книги из ГПНТБ / Варламов В.А. Сборочные операции в электровакуумном производстве учеб. пособие

механического насоса впускается атмосферный воздух (таким обра­ зом устраняется перепад давлений между выпускным- и входным патрубками механического насоса). Давление остаточных газов из­ меряется с помощью манометров 4, 5 и 6.

В современных постах-(например, ОММ 2300004) устанавливают последовательно два диффузионных паромасляных насоса Н5С и Н1С.

На рис. 156 показана цельнометаллическая вакуумная система, позволяющая достигнуть сверхвысокого вакуума (Р< ІО-9 мм рт. ст.) и применяемая для обработки особо надежных приборов, например малошумящих ламп бегущей волны.

НОРД-250.) В дальнейшем сни­ жают давление сверхвысоковакуумным насосом 1. (Диффузионный насос 5 может отделяться от вакуумной системы цельнометалличе­ ским прогреваемым вентилем 3.) Высоковакуумная система вы­ полнена только из металлических элементов и соединений, -включая вакуумные уплотнения, в качестве которых применяют металличе­ ские прокладки.

На рис. 157 показана схема установки, работающей по системе «вакуум в вакууме». Такая система широко применяется в установ­ ках для откачки металлостеклянных изделий, в частности сверхвы­ сокочастотных вакуумных приборов.

5- ІО“2 мм рт. ст. (Давление в колпаке измеряют датчиком 5.) Затем через вентиль 7 производят предварительную откачку самого при­ бора. После достижения в изделии предварительного вакуума вен­ тиль 7 закрывают, открывают высоковакуумный вентиль 3 и отка­ чивают газы из прибора пароструйным диффузионным насосом 2, снабженным маслоотражателем 4.

280

§ 88. МНОГОПОЗИЦИОННЫЕ АВТОМАТИЧЕСКИЕ ОТКАЧНЫЕ МАШИНЫ

Преимущества и недостатки автоматических машин

По сравнению с откачными постами достоинствами многопози­ ционных автоматических машин являются следующие: высокая производительность и низкая трудоемкость вакуумной обработки и высокий коэффициент полезного использования производственной площади; проведение вакуумной обработки с использованием сов­ мещенного режима откачки.

К недостаткам автоматических многопозиционных машин отно­ сятся: большая вероятность проникновения паров рабочего масла из насосов в приборы (особенно, когда затруднена установка допол­ нительных вымораживающих ловушек) и трудность корректировки режимов вакуумной обработки . в зависимости от конкретных осо­ бенностей каждого прибора (откачиваемые приборы одного и того же типа отличаются интенсивностью газоівыделения деталей, покры­ тий и оболочки; током накала при одинаковом напряжении на подо­ гревателях катодов; интенсивностью теплопередачи внутри прибора и т. д.). В частности, на автоматических многопозиционных установ­ ках температура при вакуумной обработке изменяется в соответст­ вии с нахождением прибора на той или иной позиции машины вне зависимости от давления в приборе в данный момент. Оптимальной же является вакуумная обработка, при которой скорость изменения температуры (при обезгаживании, активировании и т. д.) корректи­ руется в зависимости от изменения давления в вакуумной системе.

Общее время пребывания прибора на полуавтомате от загрузки до съема называется циклом откачки. Цикл откачки на многопози­ ционных машинах равен числу позиций, умноженных на такт откач­ ки. Тактом откачки называется время пребывания прибора на од­ ной позиции полуавтомата плюс время перехода прибора с позиции на позицию.

Существуют две разновидности автоматических машин: кару­ сельные и конвейерные многопозиционные машины вакуумной обра­ ботки приборов.

Карусельные многопозиционные машины вакуумной обработки приборов

Карусельные машины представляют собой периодически вра­ щающуюся карусель, по окружности которой расположены откач­ ные гнезда с установленными в них приборами.

Карусельные полуавтоматы (рис. 158) состоят из станины, кару­ сели, вакуумной системы, привода, высокочастотной электрической, водяной и огневой систем и тоннельной печи.

281-

Неподвижная станина служит для соединения частей полуавто­ мата.

Вращающаяся карусель обеспечивает перемещение откачивае­ мых приборов по позициям откачки.

Вакуумная система предназначена для откачки из приборов воз­ духа и других газов и паров.

подсоединяют к неподвижным контактам, установленным на опре­ деленных позициях полуавтомата. Управляют электрической систе­ мой со специального пульта, имеющего несколько реле времени.

Водяная система служит для охлаждения диффузионных насо­ сов и высокочастотных индукторов.

Огневая система обеспечивает разогрев (на автоматах с газовы­ ми горелками) и отпай ламп. Огневая система обязательно снаб­ жается автоматическими регуляторами давления газа^и воздуха.

Тоннельная печь предназначена для нагрева оболочки стеклян­ ных, керамических и слюдяных деталей прибора на всех позициях полуавтомата.

Вакуумная система откачной позиции на автоматической маши­

На рис. 159 показана принципиальная схема устройства откачной машины с золотником.

282

Золотник состоит из двух находящихся в контакте массивных, стальных дисков. Поверхности соприкасающихся золотников тща­ тельно отшлифованы и представляют собой вакуумные уплотнения типа плоского шлифа. Нижний диск золотника 7 неподвижен и за­ креплен в станине. По окружности неподвижного диска равномерно расположено столько отверстий (диаметром 6—9 мм), сколько ра­ бочих откачных позиций имеет машина. Эти отверстия соединены каналами с впаянными трубками 8, к которым присоединены тру­ бопроводы, идущие от неподвижных насосов.

°)

Рис. 159. Золотниковая откачная машина:

провод к насосу (по которому движется откачи­ ваемый газ)1, 9 — упорный шарикоподшипник, /0 —

Верхний диск золотника 16 подвижный; он вращается вместе

скаруселью и рабочими откачными позициями. Каждое отверстие

вверхнем диске соединяется высверленным каналом с боковой по­ верхностью диска, куда впаиваются трубки 15, подсоединенные ли­

бо к выходному патрубку диффузионного насоса (когда золотник в области низкого вакуума), либо непосредственно к рабочему от­ качному гнезду (когда золотник в области высокого вакуума). Ко­ личество отверстий в верхнем и нижнем дисках одинаково. После

283 •

поворота карусели 10 вместе с подвижным диском. 16 на определен­ ное число градусов она автоматически останавливается, и каждое отверстие 15 верхнего диска 16 обязательно совпадает (перекры­ вается) с одним из отверстий И нижнего диска 7. В таком положе­ нии карусели происходит откачка газов и паров из приборов, на­ ходящихся в рабочих гнездах полуавтоматов. В период последующе­ го движения карусели и перемещения верхнего диска золотника относительно нижнего отверстия в дисках также смещаются друг относительно друга. При этом рабочее откачное гнездо отсоединяет­ ся от вакуумной системы и откачка газов из прибора практически прекращается. Однако в результате вакуумного уплотнения между дисками вакуум, достигнутый в приборе при остановке карусели (и совпадении отверстия в верхнем и нижнем диске), сохраняется. К моменту новой остановки карусели каждое отверстие в верхнем подвижном диске снова совпадает с одним (но уже другим) отвер­ стием в неподвижном диске. При этом снова начинается откачка га­ зов из вакуумной системы, расположенной выше золотника, но уже другим насосом.

К преимуществам золотниковйх машин относятся: облегчение управления вакуумными системами на отдельных рабочих позициях (так как отсутствуют клапаны и вентили); снижение веса и габари­ тов вращающихся частей откачных машин.

Основным недостатком золотниковых машин является трудность обеспечения герметичности золотников. Это приводит к повышению давления за золотником по сравнению с давлением на впускном патрубке насоса (стоящего перед золотником). Поэтому уменьшает­ ся быстрота откачки и снижается предельный вакуум, который мо­ жет быть получен в приборе.

Вмашинах с золотником в области низкого вакуума откачка газов из одного и того же прибора на всех позициях машины про­ изводится одним и тем же диффузионным высоковакуумным насо­ сом, но разными механическими насосами. Для этого каждое от­ качное гнездо соединяется с отдельным диффузионным насосом, ко­ торый вращается вместе с каруселью и по мере перехода с позиции на позицию подсоединяется через золотник к различным неподвиж­ ным механическим насосам, расположенным по другую сторону зо­ лотника.

Вмашинах с золотником в области высокого вакуума откачка газов из одного и того же прибора на разных позициях производит­ ся разными диффузионными (и механическими) насосами. В этих машинах вращается только карусель с рабочими откачными пози­ циями, а диффузионные и механические насосы остаются неподвиж­ ными. Входной патрубок диффузионного насоса присоединен к от­ верстию в неподвижном диске золотника и через него соединяется

свакуумной системой откачного гнезда, приходящего на позицию. Если такой автомат имеет 36 позиций, то откачиваемый прибор по­ очередно подсоединяется к 36 различным диффузионным насосам.

Автоматы с золотниками в области низкого вакуума имеют ряд преимуществ перед автоматами с золотниками в области высокого

284

вакуума: они обеспечивают получение более высокого вакуума из-за

вакуумных трубопроводов.

Однако расположение диффузионных насосов непосредственно у откачного гнезда увеличивает вероятность попадания в приборы паров масла. Поэтому между откачным гнездом и насосом необхо­ димо устанавливать охлаждаемую ловушку. Кроме этого, на ряде позиций (загрузки, контроля вакуума, обезгаживания стекла и ар­ матуры) через горячие диффузионные насосы проходят значитель­ ные потоки газа — это вызывает необходимость в частой смене масла.

В автоматических машинах для вакуумной обработки кинеско­ пов и других приборов, требующих для изготовления большой ско­ рости откачки и высокого вакуума, обычно применяют вакуумные системы без золотников.

На последней и первых позициях автоматической машины необ­ ходимо защитить масло диффузионных насосов от окисления, кото­ рое может произойти в результате попадания в вакуумную систему атмосферного воздуха во время установки и предварительной от­ качки прибора. Этого можно достигнуть либо отсоединением диф­ фузионного насоса от откачного гнезда автомата, либо частичным охлаждением на этих позициях масла диффузионного насоса (до такого состояния, чтобы пропускание воздуха через насос не вызы­ вало окисления масла), либо применением стойких к окислению масел.

Отсоединение диффузионного насоса от атмосферы и создание предварительного вакуума в приборе без остановки и выключения пароструйного и механического насосов может осуществляться с по­ мощью сильфонных переключателей*. На рис. 160, а и б показана вакуумная схема рабочей позиции беззолотниковой карусельной ма­ шины с сильфонными переключателями (для откачки осциллографических электроннолучевых трубок).

.После отпайки очередной трубки с помощью сильфонного пере­ ключателя 1 закрывается клапан 12, и вся вакуумная система от­ ключается от атмосферы. Сильфонный переключатель 2 ставится в положение, изображенное на рис. 160, а. Клапаны З и 9 в это вре­ мя закрыты, клапан 8 открыт. В этом положении из зажимного гнезда 6 вытаскивают остаток штенгеля и в гнездо вставляют сле­ дующую трубку 11, после чего с помощью сильфонного переключа­ теля 1 открывают клапан 12 и откачка воздуха из трубки ведется через открытый клапан 8 и трубопровод 7 непосредственно меха­ ническим насосом 5. Паромасляный насос закрыт в это время как со стороны его входа (клапан 3), так и со стороны выхода (кла­

* Сильфоном называется тонкая гофрированная металлическая трубка, с по­ мощью которой осуществляется подвижное соединение элементов вакуумной си­ стемы.

285

пан 9). После достижения в трубке разрежения порядка

вод 7 и механический насос 5. В таком положении вакуумная систе­ ма остается в течение всего цикла откачки. Недостаток системы с сильфонными переключателями — наличие большого количества уп­ лотнений, что снижает быстроту откачки и не позволяет получать

Рис. 160. Вакуумная система с сильфонными переклю­ чателями (рабочая позиция беззолотиикового полу­ автомата):

а — создание в приборе предварительного вакуума, 6 — созда­ ние в приборе высокого вакуума.

Стрелками показано направление движения газов в процессе их откачки из прибора

высокого предельного вакуума. Кроме того, в момент работы диф­ фузионного насоса 4 «на себя» (когда клапаны 3 и 9 закрыты — рис. 160, а) он сильно перегревается. При этом в насосе резко воз­ растает давление насыщенных паров масла, которые рывком попа­ дают в прибор после открытия вентиля 3 (рис. 160, б).

Конвейерные многопозиционные машины вакуумной обработки приборов

В конвейерных машинах каждая рабочая откачная позиция представляет собой индивидуальный откачной пост, перемещаю­ щийся по прямым линиям, замкнутым на концах.

286

Многопозиционная машина для вакуумной обработки кинеско­ пов (рис. 161) представляет собой горизонтально-замкнутый, непре­ рывно движущийся конвейер. По направляющим 9 и 12 движутся 165 индивидуальных откачных постов (ячеек), соединенных тяговой цепью 4.

Вакуумная система откачной ячейки содержит последовательно расположенные рабочее гнездо, водяную и полупроводниковую вы­ мораживающие ловушки, диффузионный насос Н015 и подобранный

Рис. 161. Поперечный разрез конвейерной машины для откачки кинескопов:

1 — рама, 2 — туннельная газовая печь, 3 — высокочастотные катушки, 4 — тяговая цепь, 5 — токоведущие шины, 6 — щетки для снятия напряжения с шнн, 7 — насосы для подачи воды в пароструйные насосы и откачные гнезда, 8 — желоб, заливаемый водой, 9, 12 — направляющие, по которым движутся откачные посты, 10 — паромасляные насосы, 11 — откачные посты, 13 — откачное гнездо

287

к нему по быстроте откачки и предельному вакууму механический насос ВН-2МГ. Эта прямоточная вакуумная схема (соответствую­ щая рис. 153) не имеет вентилей, сильфонов и длинных* вакуум­ ных трубопроводов — это обеспечивает большую скорость откачки и низкое давление остаточных газов. В конвейерную машину, кро­ ме откачных ячеек, входят: тоннельная газовая печь 2, подвешен­ ная на раме 1 (печь служит для прогрева прибора до температуры

и газопоглотителя; токоведущие шины 5, протянутые вдоль кон­ вейера — для подачи электроэнергии к откачным позициям. На раз­ личных участках конвейера к шинам подводится различное напря­ жение. При подходе откачной ячейки к определенным откачным по­ зициям конвейера с помощью щеток 6 с шин 5 снимается и подает­ ся напряжение на подогреватель, катод, модулятор и другие элек­ троды прибора, которое необходимо для активирования катода на данной позиции.

Конвейерные машины имеют пульты электрического питания и управления, которые содержат блоки измерения, регулирования

иконтроля электрических параметров.

Косновным из этих блоков относятся:

1) блок управления вакуумной системой, содержащий коммута­ ционную, регулирующую и сигнализирующую аппаратуры;

2) блок питания системы нагрева откачных позиций с автомати­ ческой системой регулирования, обеспечивающей определенную скорость подъема температуры на изделии, поддержание заданной температуры в течение всего времени обезгаживания и определен­ ную скорость снижения температуры по окончании цикла откачки;

3)блоки электрической тренировки прибора, обеспечивающие подачу па электроды прибора (подогреватель, катод, модулятор, сетка, анод) необходимых напряжений в процессе вакуумной обра­ ботки прибора;

4)блоки для регистрирования, измерения параметров и сигнали­ зации.

Контрольные вопросы

1.Назовите элементы вакуумных установок.

2.Перечислите требования к вакуумным установкам.

3.Какие основные характеристики вакуумных насосов вы знаете?

4. В чем заключается принцип работы пластинчато-роторных насосов?

5.Какие требования предъявляют к рабочим маслам для механических на­

сосов?

6.Объясните принцип работы адсорбционного насоса.

7.Объясните принцип работы пароструйного насоса.

8.Расскажите о рабочих жидкостях для пароструйных насосов.

9.Какой принцип работы геттерно-ионных и электроразрядных насосов?

10.Дайте сравнительную характеристику различным вакуумным схемам от­ качных постов.

11.Каково устройство золотниковых машин откачки?

12.Как устроены беззолотниковые конвейерные машины откачки?

13.Как работают беззолотниковые системы с сильфонными переключателями?

* Впускной патрубок диффузионного насоса подсоединен непосредственно к откачному гнезду.

Г л а в а XVI ВАКУУМНАЯ ОБРАБОТКА

ПРИБОРОВ

§ 89. НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ВАКУУМНОЙ ОБРАБОТКИ

Вакуумная обработка приборов служит для: создания в приборе высокого вакуума;

обеспечения условий, исключающих ухудшение вакуума в про­ цессе хранения и эксплуатации прибора;

придания катоду способности эмиттировать электроны. В процессе вакуумной обработки производится: откачка газов и паров из объема прибора;

обезгаживаиие оболочки, внутренней арматуры прибора и газо­ поглотителя — с непрерывной откачкой выделяющихся' газов и паров;

активирование или сенсибилизация катода — термическая обра­ ботка катода в условиях высокого вакуума.

При производстве газоразрядных приборов, помимо тщательной вакуумной обработки, производится наполнение оболочки прибора инертным газом.

При производстве фотоэлектронных приборов непосредственно

впроцессе вакуумной обработки изготовляют фотокатод.

Втабл. 10 приведена принципиальная технологическая схема вакуумной обработки приборов.

§90. ОТКАЧКА ГАЗОВ ИЗ ОБЪЕМА

ПРИБОРА

Время, необходимое для откачки газов из объема прибора, со­ ставляет всего несколько секунд и практически не зависит от его габаритов. Основное время при вакуумной обработке приборов (от нескольких минут до нескольких часов в зависимости от конструк­ ции и назначения прибора) затрачивается на обезгаживаиие обо­ лочки, деталей и узлов арматуры и активирование катода.

На рис. 162 показаны принципиальные кривые откачки: измене­ ние давления в приборе (кривая 1) и изменение' давления в ваку­ умной системе в процессе вакуумной обработки прибора (кривая 2).

На 1 этапе вакуумной обработки (участок А на графике) проис­ ходит откачка атмосферного воздуха из объема прибора и из ваку­ умной системы (операции 4 и 5 в табл. 10). Длительность этого этапа — несколько секунд. Штенгель прибора оказывает некоторое сопротивление потоку атмосферного воздуха, откачиваемого из при­ бора, поэтому давление остаточных газов в приборе несколько пре­ вышает давление в вакуумной системе. Однако состав остаточных газов и паров в приборе и в вакуумной системе один и тот же.