Розробка технології виготовлення лампи типу КГМ 24-60

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВСТУП

Метою курсового проекту а також його темою є розробка технології виготовлення лампи КГМ 24-60.

Датою народження ламп розжарювання прийнято вважати 1872 р., коли російський інженер А.Н. Лодигін сконструював й одержав привілей на "Спосіб й апарати дешевого електричного освітлення". Лампа Лодигіна складалася із циліндричної скляної оболонки, з якої відкачали повітря й у яку герметично вмонтували тонкий вугільний стрижень. Такі лампи мали низьку світлову віддачу, що не перевищує 2-3 лм/Вт.

У наступні десятиліття творча думка вчених була спрямована на вишукування нових матеріалів, придатних для використання як тіло розжарювання. З'явилися лампи з тілом розжарювання з танталу, іридію, осмію, молібдену. В 1910 р. був розроблений металокерамічний метод виготовлення тонких вольфрамових ниток. Дотепер вольфрам є незамінним матеріалом для тіла розжарювання, удосконалюються лише технологія виготовлення тіла розжарювання і його конструктивне оформлення. В 1913 р. для підвищення світлової віддачі ламп розжарювання при незмінному терміну служби тіло розжарювання стали виконувати у вигляді вольфрамової моноспіралі, а в 30-х роках стали застосовувати й біспіраль.

Поява газонаповнених ламп з'явилося наступним великим кроком у напрямку подальшого вдосконалювання конструкції ламп і підвищення їхньої ефективності.

Однак газове наповнення в лампах розжарювання не усуває шкідливої дії термічного випаровування вольфраму, воно лише значно його зменшує. Отже, якщо термічне випаровування вольфраму є неминучим фізичним процесом, необхідно якимось чином очищати стінки оболонок від осідаючих часточок вольфраму.

І рішення було знайдено: стали застосовувати так званий галогенний цикл. Завдяки введенню усередину ламп певних добавок до інертного газу створюються можливості й умови для виникнення й протікання таких фізико-хімічних реакцій, які приводять до повного очищення стінок оболонок від осідаючого вольфраму й переносу його назад на тіло розжарювання.

Однак неминуче розпилення вольфраму на стінки кварцових трубок сильно обмежувало термін служби нагрівачів; вони швидко чорніли й виявлялися практично непридатними, незважаючи на те що тіло розжарювання продовжувало працювати. І отут дослідники "згадали" про регенеративні галогенні цикли, які, як виявилося, давно відомі в науці.

Використання галогенів й їхніх з'єднань в електровакуумних приладах, і зокрема в лампах розжарювання, має давню історію. Такі роботи були проведені ще задовго до використання вольфраму в лампах. У їхню основу були покладені досить вивчені на той час явища дисоціації галогенних з'єднань. Необхідність поліпшення світлових параметрів ламп направила думка дослідників на використання металевих ниток замість вугільних. Оскільки виготовлення тонких металевих ниток теж представляло важку проблему, то в першу чергу були поставлені роботи з металізації вугільних ниток. І отут придалися галогенні з'єднання. Способи покриття вугільних ниток шляхом осадження металів з їхніх галогенних солей й окислів виявилися зручними.

По суті справи ці ж хімічні процеси з'єднання й дисоціації мають місце в галогенних лампах.

У цей час галогенні лампи одержали широке поширення. Вони використаються для освітлювальних установок житлових будинків, застосовуються для місцевого висвітлення вибухонебезпечних приміщень.

У цьому курсовому проекті даний опис пристрою й технологічного процесу виготовлення кварцової галогенної лампи типу КГМ 24-60.

У першій частині курсового проекту представлений опис пристрою лампи, а також розглянуті принципові особливості роботи галогенних ламп розжарювання.

Друга частина охоплює технологічний процес виготовлення лампи, її складання й випробування.

У третій частині наведені нормування витрат, що йдуть на виробництво лампи типу КГМ 24-60.



1. ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

1.1 Принцип роботи

За принципом роботи галогенні лампи відносять до класу теплових джерел світла, у яких випромінювання світла є результатом нагрівання тіла розжарювання до високих температур електричним струмом.

Світло лампи розжарювання створюється за рахунок нагрівання до високої температури тіла розжарювання електричним струмом, що протікає через нього. Закони теплового випромінювання дуже складні і досліджувалися декількома поколіннями фізиків на прикладі реально не існуючого «абсолютно чорного тіла» як найбільш простого випромінювача. Значний вклад у їх вивчення зробив німецький фізик Макс Планк, саме на основі законів теплового випромінювання створив зовсім нову науку - квантову фізику. Не вдаючись у подробиці відкритих Планком законів, зупинимося на моментах, необхідних для розуміння особливостей роботи ламп розжарювання:

1. Інтенсивність випромінювання будь-якого нагрітого тіла пропорційна четвертій степені його температури.

2. Спектр теплового випромінювання - суцільний

3. Положення максимуму інтенсивності випромінювання однозначно визначається температурою нагрітого тіла

Із цих трьох моментів слідує - чим вища температура тіла, тим інтенсивніше тобто яскравіше воно світить.

Видимий діапазон довжин хвиль - від 380 до 760 нм (0,38 - 0,76 мкм). Очевидно, що для найбільшої ефективності випромінювання його максимум повинен лежати всередині видимої частини спектру. Із приведеної вище формули легко можна знайти, що це отримується при температурах від 3800 до 7600 К. Але на Землі немає металів, котрі залишалися б твердими при настільки високих температурах: температура плавлення самого тугоплавкого металу - вольфраму - близько 3600 К. Розраховано, що світлова віддача випромінювання вольфраму при його температурі плавлення рівна 53,5 лм/Вт - це та теоретична межа світлової віддачі, яку могли б мати лампи розжарювання при повній відсутності втрат і «рідкому» тілу розжарювання.

У галогенних лампах розжарювання для зменшення випаровування вольфраму і освітлення стінок колби використовують вольфрамо - галогенний цикл.

У склад наповнюючого газу вводиться технологічне з'єднання брому - бромистий метан СН2Вr2 і бромистий метилен СН3Вr. При температурах від 300 до 1200 оС, та найбільш активно при 500 - 600 оС, ці речовини утворюють із металом летючі з'єднання, котрі при температурі вищій 1600 оС розпадаються на вольфрам і галоген. Отримуємо замкнутий цикл: на стінки колби, куди осідають атоми вольфраму, відбувається їх взаємодія із галогенами із утворенням летучих з'єднань; при попаданні на гарячу спіраль із температурю вищою за 1600 оС ці з'єднання розпадаються на вольфрам і галоген. Вольфрам залишається на тілу розжарювання, а галоген знову входе у склад наповнюючого газу, щоб на стінках знову з'єднатися із осівшими там атомами вольфраму. Дякуючи такому циклу відбувається очищення стінок колби від вольфраму і часткове повернення вольфраму зі стінок на тіло розжарювання.

Під вольфрамо-галогенними циклами розуміють комплекс хімічні реакції (процесів), у результаті яких частки вольфраму, що випарувалися з нагрітої до високої температури поверхні тіла розжарювання, переміщаються за допомогою галогенів у зворотному напрямку - з області більше низьких в область більше високих температур.

Призначення таких циклів - запобігати почорніння оболонки вольфрамом, що випарувалися з тіла розжарювання, зберігати її чистої, світлої, прозорої протягом усього терміну служби ламп. Оскільки, поряд з вольфрамо-галогенним циклом вимушено створюються сприятливі умови для протікання інших сторонніх циклів, основним завданням є створення такі конструкції ламп, у яких максимально запобігав б шкідливий вплив сторонніх циклів.

Іноді вольфрамо-галогенний цикл називають регенеративним: повертаючи вольфрам, що випарувався, назад на тіло розжарювання, він як би "регенерує" його. Але в дійсності він не є таким, оскільки не здатний і не може відновлювати повністю тіло розжарювання в його первісному виді. Частки вольфраму випаровуються з одних ділянок й осідають на інші. Особливо інтенсивне випаровування відбувається з більше гарячих ділянок тіла розжарювання, що утворяться як у результаті нерівномірного розподілу температури уздовж тіла розжарювання через охолоджуючу дію струмових вводів і тримачів (гачків), так і внаслідок окремих локальних дефектів (наприклад, дефекту діаметра) нитки. Галогенний цикл не в змозі "заліковувати" такі дефектні ділянки вольфрамового дроту.

Звичайно, бажано мати тіла розжарювання, у яких по всій довжині температура була б однаковою. У цьому випадку й випаровування і зворотне осідання вольфраму були б практично однаковими по всій довжині. Однак це неможливо реалізувати. "Гарячі" крапки на поверхні тіла розжарювання так і залишаються "гарячими". Більше того, у процесі терміну служби відносне перевищення їхньої температури в порівнянні з іншими ділянками тіла розжарювання може усе більше й більше підсилюватися. Таким чином, у процесі роботи ламп лише робиться тоншим в одних місцях і потовщується в інших; але завдяки галогенному циклу загальна маса вольфрамового тіла розжарювання залишається практично постійною. Якщо у звичайних лампах розжарювання критична втрата маси тіл розжарювання може слугувати якимось критерієм терміну служби джерел світла, то в галогенних лампах, як треба з викладеного, цей "фактор" губить зміст. На термін служби впливає не загальна кількість випаруваного вольфраму, або критична втрата маси тіла розжарювання, а температурне поле тіла розжарювання, випаровування і повернення вольфраму на окремі ділянки спіралі.

У виробництві джерел світла скло являється важливим матеріалом. Із нього виготовляються колби, ніжки, деталі кріплення та електроізоляційні конструктивні елементи ламп.

Скло володіє комплексом необхідних властивостей - газонепроникністю, прозорістю, високою пластичністю (при нагріванні до певної температури), хімічною стійкістю, високими електроізоляційними властивостями.

При низькій температурі на стінках колби вольфрам, що випарувався, і галоген утворять хімічне вольфрамо-галогенне з'єднання галогенід. При певній температурі це газоподібне з'єднання випаровується й через підвищену концентрацію поблизу стінки дифундує в напрямку до розпеченого тіла розжарювання. Тут галогеніди дисоціюють на вихідні складові частини - вольфрам, що осідає на тіло розжарювання, і галоген, що у вільному виді рухається й зворотному напрямку до стінки оболонки для з'єднання з новою порцією вольфраму.

Однак одночасно з ростом інтенсивності циклу росте небезпека руйнування більше холодних частин тіла розжарювання й власників. Тому вибір галогену, а так само його концентрації є складним завданням, пов'язаним як з терміном служби тіла розжарювання й запобігання руйнування більше холодних ділянок металевих деталей лампи, так і із забезпеченням стійкого процесу протікання зазначених хімічних реакцій.

Вольфрамо-галогенні цикли можуть бути отримані і при використанні не чистих галогенів, а їхніх з'єднань. Це в основному пов'язане з токсичністю й агресивністю використовуваних галогенів, а так само технологічними труднощами їхнього введення в лампу й дозування.

Експериментально були знайдені найбільш зручні з'єднання на основі водню (HІ, HBr, HC1) і галогено-вуглеводні.

У цей час знайшли широке застосування у виробництві галогенних ламп бромистий мітив (СН3Вr) і бромистий метилен (СН2Вr2).

галогенний лампа документація деталь



1.2 Особливості конструкції

Поява кварцових галогенних ламп накалювання (ГЛН) з'явилося більшим прогресом в області теплових джерел світла. Вони є високоінтенсивними джерелами випромінювання (з малими габаритними розмірами), завдяки чому знайшли широке застосування в багатьох галузях науки, техніки й побуту. Є багато прикладів того, як використання ГЛН дозволило знайти принципово нові технічні рішення багатьох цікавих завдань, які раніше або зовсім були неможливі, або не давали належного ефекту.

У групу лінійних галогенних ламп входять лампи, призначені для загального спеціального освітлення, для нагрівання, сушіння, використання в репродукційній техніці й для інших технологічних цілей. Загальними ознаками ламп цієї групи є лінійна конструкція, оболонка у вигляді довгої кварцової трубки й двостороннє софитное розташування струмових вводів.

«Серцем» усих ламп служить тіло розжарювання. Тіло розжарювання - це тонка проволока із самого тугоплавкого металу - вольфраму (використовують у вигляді спіралі чи біспіралі). Тіло розжарювання поміщене у герметично запаяну скляну чи кварцову колбу, із якої повітря видалене повністю. Колби після відкачування наповнюють інертним газом (аргон, криптон чи ксенон). Таке наповнення значно знижує швидкість випаровування вольфраму.

Звичайно, що тіло розжарювання у колбі повинно бути закріплене і до нього потрібно підвести електричний струм. Для підводу струму до лампи існують електроди, які найчастіше виконуються із нікелю. Вони ще виконують функцію кріплення основних елементів, підтримуючи тіло розжарювання. Додатково тіло розжарювання підтримується іще і спеціальними крючками чи підтримувачами, які виконуються із молібдену. Скляна ніжка із вмонтованими в неї електродами і крючками називається тарілкою. На місці спаю горловини колби із тарілкою за допомогою спеціальної мастики кріпиться цоколь.

Дана лампа КГМ 24-60 розжарювання, кварцева малогабаритна має цоколь В15d (KGM 24-60); для операційних світильників Хоспілаб. Її габаритна довжина (мм) 55, діаметр колби (мм) 11,5. На рисунку 1 зображена лампа КГМ 24-60

Рисунок 1 - Лампа КГМ 24-60

1.3 Характеристика матеріалів

Серед тугоплавких металів вольфрам виділяється високою щільністю, самою високою температурою плавлення, малою швидкістю випаровування, значною теплопровідністю і порівняно невеликим коефіцієнтом лінійного розширення. Висока температура плавлення та селективність випромінювання дозволяють використовувати вольфрам для тіл розжарювання у більшості ламп розжарювання. Вольфрамове тіло розжарювання може працювати при температурах близько 3000 ?С.

Електричні властивості вольфраму характеризуються високим значенням питомого електричного опору та його різким змінам при зміні температури. Це дозволяє швидко нагрівати вольфрамове тіло розжарювання.

Хімічна стійкість вольфраму висока. У звичайних атмосферних умовах він не окислюється, при нагріванні вступає у взаємодію із киснем, парами води, азотом, вуглеводами.

Вольфрам володіє найменшим із усих чистих металів температурним коефіцієнтом лінійного розширення. Це важливо для виготовлення спаїв вольфраму із тугоплавкими стеклами, які мають також малий ТКЛР.

Використання чистого вольфраму у виробництві джерел світла обмежене через порівняно низької температури рекристалізації (1050 ?С). Заторможення рекристалізації і деякі зміни властивостей вольфраму у потрібну сторону досягається шляхом введення у нього присадок у вигляді окислів.

У виробництві джерел світла вольфрам використовується головним чином у вигляді проволок, прутків, жесті. Для кожного конкретного випадку вибирається відповідна марка металу.

Навігаційні лампи із цоколем Bay15d з двома контактними пластинами на дні використаються як каліброване джерело світла в ходових вогнях невеликих судів або на маломірних судах, зокрема на рятувальних шлюпках і катерах.

Цоколь типу Bay15d має характерні несиметричні бічні контакти, позиціонуючи лампу у власнику (патроні) строго певним чином, що важливо для фокусування світлового потоку в навігаційному світильнику (вогні).

Кварцове скло виплавляється із дрібних чистих кристалів кварцу (кварцового піску).

Якість такого скла залежить від багатьох факторів, обумовлених вихідною сировиною, способом одержання, а також технологією його переробки. Відзначимо, що одним з основних важко переборних недоліків кварцового скла є наявність пухирців газу, які надалі при виробленні труб витягаються, образуя капіляри. Температура плавлення 1986 К

Розрізняють два види кварцового скла - прозоре (оптичне й технічне) і непрозоре. Непрозорість кварцу надає велика кількість розподілених у ньому дрібних газових пузирів діаметром 0,03 - 0,3 мкм, які розсіюють світло. Кварцове скло стійко до електронного бомбардування й радіоактивного опромінення.

Основними технологічними процесами обробки кварцових трубок у процесі виготовлення ламп є обробка полум'ям кварцедувних пальників й очищення поверхні. Кварцове скло обробляють киснево-водневим або киснево-газовим полум'ям пальників.

У процесі обробки кварцової трубки потрібно намагатися, щоб полум'я пальника якнайменше попадало усередину заготівлі. Це дуже важливо й тому, що під час згоряння газу в полум'ї пальника в місцях, близьких до сопла, утвориться вода, що вступає в реакцію з окисом, що розпорошується, кремнію й інших забруднень, що виділяються зі скла, створюючи стійкі кремнієві з'єднання, позбутися від яких майже неможливо.

У технологію виготовлення кварцових деталей ламп входить ряд первісних підготовчих процесів загальних для всіх деталей: калібрування, різання, промивання трубок.

Звичайно калібровані операції проводяться вручну за допомогою універсального міряльного інструмента й набору калібрів. Різання виробляється вручну на верстатах з дисковими швидко повертальними алмазними або корундовими колами товщиною 1-2 мм і діаметром 100-200 мм.

Часто для ламп окремих типів повторно калібрують нарізані заготівлі для остаточного відбору придатних деталей, здатних повністю задовольнити високі вимоги до готових ламп.

Після різання калібрування заготівлі звичайно повторно очищають плавиковою кислотою. Готові промиті й просушені заготівлі піддають контролю й ретельному зовнішньому огляду.

Як відомо, основною кварцовою деталлю лампи є оболонка. Призначення оболонки галогенних ламп - герметично ізолювати тіло розжарення від зовнішнього середовища й забезпечити умови його нормальної роботу.

Поряд із цим у багатьох типах ламп, особливо малогабаритних оболонка служить конструктивним кістяком лампи, що визначає положення тіла розжарення, уведень й інших елементів конструкцій.

Ще однією деталлю із кварцового скла, що входить у конструкцію багатьох типів галогенних ламп, є місток. Він має різні призначення: в одних лампах служить для кріплення гачків і підтримок для монтажу тіла розжарення, в інші - місток є до того ж кістяком для кріплення струмових вводів. Містки виготовляються із кварцових трубок або штабиков відповідних розмірів. У малогабаритних лампах, як правило, є один місток.

Газове наповнення галогенних ламп складається із двох частин: хімічно неактивної з одного або суміші двох або більше інертних газів і хімічно активної, утримуючої пари галогенних з'єднань.

Галогенні лампи порівняно дорогі через високу вартість кварцу й підвищеної трудомісткості виготовлення, але по габаритних розмірах вони в десятки разів менше звичайних; тому їх переважно наповнюють криптоном і ксеноном, які хоча й дорожче аргону, зате дозволяють істотно підвищити світлові параметри ламп.

Різним для різних типів ламп є й тиск газів, що наповнюють. Для того самого складу газу, чим більше тиск наповнення, тим вище при незмінному терміну служби можуть бути світлові параметри ламп. Однак є межі тиску, при перевищенні цих тисків лампи стають вибухонебезпечними.

Галогенні лампи дуже чутливі до складу й стану газового наповнення. При однакових геометричних розмірах і конструктивному оформленні тіла розжарювання й інших елементів лампи світлові й електричні параметри джерел світла, а також стабільність у часі визначаються газовим наповненням. Відхилення складу й тиску газового наповнення впливають на параметри ламп й, насамперед на термін служби.

Лужноземельні метали - барій, стронцій та кальцій - менш активні ніж лужні. Широко використовуються для отримання активних катодів газорозрядних ламп, газопоглиначів.

Суміші окислів лужноземельних металів складають основу емітуючої речовини в оксидному катоді.

Ртуть - використовується для введення у більшість газорозрядних ламп. Вона являється хімічно стійким матеріалом.

Взаємодія із газами мала, відсутня взаємодія із металами (вольфрам, молібден, нікель).

У газоподібному стані галогенні з'єднання можна вводити в лампу двома способами: індивідуальним дозуванням кожної лампи окремо й застосуванням готових нормованих газогалогенных сумішей.

Через те, що кількість готової газогалогенной суміші, що вводить у лампу, порівняно велика, її дозування по тиску не становить труднощі й, що дуже важливо, має меншу погрішність, тому що відносні відхилення тиску значно менше позначаються на кількості галогену, що потрапив у лампу. Метод суміші технологічний, і це дозволяє його використати при механізованому виготовленні ламп. Введення в лампу суміші по суті не відрізняється від загальноприйнятої технології наповнення інертними газами звичайних ламп розжарювання.

Змішувати пари галогенних з'єднань потрібно тільки з одним, як правило, інертним газом - аргоном, криптоном або ксеноном. Другий інертний компонент (коли це необхідно) - азот - уводиться в лампу окремо, у чистому виді. Стрічковими спаями наз. Тому, що використовуваний метал має виглад тонкої, гладкої неширокої фольги, товщиною не більше 0,05 мм та шириною не більше 10 мм. Вони бувають одинарними або подвійними. В розрізі фольга має форму двояковипуклої лінзи. Край фольги зтравлений в електролітичній ванній в 20% лугу, при цьому край фольги має товщину лише 2 мкм.

При такій еліптичній формі фольги та малій її товщині сили змочування розм'якшеним кварцом при заштамповці прагнуть відірвати кварц від поверхні фольги. В цьому випадку фольга легко деформується слідуючи за деформацією стекла, не викликаючи при цьому механічних напружень та не порушуючи вакуумної щільності спаю.



2. ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА

2.1 Технологічний процес виготовлення кварцової галогенної лампи

Для одержання ідеального спаю скла з металом необхідне виконання двох основних умов:

· температурні коефіцієнти лінійного розширення металу й скла повинні бути однаковими у всьому інтервалі температур від кімнатної до температури виготовлення спаю;

· температурні залежності температурних коефіцієнтів лінійного термическою розширення матеріалів, що згуртовують, і швидкості їхньої зміни повинні бути рівними.

Якість спаю визначається в значній мірі адгезією скла до металу й належною підготовкою поверхні металу, геометричними розмірами деталей, що згуртовують, і конструктивним виконанням спаю, технологічними прийомами виготовлення, обробки й відпалу як вихідних матеріалів, так і готового спаю, правильністю розрахунку тепловідводу від металевих деталей, підданих тепловим навантаженням.

Дефекти спаїв викликаються в основному появою й дією внутрішніх напружень у склі в результаті його нерівномірного нагрівання й охолодження, що приводить до появи в товщі скла окремих зон з різним ступенем деформації, які, взаємодіючи між собою, ведуть до утворення тріщин, відколів, а також отлипанию скла від металу.

Для стрічкових спаїв можна використати різні метали - вольфрам, молібден, тантал, платину, але частіше воліють застосовувати молібден.

Розрізняють два види зчеплення скла з металом - механічне й хімічне (окісне). При механічному зчепленні між склом і металом відсутній який-небудь проміжний шар. До таких з'єднань ставляться стрічкові спаї. Хімічне зчеплення більше міцне. У цьому випадку між склом і металом утвориться тонкий проміжний окісний шар, що частково або повністю дифундує в скло й розчиняється в ньому. При конструюванні варто прагнути до того, щоб напруги, що виникають через нагрівання дроти, по можливості компенсували існуючі напруги в склі, а не складалися в одному напрямку.

Стрічкові спаї по своїй конструкції здатні витримувати значно менші струмові навантаження, чим стрижневі. Вони застосовуються для виготовлення всіх малогабаритних галогенних ламп, а також лінійних і прожекторних ламп на максимальний струм 18-20 А. Стрічкові спаї забезпечує гарну вакуумну щільність і високу надійність ламп завдяки тому, що виникаючі напруги, що розтягують, дуже малі й не перевищують 1/20 опору кварцу на розрив.

Залежно від конструкції й параметрів ламп як вакуумна ланка для таких спаїв використається плоска молібденова фольга у вигляді смужки товщиною 15-35 мкм, різної ширини й довжини.

Найкращі спаї виходять при використанні стрічки, що має в перетині еліптичну форму. Для цього її піддають хімічному травленню в суміші азотної й сірчаної кислоти в співвідношенні 4:1 і потім електричному травленню в 20%-ном розчині лугу. Травлена стрічка повинна мати товщину в середині біля 5-35 мкм і по краях не більше 2 мкм. При травленні досягається також певна шорсткість поверхні, що поліпшує її адгезію зі склом.

Фольга, призначена для виготовлення середньої вакуумної ланки струмового уведення, також проходить ряд операцій. Молібденову стрічку товщиною 50-70 мкм розріжуть на вузькі смужки такої ж ширини, як фольгова частина, і довжиною звичайно 180-200 мм. Нарізані смужки труять у суміші азотної й сарною кислот для зменшення товщини до 40 мкм й утворення шорсткості.

Технологія виготовлення внутрішніх ланок наступна. Спочатку дріт очищають від аквадагу перемотуванням через водневу піч. Товщі дроту діаметром 1-1,5 мм очищають електролітично. Потім дріт рихтують, усувають вигини й надають їй прямолінійний вид. Після рихтування її розріжуть на відрізки необхідної довжини й зачищають кінці від заусенець.

Поверхня відформованого вводу потім очищають шляхом кип'ятіння в луги й витримки в соляною кислотою з наступним промиванням у воді. Останньою операцією підготовки вводів є їх відпал у препарировочной печі при температурі 1100- 1200 К у плин 10-15 хв для остаточного очищення поверхні від можливих забруднень, закріплення форми й зняття внутрішніх напружень у дроті.

Вводи є внутрішніми деталями ламп, тому при виготовленні й обігу з ними слід дотримуватися правил вакуумної гігієни.

Як метал для стрижневих спаїв застосовують шліфовані вольфрамові прутки діаметром 1,5-5 мм із ретельно очищеною поверхнею.

Прутки розріжуть на відрізки необхідної довжини. Різання товстих вольфрамових дротів і прутків - трудомістка операція й виробляється дисковими алмазними колами. Потім кінці відрізків зачищають.

Механічно оброблені вольфрамові заготівлі потім очищають у розчині лугу й электролитически полірують поверхню. Метою обробок перед споюванням є створення шовковисто-білого, злегка матового шорсткуватого покриття, що забезпечує якісне з'єднання зі склом.

Струмові вводи галогенних ламп, у яких використаються вольфрамові стрижні діаметром до 2-2,5 мм, виготовляють із одним перехідним склом. При використанні й вольфрамових стрижнях діаметром понад 2,5 мм застосовують три перехідні стекла.

Кварцові трубки для спаювання готовлять у такий спосіб: розігрівають інтенсивно кінець трубки, уводячи в полум'я пальника штабик першого перехідного скла, розм'якшують й у такому виді обертають, намотуючи на торець кварцової трубки шар перехідного скла певної товщини (по всій довжині окружності торця). Потім аналогічно наносять шар другого перехідного скла й потім третього.

Вольфрам має кубічну объемно-центрированную кристалічну структуру ґрат; температура плавлення 3653 К. У вакуумних лампах його прийнято використати при температурах не вище 2600 - 2800 К, тому що швидкість випару при більше високих температурах сильно зростає. У галогенних лампах вольфрам застосовується при температурах до 3500 К, тому що шкідливим явищам випару протидіють підвищена концентрація атомів газів у лампах і деякою мірою галогенний цикл; обмежуючим фактором є не тільки випар вольфраму, але і його фізико-механічні властивості.

Щільність дротового вольфраму дорівнює 19,3 г/см2; коефіцієнт лінійному розширення 44*10 С .

Вольфрамовий дріт після волочіння має волокнисту структуру. При її нагріванні відбуваються явища рекристалізації, які сильно змінюють механічні властивості дроту. У галогенних лампах ці зміни мають велике значення. Відпал проводили в атмосфері осушеного водню протягом 15 хв.

У процесі виготовлення спіралей молібденовий дріт, використовуваний як керн, попередньо очищають від графітового змащення (аквадагу) або електролітично (при малих діаметрах), або відпалом у водневих печах (при діаметрах більше 0,4 мм). Обов'язковим є нагрівання вольфраму при навивці. У нагрітому стані дріт стає більше пластичної, щільніше й рівномірніше лягає на керн, краще закріплюється форма витків. Температура дроту при навивці спіралі повинна бути близько 670 К.

При виготовленні ламп часто зустрічаються з явищами крихкості спіралей. Вона може бути результатом двох причин: порушення термообробки й забруднення вольфраму. Більшість типів спіралей надходить на монтаж після первинної термообробки. Якщо вихідний дріт якісна, то після відпалу спіраль не повинна бути крихкою.

Розрахунки геометричних параметрів спіралей проводять виходячи із заданих світлових й електричних параметрів ламп. Вони не відрізняються від аналогічних розрахунків для звичайних ламп розжарювання. Однак при розробці необхідно враховувати крім світлових й електричних параметрів ще ряд інших факторів: габаритні розміри й конструктивне виконання ламп, вимоги до віброміцності й удароміцності тіла розжарювання, світлорозподіл у просторі, термін служби й надійність роботи лампи в експлуатації. Все це вимагає вибору оптимальних рішень і приводить до необхідності коректувати розрахункові дані геометричних параметрів спіралей.

2.2 Технологія складання

У більшості типів галогенних ламп, особливо малогабаритних, процес герметичного з'єднання зібраних арматур із кварцовою трубкою-оболонкою супроводжується зміною конфігурації останньої, і виробляється це шляхом формования одного або обох кінців трубки у вигляді плоскої лопатки з одночасним заштампуванням арматур на ділянках вакуумної ланки струмовводів.

Плоска заштампована лопатка (або заварений шов) повинна забезпечувати вакуумну щільність спаю й зберігати герметичність ламп протягом усього їхнього терміну служби при впливі різних механічних навантажень і кліматичних факторів. Інакше кажучи, місце зварювання повинне бути механічно-, термічно- і вологостійким. Якість заштампованого й завареного спаю багато в чому визначає надійність ламп, їхня довговічність і здатність до тривалого зберігання.

При операції заштампування арматури вакуумний спай утвориться з'єднанням плоскої молібденової фольги із кварцовою трубкою.

Технологічні процеси заштампування й заварки мають відмітні риси й специфічні особливості, що залежать від розмірів і конструкції деталей, що зварюють, які у свою чергу визначаються конкретними типами ламп.

Процес заварки або заштампування виконується гарячою обробкою стекла й складається із трьох етапів: повільного розігріву кварцового скла до його розм'якшення, з'єднання деталей, що зварюють, в одне ціле й відпалу місця зварювання. Ці процеси виробляються на спеціальному технологічному устаткуванні із застосуванням різних по потужності газових або воднево-кисневих пальників. Для кварцових трубок малих діаметрів з малою товщиною стінки можливе використання газокисневих пальників.

При заштампуванні таких ламп у спеціального власника встановлюють і закріплюють заготовку кварцової трубки із привареним заздалегідь штенгельним відгалудженням. На кінець штенгеля надягають наконечник гнучкої трубки для подачі усередину лампи інертного газу. Через невеликі розміри ламп і великої компактності розміщення арматури неминучий розігрів внутрішніх деталей ламп, а це може привести до їхнього окислювання; тому використання захисного інертного газу обов'язково. Застосування постійної продувки такого газу крізь внутрішній обсяг ламп необхідно ще й для захисту від окислювання молібденової фольги й висновку струмовводу. Для цих цілей звичайно використається газоподібний азот, ретельно очищений й осушений до крапки роси не вище 218, що відповідає вмісту пар води в газі 0,02 г/см У газоподібному азоті не повинне бути кисню більше 0,005 % щоб уникнути окислювання металевих деталей ламп.

Продувка ламп інертним газом під час заштампування необхідна також для правильного формування обрисів місця заштампування й переходу від плоскої лопатки до циліндричної частини ламп. Перебуваючи під збитковим тиском захисного газу, розм'якшене скло небагато роздувається й здобуває плавні переходи.

Закріпивши належним чином кварцову трубку, установлюють на іншому власнику зібрані арматури, відцентровують її щодо трубки й закріплюють таким чином, щоб краю молібденової фольги перебували в певнім положенні щодо нижнього торця трубки, відповідно до конструктивних розмірів лампи. Деталі лампи не повинні зміщатися відносно один одного, тому що в процесі їхнього зварювання й заштампування формуються в основному габаритні розміри й конструктивне виконання лампи в цілому.

Включивши подачу захисного газу у внутрішній простір трубки, необхідно простежити по ротаметрі його надходження в необхідній кількості й виключити утворення застою газу. Після цього розігрівають ділянку кварцевої трубки в місці майбутнього заштампування до її розм'якшення й шляхом двох-трикратного зближення губок, що штампують, формуют лопатку й щільно притискають розм'якшений кварц до молібденової фольги. Потім відпалюють заштамповану ділянку м'яким полум'ям пальників.

У лінійних ламп із двостороннім розташуванням токовводів спочатку штампують перший кінець лампи потім другий у послідовності, зазначеної вище. Відмітною рисою лінійних ламп є довге тіло розжарювання, розташоване по осі кварцової трубки й підтримуване кільцевими власниками. Потрібно стежити, щоб під час заштампування не змістилося тіло розжарювання й не змінилися його геометричні розміри. При заштампуванні другого кінця рекомендується злегка натягнути тіло розжарювання для додання йому прямолінійної, пружної форми.

У результаті інтенсивної обробки вогнем на частині оболонки може утворитися білий наліт часток кварцу, що випарувався. Необхідно прийняти захисні міри, щоб такий наліт з'являвся на мінімальній поверхні, причому тільки в зоні заварки в нижній частині ламп. Тільки в такому випадку його можна безболісно видалити на наступних операціях.

Заштамповані й заварені лампи ще не забезпечують повної герметизації внутрішніх арматур, тому що через відкритий кінець штенгеля можуть попадати усередину плата, сторонні частки й інші забруднення. Тому після заштампування необхідно закрити отвір штенгеля пробкою й зберігати лампи у відповідних умовах. Надалі потрібно дотримувати загального правила для всіх електровакуумних приладів - мінімально скоротити час від заварки до відкачки й наповнення ламп.

Методи й способи введення галогенних з'єднань повинні задовольняти наступним вимогам:

- сталість концентрації галогену в лампах;

- через надзвичайно малі кількості галогену, що вводить, точне дозування з мінімальними відхиленнями від норми;

- технологічність процесу наповнення в промислових умовах і гарантія їхньої відтворюваності.

Є велика кількість методів введення галогенів, причому кожний з авторів по-своєму обґрунтовує переваги й достоїнства своїх методів. Запропоновано методи нанесення різних твердих з'єднань безпосередньо на внутрішні деталі ламп, а також введення в лампи певних порцій твердих речовин. Є описи ряду способів введення рідких розчинів галогенних з'єднань шляхом їхнього упорскування в лампи певними дозами. Однак як показали численні експериментальні дані, найбільше технологічними в роботі виявляються газоподібні з'єднання. Їх можна точно дозувати, і, що дуже важливо, у такому виді вони придатні для механізації процесів відкачки й наповнення ламп.

Основний параметр, по якому контролюється дозування галогенної добавки, - це тиск, обумовлений по зразковому манометрі. Контрольну перевірку проводять методами хімічного аналізу готових ламп, що розбивають у закритих обсягах, і порівнянням отриманих результатів з даними аналізу газової суміші, що відбирає безпосередньо з балонів.

Потрібно завжди мати на увазі, що якщо кількість галогенних з'єднань і склад суміші обрані правильно для ламп даної конструкції, стінки оболонки залишаються практично чистими в процесі експлуатації.

Операції відкачки й наповнення є останніми в технологічному процесі вакуумної обробки ламп. Відкачку й наповнення газами роблять через штенгельне відгалудження за технологією, прийнятої у всієї электровакуумной техніці. Ці процеси виконуються як на ручних постах, так і на механізованому встаткуванні. Призначення й послідовність виконання всіх операцій у принципі однакові.

Установка відкачки й наповнення ламп складається із двох частин -відкачуваної (вакуумної) і що наповнює (газоповної), з'єднаних між собою системою трубопроводів і постачених кранами (вентилями), вимірювальними й контрольними приладами.

Трубопроводи й сполучні елементи виготовляють із нержавіючої сталі, стійкої до дії галогенних з'єднань. Бажане застосування скляних деталей, однак вони ламкі й менш практичні в серійному виробництві. Не допускається використання гумових шлангів.

До установки повинні бути підведені трубопроводи з подачею осушеного водню, кисню й пального природного газу. Інертні гази подаються з балонів, що перебувають безпосередньо на робочому місці.

Особлива увага варто обертати на місця з'єднання металевих деталей, комутуючих елементів і вузла відкачного гнізда, у яких повинні застосовуватися фторопластові або металеві ущільнювачі. З'єднання трубопроводів між собою повинні бути твердими й виконані за допомогою зварювання. Дуже важливим є забезпечення того, щоб фактична кількість газів, подана й надійшло безпосередньо в лампу, відповідало розрахунковим даним. Для цього необхідно точно замірити, постійно витримувати й ураховувати геометричні розміри трубопроводів, робочі обсяги відкачного гнізда й вимірювальних приладів. Використовуваний спосіб введення газів у лампу називається методом східчастого наповнення, при якому обов'язковим є облік корисного обсягу всіх сполучних елементів системи. Знаючи обсяги лампи сполучних елементів, можна розрахувати тиск, що забезпечує потрібний тиск у лампі. У процесі виготовлення ламп необхідно постійно обертати увага на наступне: при тривалому використанні балонів з готовими газогалогенними сумішами, що перебувають у вертикальному положенні, можливі конденсація й деяке фракціонування пароподібних галогенних з'єднань, що може порушити склад суміші. Щоб уникнути цього, необхідно систематично контролювати склад газової суміші.

Відмітною рисою галогенних ламп є необхідність наповнення ламп газами при тиску вище 10 Па (у холодному стані). Стосовно до технології виготовлення галогенних ламп із кварцовими оболонками найбільш прийнятним виявився метод виморожування газів, що наповнюють, рідким азотом. Він дозволяє вводити в лампу практично будь-яка кількість газу, і при цьому відпайка штенгеля в нормальних атмосферних умовах не представляє ніяких труднощів. Згодом у готовій лампі після відпайки штенгеля ожиженный газ випаровується, створюючи при цьому необхідний тиск газу в газоподібному стані. При роботі лампи в результаті великого підвищення температури газу усередині лампи його тиск відповідно також сильно зростає.

Розглянемо їх докладніше. Заварену лампу вставляють штенгелем у центральний канал откачного гнізда й поворотом важеля щільно затискають. Потім починають откачивать повітря механічним насосом.

Відомо, що на поверхні кварцової оболонки є велика кількість адсорбованих газів і пар води, які, якщо їх не видалити, приведуть до забруднення внутрішнього обсягу, до порушення галогенного циклу й передчасному виходу ламп із ладу. Тому вже на першій стадії треба ретельно обезгаживать оболонку шляхом її розігріву полум'ям ручного газового пальника. Необхідно мати у виді, що в робочому стані оболонка лампи розігрівається до високих температур, тому й температура знегажування повинна бути такий же. Звичайно оболонку розігрівають до червоного світіння кварцу, що відповідає температурі 1170-1270 К.

Необхідно також звільнити від газів і внутрішню арматури ламп й у першу чергу тіло розжарення від адсорбованих газів. Для цього лампу наповнюють воднем при (0,8-0,9)·105 Па й прямим пропущенням електричного струму розігрівають тіло розжарення протягом 50-60 із приблизно до номінальної температури. Така операція тренування дуже важлива для ламп, для яких потрібні висока стабільність параметрів протягом терміну служби й висока надійність роботи. Щоб поглинені гази не накопичувалися в лампі в результаті великого газовыделения, температура тіла розжарення підвищується повільним збільшенням подаваної напруги.

Наступною операцією є остаточна відкачка ламп спочатку механічним, потім дифузійним паромасляным насосами. Мається на увазі, що всі деталі ламп обезгажены, вилучені всі можливі забруднення й лампа підготовлена для наповнення.

Після закінчення виморожуванового газів й їхнього осадження в рідкому виді в нижній частині лампи її отпаивают. Для цього штенгель розігрівають двостороннім газовим пальником до розм'якшення кварцу, у такому виді лампу відтягають і заплавляют капіляр, що утворився. Стекло штенгеля під час його розігріву й розм'якшення виділяє певна кількість примесных газів; тому відпайку потрібно проводити швидко. Щоб місце відпайки штенгеля (носик) у лампи не вийшло гострим, його додатково прожарюють полум'ям пальника й у розм'якшеному виді притискають до плоскої металевої поверхні.

Якість відпайки й форма носика у великому ступені визначають зовнішній вигляд лампи. Залежно від конструкції ламп він розташований або на купольній частині (малогабаритні лампи), або на бічній поверхні (лінійні лампи), або в нижній частині, у місці цоколевки (прожекторні лампи). По своїх обрисах розміри носика повинні відповідати встановленим, він повинен бути правильної форми без напливів, не виступати за певні обговорені межі й не заважати нормальній експлуатації

Контроль параметрів ламп і випробування їх на відповідність вимогам стандартів і технічних умов є останніми завершальними операціями, що засвідчують якість і придатність ламп для експлуатації. Електричні й світлові параметри є основними, визначальними критеріями оцінки й цінності ламп, що характеризують їх як джерела оптичного випромінювання. Вимоги до ламп визначаються їхнім конкретним призначенням й умовами застосування. Наприклад, для освітлювальних ламп основним світловим параметром є світловий потік. Лампи, що служать для опромінення або технологічних цілей сушіння, нагрівання, повинні мати певними спектральний склад і світлорозподіл. До ламп, використовуваним у прожекторах, пред'являються вимоги до габаритної яскравості тіла розжарення.

Електричні й світлові величини вимірюють на електричних схемах із застосуванням джерел харчування як постійного, так і змінного струму промислової частоти 50 Гц. Як установлено експериментально, рід струму не впливає на параметри галогенних ламп. Однак коли необхідна особлива точність виміру, рекомендується використати джерела постійного струму. У деяких випадках допускається застосування джерел змінного струму частотою 40 Гц. Система харчування повинна забезпечити напругу на лампі з погрішністю не більше ±0,5%, застосовувані прилади повинні бути не нижче класу 0,5 для змінного струму й 0,2 для постійного. Практично вимір електричних величин завжди сполучають із виміром деяких світлових величин.

Вимірюють силу світла, так само як і світловий потік, методом порівняння шляхом почергового висвітлення приймача випромінювання світло вимірюваної лампами.

Для ламп ряду типів необхідно визначати розподіл сили світла в просторі. Такі виміри проводять на розподільних фотометрах або за допомогою поворотної голівки, змонтованої на звичайній фотометричній лаві й що дозволяє повертати вимірювану лампу в потрібнім положенні.

Виміру світлових й електричних величин вимагають високої кваліфікації виконавців; вони повинні проводитися в спеціалізованих лабораторіях, на атестованих установках і за допомогою приладів, піддава регулярно періодичним перевіркам.

2.3 Контроль якості в процесі виробництва

Контроль якості галогенних ламп здійснюють у відділі технічного контролю й у цеху - виробники ламп. Великий відсоток браку тісно пов'язаний із іншими негативними факторами: недостатньою стабільністю параметрів ламп. Це, як правило, лампи одного ланцюга. Завдяки зростанню культури виробництва знижується брак, поліпшуються, закріплюючись на постійному високому рівні і параметри ламп.

Контроль якості ламп у цеху повинні здійснювати насамперед робітниці на кожній з операцій. Вони повинні відбраковувати явно погані лампи. Необхідність цього чітко видно на прикладі бракування ламп із такими дефектами заварювання, які можуть призвести до натікання ламп у процесі їхньої відкачки. Адже якщо їх пропустити далі, вони не тільки самі потрапляють у брак, але і можуть зіпсувати сусідні лампи.

Всі лампи із поміченим браком робітниці - операційними ставлять у спеціальні решета. Це необхідно для правильного визначення кількості браку, яке можна визначити по різниці між числом придатних ламп і надійшовших на лінію. Але воно повинно збігатися із кількістю зібраних забракованих ламп, тому що у противному випадку не буде впевненості у правильній класифікації браку, а це необхідно для його аналізу й розробки пропозицій по зниженню.

На машині миття робітниці повинні забракувати тріснуті трубки, трубки із забрудненнями, трубки із явними потьоками із дефектами скла. Відкачку ламп забраковують із таким браком, як натікання на автоматі, мало ртуті, погано оброблений катод, зламаний штангель, тріснутий носик та інше.

На операції цоколювання не повинні цоколюватися явно короткі лампи, що ледве встановлюються у гнізда машини, лампи із кривим горлом, на які невірно сідають цоколі.

Крім того, необхідно проводити 100%-ий контроль ламп у ряді контрольних крапок. Всі заварені лампи варто перевіряти за якістю заварки для виявлення можливості появи натікання. Це робить робітник, котрий розправляє вводи перед встановленням ламп у затискні гнізда відкачувального автомата. Повністю, або вибірково перевіряє лампи за довжиною перший робітник машини (по ходу конвеєра) тренування і випробування. Інші робітники цих машин перевіряють зовнішній вигляд ламп. Вони ж відзначають на забракованих лампах вид браку для полегшення його аналізу старшим бракувальником. Він зобов'язаний систематично (кілька разів у зміну) переглядати, записувати й подавати на утилізацію зібрані у решетах браковані лампи. На основі цих записів необхідно встановити щоденну за наведеною типовою формою зведення браку із сортуванням його за операціями і групами браку (брак заварки - З, скляний брак - С, брак монтажу - М, дефекти люмінофорного шару - Л, бій - Б, та інші види браку - П). У кожну групу відносять різні види браку одного класу.

2.4 Контроль та випробування готового виробу

Більшість типів галогенних ламп у процесі експлуатації піддається впливам певних механічних і кліматичних факторів. Природно, для того щоб лампа, задовольняла необхідним вимогам і могла повністю виконувати свої функції, вона повинна зберігати свої параметри як у процесі, так і після впливу зазначених факторів. Для перевірки працездатності ламп у реальних умовах експлуатації їх піддають спеціальним випробуванням на спеціалізованому технологічному й іспитовому встаткуванні, що дозволяє імітувати й відтворювати в стендових умовах реальні умови експлуатації. Надійність роботи ламп припускає схоронність і стабільність параметрів в умовах таких випробувань.

До механічних факторів ставляться вібраційні, ударні, транспортні -навантаження, до кліматичних - впливу знижених і підвищених температур у різних умовах вологості, складу й стану навколишнього середовища.

Механічні впливи здатні у великому ступені впливати на параметри й характеристики ламп. Під їхнім впливом може порушитися цілісність конструкції лампи і її окремих складових вузлів і деталей, можуть з'явитися мікротріщини в склі й спаях, що викличе порушення герметичності оболонки, можуть змінюватися відстані між елементами конструкції арматури. До механічних навантажень особливо чутливе тіло розжарення: воно може жолобитися, провисати в моноспиралях й особливо біспіралях; небезпечним є можливе замикання окремих витків спіральної нитки. Украй небажаним є зсув тіла розжарювання від нормованого положення. В оптичних лампах зі строго юстированим тілом розжарювання стосовно посадкових місць цоколя такі явища виводять лампу з ладу. Окремі елементи конструкції лампи в процесі впливу періодичних коливальних навантажень самі роблять коливання як зі змушеної, так і із власними частотами. Коли ці частоти збігаються, наступає резонансний стан, що, як правило, виявляється згубним для лампи.

Вібраційні навантаження припускають випробування ламп на вібростійкість та віброміцність. Під віброміцністю розуміють здатність ламп зберігати свої параметри після впливу вібраційних навантажень, причому лампи можна випробовувати як у робітнику, так й у виключеному стані. Ціль цього виду випробувань - виявити більше слабкі місця конструкції й оцінити міцність конструктивного виконання лампи і її окремих елементів. Вібростійкість характеризує зберігання параметрів у процесі впливу навантажень, причому також у включеному або виключеному стані.

Випробування на вібростійкість та віброміцність проводять на механічних або електричних стендах. Лампи міцно кріплять до платформи стенда за допомогою спеціальних колодок і пристосувань, причому особливу увагу обертають на рівномірний розподіл навантаження на платформі. Завжди бажано розміщати випробувані лампи ближче до центра платформи або на однаковій відстані від нього. Цим гарантується більше точна передача на лампи щирих вібраційних навантажень, створюваних стендом. Таким випробуванням лампи піддаються в різному положенні.

Випробування на вібростійкість та віброміцність проводяться на механічному або електродинамічному ударному стендах. Ударні навантаження характеризуються кількістю ударів у хвилину, прискоренням й, що особливо важливо, тривалістю ударного імпульсу. Останньому факторові необхідно приділити особлива увага, тому що тривалість імпульсу дуже сильно впливає на результати випробувань. Випробування на удар і кріплення ламп роблять аналогічно вібротренуванням.

Випробування на транспортну тряску полягають у перевірці здатності конструкції ламп, витримувати навантаження, що виникають при транспортуванні ламп, упакованих у нормовану тару. Такі випробування проводять на вібраційних й ударних стендах по спеціальній програмі, що імітує умови перевезення різними видами транспорту.

Кліматичні фактори можуть впливати на зовнішній вигляд ламп, на міцність кріплення цоколів до кварцових оболонок, на фізичні властивості цоколевочной мастики й інших деталей ламп. Для оцінки ступеня впливу кліматичних навантажень випробовують лампи в спеціальних кліматичних камерах, у режимах, по можливості близько, що імітує умови, експлуатації. Ціль кліматичних впливів - визначення працездатності ламп при випробуваннях на тепло-, холодо- і вологостійкість в умовах, обговорених нормативними документами.