ГАЗОСВЕТ.
Выбор, производство, хранение.
Статья посвящена проблемам производства
газоразрядных (неоновых) ламп.
технолог завода "Аркон",
кандидат технических наук
Марков Виктор Григорьевич
тел. в Москве: 8-916-122-4067
e-mail: tehnolog_neon@mail.ru
В последние 3-4 года наметился рост новой волны "неона", который связывают с приходом на наш рынок иностранных комплектующих для производства газосветных ламп: стекло, электроды, держатели, оборудование. Возникают минизаводы газосветных ламп в Москве и других городах России.
Но время первых успехов, связанных с возможностями импортных комплектующих , проходит.
Рост газосветной продукции, особенно в регионах России, сдерживается неразвитостью рынка комплектующих и технологий, их высокой стоимостью. Возникла потребность в развитии импортнозамещающих технологий.
Опыт последних лет показывает, что рост новой газосветной продукции сопровождается ростом количества ремонтов. Делать плохо становится экономически невыгодно. Но как делать хорошо?
Обеспечение качества требует от производителей дополнительных усилий на протяжении всей жизни изделия: от изготовления комплектующих до эксплуатации в составе газосветной вывески. Проблемы, возникающие на каждом этапе, и являются темой этой статьи.
КОПЛЕКТУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ.
Выбор производство, Хранение.
Мы не будем подробно описывать всей существующей номенклатуры, широко представленной в каталогах фирм- изготовителей(EGL, VOLTARC (США), TECNO LUX (Италия), MANSOLITE (Англия), SEFLI (Франция), NEON PRODACTS, LSW (Германия),завод световой рекламы "АРКОН" (Россия). Нас будут интересовать лишь моменты, оказывающие влияние на кочество продукции.
При выборе стекла для производства газосветных ламп руководствуются прежде всего потребительскими свойствами (цвет, яркость, равномерность люминоформного покрытия трубки), стоимостью и техническими характеристиками.
Из технических характеристик стекла производителей интересует ,в основном, тип стекла ( содовое, свинцовое, боросиликатное), его прочносные свойства, стойкость люминофора к огневой обработке.
При выборе электродного узла учитывают условия совместимости стеклянной трубки и колбы электродного узла по типу и диаметру стекла, рабочий ток, конструктивные особенности (например, наличие или отсутствие стеатиновой втулки и слюды) и срок службы.
Электроды производятся в основном, двух типов: металлические ( железные, никелевые) с рабочим окисным слоем и электроды, рабочая поверхность которых покрыта смесью оксидов щелочноземельных металлов ( активированные электроды). Активированные электроды имеют меньшее прикатодное падение напряжения и меньший коэффициент распыления, а значит потенциально надежнееэлектродов с окисным рабочим слоем.
Стеатиновая трубка уменьшает опасность распыления рабочей поверхности электрода, препятствует "забросу" плазмы разряда на внешнюю сторону электрода и на гермовводы, и центрирует электрод по оси трубки. Поэтому электроды со стеатиновой втулкой надежнее в эксплуаатации.
Отечественные комплектующие уступаюн зарубежным и по ассортименту и по надежности. Однако для обеспечения наших производителей современными и недорогими комплектующими проводится модернизация отечественного электродного узла УЭГР-20 и осваивается выпуск цветного люминофорного стекла различных диаметров. Применение оригинальных технологий нанесения рабочего и защитного слоев на металлический электрод повысило срок службы катода до 10000 часов.
Качество комплектующих- еще не гарантия качества конечной продукции. Опыт показал, что при обработке на откачном посту иногда наблюдаются отклонение, иногда приводящие к выпуску дефектных ламп. Наблюдаются "белизна" в неоновом разряде, темные пятна на внутренней поверхности трубки, потемнение активированного слоя электродов и т.д.
Анализ дефектов позволил связать это с нарушением условий хранения стекла и электродов. Главный виновник этих явлений при производстве газоразрядных приборов- пыль, состоящая на 20-30% из органических веществ. Общепринятая в мире технология производства ламп не имеет средств борьбы с такими отклонениями качества комплектующих. Чтобы уберечся от технологических потерь , во- первых, лучше хранить стеклянные трубки в герметичной упаковке либо с заглушками. Во-вторых , электродные узлы желательно хранить в обеспыленной таре, что снижает вероятность отравления оксидного слоя при электровакуумной обработке (почернение). Если же вы не можете обеспечить условия вакуумной гигиены- пользуйтесь металлическими электродами.
ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ
Изготовление лампы включает стеклодувные работы, электровакуумную обработку, тренировку и контроль. Такая структура требует организации четырех видов рабочих мест ( рабочее место стеклодува, откачной пост, тренировочная рама, контрольный стенд).
Торгующие оборудованием фирмы предлагают мини-заводы по производству газосветных ламп, которые включают рабочее место стеклодува и откачной пост. Тренировочное и контрольное оборудование в таком комплекте отсутствует.
На примере откачногго поста ULTRA VAC SE видно, что навых технологических идей иностранные фирмы не предлагают. Пост выполнен на уровне функциональности из простых и дешевых деталей и поэтому максимально прост в обращении. Относительно назкая стоимость, простота обслуживания, малые габариты позволяют легко осваивать выпуск "неоновых" ламп в больштх объемах, характерных для маленьких предприятий.
Попытки использовать эти посты в крупном производстве наверняка встретят трудности (аттестация оборудования, низкая производительность). Повысить производительность можно за счет автоматизации основных технологических операций , а это ведет к увеличению сложности и стоимости. Примером служат откачной пост NEOVAX 520CLX фирмы VOLTARC (США) или откачные посты европейских фирм SEFLI (Франция) и NEON PRODACTS (Германия). Европейские посты отличаются более продуманной вакуумной схемой, использованием современных насосов (турбомолекулярных), автоматизацией технологических операций с контролем режимов обработки и заполнения. Жаль, что стоимость этого оборудования препятствует появлению его на рынке.
При создании производства в других городах может быть полезен опыт московских предприятий. Отечественные посты по схеме построения и оснащению не уступают американским , а по производительности превосходят их. Они просты в эксплуатации и снабжены всеми необходимыми видами защиты. В процессе их создания и модернизации были предложены конструкционно -технологические решения , которых нет зарубежных конструкциях. Например, успешно опробована схема откачки, включающая форвакуумный насос и прогреваемую собционную ловушку. Такая система "не боится" водяных паров, Главной причины неустойчивости откачки механическими насосами, а для контроля и измерения давления в системе на всех этапах технологического процесса достаточно использовать один вакуумметр с тепловым манометрическим преобразователем. Это упрощает вакуумную систему поста и процесс изгатовления лампы.
Остановимся на проблеме электровакуумной обработки. Она включает: обезгаживание стакла лампы и электродов, откачку лампы до давления 0,1 Па, заполнение рабо-чими газами и ртутью. Сегодня изве-стны две технологии. По первой обезгаживание стекла производят с помощью внешней печи, а прогрев электродов - ВЧ-индуктором в процессе откачки. Она дает наилучшие результаты, особенно для ламп с активированными электродами. Главный её недостаток - трудность создания пе-чи, позволяющей обрабатывать лампы любой конфигурации. Поэтому шире распространена вторая технология, по которой прогрев стекла и электродов производят плазмой линейного разряда с использованием мощного высоковольтного трансформатора "прокалки". По воздействию на электроды эта технология - настоящее варварство. Токи обработки, превышающие допустимые на порядок и более, да еще в агрессивной остаточной среде, оказывают разрушающее влияние на рабочие поверхности электродов, особенно оксидированных. Органические загрязнения в разряде отравляют оксидные слои. От этого падает их эмиссионная способность и растет коэффициент распыления. Срок службы катодов существенно снижается.
Металлические электроды с окисным слоем оказываются в несколько лучшем положении. Парадокс в том, что в присутствии кислорода или во-дяных паров катодное распыление окислое сдерживается реакцией плаз-мохимического окисления. Происходит как бы воспроизводство окисного слоя. Этот процесс хорошо идет в кислородосодержащей среде, к примеру, в среде сухого воздуха. Кислород, разрушая молекулы органических веществ (загрязнений), уменьшает опасность отравления окисных и оксидных слоев электродов, а также люминофорного покрытия, что повышает срок службы электродов и замедляет падение яркости излучения лампы.
Еще более интересные результаты дает технология, при которой процесс откачки заменяется процессом продувки через лампу сначала кислородосодержащей, а затем рабочей газовой среды. Таким образом, уда-ется максимально уменьшить длительность процессов обезгаживания
(за счет их интенсификации) и сни-зить требовании к системе откачки (не требует вакуумных насосов). Технология продувки уже прошла успешные испытания.
Описанные выше технологические приемы электровакуумной обработки, в целом позволяют повысить стабильность технологического процесса (даже в случае невысокого качества комплектующих) и уменьшить произ-водственные потери и процент брака.
Еще одним узким местом процесса электровакуумной обработки ламп остается дозирование ртути - операция экологически грязная и опасная для здоровья. Уменьшить опасность можно, например, с помощью техно-логии капсулирования. При этом герметичные капсулы с ртутью поме-щают либо в штенгельном резервуаре. либо в закатодном пространстве электродов (к примеру, в электродах фирмы SEFLI). Ртуть дозируется в лампу после разрушения капсулы ВЧ-нагревом. Первый вариант технологии уже проходит испытания.
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА
О проблемах качества и надежности производители говорят неохотно, как будто их не существует. Тогда зачем гарантийное и эксплуатационное обслуживание? Ответ прост - лампы и трансформаторы периодически выходят из строя. В основе отказов лежат объективные причины, связанные с качеством комплектующих, сроком и условиями их хранения, нарушениями технологического процесса изготовления. Последнее может быть связано с ограниченными возможностями оборудования, низкой эффективностью технологических приемов и квалификацией работников. Эффективное средство борьбы с отказами - контроль на различных этапах жизненного цикла лампы.
Есть три формы контроля: персональный, технический и контроль стабильности технологического процесса.
Персональный контроль осуществляют стеклодув и откачник. По форме он является визуальным, с использованием простейших технических средств (искровой течеискатель, тестер). Возможности такого контроля ограничены явными дефектами (отклонения от шаблона, низкая яркость, несоответствие цвета, пятна на стекле, трещины), определяющими не надежность, а скорее производственные потери.
Технический контроль включает
измерение электрических и светотехнических параметров в процессе тренировки. Но существующие методы технического контроля не способны указать на причину дефекта, если он скрытый, который проявляется в форме дрейфа параметров. Интерес к этой группе дефектов связан с тем, что именно они и приводят к отказам.
Но малая эффективность существующих методов еще не причина для отказа от технического контроля. как средства повышения надежности продукции и снижения потерь из-за дефектности ламп.
Автором была предложена идея многопараметрического контроля качества и идентификации дефектов газосветных ламп, реализованная в виде автоматизированной компьютерной системы. Принцип действия системы основан на измерении диаграммы напряжения на лампе в процессе тренировки в рабочих условиях и оценки качества по четырем параметрам, характеризующим вид этой диаграммы. Анализ дефекта производится по отклонению параметров от номинальных значений. В результате вырабатывается код дефекта, по которому и производятся ком-пьютерная оценка качеств, прогноз срока службы и выдаются технические рекомендации по устранению дефекта. Система играет роль высококвалифицированного эксперта, не требуя от оператора знаний тонкостей технологии.
Система выявляет самые сложные дефекты, которые невозможно найти другими методами, и осуществляет контроль стабильности технологического процесса. Это снижает расходы на гарантийное обслуживание и производственные потери.
Приведем данные, полученные в результате анализа партии из двухсот ламп, изготовленных из иностранных комплектующих. В расчет брались лампы, прошедшие все стадии операционного контроля и тренировку. В результате компьютерного анализа выяснилось, что процент ламп с пара-метрическими дефектами, снижающимии срок службы до 4000 часов (срок гарантийного обслуживания)
составил: 5% -для "аргоновых" ламп, 6-7% для "неоновых" ламп..
Если учесть, что ремонт газосветных вывесок стоит, в среднем, от 20 до 100 долл., то экономическая целесообразность системы очевидна.
ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩАЯ АППАРАТУРА
Пускорогулирующие аппараты для газосветных ламп - это высоковольтные источники питания, обеспечивающие надежное зажигание и горение в условиях их эксплуатации в течение длительного срока и имеющие защитные устройства.
По частоте выходного напряжения они делятся на низкочастотные (50 Гц) и высокочастотные (20-40 кГц).
Высокочастотные аппараты - это электронные устройства, выполненные по схеме преобразователя напряжения. К достоинствам последних можно отнести малые габариты и вес. Недостатки - высокая стоимость, зависимость от схемы монтажа и повышенный уровень помех. Электронные ПРА все чаще используються в газосветной практике, например, в интерьерных, небольших по мощности вывесках.
Этому способствовало появление на рынке комплектующих зарубежных и отечественных (например, ИПЛ-1) аппаратов. Последний обладает определенными преимуществами по сравнению с зарубежными аппаратами, поскольку снабжен сетевым фильтром и защитами от холостого хода и короткого замыкания. Сейчас готовится к производству новая модификация высокочастотного ПРА. в котором использован пьезотрансформатор.
Основным источником питания газосветных ламп остаются электромеханические трансформаторы. Они работают и в помещении, и на открытом воздухе, надежны и просты в эксплуатации. Имея, так называемую падающую вольтамперную характеристику, они могут работать в режиме "короткого замыкания".
Газосветные трансформаторы различают
- по конструктивному исполнению ("сухие" и залитые компаундом);
- по рабочему току (20, 30. 40,60 80,100мА);
- по выходному напряжению (от 2 до15кВ).
В России большинство установок ра-ботают на токе 20 мА, поэтому из существующих трансформаторов в России используется лишь небольшая часть.
Характеристики и надежность трансформатороа ведущих иностранных фирм, проиводящих комплектующие для газосветной техники, примерно одинаковы, за исключением деталей. В некоторых типах современных трансформаторов европейских фирм применяется защитное устройство от
пробоя на "землю", повышающее
пожаробезопасность установки, примрионие которого в Европе становится обязательным (стандарт EN 50107).
В России наибольшее распространение получили запорожские трансформаторы. Они выполнены в железном корпусе, герметизированном резиновой прокладкой, что делает их ремонтопригодными, но и менее надежными. Из последних разработок интересны трансформаторы московского завода "Динамо". В их конструкции применена заливка эпоксидным компаундом. Они надежны и способны длительное время работать в режимах короткого замыкания и холостого хода.
НЕКОТОРЫЕ ИТОГИ
Если попытаться в нескольких словах сформулировать итоги приведенного анализа состояния газосветного производства в России, то можно сказать следующее. На сегодняшний день. по крайней мере, в Москве сложились благоприятные условия для выпуска газосветной продукции высокого качества и надежности. Этими условиями являются возник-новение рынка комплектующих, на-личие современного оборудования и технологий, появление новых методов контроля качества и наличие специалистов, владеющих приемами работы с газосветной продукцией.
Но одних начальных условий, конечно, мало. Необходимы также организационные усилия всех сторон, заинтересованных в развитии газосветного производства.
Рынок комплектующих и технологий еще формируется. Пока производитель покупает не то. что ему нужно, а что дают. Необходимо создавать условия, когда производитель имел бы гарантии качества покупаемых изделий и технологий (сертификат качества с указанием сроков и условий хранения либо иные гарантии). Оборудование должно быть современным и удовлетворять требования безопасности. Должны возникнуть условия постоянного накопления технологического и производственного опыта на базе развития рынка информационных и техно-логических услуг.
Таким образом, без дружного решения организационных проблем, трудно будет поднять имидж газосветной продукции в России.
|
