Plaque chauffante à souder par refusion : 5 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

Souder de minuscules composants CMS peut être assez difficile, mais le processus peut également être automatisé. Cela peut être fait en appliquant de la pâte à souder et en la faisant cuire, soit dans un four (à refusion) soit sur une plaque chauffante (comme une plaque de cuisson dans votre cuisine). Sur le Web, j'ai vu de nombreux fours à refusion DIY; à mon avis, ils ont un gros inconvénient: ils prennent beaucoup de place. J'ai donc décidé de construire une plaque chauffante à la place.

La plaque chauffante est entièrement programmable, de sorte que n'importe quel profil de refusion peut être ajouté. Le processus de refusion est alors entièrement automatisé. Construisons !

Étape 1: Pièces et outils

les pièces

• Plaque chauffante, j'ai eu le mien d'un vieux wok
• Relais à semi-conducteurs (SSR)
• Cordon d'alimentation
• Prise d'alimentation USB (prise américaine)
• ACL
• Carte de prototypage
• Arduino nano
• En-têtes féminins
• Thermocouple type K + amplificateur MAX 6675
• Bouton poussoir
• Câble USB vers mini USB

Outils

• Pinces
• Colle à bois
• Découpeuse laser
• Percer
• Fer à souder

Étape 2: le cas

Pour le cas, nous avons deux options, en fonction de votre plaque de cuisson. Une première option est de modifier le boîtier existant, c'est viable s'il est assez grand pour accueillir un SSR, LCD etc. Dans mon cas cependant, il n'y avait pas assez de place, j'ai donc dû en concevoir un nouveau.

Le boîtier est en MDF découpé au laser. En raison de la charnière vivante, cette conception ne peut être réalisée que sur une découpeuse laser: de petites fentes dans le MDF le rendent capable de se plier. Les pièces peuvent être collées ensemble comme un puzzle, il suffit d'utiliser suffisamment de pinces. Ajoutez la plaque chauffante et fixez-la en place (la mienne est fixée avec des vis en bas).

Quelques trous supplémentaires doivent être percés: un pour le cordon d'alimentation, un pour le bouton et deux pour l'écran LCD. De cette façon, n'importe quel bouton, écran LCD, … que vous avez peut être adapté. L'écran LCD peut alors être vissé en place, ainsi que le bouton.

Le thermocouple doit être fermement appuyé contre la plaque chauffante. Percez un trou et faites passer le thermocouple à travers. Ensuite, il doit être pressé contre le MDF. J'ai utilisé une petite bande d'étain, mais vous pouvez également utiliser du ruban adhésif ou une attache zippée (percer 2 trous à côté du trou du thermocouple et insérer l'attache zippée à travers eux).

A savoir: vous vous demandez peut-être si l'utilisation du MDF en combinaison avec une plaque de cuisson à 250°C est une bonne idée. En général, ce n'est pas le cas, mais j'ai fait en sorte que ce ne soit pas un danger.

Les pièces en MDF ne touchent que les pieds de la plaque chauffante, qui sont nettement plus froids (max 60°C) que le dessus de la plaque chauffante. Partout ailleurs, le MDF et la plaque chauffante sont séparés par un petit entrefer. L'air étant un très bon isolant, le MDF ne chauffe pas du tout et encore moins s'enflamme. De plus, la température n'est élevée que pendant quelques minutes, de sorte que les jambes ne peuvent jamais atteindre la même température que le sommet (l'état d'équilibre n'est jamais atteint).

J'ai ajouté le fichier Fusion 360 afin que vous puissiez l'adapter à vos besoins. Gardez simplement à l'esprit l'avertissement ci-dessus lorsque vous réglez la conception de votre propre plaque chauffante.

Étape 3: Électronique

La partie électronique de ce projet est assez simple, nous avons seulement besoin de connecter quelques modules ensemble. L'Arduino obtient la température d'un thermocouple, dont le signal est amplifié par le MAX6675. Il affiche ensuite la température sur un écran LCD et commute un relais à semi-conducteurs (SSR) si nécessaire. Tout est représenté sur le schéma.

Basse tension

Comme ils ne consomment pas beaucoup d'énergie, nous pouvons simplement tout connecter aux broches Arduino et configurer les broches requises pour l'alimentation et la terre.

En raison de certaines limitations d'espace, cela ne s'est pas déroulé aussi bien que je l'avais espéré. J'ai tout monté sur un petit morceau de panneau perforé, soudé à l'arrière de l'écran LCD. Le MAX6675 a été scotché à l'arrière avec du ruban adhésif double face.

L'Arduino est alimenté via le port mini USB, nous le connectons donc via un câble USB à la brique d'alimentation. C'est une bonne idée de tester le système à ce stade avant d'aller plus loin.

Haute tension

Nous pouvons maintenant connecter la plaque chauffante elle-même. Puisqu'il s'agit du câblage secteur, nous devons être très prudents: assurez-vous que tout est débranché lorsque vous travaillez dessus !

Tout d'abord, nous devons mettre la plaque chauffante à la terre pour éviter l'électrocution en cas de problème. Dénudez le câble d'alimentation et vissez fermement le fil de terre jaune/vert au boîtier.

Ensuite, nous allons connecter les deux bornes de la plaque chauffante au secteur via le SSR. Connectez le fil sous tension (le code couleur dépend de votre pays) à un côté du relais statique. Connectez le deuxième côté du relais statique à la plaque chauffante via un fil court (même calibre/diamètre que le câble d'alimentation). L'autre extrémité de la plaque chauffante va au fil neutre. J'ai ajouté une photo du câblage avant de monter la plaque chauffante dans le boîtier pour que cela soit clair.

Le câblage de l'adaptateur secteur est plus facile: le fil sous tension va à une borne et le neutre à l'autre. Bien que j'habite en Europe, j'ai utilisé un adaptateur secteur américain pour cela: les trous dans les broches sont très pratiques pour attacher des cosses à fourche.

Cela met fin à l'électronique, laissons maintenant souffler un peu de vie avec le code.

Étape 4: Programmation

Le code est ce qui transforme un wok stupide en plaque chauffante de refusion. Il nous permet de contrôler précisément la température et d'ajouter des profils de refusion personnalisés.

Profils de refusion

Malheureusement, le soudage par refusion n'est pas aussi simple que d'allumer le radiateur, d'attendre et de l'éteindre à nouveau. La température doit suivre un profil spécifique, appelé profil de refusion. Une bonne explication peut être trouvée ici, ou sur d'autres endroits sur les interwebs.

Le code permet de stocker plusieurs profils pour satisfaire différents besoins (principalement soudure plombée ou sans plomb). Une simple pression sur un bouton bascule entre eux. Ils sont ajoutés dans Times_profile et Temps_profile, qui sont tous deux des vecteurs à 4 colonnes. La première colonne est pour la phase de préchauffage, la seconde pour la phase de trempage, puis la montée en puissance et enfin la phase de refusion.

Contrôle de la plaque chauffante

L'entraînement de la plaque chauffante de telle sorte qu'elle suive cette trajectoire n'est pas simple. La science derrière cela s'appelle la théorie du contrôle. On peut aller très en profondeur ici et concevoir le contrôleur parfait, mais nous le garderons aussi simple que possible tout en garantissant un bon résultat. L'entrée de notre système est le SSR, qui l'allume ou l'éteint, et la sortie est la température, que nous pouvons mesurer. En allumant ou en éteignant le SSR, en fonction de cette température, nous introduisons une rétroaction, et c'est ce qui nous permet de contrôler la température. Je vais expliquer le processus aussi intuitivement que possible et expliquer comment vous pouvez caractériser votre plaque chauffante spécifique pour travailler avec le code que j'ai créé.

Nous savons tous que lorsque vous allumez un radiateur, il ne chauffe pas instantanément. Il y a un délai entre sa mise en marche (action) et son échauffement (réaction). Ainsi, lorsque l'on veut atteindre une température de 250°C, il faut éteindre la plaque de cuisson quelques temps avant. Ce délai peut être mesuré en allumant la plaque chauffante et en mesurant le temps entre l'allumage et le changement de température. Supposons que le délai est de 20 secondes. Remplissez-le pour la variable "timeDelay".

Une autre façon de voir les choses serait la suivante: si nous éteignons le chauffage à 250°C, il atteindrait une valeur plus élevée -disons 270°C - puis commencerait à se refroidir un peu. La différence de température est le dépassement - 20°C dans notre cas. Remplissez-le pour la variable "overShoot".

En conclusion: atteindre 250°C nécessite d'éteindre la plaque à 230°C et d'attendre encore 20 secondes pour que la plaque atteigne cette température de dépassement.

Lorsque la température a baissé, la plaque chauffante doit se rallumer. Attendre une baisse de 20°C ne donnerait pas un bon résultat, donc un seuil différent est utilisé. C'est ce qu'on appelle le contrôle avec hystérésis (différentes valeurs à activer et désactiver). De petites rafales de 10 secondes maximum sont utilisées pour maintenir la température.

Des mesures

Pour vérifier le contrôleur, j'ai enregistré les données dans un fichier Excel via Putty (un terminal série pour le PC avec des fonctionnalités impressionnantes). Comme vous pouvez le voir, le profil de refusion produit est plus que suffisant. Pas mal pour un wok électrique pas cher !

Étape 5: Testez et profitez

Avaient fini! Nous avons transformé un vieux wok en plaque chauffante à refusion !

Branchez la plaque chauffante, sélectionnez un profil de refusion et laissez la machine faire le travail. Après quelques minutes, la soudure commence à fondre et à souder tous les composants en place. Assurez-vous simplement de tout laisser refroidir avant de le toucher. Alternativement, il peut également être utilisé comme préchauffeur, ce qui est pratique pour les planches avec de grands plans de masse.

J'espère que vous avez aimé le projet et que vous avez trouvé l'inspiration pour faire quelque chose de similaire ! N'hésitez pas à consulter mes autres instructables: