Технологический процесс изготовления кварцевой галогенной малогабаритной лампы типа КГМ 220-500 (стр. 6 из 13)

Механически обработанные вольфрамовые заготовки затем очищают в растворе щелочи и электролитически полируют поверхность. Целью обработок перед спаиванием является создание шелковисто-белого, слегка матового шероховатого покрытия, которое обеспечивает качественное соединение со стеклом. Для удаления адсорбированных на поверхности металла газов и окончательной очистки заготовок их отжигают в водородных печах при температуре 1200—1250 К в течение 10— 15 мин. Готовые к спаиванию стержни должны иметь чистую поверхность, без трещин, заусенцев, рваных кромок.

Токовые вводы галогенных ламп, в которых используются вольфрамовые стержни диаметром до 2—2,5 мм, изготовляют с одним переходным стеклом. При использовании и вольфрамовых стержней диаметром свыше 2,5 мм применяют три переходных стекла.

Перед сваркой остекловывают те участки стержней, которые будут соединяться с основным стеклом. При изготовлении галогенных ламп используют безокисные спаи, которые получают благодаря применению стекол с высокими температурами спаивания. При интенсивном прокаливании вольфрамового стержня до температуры белого каления образующиеся окислы быстро испаряются. Одновременно с прокаливанием металлического стержня размягчают тонкий стеклянный штабик диаметром 2—3 мм и, вращая стержень, постепенно обматывают его размягченным стеклом на необходимую длину. Для облегчения сварки на остеклованном участке стержня в определенном месте образуют выпуклость в виде бусинки или шайбы. При остекловывании металлического стержня нельзя допускать перегрева стекла и металла, как при этом образуется большое количество газовых пузырей, избавиться от которых практически не возможно. Остеклованный участок стержня должен быть равномерным по всей длине, концы должны быть округленными и иметь гладкий переход. Цвет проволоки научастке переходного слоя должен быть металлическим.

Безокисные спаи имеют высокие нагревостойкость и: влагостойкость. Это объясняется тем, что температурный коэффициент линейного расширения переходного стеклометаллического слоя значительно выше температур, кого коэффициента линейного расширения вольфрама .(для вольфрамата натрия он равен 187·10^-7К^-1).

Кварцевые трубки для спаивания готовят следующим образом: разогревают интенсивно конец трубки, вводя в пламя горелки штабик первого переходного стекла, размягчают и в таком виде вращают, наматывая на торец кварцевой трубки слой переходного стекла определенной толщины (по всей длине окружности торца). Затем аналогично наносят слой второго переходного стекла и потом третьего. Переходные слои стекла формуют шпателем, они должны быть гладкими и иметь одинаковую толщину. Последнее переходное стекло закругляют и продувают в нем отверстие, диаметр которого немного меньше диаметра бусинки на остеклованном стержне. Затем стержень вставляют остеклованным участком в кварцевую заготовленную трубку и сплавляют бусинку с крайним переходным слоем стекла.

При однопереходном спае остекловывают вольфрамовый стержень стеклом с температурным коэффициентом линейного расширения (13÷15) · 10^-7К^-1 (П1). На заготовку кварцевой трубки в этом случае также наматывают только один переходный спой из стекла марки П1.

При изготовлении токовых вводов с тремя переходными спаями на кварцевую заготовку наматывают первый переходный слой из стекла П1, на него — переходный слои из стекла П2 с температурным коэффициентом чиненного расширения примерно (18÷19) ·10^-7К^-1 и затем последний слой из стекла ПЗ с температурным коэффициентом линейного расширения (24÷25)xx10^-7К^-1. При этом предварительно вольфрамовый стержень остекловывают стеклом ПЗ.

2.6 Физико-механические свойства вольфрамовой проволоки

В качестве материала для тела накала во всех лампах накаливания применяется вольфрамовая проволока.

В нашей стране и за рубежом разработаны марки вольфрама с различными легирующими присадками, в том числе предназначенные специально для галогенных ламп. В зависимости от назначения они обладают различными физико-механическими свойствами применительно к конкретным условиям эксплуатации ламп.

В отечественных галогенных лампах используется только одна марка вольфрама ВА. Ведутся работы в направлении как совершенствования технологии изготовления проволоки из такого вольфрама, так и создания новых марок, в частности с присадками цезия и кобальта, которые в большей степени, чем ВА, должны удовлетворять требованиям галогенных ламп. Это относится, прежде всего, к сохранению формы при высоких рабочих температурах и механической прочности, поскольку в галогенных лампах как высокоинтенсивных источниках света вольфрам работает при температурах, равных 0,85 – 0,9 температуры плавления. Кроме того, специфическая галогеносодержащая газовая среда вокруг вольфрама также предъявляет особые требования к качеству поверхности проволоки.

Вольфрам имеет кубическую объемно-центрированную кристаллическую структуру решетки; температура плавления 3653 К. В вакуумных лампах его принято использовать при температурах не выше 2600 – 2800 К, так как скорость испарения при более высоких температурах сильно возрастает. В галогенных лампах вольфрам применяется при температурах до 3500 К, так как вредным явлениям испарения противодействуют повышенная концентрация атомов газов в лампах и в определенной степени галогенный цикл; ограничивающим фактором является не только испарение вольфрама, но и его физико-механические свойства.

Плотность проволочного вольфрама равна 19,3 г/см²; коэффициент линейном расширения 44*10

С .

Вольфрамовая проволока после волочения имеет волокнистую структуру. При ее нагреве происходят явления рекристаллизации, которые сильно изменяют механические свойства проволоки. В галогенных лампах эти изменения имеют большое значение.

Отжиг проводили в атмосфере осушенного водорода в течение 15 мин.

2.7 Конструкция и изготовление тела накала

Тело накала в галогенных лампах изготовляют из вольфрамовой проволоки как прямолинейной, так и спирализованной, причем применяют и моноспираль и биспираль. Она состоит из операций навивки, промывки в растворителях и щелочи, ряда процессов термообработки для удаления графитовой смазки, закрепления формы и образования должной структуры, из операций вытравливания керна и контроля.

В галогенных лампах нашли применение многие конструктивные исполнения тел накала, геометрические размеры и формы которых определяются конструкцией, параметрами, назначением и условиями эксплуатации ламп. Диаметры используемой вольфрамовой проволоки 0,02—2 мм. Применение проволок малых диаметров, как правило, затруднительно, поскольку они не позволяют, даже при малых размерах колб, получать температуры на стенке оболочки, необходимые для нормального протекания галогенного цикла в лампах. Применение проволоки чрезмерно больших диаметров ограничивается током, который способны выдерживать токовые вводы. Подбор оптимальных диаметров вольфрамовой проволоки очень важен при конструировании ламп.

Большинство моно- и биспиралей навивают на спиральных машинах на непрерывном проволочном молибденовом керне. Некоторые типы спиралей, особенно с малым количеством витков, большим шагом навивки, плоские и конические, изготовляют на ручных приспособлениях с использованием постоянного керна.

В процессе изготовления спиралей молибденовую проволоку, используемую в качестве керна, предварительно очищают от графитовой смазки (аквадага) либо электролитически (при малых диаметрах), либо отжигом в водородных печах (при диаметрах более 0,4 мм). Для получения качественных спиралей большое значение имеет соблюдение технологических режимов на всех операциях. Очень важно также правильное натяжение вольфрамовой проволоки при спирализации, чрезмерно большое натяжение приводит к растяжению нагретой проволоки, врезанию ее в керн, обрыву, а слабое натяжение— к скольжению вольфрама по керну и нарушению равномерности навивки. Обязательным является нагрев вольфрама при навивке. В нагретом состоянии проволока становится более пластичной, плотнее и равномернее ложится на керн, лучше закрепляется форма витков. Нагреть вольфрам можно косвенным путем (накаленной нихромовой дужкой, расположенной на выходе керна из дюзы) или пропусканием тока через проволоку. Косвенный нагрев применяют в основном при диаметрах проволоки менее 60 мкм. Температура проволоки при навивке спирали должна быть около 670 К. При навивке вольфрамовой проволоки на керн и образовании витков на наружный слой проволоки действуют растягивающие силы, а на внутренний, касающийся керна,— сжимающие. Эти силы могут вызвать расслоение проволоки, особенно диаметром свыше 80—100 мкм. При использовании качественной вольфрамовой проволоки, соблюдении режимов навивки и выдерживании должных соотношений между диаметрами вольфрама и расслоения не наблюдается.

При изготовлении ламп часто встречаются с явлениями хрупкости спиралей. Она может быть результатом двух причин: нарушения термообработки и загрязнения вольфрама. Большинство типов спиралей поступает на монтаж после первичной термообработки. Если исходная проволока качественная, то после отжига спираль не должна быть хрупкой. Микроструктура такой приволоки должна соответствовать стадии начала первичной рекристаллизации, когда только начинается распад волокнистой структуры. Хрупкость вольфрам появляется при полним переходе волокнистой структуры в зернистую, т. е. после окончания первичной рекристаллизации, что наблюдается при отжиге проволоки при температуре выше 1970 К. Бывает, что попаладаются отдельные партии вольфрама, которые вследствие различных причин, возникающих на стадии изготовления, обладают заниженной температурой первичной рекристаллизации. Такие спирали оказываются хрупкими уже на монтаже. Ряд типов спиралей (для автомобильных, кинопроекционных ламп) поступает на монтаж в отформованном виде после отжига при 2570—2770 К. Если спираль хорошего качества и произошла полностью вторичная, собирательная рекристаллизация, она не должна быть хрупкой. Хрупкость свидетельствует о нарушении режимов отжига или о том, что температура вторичной рекристаллизации данной партии вольфрама выше нормы и структура полностью еще не стабилизировалась.