卤钨光源的常见故障及解决途径

照明光源作为大功率强光照明的主光源通常选用三类产品：一类是传统的大功率白炽灯；另一类是高亮度卤钨灯；第三类就是高强度气体放电灯。近年来，用卤钨光源的品种、规格和产品种类发展很快，国内电光源行业在产品的内在质量、性能指标和规格品种上与国际先进水平相比，仍存在明显的差距。现重点分析卤钨光源的现状，就目前生产和实际使用中存在的常见故障及其技术改进的途径进行研究、探讨。1卤钨光源存在的质量问题及其解决途径1.1产品寿命一致性差产品寿命一致性差是目前国内光源的主要和致命的缺陷。产生这种致命缺陷的原因很多，就其中的主要几种情况进行分析、研究。1.1.1灯泡早期灯丝放电烧毁灯丝放电烧毁通常称为炸丝。(1)理论研究表明，灯丝炸丝的主要原因之一是由于“热点”引起钨丝过量蒸发损失。(2)灯丝炸丝的第二种原因是由于灯丝和支架连接不可靠。(3)灯丝炸丝的第三种原因是灯丝在高温工作状态下变形短路或脆化所致。灯丝高温变形产生的原因可分三种情况：①灯丝高温变形产生的原因之一是钨丝材料本身抗蠕变性能差。②灯丝高温变形产生原因之二是灯丝加工工艺不科学所造成的，主要又有以下几种情况：a.钨（钼）丝在加工成灯丝过程中，表面的油污和石墨没有清洗干净。b.一次定型（烧湿氢）过程中，氢气的湿度不够。c.灯丝二次定型工艺不合理。③灯丝高温变形产生的原因之三是灯丝在支架上挂丝不均匀，有的丝段间隔过小，有的灯丝在构件上松驰，在工作状态下变形短路造成放电炸丝。(4)灯丝炸丝的第四种原因是钨丝微量掺杂的影响而造成的。1.1.2灯泡早期炸板漏气灯泡在实际工作燃点过程中，出现封接处夹封板炸板，这是灯泡漏气短命的又一重要原因。夹板处钼箔上部连接灯丝丝脚，下部连接钼引线，钼箔是过渡封接的主要部位。炸板产生的主要原因通常有以下四个方面。(1)钼箔本身材料的质量问题。(2)装架焊接不良。(3)夹封玻壳加热不均匀。夹封工艺一般卤钨灯均采用平火头加热，手动夹封。夹封火头离灯泡玻壳较远，火头开的很大，能源利用率低，且加热不均匀。现在国产的一种新型的PC机控制的自动夹封机已经投入使用，该夹封机设计采用液化石油气环形火头对玻壳进行加热，火头小，热量较集中，既节约了能源且加热均匀。夹板处的应力明显减少，效果良好。(4)夹封模设计不合理。一种新型的改进型的夹封模具设计见图1。采用新型模具夹封的中、大功率卤钨灯泡的夹板根部玻璃凹，这样容易压实；钼箔焊点处凸出，这样焊点处玻璃较厚，得到有效保护，且应力较小，不易断钼箔。1.1.3灯泡早期发黑短命卤钨灯在经济寿命期间，灯泡泡壳过早黑化，产生的主要原因：一是灯内工作气氛不纯；二是卤钨循环不好；三是灯泡内杂质气体的影响；四是玻壳羟基含量的影响。(1)灯内工作气氛不纯产生的主要原因是排气系统真空度不高，灯泡或系统本身有慢性漏气，填充气体纯度不高，一次或二次烧灯漏气等。(2)卤钨灯内的填充气体一般为卤素循环剂和惰性气体。若因种种原因，卤钨循环不充分（或不好），通常的热点熔断就会经常发生。(3)在灯泡排气质量不好的情况下，灯泡内会残存相当数量的有害杂质气体。在灯泡点燃过程中，它们会发生十分复杂的物理化学反应，致使灯泡早期发黑失效。H2O、O2和CO2是构成对钨丝最有害的3种气体，因此，严格控制这3种氧化性气体的含量，是提高灯泡质量的重要和有效的途径。(4)卤钨灯一般选用石英玻璃作为泡壳的材料。对用于中、大功率卤钨灯的石英管的羟基含量应严格控制。1.2产品亮度一致性差和色温偏低产品亮度一致性差和色温偏低的主要原因：一是国内钨丝生产，微量元素掺杂控制不一致，导致灯丝发光效率高低不齐，且普遍偏低。二是国内钨（钼心）丝公差范围较大，粗细不匀现象时有发生，导致产品光电参数不一致。三是产品制造者对功率控制不准，且普遍偏低，色温偏低情况也较多。在灯泡制造时，要优化设计，控制好灯丝绕制工艺，将灯泡功率做足，色温达到设计要求，提高产品总体亮度水平。1.3灯泡安全性和可靠性差造成灯泡安全性、可靠性差有两个方面原因：一是灯泡制造工艺技术问题；二是灯泡使用不当。1.3.1制造缺陷引起的安全性和可靠性问题(1)灯泡在使用中泡壳爆裂：①一是泡壳屏、锥出现裂纹。②二是泡壳厚薄不匀，偏壁度较大，承受不了工作压力。③三是接管根部冷炸、漏气。④四是泡壳发生爆炸。伴随着剧烈的响声，泡炸碎成较多的小玻璃碎片。(2)灯脚焊锡熔化或脱焊导致灯泡不亮。1.3.2使用不当引起的安全性和可靠性问题(1)灯泡插入灯座时接触不好，配合松动，接触电阻很大。试验证明，此种情况下，通电的瞬间也极易产生灯丝放电烧毁，甚至产生爆炸。(2)灯泡实际使用中经常出现直接电压冲击或强烈地频闪使用。(3)超压使用造成的影响。灯泡工作时，灯丝的工作温度直接影响着光源寿命、光输出和灯丝的电阻。工作电压决定了灯丝的工作温度，而灯电流、功率、光通量和寿命都是依赖于温度的变量，并因此随工作电压变化。长期超压燃点不仅会严重地缩短使用寿命，而且可能会引发灯泡严重的放电，甚至爆炸。(4)燃点位置的影响。按正确燃点位置工作，有些光源是考虑配光曲线的要求，但更多的是避免灯丝热态自重变形，出现灯丝与灯丝、灯丝与支架边杆短路、烧毁。2提高卤钨光源使用的可靠性和安全性如何提高卤钨光源使用的可靠性，确保其安全性，可从以下几方面着手。(1)现代光源设计已形成一种新的设计理念，通过提高设计电压，从设计、制造始就预留出电压波动的空间，以减少或避免电压波动带来的影响。(2)现代光源制造应将光源的安全特性放在首位考虑，应通过加强工艺技术控制，特别是采取静态安全检测的方式来确保其可靠性。(3)在光源的制造和使用过程中，选用合适的保险丝，同样是非常重要的。(4)灯光师应尽可能地选用性能优越、可靠的调光器，科学地控制各种照明场合的光源亮度，减少或避免对卤钨光源的频闪冲击，尤其是对热态灯丝的震动冲击。(5)针对不同场合的照明需要，为了确保光源在整个寿命期内能良好地工作，必须科学、合理地选择灯具，使之与光源相匹配。3卤钨光源的前景展望在未来的10年中，卤钨光源的设计、制造者经过探索、研究，将使其在以下方面获得长足的发展。(1)通过优化充气和卤素剂量来改善灯的性能；(2)通过改进制灯技术，采用灯内消气剂，来大大提高灯的寿命；(3)优化采用新型的灯丝材料，更广泛地使用红外反射技术，使卤钨灯的发光效率大大提高；(4)根据灯丝热点建立的真正卤钨再生循环；(5)应设计使用一体化电子器件的“最佳电压”的灯泡。上述的所有议题都是在国际光源文献中曾经提出过的，其中前三项是可以实现的，其他的仍是理论上的。可以预言，卤钨光源将以其更高的发光效率、更长的经济寿命、更可靠的卓越性能以及更低廉的价格等优越性，使它能与其他形式的低功率、低能耗光源相竞争。