125588 (690599), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

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.

Спираль может быть хрупкой из-за загрязнения углеродом, железом, никелем. Загрязнение является результатом плохой очистки вольфрама от аквадага. Возможно также загрязнение спирали на различных технологических операциях в процессе ее изготовления. При взаимодействии вольфрама с углеродом образуется либо твердый раствор углерода в вольфраме, либо химическое соединение WC или W₂C. Оба случая вызывают хрупкость спиралей.

В производстве иногда появляется хрупкость спиралей при их приварке к токовым вводам контактной точечной сваркой. Это объясняется нарушением режимов сварки. При правильной сварке в точке соприкосновения вольфрама с токовым вводом температура не превышает 1770 К и в вольфраме не происходит никаких структурных изменений. Если ток сварки или время выдержки завышены, возможно появление хрупкости вольфрамовой проволоки. Возможны случаи окисления вольфрама в местах сварки — такие участки имеют повышенное электрическое сопротивление, что приводит к местному повышению температуры и разрушению контакта.

Для линейных галогенных ламп софитного исполнения тела накала имеют вид длинных моноспиралей (рис. 2.1)как со сплошной, так и с прерывистой навивкой. Тела накала с прерывистой навивкой применяют в лампах для электрографических и термокопировальных аппаратов и др., где необходимо определенное светораспределение по длине лампы. Чередованием навитых и прямолинейных участков тела накала и варьированием их длины удается компенсировать охлаждающее действие токовых вводов и получать нужное распределение температуры по длине тела накала, что в конечном счете обеспечивает и заданные параметры готовых ламп.

Расчеты геометрических параметров спиралей проводят исходя из заданных световых и электрических параметров ламп. Они не отличаются от аналогичных расчетов для обычных ламп накаливания. Однако при разработке необходимо учитывать кроме световых и электрических параметров еще ряд других факторов: габаритные размеры и конструктивное исполнение ламп, требования к вибропрочности и ударопрочности тела накала, светораспределение в пространстве, срок службы и надежность работы лампы в эксплуатации. Все это требует выбора оптимальных решений и приводит к необходимости корректировать расчетные данные геометрических параметров спиралей.

2.8 Инертные газы

Для наполнения галогенных ламп, используются четыре газа – азот, аргон, криптон и ксенон; применяются и смеси этих газов. Выбор рода и состава наполняющих газов зависит от типа ламп, их параметров и назначения.

Применение инертных газов обусловлено тем, что они в обычных условиях не реагируют с какими бы то ни было элементами. Из перечисленных выше к «чисто» инертным газам относятся только аргон, криптон и ксенон. Азот в большинстве случаев также инертен, но при повышенных температурах соединяется с некоторыми металлами, образуя нитриды, которые обычно весьма стабильны даже при комнатной температуре. С некоторыми элементами азот реагирует только в присутствии катализаторов, например с водородом, образует аммиак NH .

Газы получают с помощью воздухоразделительных машин, которые производят в огромных количествах кислород и азот с попутным извлечением аргона, криптона и ксенона.

Азота в составе воздуха почти 80%; поэтому его получение не составляет больших трудностей и он дешев. Аргона в воздухе несравненно меньше (около 1%), и его извлечение довольно трудно. Оно усложняется еще тем, что температура кипения, а значит, и улетучивания аргона находится между температурой кипения азота и кислорода. Это требует применения специальных схем ректификации.

Криптона и ксенона в воздухе – ничтожное количество, и поэтому эти газы очень дороги. Только лишь в последние годы в связи с большим развитием техники получения огромных количеств кислорода для металлургической промышленности оптовые цены на криптон и ксенон несколько уменьшились.

Газы находятся в лампах при высоких температурах и давлениях. Указанные условия, а также эмиссионные явления с поверхности раскаленного тела накала могут быть причинами ионизации газов, что в свою очередь может привести к возникновению разряда в лампах.

Галогенные лампы наполняются газами до давления выше 10⁵ Па (в холодном состоянии) путем вымораживания введенных в лампу газов глубоким охлаждением оболочки ламп жидким азотом. Жидкий азот не опасен в работе, не воспламеняется и не ядовит. В отличие от него жидкий кислород горюч и взрывоопасен, поэтому он не используется в качестве охладителя.

Нужно иметь в виду, что при переходе от газообразного состояния к жидкому происходят большие изменения давления газа (пара). Таким образом, меняя температуру на поверхности кварцевой оболочки, можно оказывать значительное влияние на давление газов внутри готовых ламп.

2.9 Галогены и их соединения

Галогенные добавки, вводимые в лампы накаливания, составляют химически активную часть газового наполнения, выполняющую регенеративную роль путем превращения вольфрама, испаряющегося с раскаленного тела накала, в летучие соединения и последующего их обратного разложения на теле накала.

При выборе состава и количества галогенных добавок необходимо учитывать три требования: 1) должны быть созданы условия оптимального режима работы лампы и максимального использования возможностей галогенного цикла; 2) галогенные добавки по своему составу и состоянию должны позволять их точную дозировку в лампы и применение таких методов введения, которые обеспечивали бы постоянство концентрации и количества; 3) должна быть обеспечена технологичность процесса введения в лампы, безвредность в обращении, отсутствие агрессивности по отношению к откачному и наполняющему оборудованию (насосам, трубопроводам, кранам, приборам контроля).

В принципе галогенные добавки могут быть в любом виде – твердом, жидком и газообразном. Способы введения в лампы тоже могут быть разными – непосредственное введение в лампы либо нанесение на тело накала или на другие элементы конструкции ламп, либо предварительное подмешивание к инертным газам. В лампы могут быть введены один или несколько галогенов как в чистом виде, так и в виде различных соединений. При всех способах главным является максимальное обеспечение указанных выше трех требований и минимальное загрязнение ламп посторонними элементами.

Выбор методов введения галогенов, а также их состава и количества зависит от параметров и конструкции ламп.

Исторически первые галогенные лампы были изготовлены с использованием чистых галогенных элементов сначала йода, а затем и брома. Как показали многочисленные последующие работы, именно эти, наименее агрессивные галогены оказались единственно пригодными для использования в лампах накаливания. Имеются данные о попытках изготовить лампы с хлором и фтором, но от их широкого использования пришлось отказаться из-за исключительной агрессивности.

Основной недостаток применения чистых йода и брома заключается в крайней трудности соблюдения режимов их введения в лампы и необходимости строгой дозировки галогена. Эти условия имеют первостепенное значение для нормальной работы лампы. В частности, при комнатной температуре пары йода имеют очень низкое давление и поэтому ими трудно заполнить оболочку ламп до необходимого количества. Чистый бром при комнатной температуре – жидкость, что также неудобно для введения в лампы и дозировки. Избыток галогена приводит к коррозии вольфрамовых и молибденовых деталей ламп, а недостаточное количество вызывает почернение стенок оболочки; поэтому колебания концентрации галогена в лампах должны находиться в очень узких пределах. Кроме того, все галогены в чистом виде в определенной степени агрессивны, что вызывает большие трудности технологического характера, связанные с нарушением установок откачки и наполнения ламп, разъеданием составных элементов конструкций оборудования – трубопроводов, кранов и приборов.

Все это вместе взятое привело к мысли использовать в качестве галогенных добавок не чистые галогены, а некоторые из их неагрессивных, нетоксичных соединений. Это позволило, с одной стороны, более строго контролировать количество вводимого в лампы галогена, с другой – создавать технологические режимы их введения, пригодные для промышленного производства. Галогенные соединения внутри лампы диссоциируют при высоких температурах, высвобождая свободный галоген, который включается в регенеративный цикл путем взаимодействия с вольфрамом.

Известно большое количество химических соединений галогенов.

Характеристики

Список файлов курсовой работы