НЕОН: Вспомогательные операции электровакуумного цикла

К вспомогательным операциям относится:

• подсоединение ламп к откачному посту;
• дозирование ртути;
• отпайка.

Эти операции часто считаются тривиальными. И напрасно. Практика показывает, что время их проведения составляет от 30 до 50% электровакуумного цикла и зависит от:

• способов их осуществления;
• сложности неоновых ламп;
• навыков откачника.

Сокращение этого времени до разумных пределов — практически единственный резерв повышения  производительности труда. Поэтому класс специалиста (откачника) определяется по тому, как он выполняет именно эти операции.

Общепринятые приемы осуществления вспомогательных операций удовлетворяют далеко не всех специалистов, поскольку возможности уменьшения времени их проведения весьма ограниченны. Это заставляет искать новые способы и вырабатывать на их основе навыки, способствующие повышению производительности труда. В статье описаны наиболее интересные решения, направленные не только на уменьшение трудоемкости таких операций, но и на безопасность труда и снижение затрат на модернизацию оборудования.

Присоединение ламп к посту может осуществляться следующими основными способами.

Во-первых, путем подпайки штенгеля лампы к стеклянной гребенке поста с помощью газовой горелки. Это наиболее качественный способ, поскольку при его использовании в лампу вносится наименьшее  количество молекулярных газовых загрязнений (из расплавленного конца штенгеля). Сокращение времени проведения такой операции может быть достигнуто только за счет профессиональных навыков откачника. При больших объемах продукции скорость операции существенно падает из-за накопления усталости работника.

Во-вторых, лампы можно подсоединять через штуцерно-ниппельные (<грибковые>) соединения, которыми снабжено большинство откачных постов. В этом случае достаточно подпаять к лампе штенгельную трубку, что можно делать в промежутках между операциями основного цикла, например во время откачки лампы. После этого штенгельная трубка вставляется в штуцерно-ниппельные соединения поста. Сами они не вносят дополнительных загрязнений в вакуумную систему, однако увеличение циклов <герметизация — разгерметизация> приводит к быстрому износу резиновой прокладки соединения, а следовательно, к образованию течи, которую не всегда можно выявить с помощью искрового течеискателя. Выигрыш по времени возможен только при простейшей конфигурации ламп, а стеклодувная операция хотя и не увеличивает операционное время, но способствует накоплению усталости работника на протяжении всего рабочего дня, что, безусловно, сказывается на общей производительности труда.

В-третьих, реальное снижение времени достигается при использовании гибких шлангов. Например, в ряде московских фирм используют вакуумные,  пластмассовые и силиконовые шланги с диаметром  проходного сечения 2-3 мм и с толщиной стенки не менее 2 мм (фото 1).

Фото 1. Гибкие шланги, используемые для подсоединения ламп к откачному посту:
1-вакуумный резиновый шланг;
2-вакуумный силиконовый шланг (автомобильный);
3-пластмассовый шланг

Если длина шланга достаточно мала (2-3 см), то дополнительное газовыделение при его использовании относительно невелико — 5-8*10 в -10 Пам3/с, что существенно ниже потока газовыделения при отпайке лампы. Вероятность снижения качества ламп вследствие использования гибких шлангов  минимальна. На нее существенно влияет материал шланга. При  выборе материала следует учитывать поток газовыделения с единицы поверхности, коэффициент пропускания, а также сорбционные и механические свойства (гибкость). Остановимся на этом подробнее.

Низким уровнем газовыделения отличаются белая вакуумная резина и силикон, несколько худшие результаты показывают пластмассовые шланги. Однако к достоинствам последних следует отнести значительно меньшую шероховатость внутренней поверхности, что даже при худших удельных параметрах газовыделения позволяет сократить поток газовыделения в систему. Резиновые,  силиконовые и пластмассовые шланги обладают низкой пористостью, поэтому коэффициент пропускания газов мал, и при толщине стенки не менее 2 мм газонатеканием через стенки шланга можно пренебречь.

Перед  использованием гибких  шлангов необходимо проверять такие параметры, как газовыделение и газонатекание, а также тщательно обезгаживать их, к примеру, путем промывки инертным газом и нагрева феном. После такой подготовки с гибкими шлангами можно работать, не опасаясь ухудшения качества неоновых ламп. Это подтверждается замерами электрических параметров ламп после их изготовления при альтернативных методах присоединения к посту. Значения таких параметров независимо от способа подсоединения лежат в пределах технологического разброса. Другими словами, способ подсоединения следует считать несущественным фактором.

Серьезной проблемой являются сорбционные свойства гибких шлангов. Во-первых, поверхности шлангов способны поглощать больше газов, чем стекло. Во-вторых, поглощение имеет ярко выраженные селективные свойства. Поэтому желательно не использовать одни и те же шланги для заполнения неоновых и ртутных ламп. Есть и еще одна проблема, возникающая при использовании гибких шлангов. При многократном <надевании> шланга на штенгельную трубку возможна потеря  герметичности в месте подсоединения штенгельного стекла, вероятность которой повышается с увеличением количества циклов <герметизация — разгерметизация>. При обнаружении течи с помощью, к примеру, искрового течеискателя (для силиконовых и пластмассовых трубок) либо спирта или эфира шланг просто подрезается. Более того, если используется искровой течеискатель, то на  поверхности штенгельного стекла, которое вставлялось в трубку, образуется токопроводящая дорожка. Эту часть стекла также необходимо отрезать, поскольку по токопроволяшей дорожке атмосферный воздух обязательно будет проникать в вакуумную систему (на уровне молекулярного потока).

Наибольшее число циклов <герметизация — разгерметизация> допускают силиконовые, наименьшее — пластмассовые шланги. Поэтому можно предложить использовать составной шланг, к примеру <пластмасса — силикон>, который сочетает малое газовыделение с хорошими герметизирующими свойствами.

Многие специалисты сегодня начинают использовать длинные гибкие шланги (10-40см). Вопрос о том, зачем это нужно, будет рассмотрен ниже. А пока выясним, как длина шланга влияет на качество лампы.

Количество газообразных примесей в этом случае существенно увеличивается, достигая критических значений. Обостряется и  проблема сорбционной активности внутренних поверхностей шлангов.  При высоком  качестве  комплектующих  и  хорошем состоянии вакуумной системы поста газовыделение мало влияет на электрические и световые характеристики ламп. Из-за того, что технологический разброс  характеристик несколько увеличивается, возрастают требования к тренировке ламп. Однако  при использовании комплектующих с большим сроком хранения качество ламп резко ухудшается, наблюдается эффект <суммирования> негативных факторов. С повышенным потоком газовыделения электроды справиться уже не могут даже при увеличенном сроке тренировки. Могут наблюдаться шнурование и пониженная яркость разряда, а также другие дефекты. Поэтому при отсутствии опыта анализа качества получаемой продукции желательно воздерживаться от использования длинных гибких шлангов.

Сегодня известно достаточно много методов дозирования ртути в люминесцентные (в том числе и газосветные) лампы, а также их разновидностей. Большинство методов (рис. 1) уже не раз описывались в публикациях, поэтому в данной статье заострим внимание только на вопросах, связанных с экономией времени  проведения операций и аспектами безопасности.

Рис. 1. Классификация методов дозирования ртути

Известны два способа дозирования ртути в лампу до проведения  электровакуумной обработки.

Старый способ — это капельное дозирование из электромагнитного или ручного дозаторов непосредственно в лампу до ее установки на откачной пост. Этот способ применялся в течение  длительного времени на заводе <Аркон>. В случае тонкослойных люминофоров и железных электродов с окисной пленкой этот способ давал неплохие результаты. К примеру, из-за равномерного насыщения люминофорной поверхности ртутными парами практически  отсутствовали темные пятна сорбированной  ртути. Есть мнение, что ртуть в период обработки плазмой тлеющего разряда на посту может образовывать с материалом электродов амальгамы. На самом деле материалы, используемые в конструкции электродов, к ртути практически инертны. Другое дело современные люминофоры (редкоземельные и пигментированные). Они обладают повышенной сорбционной способностью и в период обработки на посту в присутствии органических загрязнений  способствуют образованию пленок, которые не разрушаются под воздействием высокой температуры и ионной бомбардировки. Сами по себе они могут быть невидимыми, однако при последующем остывании лампы могут активно сорбировать ртутные пары с образованием темных пятен. Этот факт и заставляет относиться с подозрением к данному способу дозирования. Однако он остается интересным с точки зрения возможности ремонта ртутных ламп.

Более перспективным следует считать второй способ. Он основан на применении специальных электродов с остеклованным шариком ртути в закатодной области. Необходимо отметить,  что этот метод наряду  с безопасностью и при использовании коротких гибких шлангов позволяет существенно сократить время вспомогательных операций. Однако высокая стоимость и ограниченная номенклатура электродов со встроенной капсулой ртути в настоящий момент тормозят широкое применение этого способа в производстве неоновых ламп.

Дозирование ртути непосредственно на откачном посту — хороню известный специалистам, но пока не получивший широкого распространения метод. Так, популярны встраиваемые в вакуумную систему поста ручные (на основе кранов) и электромагнитные дозаторы. В этом случае после проведения  базовых операций электровакуумного цикла в штенгель, соединяющий лампу с откачным постом, дозируется необходимое количество ртути. Ртутный шарик транспортируется в лампу потоком рабочего инертного газа. Однако стационарные дозаторы сложны и дороги, поэтому в российских фирмах пока практически не используются. Замена кранов и клапанов на гибкий шланг с  пережимом делает этот способ более конкурентоспособным.

В настоящее время в ряде московских фирм начали применять метод индивидуального дозирования ртути на посту. В первой части статьи,  посвященной способам присоединения ламп к посту, речь  шла о длинных гибких шлангах. По методу индивидуального дозирования к гибкому шлангу присоединяют стеклянную колбочку: проходную (фото 2а) либо глухую с боковым  соединением (фото 2б).

  а

 б

Фото 2. Формы стеклянных колбочек с ртутью, подсоединяемых с помощью гибких шлангов: а) проходная колбочка; б) глухая колбочка с боковым подсоединением

Использование глухой колбочки исключает возможность случайного попадания частиц ртути в вакуумную систему. В колбочку, к примеру, ручным дозатором помешают шарик ртути, а затем подсоединяют к этому гибкому трубопроводу лампу. После заполнения лампы рабочим газом ртутный  шарик опрокидывается в лампу из колбочки  (фото 3) и производится отпайка лампы от вакуумного поста (фото 4).

  а

 б

Фото 3. Процесс помещения ртути в лампу с использованием гибких шлангов: а) с помощью проходной колбочки; б) с помощью глухой колбочки

Достоинства этого способа очевидны. Во-первых, операционное время вспомогательных операций предельно сокращается, поскольку отсутствует необходимость в предварительной напайке колбочки с отростком штенгеля. Кроме того, вместо двух отпаек используется только одна. Во-вторых,  отпадает необходимость в использовании штенгельного стекла (расходный материал).

Фото 4. Процесс отпайки ламп при использовании гибкого шланга

Однако есть и недостатки. При опрокидывании ртути в неостывшую или даже горячую лампу возле штенгельного электрода могут наблюдаться налеты ртути. Впрочем, они легко убираются путем нагрева феном либо горелкой. Но самым неприятным следует считать случай, когда во время тренировки обнаруживается какой-либо дефект. Это приводит либо к производственным потерям, либо к  необходимости ремонта ламп, заполненных ртутью.

Методы дозирования ртути в лампу после ее снятия с поста наиболее часто используются в технологии люминесцентных и газосветных ламп. Наиболее простой из них — метод ртутного  шарика. Он наиболее универсален и может быть использован при любом способе подсоединения  ламп к вакуумному посту. Главным его недостатком является необходимость двукратной отпайки. Сначала лампа отсоединяется от вакуумного поста, ртуть опрокидывается из колбочки в лампу, после чего производится окончательная отпайка колбочки от лампы. Однако в перерыве меду отпайками и до опрокидывания шарика в лампу можно обследовать лампу и при необходимости отремонтировать.

Существует еще два метода, характерные для технологии производства люминесцентных ламп. Их основная черта — безопасная работа с ртутью.

В первом случае производится операция остекловывания ртутного шарика (ртуть помещается в стеклянные капсулы малого диаметра, при этом обеспечивается ее точное дозирование),  затем  стеклянная капсула фиксируется в тонкой никелевой трубочке. В таком виде ртуть абсолютно безопасна и может долго храниться без угрозы загрязнения ртутными парами производственного помещения. Перед процессом электровакуумной обработки трубки капсула помещается  в штенгель  открытого электрода. После завершения процесса трубка отпаивается таким образом, чтобы участок  штенгсля электрода с капсулой внутри остался с трубкой, так как далее его помещают в индуктор. Здесь в результате нагрева токами высокой частоты капсула разрушается и ртуть высвобождается в парообразной фазе. После этого участок штенгеля с использованной капсулой отпаивается и утилизируется  установленным способом. Способ достаточно прост и эффективен, однако требуем применения специального оборудования — ручного высокочастотного индуктора, широко используемого в технологии  производства люминесцентных ламп. Следует  отметить, что индуктор может быть также использован в процессе обезгаживания и активирования электродов. Практика показывает, что в этом случае достигается наивысшее качество обработки электродов.

Известен еще один абсолютно безопасный способ дозирования ртути в газовой фазе: использование металлической ленты с двухсторонним порошковым покрытием (геттерортутный дозатор).

Общим для описанных способов является обеспечение максимальной безопасности при работе с ртутью, что окупает, на мой взгляд, материальные и трудовые затраты.

Подведем итоги исследования. Вспомогательные операции электровакуумного цикла изготовления неоновых ламп, несмотря на кажущуюся простоту, обладают огромным потенциалом совершенствования в направлении уменьшения трудоемкости и увеличения выпуска продукции.

В статье описаны наиболее интересные решения, освоение которых позволит без капитальных вложений увеличить количество производимых в смену неоновых трубок на 20-30%. Показано, что использование технологического опыта из области производства люминесцентных ламп (остеклованные ртутные шарики и геттерортутные дозаторы) может существенно повысить степень безопасности при работе с ртутью.

автор Марков В.
журнал «Вывески Реклама OUTDOOR» №5 2005 год