Технологический процесс изготовления кварцевой галогенной малогабаритной лампы типа КГМ 220-500 (стр. 1 из 13)

Введение

По принципу работы галогенные лампы относятся к классу тепловых источников света, в которых излучение света является результатом нагрева тела накала до высоких температур электрическим током. Датой рождения ламп накаливания принято считать 1872 г., когда русский инженер А. Н. Лодыгин сконструировал и получил привилегию на «Способ и аппараты дешевого электрического освещения». Лампа Лодыгина состояла из цилиндрической стеклянной оболочки, из которой откачали воздух и в которую герметично вмонтировали тонкий угольный стержень. Такие лампы имели низкую световую отдачу, не превышающую 2—3 лм/Вт.

В последующие десятилетия творческая мысль ученых была направлена на изыскание новых материалов, пригодных для использования в качестве тела накала. Появились лампы с телом накала из тантала, иридия, осмия, молибдена. В 1910 г. был разработан металлокерамический метод изготовления тонких вольфрамовых нитей. До сего времени вольфрам является незаменимым материалом для тела накала, совершенствуются лишь технология изготовления тела накала и его конструктивное оформление. В 1913 г. для повышения световой отдачи ламп накаливания при неизменном сроке службы тело накала стали выполнять в виде вольфрамовой моноспирали, а в 30-х годах стали применять и биспираль.

Важно было также создать необходимые условия работы тела накала в лампе. Известно, что вольфрам быстро окисляется в атмосфере воздуха. Поэтому с первых шагов создания ламп накаливания встал вопрос о технике откачки воздуха и создании условий герметизации стеклянной оболочки ламп. Анализ исторического пути развития ламп накаливания показывает, что их прогресс был неотъемлемо связан с прогрессом в области вакуумной техник. Успехи, Достигнутые в первые десятилетий 20-го столетия в области получения и применения вакуума, позволили значительно усовершенствовать конструкцию ламп накаливания и методы их изготовления Световая отдача вакуумных ламп с вольфрамовым телом какала значительно возросла по сравнению с лампами с угольным телом накала. Обеспечение хорошей вакуума в лампах позволило увеличить продолжительность горения до 1000 ч. Вакуумные лампы накаливания нашли широкое применение. И до сего времени, несмотря на создание новых, более эффективных конструкций многие типы ламп изготовляются в вакуумном исполнении и являются незаменимыми во многих случаях.

Тем не менее, существенным недостатком вакуумные ламп является сравнительно низкая световая отдач; в связи с невозможностью эксплуатации тела накал; при температурах выше 2600—2800 К, при которых испарение вольфрама сильно возрастает. В условиях вакуума вольфрам беспрепятственно испаряется и осаждается на внутренние стенки колбы (оболочки), приводящие к резкому снижению светового потока.

Одним из путей противодействия испарению вольфрама является наполнение ламп азотом и инертными газами — аргоном, криптоном и ксеноном. Появление газонаполненных ламп явилось следующим крупным шагом в направлении дальнейшего совершенствования конструкции ламп и повышения их эффективности.

Однако газовое наполнение в лампах накаливания не устраняет вредного действия термического испарения вольфрама, оно лишь значительно его уменьшает. Следовательно, если термическое испарение вольфрама является неизбежным физическим процессом, необходимо каким-то образом очищать стенки оболочек от оседающих частичек вольфрама.

И решение было найдено: стали применять так называемый галогенный цикл. Благодаря введению внутрь ламп определенных добавок к инертному газу создаются возможности и условия для возникновения и протекания таких физико-химических реакций, которые приводят к полной очистке стенок оболочек от оседающего вольфрама и переносу его обратно на тело накала.

Однако неизбежное распыление вольфрама на стенки кварцевых трубок сильно ограничивало срок службы нагревателей; они быстро чернели и оказывались практически непригодными, несмотря на то что тело накала продолжало работать. И тут исследователи «вспомнили» о регенеративных галогенных циклах, которые, как оказалось, давно известны в науке.

Использование галогенов и их соединений в электровакуумных приборах, и в частности в лампах накаливания, имеет давнюю историю. Такие работы были проведены еще задолго до использования вольфрама в лампах. В их основу были положены достаточно изученные к тому времени явления диссоциации галогенных соединений. Необходимость улучшения световых параметров ламп направила мысль исследователей на использование металлических нитей вместо угольных. Поскольку изготовление тонких металлических нитей тоже представляло трудную проблему, то в первую очередь были поставлены работы по металлизации угольных нитей. И тут пригодились галогенные соединения. Способы покрытия угольных нитей путем осаждения металлов из их галогенных солей и окислов оказались удобными.

По сути дела эти же химические процессы соединения и диссоциации имеют место в галогенных лампах.

В настоящее время галогенные лампы получили широкое распространение. Они используются для осветительных установок жилых зданий, применяются для местного освещения взрывоопасных помещений.

В этом курсовом проекте дано описание устройства и технологического процесса изготовления кварцевой галогенной лампы типа КГ 220-500.

В первой части курсового проекта представлено описание устройства лампы, а также рассмотрены принципиальные особенности работы галогенных ламп накаливания.

Вторая часть охватывает технологический процесс изготовления лампы, ее сборку и испытание.

В третьей части приведен расчет галогенной смеси, которая используется при производстве лампы типа КГ 220-500.

1. Конструкция лампы

1.1 Конструкция кварцевой галогенной лампы

Появление кварцевых галогенных ламп накаливания (ГЛН) явилось большим прогрессом в области тепловых источников света. Они являются высокоинтенсивными источниками излучения (с малыми габаритными размерами), благодаря чему нашли широкое применение во многих областях науки, техники и быта. Имеется много примеров того, как использование ГЛН позволило найти принципиально новые технические решения многих интересных задач, которые ранее либо вовсе были невозможны, либо не давали должного эффекта.

В группу линейных галогенных ламп входят лампы, предназначенные для общего специального освещения, для нагрева, сушки, использования в репродукционной технике и для других технологических целей. Общими признаками ламп этой группы являются линейная конструкция, оболочка в виде длинной кварцевой трубки и двустороннее софитное расположение токовых вводов.

На рисунке 1.1 представлен чертеж лампы КГ 220-500.

L – длина лампы – 132 мм.

D – внешний диаметр колбы – 11 мм.

Рисунок 1.1 – Кварцевая галогенная лампа типа КГ 220-500.

1.2 Циклические процессы с участием галогенов в кварцевой галогенной лампе

Под вольфрамо-галогенными циклами понимают комплекс химических реакции (процессов), в результате которых частицы вольфрама, испарившиеся с нагретой до высокой температуры поверхности тела накала, перемещаются с помощью галогенов в обратном направлении— из области более низких в область более высоких температур.

Назначение таких циклов — предотвращать почернение оболочки испарившимся с тела накала вольфрамом, сохранять ее чистой, светлой, прозрачной на протяжении всего срока службы ламп. Поскольку, наряду с вольфрамо-галогенным циклом вынужденно создаются благоприятные условия для протекания других посторонних циклов, основной задачей является создание таких конструкции ламп, в которых максимально предотвращалось бы вредное воздействие посторонних циклов.

Иногда вольфрамо-галогенный цикл называют регенеративным: возвращая испарившийся вольфрам назад на тело накала, он как бы «регенерирует» его. Но в действительности он не является таковым, поскольку не способен и не может восстанавливать полностью тело накала в его первоначальном виде. Частицы вольфрама испаряются с одних участков и оседают на другие. Особенно интенсивно испарение происходит с более горячих участков тела накала, образующихся как в результате неравномерного распределения температуры вдоль тела накала из-за охлаждающего действия токовых вводов и поддержек (крючков), так и вследствие отдельных локальных дефектов (например, дефекта диаметра) нити. Галогенный цикл не в состоянии «залечивать» такие дефектные участки вольфрамовой проволоки.

Конечно, желательно иметь тела накала, у которых по всей длине температура была бы одинаковой. В этом случае и испарение и обратное оседание вольфрама были бы практически одинаковыми по всей длине. Однако это невозможно реализовать. «Горячие» точки на поверхности тела накала так и остаются «горячими». Более того, в процессе срока службы относительное превышение их температуры по сравнению с другими участками тела накала может все более и более усиливаться. Таким образом, в процессе работы ламп лишь утоньшается в одних местах и утолщается в других; но благодаря галогенному циклу общая масса вольфрамового тела накала остается практически постоянной. Если в обычных лампах накаливания критическая потерн массы тел накала может служить каким-то критерием срока службы источников света, то в галогенных лампах, как следует из изложенного, этот «фактор» теряет смысл. На срок службы влияет не общее количество испаряющегося вольфрама, или критическая потеря массы тела накала, а температурное поле тела накала, испарение и возврат вольфрама на отдельные участки спирали.

Вольфрамо-галогенные циклы возможны при использовании в качестве транспортирующего средства (переносчика) любого из четырех галогенов — йода, брома, хлора, фтора — и проходят, в принципе, по одинаковой схеме, которую в общем виде можно представить, следующим образом: