Отпайка представляет собой процесс отсоединения прибора после его вакуумной обработки от откачной системы и одновременно его окончательную герметизацию. В зависимости от материала штенгеля методы отпая могут быть различными.
Приборы со стеклянными штенгелями отпаивают при помощи газовых горелок или применением электронагрева. Отпаивание при помощи газовых горелок заключается в равномерном нагреве штенгеля вблизи его впая в ножку пламенем газовой горелки до размягчения стекла и в последующей оттяжке штенгеля до образования перемычки, которая затем переплавляется пламенем горелки.
Запаянный конец штенгеля называется носиком. Он является одним из самых уязвимых мест лампы, так как именно в нем часто нарушается герметичность. К носику предъявляется ряд жестких требований:
определенная длина, чтобы не было препятствий надеванию цоколя на колбу;
правильная форма; носик не должен быть втянутым или раздутым, не должны иметь утолщений стекла и т. д.;
не должно быть трещин;
конец носика должен быть оплавлен.
Отпайка газовыми горелками может производиться вручную- или автоматически. Ручная отпайка более распространена в силу своей сравнительной простоты, хотя ее осуществление и требует определенных навыков у рабочего, особенно при отпайке приборов со штенгелями большого диаметра (9—12 мм). Для облегчения отпайки таких приборов на их штенгелях предварительно делается перетяжка — уменьшение диаметра штенгеля в определенном месте.
Стекло штенгеля во время отпайки выделяет большое количество газов, которые могут попасть в объем прибора и увеличить давление в нем. Особенно вероятно это в том случае, если давление в приборе в данный момент близко к предельному давлению насоса, когда скорость откачки практически равна нулю.
С учетом этого отпайку желательно вести при нагретом состоянии всех деталей прибора. В этом случае будет уменьшено или исключено поглощение выделяемых штенгелем газов ранее обезгаженными деталями прибора.
Кроме того, вначале необходимо сравнительно медленно нагревать стекло штенгеля до того, чтобы выделяющиеся газы успевали откачиваться насосами еще до затяжки отверстия штенгеля. Сам же отпай надо производить как можно быстрее. Отжиг места отпая следует свести до минимума.
Ручная отпайка прибора, находящегося целиком в горячем состоянии, с помощью газовых горелок крайне неудобна или даже невозможна. С другой стороны, необходимость сложных движений в пространстве при газовом отпае затрудняет широкое применение автоматической отпайки с помощью газовых горелок. Поэтому в настоящее время отпайка приборов в горячем состоянии обычно производится автоматически с использованием электронагревателей.
Одна из конструкций механизма для электроотпайки приборов со стеклянными штенгелями в горячем состоянии показана на рис. 8.11. Нагрев штенгеля производится нихромовыми спиралями 1 и 2. Вначале напряжение подается одновременно на обе спирали, при этом спираль 1 нагревается до 700—750 °C, а спираль 2 — до 800—850 °C.
Рис. 8.11. Механизм электроотпая ламп со стеклянными штенгелями: 1, 2 —нихромовые спирали; 3 — колба; 4 — штенгель
В результате этого стекло штенгеля размягчается в месте нагрева и, заплавляясь по перетяжке, герметизирует прибор. После отпайки, длящейся несколько минут, спираль 1 отключается, и на спираль 2 подается положенное напряжение с целью отжига места отпайки.
Основные достоинства этого метода заключаются в простоте самого процесса, его легкой управляемости, отсутствии газовых проводок, возможности осуществления операции отпая непосредственно в печи при нагретом приборе. Однако стекло штенгеля должно иметь малый разброс по диаметру и толщине стенок, иначе качество отпайки будет низким.
Приборы с металлическими штенгелями отпаиваются методом холодной (диффузионной) сварки в вакууме. Сущность процесса холодной отпайки (сварки) заключается в том, что штенгель пережимается специальным механизмом герметизации до полного «перекусывания» металлической трубки. При высоких давлениях на стенки штенгеля при пережиме металл взаимно диффундирует, граница раздела исчезает и образуется сплошная однородная кристаллическая структура.
Контакт губок механизма герметизации осуществляется по линии или неширокой плоскости, что обеспечивает в конце процесса отпайки перекусывание штенгеля (рис. 8.12). Если в процессе отпайки штенгель нагревать до 400—600 °C, то качество сварки улучшится, а необходимое для сварки давление на металл уменьшится. Экспериментально установлено, что необходимые для холодной сварки штенгелей давления составляют: для меди 600—900, для алюминия 200—300, для мягкой стали и ниобия 10 000—15 000 МПа.
Рис. 8.12. Холодная отпайка металлического штенгеля: 1 — губки клещей; 2 — штенгель
Чтобы защитить очень тонкую кромку штенгеля по месту отпайки, это место иногда пропаивают твердым припоем или напаивают поверх него небольшой защитный медный колпачок. Методом холодной сварки отпаивают штенгели диаметром от 4 до 45 мм при толщине стенок 0,75—2,00 мм.
Для отпайки применяются различные конструкции механизмов герметизации, имеющие вид клещей (рис. 8.13). Их недостатком является необходимость приложения значительных механических усилий для создания требуемого давления на штенгель.
Рис. 8.13. Клещи холодной отпайки металлического штенгеля
Значительно удобнее в этом отношении механизм герметизации с электрическим, пневматическим или гидравлическим приводом. При бес штенгельной откачке приборов герметизация осуществляется в вакуумной камере термодиффузионной сваркой, пайкой твердыми припоями или сваркой электронным лучом.