Технологический процесс изготовления кварцевой галогенной малогабаритной лампы типа КГМ 220-500 (стр. 9 из 13)

Галогенные лампы сравнительно дороги из-за высокой стоимости кварца и повышенной трудоемкости изготовления, но по габаритным размерам они в десятки раз меньше обычных; поэтому их преимущественно наполняют криптоном и ксеноном, которые хотя и дороже аргона, зато позволяют существенно повысить световые параметры ламп.

Различным для разных типов ламп является и давление наполняющих газов. Для одного и того же состава газа, чем больше давление наполнения, тем выше при неизменном сроке службы могут быть световые параметры ламп. Однако имеются пределы давления, при превышении этих давлений лампы становятся взрывоопасными.

Галогенные лампы очень чувствительны к составу и состоянию газового наполнения. При одинаковых геометрических размерах и конструктивном оформлении тела накала и других элементов лампы световые и электрические параметры источников света, а также стабильность во времени определяются газовым наполнением. Отклонения состава и давления газового наполнения влияют на параметры ламп и, прежде всего на срок службы.

Методы и способы введения галогенных соединений должны удовлетворять следующим требованиям:

— постоянство концентрации галогена в лампах;

— из-за чрезвычайно малых количеств вводимого галогена, точная дозировка с минимальными отклонениями от нормы;

— технологичность процесса наполнения в промышленных условиях и гарантия их воспроизводимости.

Имеется большое количество методов введения галогенов, причем каждый из авторов по-своему обосновывает преимущества и достоинства своих методов. Предложены методы нанесения различных твердых соединений непосредственно на внутренние детали ламп, а также введения в лампы определенных порций твердых веществ. Имеются описания ряда способов введения жидких растворов галогенных соединений путем их впрыскивания в лампы определенными дозами. Однако как показали многочисленные экспериментальные данные, наиболее технологичными в работе оказываются газообразные соединения. Их можно точно дозировать, и, что очень важно, в таком виде они пригодны для механизации процессов откачки и наполнения ламп.

В газообразном состоянии галогенные соединения можно вводить в лампу двумя способами: индивидуальным дозированием каждой лампы в отдельности и применением готовых нормированных газогалогенных смесей.

На сегодняшний день общепринятым является метод введения галогена путем предварительной заготовки соответствующей смеси инертного газа с галогенной добавкой.

Схема установки для подготовки такой газогалогенной смеси показана на рисунке 2.3.

1 – емкость с галогенным соединением; 2,3,5 – вакуумные краны; 4 –образцовый мановакуумметр: 6 – газовый редуктор; 7 – вакуумный насос; 8 –баллон с готовой газогалогенной смесью; 9 – баллон с инертным газом.

Рисунок 2.3 – Схема установки для приготовления газогалогенной смеси.

Порядок работы следующий: баллон 8 тщательно откачивают и из емкости 1 подают расчетное количество галогенного соединения. Перекрывая трехходовым краном 3 емкость 1, открывают кран 5 и добавляют в баллон 8 из баллона 9 расчетное количество инертного газа. Такую газогалогенную смесь приготовляют обычно в маленьких 5 – 10-литровых баллонах и наполняют до давления (10 ÷15)*10⁵ Па, что вполне достаточно для изготовления большого количества ламп. Составленную смесь положено выдерживать 2-3 суток для полного выравнивания концентраций газов. Ввиду того, что количество вводимой в лампу готовой газогалогенной смеси сравнительно велико, ее дозировка по давлению не составляет трудности и, что очень важно, чревата меньшей погрешностью, так как относительные отклонения давления значительно меньше сказываются на количестве галогена, попавшего в лампу. Метод смеси технологичен, и это позволяет его использовать при механизированном изготовлении ламп. Введение в лампу смеси по сути не отличается от общепринятой технологии наполнения инертными газами обычных ламп накаливания.

Смешивать пары галогенных соединений нужно только с одним, как правило, инертным газом – аргоном, криптоном или ксеноном. Второй инертный компонент (когда это необходимо) – азот – вводится в лампу отдельно, в чистом виде.

Основной параметр, по которому контролируется дозировка галогенной добавки, - это давление, определяемое по образцовому манометру. Контрольную проверку проводят методами химического анализа готовых ламп, разбиваемых в закрытых объемах, и сравнением полученных результатов с данными анализа газовой смеси, отбираемой непосредственно из баллонов.

Нужно всегда иметь в виду, что если количество галогенных соединений и состав смеси выбраны правильно для ламп данной конструкции, стенки оболочки остаются практически чистыми в процессе эксплуатации.

2.12 Откачка и наполнение ламп

Операции откачки и наполнения являются последними в технологическом процессе вакуумной обработки ламп. Откачку и наполнение газами производят через штенгельный отросток по технологии, принятой во всей электровакуумной технике. Эти процессы выполняются как на ручных постах, так и на механизированном оборудовании. Назначение и последовательность выполнения всех операций в принципе одинаковы.

Установка откачки и наполнения ламп состоит из двух частей –откачной (вакуумной) и наполняющей (газополной), соединенных между собой системой трубопроводов и снабженных кранами (вентилями), измерительными и контрольными приборами. Трубопроводы и соединительные элементы изготовляют из нержавеющей стали, устойчивой к действию галогенных соединений. Желательно применение стеклянных деталей, однако они ломкие и менее практичны в серийном производстве. Не допускается использование резиновых шлангов.

К установке должны быть подведены трубопроводы с подачей осушенного водорода, кислорода и горючего природного газа. Инертные газы подаются из баллонов, находящихся непосредственно на рабочем месте.

Установка должна быть снабжена емкостью для заливки жидкого азота.

Вакуумная система установки включает в себя механический вращательный насос для создания предварительного низкого вакуума в лампе (1,33

0,133 Па) и диффузионный паромасляный насос для откачки до давления (1,33 0,13)*10 Па.

Наполняющая часть установки содержит баллон с заготовленной газогалогенной смесью, баллон с чистым газообразным азотом и систему подводящих трубопроводов с детандерами, регулирующими крапами, натекателями и приборами контроля давления. Вся система должна быть вакуумно-плотной и газонепроницаемой.

Особое внимание следует обращать на места сочленения металлических деталей, коммутирующих элементов и узла откачного гнезда, в которых должны применяться фторопластовые или металлические уплотнители. Соединения трубопроводов между собой должны быть жесткими и выполнены с помощью сварки. Очень важным является обеспечение того, чтобы фактическое количество газов, поданное и поступившее непосредственно в лампу, соответствовало расчетным данным. Для этого необходимо точно замерить, постоянно выдерживать и учитывать геометрические размеры трубопроводов, рабочие объемы откачного гнезда и измерительных приборов. Используемый способ введения газов в лампу называется методом ступенчатого наполнения, при котором обязательным является учет полезного объема всех соединительных элементов системы. Зная объемы лампы V₁ соединительных элементов V₂, можно рассчитать «подаваемое» давление р₂, обеспечивающее нужное давление P₁ в лампе. В процессе изготовления ламп необходимо постоянно обращать внимание на следующее: при длительном использовании баллонов с готовыми газогалогенными смесями, находящимися в вертикальном положении, возможны конденсация и некоторое фракционирование парообразных галогенных соединений, что может нарушить состав смеси. Чтобы избежать этого, необходимо систематически контролировать состав газовой смеси.

Отличительной чертой галогенных ламп является необходимость наполнения ламп газами при давлении выше 10 Па (в холодном состоянии). Применительно к технологии изготовления галогенных ламп с кварцевыми оболочками наиболее приемлемым оказался метод вымораживания наполняющих газов жидким азотом. Он позволяет вводить в лампу практически любое количество газа, и при этом отпайка штенгеля в нормальных атмосферных условиях не представляет никаких трудностей. Впоследствии в готовой лампе после отпайки штенгеля ожиженный газ испаряется, создавая при этом необходимое давление газа в газообразном состоянии. При работе лампы в результате большого повышения температуры газа внутри лампы его давление соответственно также сильно возрастает. Последовательность процессов откачки и наполнения приведена на рисунке 2.4.

Рассмотрим их подробнее. Заваренную лампу вставляют штенгелем в центральный канал откачного гнезда и поворотом рычага плотно зажимают. Затем начинают откачивать воздух механическим насосом.

Известно, что на поверхности кварцевой оболочки имеется большое количество адсорбированных газов и паров воды, которые, если их не удалить, приведут к загрязнению внутреннего объема, к нарушению галогенного цикла и преждевременному выходу ламп из строя. Поэтому уже на первой стадии следует тщательно обезгаживать оболочку путем ее разогрева пламенем ручной газовой горелки. Необходимо иметь в виду, что в рабочем состоянии оболочка лампы разогревается до высоких температур, поэтому и температура обезгаживания должна быть такой же. Обычно оболочку разогревают до красного свечения кварца, что соответствует температуре 1170—1270 К.