, il profilo di riflusso prodotto è più che sufficiente. Non male per un wok elettrico economico!

Passaggio 5: prova e divertiti

Sono state fatte! Abbiamo trasformato un vecchio wok in una piastra a riflusso!

Collegare la piastra, selezionare un profilo di riflusso e lasciare che la macchina faccia il lavoro. Dopo alcuni minuti, la saldatura inizia a fondere e salda tutti i componenti in posizione. Assicurati solo di lasciare raffreddare tutto prima di toccarlo. In alternativa, può essere utilizzato anche come preriscaldatore, utile per schede con grandi piani di massa.

Spero che il progetto vi sia piaciuto e che abbiate trovato l'ispirazione per realizzare qualcosa di simile! Sentiti libero di dare un'occhiata alle mie altre istruzioni: