屏錐式玻璃封接應(yīng)力與燃點(diǎn)可靠性關(guān)系的分析
玻璃封接后存在內(nèi)應(yīng)力，會(huì)降低燈的穩(wěn)定性，使其在使用過(guò)程中出現(xiàn)炸裂。本文對(duì)屏錐式封接玻璃應(yīng)力與燃點(diǎn)可靠性關(guān)系進(jìn)行了試驗(yàn)和分析，得出一些新的結(jié)果，提供給同行作為借鑒。
鹵素?zé)粜臼酵渡錈舻纳a(chǎn)工藝通常為：燈絲制造，鹵素?zé)粜局圃欤瑹粜狙b架，錐體可伐帽封接，蒸鋁，然后進(jìn)行定焦，封屏，排氣，清除焊料，成品檢驗(yàn)，包裝等工序。
在這些加工工藝中，燈絲制造、鹵素?zé)粜局圃煲约安Ａ梁筒ＡуF封接工藝尤其重要。因?yàn)闊艚z制造工藝關(guān)系著燈的壽命、燈的光強(qiáng)指標(biāo);鹵素?zé)粜竟に囮P(guān)系著鹵鎢循環(huán)的效果和使用可靠性。玻璃屏和玻璃錐封接工藝關(guān)系著封接質(zhì)量，進(jìn)而關(guān)系著燈使用可靠性———如果玻璃屏和玻璃錐封接不好，封接部位就會(huì)存在不牢固問(wèn)題，出現(xiàn)炸裂情況。
最近，我們對(duì)玻璃屏和玻璃錐封接處存在的應(yīng)力狀況與封接質(zhì)量的關(guān)系，進(jìn)行了跟蹤試驗(yàn)和分析，從中有了一些新認(rèn)識(shí)。
1、應(yīng)力等級(jí)的劃分
應(yīng)力等級(jí)是衡量玻璃封接的一個(gè)重要指標(biāo)。但現(xiàn)代的專(zhuān)業(yè)書(shū)中往往只提及玻璃材料產(chǎn)生應(yīng)力的原因以及應(yīng)力對(duì)玻璃材料產(chǎn)生不良影響的情況，很少進(jìn)行具體的分級(jí)。
本文按照對(duì)電真空玻璃應(yīng)力等級(jí)的理解將其分為4級(jí)，如表1所示。
表1 應(yīng)力等級(jí)劃分
2、應(yīng)力試驗(yàn)
為了弄清玻璃屏和玻璃錐封接處應(yīng)力狀況與封接可靠性關(guān)系，我們進(jìn)行了試驗(yàn)。
(1)按照應(yīng)力等級(jí)將燈分類(lèi)：將240只試驗(yàn)燈逐個(gè)通過(guò)應(yīng)力儀照射，標(biāo)上“應(yīng)力等級(jí)”；
(2)進(jìn)行燈的燃點(diǎn)試驗(yàn)：給燈加上1.05倍的額定電壓，即額定電壓是28V，則加上29.4V，進(jìn)行5個(gè)燃點(diǎn)循環(huán)(一個(gè)燃點(diǎn)循是燃點(diǎn)10min、熄滅10min)，試驗(yàn)有專(zhuān)人負(fù)責(zé)；
(3)將試驗(yàn)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2所示。
3、結(jié)果分析
由試驗(yàn)結(jié)果看出：0級(jí)應(yīng)力共15只，封接處出現(xiàn)炸裂的數(shù)量有3只，占總數(shù)20%，比例很大;1級(jí)應(yīng)力共95只，封接處出現(xiàn)炸裂的數(shù)量有8只，占總數(shù)8.42%;2級(jí)應(yīng)力和3級(jí)應(yīng)力燈沒(méi)有出現(xiàn)炸燈。
表2 應(yīng)力等級(jí)試驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)
試驗(yàn)結(jié)果出乎預(yù)料，原先認(rèn)為，3級(jí)應(yīng)力燈出現(xiàn)炸裂的可能性最大，0級(jí)應(yīng)力燈出現(xiàn)炸裂的可能性最小，為此就導(dǎo)致這個(gè)結(jié)果的原因進(jìn)行了分析，存在以下幾種可能：
(1)0級(jí)應(yīng)力出現(xiàn)炸裂的燈，可能是封接部位內(nèi)在質(zhì)量不高導(dǎo)致的，這一點(diǎn)，可以從“鋼化”玻璃的破碎狀態(tài)得到啟示。
所謂“鋼化”玻璃，就是進(jìn)行特殊工藝處理：先將玻璃升溫到一定溫度，然后將它突然投入某一介質(zhì)中，例如：油，此時(shí)介質(zhì)溫度是設(shè)定好的。由于玻璃在由高溫向低溫轉(zhuǎn)變過(guò)程中是驟變的，玻璃內(nèi)部結(jié)構(gòu)還來(lái)不及變化，便被按照某一方向“排列”并固定。這種結(jié)構(gòu)會(huì)使玻璃內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。工藝處理較好的鋼化玻璃損壞時(shí)，是在極短時(shí)間內(nèi)整塊玻璃瞬間爆炸，同時(shí)產(chǎn)生蠶豆粒大小的玻璃碎片，破碎后內(nèi)應(yīng)力不復(fù)存在。普通玻璃損壞時(shí)，既留有大塊碎片，也留有小塊碎片。
投射燈玻璃屏和玻璃錐的封接面呈0級(jí)應(yīng)力情況，只有兩種極端可能：一是工藝控制很好、很到位，退火后達(dá)到了幾乎完美狀態(tài);另一種是封接不好，內(nèi)部出現(xiàn)了炸裂的小細(xì)紋。產(chǎn)生小細(xì)紋導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力徹底釋放，但此時(shí)由于玻璃屏和玻璃錐厚度較厚，小細(xì)紋并不能馬上讓燈出現(xiàn)漏氣情況，真正讓燈顯現(xiàn)問(wèn)題的是“燃點(diǎn)循環(huán)”試驗(yàn)。
“燃點(diǎn)循環(huán)”試驗(yàn)使燈體由室溫驟升變成高熱，然后又由高熱降低回到室溫狀態(tài)，再由室溫驟升變成高熱，多次的循環(huán)，令小細(xì)紋的裂口逐步擴(kuò)大，直至封接處炸裂開(kāi)來(lái)。
0級(jí)應(yīng)力組3只炸裂開(kāi)的玻璃屏和玻璃錐端口形狀，映證了前面的分析、判斷，因?yàn)榉饨用娌皇浅嗜廴跔睿浅势交瑺�，說(shuō)明玻璃屏與玻璃錐之間沒(méi)有充分熔合。
(2)2級(jí)應(yīng)力和3級(jí)應(yīng)力燈沒(méi)有出現(xiàn)炸燈情況，這是因?yàn)椴Ａ梁筒ＡуF封接處雖然存在內(nèi)應(yīng)力，但它們之間沒(méi)有存在炸裂的小細(xì)紋。燃點(diǎn)時(shí)，燈腔體溫度上升可達(dá)300℃以上，這時(shí)作為窗口的玻璃屏，溫度上升會(huì)更快和更高，有可能達(dá)到500℃ 以上，這是光發(fā)出的熱量與燈絲發(fā)出熱量經(jīng)熱傳導(dǎo)疊加造成的。在此狀態(tài)下，玻璃內(nèi)部的分子變得活潑，應(yīng)力的束縛力反而減弱，應(yīng)力的破壞性急劇下降，玻璃炸裂的可能性因此降低。
(3)解剖了幾只使用過(guò)的2級(jí)和3級(jí)應(yīng)力燈，發(fā)現(xiàn)封接處熔合程度很好，玻璃之間熔為一體。由此推斷，在封接處留有2級(jí)應(yīng)力和3級(jí)應(yīng)力，可能是退火曲線把握不到位，產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力所致。因?yàn)閱纹Ａ梁蛦纹ＡуF未加工時(shí)的內(nèi)應(yīng)力，曾做過(guò)檢測(cè)：絕大多數(shù)為0級(jí)，極少數(shù)為1級(jí)。當(dāng)將它們封接在一起時(shí)，總的厚度增加，退火工藝需要的退火時(shí)間更長(zhǎng)。此時(shí)如不注意，容易在玻璃內(nèi)留下大的內(nèi)應(yīng)力。能否將單片玻璃屏和單片玻璃錐做得相對(duì)薄一些來(lái)解決上述問(wèn)題?這樣既可以降低制造成本，又可以把兩玻璃件加工厚度與應(yīng)力關(guān)系分析變得簡(jiǎn)單許多。但是眾所周知，玻璃有其自身特性，它抗壓不抗張。
燈在燃點(diǎn)過(guò)程中，隨著溫度上升，燈腔體內(nèi)的氣體壓力也隨之增大。高色溫?zé)粜臼絇AR 燈燃點(diǎn)時(shí)，燈芯腔體內(nèi)的氣壓是不燃點(diǎn)時(shí)的3～4倍。如果燈芯壓封的氣密性不高，有微量氣體從燈芯中泄漏到燈腔體內(nèi)，燈腔體內(nèi)的壓力會(huì)大大增加。玻璃材料抗壓性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于抗張性能，燈腔體內(nèi)大氣壓讓玻璃承受了較大壓強(qiáng)的抗張壓，如果燈玻璃厚度設(shè)計(jì)偏薄，極有可能引起整體爆炸，帶來(lái)的后果不堪設(shè)想。選擇單片玻璃屏和單片玻璃錐稍厚，可以提高抗張性能。
玻璃屏和玻璃錐封接后，有的封接處內(nèi)應(yīng)力小，有的則很大，有可能是試驗(yàn)燈在制造過(guò)程中，不同批次生產(chǎn)之間存有差異。
4、結(jié)論
(1)封接質(zhì)量包括兩個(gè)方面，一是玻璃屏和玻璃錐之間的熔合程度;另一個(gè)是熔合之后的退火曲線把握。熔合很好，但退火曲線把握不到位，會(huì)產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力;熔合不好，有可能出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力很小但內(nèi)在可靠性不高的情況。
(2)設(shè)計(jì)固然重要，但是工藝的探索和改進(jìn)更為件下使用。允許變動(dòng)范圍為額定值的±5%(釷鎢陰極)，過(guò)高或過(guò)低的陰極電壓都會(huì)影響電子管的使用壽命。
對(duì)于強(qiáng)制冷卻的電子管，在接入陰極電壓之前，必須先啟動(dòng)冷卻系統(tǒng);而在陰極電壓關(guān)斷后，作為冷卻電子管的水和風(fēng)仍需繼續(xù)冷卻10min以上，以驅(qū)散余熱。
對(duì)于水冷陽(yáng)極的電子管，必須滿(mǎn)足所需要的水流量和水壓力。通常陽(yáng)極入水口的水壓應(yīng)為0.2～0.3MPa。
當(dāng)水流量或水壓不能滿(mǎn)足電子管冷卻所要求的數(shù)值時(shí)，必須降低板耗(陽(yáng)極耗散功率)使用，以使進(jìn)出水溫度盡量降低。出水口溫度最高不得超過(guò)70℃，進(jìn)、出水口溫差在10℃左右為宜，最高不超過(guò)20℃。水冷陽(yáng)極的冷卻水純度要高，以防止嚴(yán)重結(jié)垢。陽(yáng)極和水套要定期清洗除垢。清洗水垢時(shí)可用10%～30%的鹽酸浸泡。嚴(yán)禁用金屬利器刮削陽(yáng)極表面。電子管工作時(shí)，其陽(yáng)極電流、柵極電流、板極(陽(yáng)極)耗散功率、柵極耗散功率均不得超過(guò)極限值。陽(yáng)極電流和柵極電流的比例要按照整機(jī)說(shuō)明書(shū)中規(guī)定的范圍和實(shí)際負(fù)載情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。過(guò)大或過(guò)小的陽(yáng)、柵電流比例會(huì)使陽(yáng)極或柵極損耗功率超過(guò)規(guī)定值而損壞電子管。
備用的電子管要與設(shè)備上使用的電子管交替作業(yè)，使用前要按照規(guī)定進(jìn)行各項(xiàng)檢查和老煉。
