Контроль готовых подогревателей

Контроль холодного сопротивления подогревателей производят для отбраковки подогревателей, которые в процессе термической и химической обработки изменили свои размеры и структуру материала и соответственно удельное электрическое сопротивление (например, отбраковываются подогреватели, у которых диаметр проволоки при травлении уменьшился ниже допустимого предела).

Испытания на прерывистый режим накала ПРН) производят для имитации практической работы подогреателя в условиях эксплуатации. При этих испытаниях подогреватель через равные промежутки времени попеременно подвергала нагреву и охлаждению. При включении прибора подогреватель нагревается и удлиняется в соответствии с температурным коэффициентом линейного расширения (ТКР) материала, из которого он изготовлен, а при остывании сокращается _до первоначальной длины.

ТКР алунда больше ТКР вольфрама, поэтому алундовое покрытие расширяется в 2 раза больше, чем керн, и соответственно растягивает его. Попеременное растяжение и сжатие керна может привести к возникновению в нем микротрещин, приводящих к разрушению керна в процессе эксплуатации. Вероятность разрушения керна будет тем выше, чем больше в вольфраме содержится вредных примесей, снижающих его пластичность. В режиме прерывистого накала наблюдается деформация и изменение геометрической формы керна, а также расстояния между подогревателем и катодом. Это снижает температуру и ухудшает равномерность нагрева катода. В некоторых случаях за счет деформации происходит трение подогревателя о стенки катода, приводящее к осыпанию алунда и короткому замыканию катод — подогреватель.

Деформации, возникающие при включении и выключении тока накала, не компенсируют друг друга, и наблюдается постепенно увеличивающееся формоизменение металла керна, что приводит к изменению геометрии узлов и их разрушению.

Применение сплавов вольфрама с рением значительно повышает долговечность работы приборов в режиме ПРН.

Укажем основные дефекты подогревателей и причины, их вызывающие.

Обрыв нитей накала прямонакальных като-fl о в и подогревателей катодов косвенного накала может быть вызван различными причинами.

• 1. Неравномерность распределения температуры по длине нити обусловлена различием электрического сопротивления на разных участках подогревателя. Разброс электрического сопротивления может быть связан, например, с условиями крепления нити (повышенным сопротивлением в контактах), наличием микротрещин в металле (увеличивающих сопротивление), отклонениями диаметра нити от номинального. На участках с повышенным электрическим сопротивлением наблюдается перегрев и испарение металла.

• 2. Перегорание подогревателей на концах, не покрытых алундом. Перегорание происходит в первые моменты после подачи напряжения накала. Это явление объясняется тем, что я^е покрытые алундом концы имеют меньшую теплоемкость, чем алундированный участок подогревателя, и соответственно нагре ваются с большей скоростью и до более высокой температуры; ³ момент включения накала ток, идущий через подогреватель приблизительно в 8 раз больше, чем в рабочем режиме, ³ мощность накала на неалундированных концах подогревателя в 16 раз превышает стационарное значение (так как удельное электрическое сопротивление материала нити в холодном состоянии почти на порядок меньше, чем при рабочей температуре). Поэтому в момент включения накала температура неалундированных концов подогревателя более чем в 2 раза превышает их температуру в рабочем режиме: например, если рабочая температура подогревателя около 1500°С, то в момент включения накала она достигает 3000°С.

3. Концы подогревателя и крепежные элементы имеют различные температурные коэффициенты расширения (ТКР), поэтому в местах контакта возникают внутренние напряжения, приводящие к разрушению этого места соединения (сварки или пайки) или самого металла.

• 4. Оксидирование керна при работе подогревателя в условиях плохого вакуума, при этом на внутренней поверхности алундового слоя наблюдаются полосы (следы окисленного вольфрама). Особенно интенсивное окисление наблюдается при высоком парциальном давлении кислорода и водяных паров.

• 5. Короткое замыкание в цепи катод — подогреватель. Причинами короткого замыкания могут являться: загрязнение алундового покрытия электропроводящими примесями — наличие металлической пыли на катодной трубочке, выплесков металла при сварке, следов щелочи; несоблюдение вакуумной гигиены на монтаже (в частности, загрязнение керна и алундового покрытия следами пота и грязи от рук монтажниц); нарушение целостности изоляционного покрытия; повышенное напряжение в цепи катод — подогреватель, превышающее предельное напряжение пробоя; наличие дефектов шага спиралей, вызывающих сближение и замыкание витков (чем меньше шаг спирали, тем меньше потери теплоты в окружающую среду и выше температура спирали и тепловые деформации).

• 6. Повышенная хрупкость металла и нити накала — результат нарушения режимов сварки при монтаже подогревателя в прибор (при оптимальных режимах сварки температура нити на участках прикосновения со сварочными электродами не превышает 1500°С при этом никаких структурных изменений в вольфраме не. происходит и увеличения хрупкости не наблюдается).

• 7. Нагрев подогревателя выше допустимой температуры — перекал, сопровождающийся интенсивным испарением, Рекристаллизацией и другими процессами, снижающими ме-^ханическую прочность.

• 8. Загрязнение вольфрамовой проволоки следами никеля, например, температура плавления вольфрама при содержании в ^Чем 0,3 % никеля снижается с 3410 до 1500°С, что приводит к перегоранию подогревателя в местах загрязнения. Поэтому запрещается наматывать вольфрамовую проволоку на никелевые катушки, пользоваться пинцетом и другим монтажным инстру. ментом, покрытым никелем.

Расслой спиралей может быть вызван как перенагар. тованностью исходной проволоки, так и нарушением режимов изготовления спиралей (низкой температурой нагрева при спирализации проволоки или формовке спирали, малым диаметром керна, на который производится навивка).

Хрупкость появляется в результате интенсивной кристаллизации вольфрама при нагреве (образуется крупнозернистая структура), неоптимального соотношения между толщиной алундового покрытия и диаметром керна (толщина алунда более чем в 1,5 раза превышает диаметр керна), перегрева спиралей выше температуры 1700°С и длительной выдержки при повышенных температурах, а также загрязнения вольфрама углеродом, железом или никелем в процессе навивки, резки, травления или отжига спиралей.

При взаимодействии вольфрама с углеродом образуются карбиды, которые не только увеличивают хрупкость, но и значительно снижают электропроводность спирали и соответственно вызывают уменьшение тока накала.

Провисание и коробление спирали — изменение ее первоначальных размеров и формы при отжиге или длительной эксплуатации прибора. Провисание спирали приводит к увеличению расстояния между витками на отдельных растянутых участках спирали, возрастанию тепловых потерь, снижению температуры спирали и суммарного электрического сопротивления и соответственно к увеличению тока, проходящего через спираль. Увеличение тока спирали вызывает перегрев, интенсивное испарение и обрыв нерастянутых участков спирали вблизи держателей.

Провисание и коробление спирали могут быть вызваны следующими причинами: плохое качество исходной проволоки, имеющей большое количество пор; несовпадение направлении вращения первичной и вторичной спирализации при изготовлений биспиралей; недостаточно полное закрепление формы спирали и процессе отжига (низкая температура, малая продолжительность или плохая укладка спиралей в лодочке); изменение структура вольфрама, обусловленное загрязнением его углеродом, железом или никелем; плохой натяг спирали при монтаже прибора.

Распыление материала керна и напыление вольфрама на детали внутренней арматуры и стенки оболочки прибор³ (например, потемнение отдельных участков ножки прибора) можС быть вызвано следующими причинами: превышением оптимально температурного режима в процессе высокочастотного обезгаживания арматуры или активировки катода; неправильно сконструированной высокочастотной системой, вызывающей паразитные» наводки тока и напряжения в цепи подогревателя (см. с- 476); высоким парциальным давлением кислорода и паров воды в колбе прибора; сильной шероховатостью вольфрамовой проволоки, обусловленной нарушением режимов ее травления в агрессивных жидкостях (желательно изготовлять подогреватели из полированного вольфрама: при высокой температуре подогревателя происходит «термическая полировка» шероховатой поверхности, сопровождающаяся интенсивным испарением неровностей поверхности).

Осыпание алунда и нарушение целостности изоляционного покрытия происходит при: деформации подогревателя в режиме ПРН (см. с. 285); разрушении алунда на операции высокочастотного и высоковольтного прожига утечек и пробоев в приборах; малой механической прочности алундового слоя, обусловленной низкой температурой и недостаточной продолжительностью обжига (спекания) изоляционного покрытия.

Потемнение поверхности алундового покрытия может быть вызвано следующими причинами: загрязнением алундовой суспензии или водорода в печи спекания покрытия; высоким парциальным давлением кислорода и паров воды, приводящим к окислению вольфрамовой проволоки; оксиды вольфрама вступают в химическое взаимодействие с алундом и диффундируют через слой алунда; оба эти процесса приводят к потемнению алундового покрытия, изменению электрического сопротивления, увеличению тока утечки и повышению тока накала.

Кратеры на покрытии образуются при загрязнении поверхности керна, высоком напряжении в процессе электрофореза, повышенной кислотности электрофорезной суспензии, попадании в суспензию воды.

На рис. 17.12 показаны подогреватели, залитые в керне катода изоляционным и теплопроводящим составом. В этих подогревателях передача теплоты катоду происходит не излучением, а теплопроводностью.