Кустарные вакуумные триоды Клода Пайяра. Часть 2. Печь, сварка, химия

2025-10-31 в 9:01, admin, рубрики: ruvds_статьи, Клод Пайяр, самодельные лампы, стекло, стеклодувное дело, электровакуумное производство

Продолжим обзор-анализ работ французского энтузиаста рукодельных электровакуумных приборов (ЭВП), Клода Пайяра. В части №1 мы уже свели с ним знакомство, рассмотрели несколько общих вопросов, применяемое огневое оснащение и резку стеклянных трубчатых заготовок. Напомню — речь идёт о кустарном изготовлении знаменитого универсального вакуумного триода 1920-х годов — ТМ [1] — маломощного и сравнительно низковольтного, с прямонакальным катодом-нитью из чистого вольфрама. Это была первая «жёсткая» промышленная лампа — с высоким вакуумом, обеспечивающим стабильность параметров. Неблестящие характеристики для электровакуумщика-любителя в полной мере компенсируются простой конструкцией и технологией, есть здесь и место для совершенствования — исторические триоды ТМ дали начало множеству серий более совершенных ламп.

На пути к самодельным работам такого рода всегда встаёт несколько крупных (дорогостоящих, часто — громоздких), аппаратов, приборов, процессов, без которых дело существенно осложняется или становится вовсе невозможным.

1. Технологическая печь

Электровакуумные работы, как правило, весьма горячие — пламенный нагрев для формовки и спаивания стекла, заделки электрических выводов, отжига и дегазации (обезгаживания) деталей. Одни из операций с нагревом призваны улучшить характеристики готовых приборов, без других стеклодувные работы заканчиваются неминуемым браком, особенно в случае применения дешёвого легкоплавкого, как у Клода, стекла [2]. Стекла, требующего плавного разогрева и охлаждения, промежуточных отжигов сложных деталей.

Известные стеклодувные приёмы для работы с такими стёкл��ми — охлаждение спаянной или сформованной детали в «светящем» (коптящем) пламени (покрытие копотью) требует опыта и некоторой квалификации мастера: плавность вращения, равномерность покрытия сажей, продолжительность операции, положение детали, зависящие, кроме прочего, от её формы, размера, толщины стенки. Неудачное выполнение приводит к мгновенному или отложенному, иногда на значительное время, растрескиванию стекла от оставшихся внутренних напряжений. Отсюда — особо капризные детали прямо с горелки помещают в нагретую печь, где замедленно и контролируемо охлаждают. Остальные после охлаждения в светящем пламени подвергают полному печному отжигу — плавно разогревают, некоторое время выдерживают при определённой, близкой к размягчению, температуре, чтобы внутренние сжатия распрямились, плавно же охлаждают, чтобы не наделать напряжений новых.

Фото 1.1. Универсальная технологическая мини-печь Клода с симисторным блоком управления и индикации. На одно посадочное место. Применяется в ряде операций

Фото 1.2. Печь в открытом состоянии. Выполнена на основе четырёх вогнутых керамических ИК нагревателей по 125 Вт каждый, в одном из которых, встроена термопара К-типа. Печь не теплоёмкая, суть — кожух из 1.5 мм алюминиевого листа, диаметром 130 мм, высотой 140 мм. Датчик внешнего термометра, помещённого в фокусе нагревателей закрытой печи, обнаруживает температуру примерно на 11% большую, чем данные табельной термопары, и достигающую 300…500 ̊ С, чего хватает для обработки легкоплавкого стекла. Конструкция без всяких ПИД термоконтроллеров обеспечивает нагрев до 450 ̊ С в течение 20 минут, и охлаждение до комнатной температуры в течение часа, что вкупе с вертикальным положением садки (симметричный нагрев и охлаждение) даёт удовлетворительные результаты с нетолстым стеклом платиновой группы [2]

Фото 1.3. Применение печи для полного промежуточного отжига ответственных деталей — заготовок гребешковых ножек. Шесть их помещаются на специальном держателе

Фото 1.4. Впаивание группы выводов в гребешковую ножку на специальном станке. Его оправка с деталью (отмечено) съёмная, и после операции, горячей, немедленно помещается в нагретую печь для замедленного остывания

*Фото 1.5. Перенос нагретой оправки с ножкой (отмечено) в горячую печь для остывания*

Фото 1.6. Открытая печь на откачном посту. Внизу (самодельный!) турбомолекулярный высоковакуумный насос, в него воткнута обрабатываемая лампа. Отпаечная горелка со встречным пламенем, намекает, что процесс на финишной прямой. Печь здесь применяется для прогрева стекла лампы в начале откачки, для удаления связанных стеклом газов, воды. Нагрев электродов на следующем этапе Клод делает индуктором установки ТВЧ и штатным накалом лампы

2. Контактная сварка

Несмотря на изобретение контактной сварки задолго (за четверть века!) до начала ламповой эры, такое оборудование здесь практически не применялось, и соединения металлических частей в первых лампах делали скруткой или сжатием, в том числе и внутренних нагревающихся элементов. Вкупе с остальными конструктивными и технологическими недостатками, это, конечно, приводило к крайне низкой надёжности (и вибростойкости) приборов — взять тот же триод ТМ [1].

Сохранилась записка от 10.1915 года, полковника Гюстава Феррье из ихней ГБ, присматривавшего отеческим взором за группой конструкторов-цивилов (штатские штафирки!), о доставке на испытания шести образцов прототипа лампы — ни одна из них не пережила транспортной тряски (дар-рмоеды, всех р-расстрелять!)… Такое положение дел военных, конечно, не устраивало, и соединения в первых лампах стали делать неразъёмными — сваркой в газовом факеле или электрической дуге. И только значительно позже контактная сварка повсеместно и навсегда вошла в производство радиоламп.

Суть контактной сварки — локальное сплавление сильно сжатых деталей, нагретых в месте контакта джоулевым теплом от пропускания (импульса) большого тока. Процесс при этом имеет три главных параметра ток (огромный) — время (очень короткое) — давление (очень большое). К счастью, электровакуумное дело, как правило, оперирует небольшими и нетолстыми деталями, очень облегчающими требования к их сварке. Часто это проволока и листы из различных металлов, толщиной до 0,5…0,8 мм.

Фото 2.1. Силовая часть настольной сварочной установки Клода. «Клещи» выполнены из доработанного старинного обжимного пресса 1920-х годов. Трансформатор имеет сердечник сечением 32 см2. Вторичная обмотка — 3 витка из медной шины (набранной из 10 слоёв), общим сечением 25х4 мм. Первичная обмотка из провода 0,8 мм2 — 230 витков, плюс 4 дополнительных обмотки по 45 витков, для ступенчатой регулировки тока. Ток короткого замыкания — около 3000 А

Фото 2.2. Внешний блок управления временем сварки. Собран на цифровых микросхемах «малой степени интеграции», имеет выносную кнопку (педаль?) пуска, задержку запуска следующего сварочного цикла, защиту от дребезга контактов, «внешний» контроль пересечения нуля сетевого напряжения. Силовая часть — мощный оптосимистор, задание времени сварки — двумя переключателями с набором резисторов (?). Внизу фото — сменные медные губки аппарата

Фото 2.3. Рабочий инструмент аппарата. Для сжатия губок следует повернуть ручку пресса. Первый пробный вариант установки Клода был из небольшого чуть модернизированного сверлильного станка

Фото 2.4. Тепло сварки выделяется на миллиомном переходном сопротивлении между сжатыми деталями, отсюда — все соединения в сварочной цепи должны быть значительно меньше, а электроды сварочного клюва достаточно теплоёмкими

3. Химия

Электровакуумное производство изобилует специфической химией и электрохимией: очистка, травление, размерное травление, травление избирательное, полировка и т. п. Как материалов — проволоки, листов, трубок, так и промежуточных и готовых деталей из различных металлов, стекла и т. д.

Фото 3.1. В своей работе Клод использует упрощённую химическую обработку ножки лампы в сборе, последовательно, поочерёдно макая её в ряд химикатов для обезжиривания, лёгкого травления, полировки металлических деталей электродной системы

Фото 3.2. Набор внутренних металлов, подлежащих обработке: никель (анод, траверсы, сетка), вольфрам (нить накала — катод), молибден (пружина поддержки нити)

*Фото 3.3. Сушка обработанных ножек. Очевидно — помещение должно быть достаточно чистым (пыль)*

4. Выводы

*Фото 4.1. Клод за работой — идёт первая часть (с наружным прогревом в печи) откачки лампы*

Печь. К достоинствам конструкции сразу и несомненно стоит отнести простоту, лаконичность, компактность, пригодность для разных операций.

Вертикальное расположение стеклянного тела вращения — его симметричный по сечению нагрев даёт намного меньший риск брака, даже при некоторых других огрехах. С другой стороны, для работы универсальность всегда хуже узкой специализации, печь категорически не теплоёмкая, замедляющая остывание горячего стекла не слишком сильно, сравнимо с укутыванием работы простым «базальтовым одеялом». Рискованно выглядят и провода в керамических бусах снаружи кожуха, печь только на одно посадочное место (лампа).

Контактная сварка. Кроме несколько непривычной манеры сжатия — вращением рукоятки, конструкция видится изящной, надёжной и практичной — мощный и универсальный трансформатор, простая возможность подключения иных инструментов, например, выносного пинцета для сложных мест, изрядное исполнение механической части, сильный и более или менее контролируемый прижим, точное и тонкое управление временем импульса, регулируемый ток сварки.

Химическая обработка. Увы, никаких подробностей Клод не приводит, за ними придётся вдумчиво нырять в спецлитературу, благо она обширна и легкодоступна [5]. Судя по набору применяемых металлов, негорячим химикатам и недолгой выдержке, применяются более или менее концентрированные смеси сильных кислот для травления, вероятно, спирт и азотная кислота (?) для удаления органических загрязнений, дистиллированная вода для промежуточного и окончательного споласкивания. В целом, обработка не выглядит проведённой с тщанием и пристрастием, специальными составами для электровакуумного дела (т. н. тройные смеси) уменьшающими количество нежелательных остатков веществ в лампе. Либо такие оставшиеся загрязнения нейтрализуются другими способами при откачке, либо игнорируются в более или менее аутентичной технологии.

Н2 5. Дополнительные материалы