Регенерация мощных электровакуумных приборов

4.1. Структура производственно-технологического комплекса.118.

4.2. Результаты внедрения.126.

4.3. Основные выводы и результаты.132.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

134.

Список литературы

138 4.

Актуальность. Основным элементом целого ряда радиоэлектронных устройств являются мощные электровакуумные приборы (ЭВП): генераторные и модуляторные лампы, тиратроны, СВЧ-приборы. Эти приборы определяют основные тактико-технические данные, массо-габаритные параметры радиоэлектронных систем вооружения, радиои телепередающей аппаратуры, соответствующего технологического оборудования. Большой вклад в теорию и конструирование электровакуумных приборов внесли выдающиеся отечественные и зарубежные ученые (И.А. Бонч-Бруевич, Н. Д. Папалекси, П. Л. Капица, М. М. Богословский, Н. Д. Девятков, B.C. Лукошков, С. А. Зусмановский, Л.А. Вайн-штейн, Дж. Пирс, Дж. Роу, Р. Компфнер, бр. Вариан, Ваген, Л. Брилуэн, В. Ф. Коваленко, И. В. Лебедев, В. А. Солнцев, С. И. Бычков, Н. М. Советов, Э.А. Гель-вич, Ю. А. Кацман, С. Д. Гвоздовер, М. А. Фурсаев, Я. А. Старец, Д. М. Петров и многие другие.).

Весь цикл разработки приборов и их производства является весьма сложным и дорогостоящим. В конструкциях используются дорогостоящие материалы и сплавы, в том числе драгоценные (медь, серебро, ковар, тугоплавкие металлы, редкоземельные элементы и др.). Технологические операции требуют значительных энергозатрат, связанных также и с получением технологических сред: водорода, азота, деионизованной воды и т. п. При этом в технологическом производстве имеют место значительные потери, связанные со скрытыми дефектами материалов, малоизученностью процессов и факторов. Многие технологические процессы требуют высококвалифицированного исполнения, трудоемки, не поддаются автоматизации и механизации.

В силу указанных причин, одной из самых актуальных задач электровакуумного приборостроения является проблема снижения затрат на производство и себестоимости изделий с одновременным повышением надежности, качества, долговечности приборов. 5.

Как правило, основные пути решения этой проблемы связаны с разработкой новых и дальнейшим совершенствованием традиционных технологических процессов и производственных структур. Значительные успехи в этом направлении достигнуты благодаря многолетним усилиям большого отряда специалистов и ученых электронной промышленности, вузов, НИИ, РАН (Д.Н. Де-вятков, С. И. Ребров, Н. В. Черепнин, В. Ф. Коваленко, В. Н. Батыгин, В. П. Марин, Б. Ч. Дюбуа, А. К. Михалев, Б, В. Павлов, В. С. Прилуцкий, В.. Прокофьев, Б. Ф. Чугунов, С. С. Дроздов, В. А. Смирнов, В. К. Ерошев, Г. В. Конюшков, А.Х. Тур-нер, Ю. И. Киреев, В. Б. Рабкин, С. Г. Брук и многие другие).

Вместе с тем, как свидетельствует накопленный значительный исследовательский и производственный опыт, имеется достаточно радикальный путь решения указанной проблемы, а именно путь, связанный с принципом регенерации (реставрации) узлов и изделий.

Идея регенерации известна достаточно давно и в той или иной степени эпизодически реализовывалась на многих предприятиях электровакуумной промышленности. Однако публикации по этой важнейшей научно-технической проблеме по существу отсутствуют. Это мешает обобщить имеющийся теоретический и экспериментальный материал, сделать его достоянием заинтересованных предприятий и специалистов — и таким образом задействовать мощнейший резерв, таящийся в возможностях восстановления узлов и изделий.

Целью данной работы является:

Обоснование возможности и целесообразности проведения работ по вторичному использованию деталей, узлов и других элементов конструкции мощных электровакуумных приборов (на основе физико-химического анализа их параметров до и после регенерации);

Систематизация методов и разработка промышленных технологических процессов регенерации (реставрации) узлов и изделий ЭВП. Разработка оптимальной производственно-технологической системы регенерации изделий и ее внедрение в промышленное производство. 6.

Научная новизна:

1. Впервые обоснована и сформулирована общая проблема регенерации мощных ЭВП, включающая задачу выделения узлов из готового прибора, задачу анализа их физико-химических свойств до и после эксплуатации и регенерации, задачу создания цикла специальных технологических процессов, реализующих регенерацию в условиях серийного производства.

2. Впервые систематизированы и обоснованы: общая методологическая концепция, базовые этапы, общая схема и структура регенерационного цикла (реставрации) мощных электровакуумных приборов (ЭВП), позволившие найти комплексное и экономически эффективное решение поставленных проблем.

3. Впервые на основе сравнительного теоретического и экспериментального анализа (включая металлографический и рентгеноспектральный) узлов ЭВП после эксплуатации и регенерации обоснован и сформулирован перечень основных узлов и элементов мощных ЭВП, допускающих регенерацию: медные анодные блоки, металлокерамические и металлостеклянные изоляторы, магнитные системы, катодные и катодно-сеточные узлы и др.

4. Впервые разработаны специальные технологические процессы и операции промышленной регенерации основных узлов мощных ЭВП: анодного блока, магнитной системы, металлокерамических узлов и деталей, катодного или катодно-сеточного узла.

5. Впервые предложены конструктивно-технологические решения, обеспечивающие уже на стадии проектирования и модернизации приборов эффективность потенциальной регенерации.

6. Впервые разработана производственно-технологическая структура промышленной реализации процессов регенерации узлов и изделий, являющаяся неотъемлемой частью общей системы управления и функционирования предприятия и охватывающая все этапы схемы «наука — производство»: от задания на разработку и проведения исследований до внесения изменений в тех7 ническую, планово-распорядительную документацию и выпуска готового изделия.

Достоверность результатов диссертации. Достоверность основных выводов диссертации обеспечивается и подтверждается результатами экспериментальных исследований (в том числе металлографических и рентгеноспек-тральных), многолетним успешным опытом серийного выпуска регенерированных по созданным технологиям мощных электровакуумных приборов различных модификаций, показавших высокую надежность и долговечность в эксплуатации.

Практическая значимость работы:

Разработаны общая методологическая концепция, принципы и этапы регенерации мощных электронных приборов.

Разработан и обоснован цикл технологических процессов, обеспечивающих регенерацию основных узлов мощных ЭВП: анодных блоков, керамических узлов, магнитных систем, катодно-сеточных узлов.

Разработана и внедрена производственно-технологическая структура, обеспечивающая решение всех технических задач регенерации в схеме «наука — производство», а также решение экономических и социальных проблем предприятия. Результаты и рекомендации диссертации внедрены в производство ГШ 111 «Контакт», что позволило за последние годы провести регенерацию многих сотен приборов различных типов: МГЛ, магнетронов, ЛБВ, клистронов, вакуумных дугогасительных камер.

На защиту выносятся:

Общая методологическая концепция, основные принципы и этапы регенерации электронных приборов.

Результаты анализа теоретических и экспериментальных исследований, обосновывающие принципиальную возможность вторичного использования основных узлов приборов: анодного блока, магнитной системы, керамических изоляторов, катодного узла. 8.

Цикл технологических процессов регенерации анодных систем, магнитных систем, керамических изоляторов, катодных узлов — мощных ЭВП.

Производственно-технологическая структура, реализующая внедрение в серийное производство предложенной концепции, разработанных технологических процессов, выпуск регенерированных приборов в тесной и глубокой связи с функционированием предприятия в целом.

Результаты исследований, а также широкий круг мощных ЭВП, успешно выпускаемых по разработанным регенерационным технологиям открывают перспективу распространения предложенных методологических принципов и решений на другие типы электронных приборов.

Исследования по теме диссертации выполнены в соответствии со следующими целевыми Федеральными программами: «Развитие электронной техники в России», «Создание технических средств связи, телевидения и радиовещания», «Реструктуризация и конверсия оборонной промышленности», «Национальная технологическая база» и др.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на научно-практических конференциях и заседаниях научно-технического Совета ГШ 111 «Контакт», Совете директоров предприятий электронной промышленности, заседаниях Высшего экономического Совета при губернаторе Саратовской области, на IV семинаре IEEE Saratov-Penza Chapter, Рабочем совещании правительственной делегации РФ во главе с вице-премьером И. И. Клебановым с директорами крупнейших промышленных предприятий г. Саратова, семинарах кафедр СГТУ и изложены в 11 публикациях, в том числе одной монографии.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 145 страницах, содержит 50 рисунков, список литературы состоит из 91 наименования.

4.3. Основные результаты и выводы.

Разработана и внедрена производственно-техническая структура регенерации мощных ЭВП, являющаяся неотъемлемой частью общей системы функционирования и управления предприятием, включающая все этапы создания готового продукта: от задания на разработку, проведения экспериментальных и теоретических исследований, до выдачи конструкторско-технологической серийной документации, — и в конечном итоге изготовления и сбыта продуктов.

Результаты функционирования указанной структуры убедительно подтверждают ее целесообразность и эффективность. За последние годы предприятием выпущены сотни электровакуумных приборов различных модификаций и классов, использующих регенерированные детали и узлы. Проценты выходов регенерированных приборов и проценты рекламаций от потребителя соответст.

133 вуют установленным требованиям. При этом во многих случаях регенерированные приборы имеют в 2 — 2,5 раза большую долговечность и надежность.

Дополнительные и весьма существенные положительные стороны функционирования созданной производственно-технологической системы регенерирования связаны со значительной экономией материалов и энергоресурсов, расширением технологической базы предприятия, совершенствованием средств и методов контроля, решением важнейших социальных проблем.

Результаты внедрения свидетельствуют о целесообразности и перспективности широкого распространения методов и средств регенерации и на другие классы электронных приборов.

Заключение

.

В данном разделе кратко изложены и обсуждены основные итоги, результаты, выводы, практические рекомендации, полученные в диссертации, а также перспективы дальнейшего развития методов и средств регенерации.

Мощные электровакуумные приборы, включая приборы СВЧ, продолжают, как и ранее, оставаться существенно востребованными практически во всех сферах науки и техники [12, 83−87 и др.]: электроника, телевидение и радиовещание, радиоэлектронные системы, гражданского и военного применения, медицина, сельское хозяйство, бытовая техника, ускорительная техника и т. д. Ниша, занятая мощными ЭВП, имеет устойчивую тенденцию к расширению [см. например, 88−91 и др.]. Этому способствует, в частности, определенное оживление в секторе ВПК и наметившийся рост зарубежных заказов.

Технология электровакуумного приборостроения, сложившаяся в последние десятилетия как синтезированная во многом экспериментальная научная дисциплина (использующая достижения в различных областях физики, химии и т. д.), имеет несомненные точки роста, которые связаны, в частности, с применением современных компьютерных средств, новых материалов и сплавов, принципиально новых измерительных устройств [например, 81, 82], и вышедшими по актуальности на первый план, задачами регенерации.

В работе систематизированы и сформулированы основная методологическая концепция, проблемы, принципы и этапы регенерации, заключающиеся, в частности, в необходимости определения на основе соответствующего физико-химического анализа перечня пригодных для регенерации узлов по каждому типу приборов, в разработке цикла технологических процессов регенерации для узлов и приборов, создании производственно-технологической структуры, способной в рамках действующего предприятия согласованно реализовывать все этапы регенерационного цикла (от проведения исследований до выпуска готового изделия).

Проанализировано влияние электронных, теплофизических и химических факторов в рабочих режимах ЭВП на состояние анодных систем: постоянный и импульсный нагрев, электронная эрозия рабочей поверхности, напыления на электроды. Полученные теоретические оценки указывают на существенный запас анодных блоков по длительности времени сохранения термомеханической прочности, в том числе, с учетом времени первичной эксплуатации.

Проведенный металлографический анализ шлифов в местах важнейших спаев и соединений, а также рентгеноспектральный анализ напылений на рабочей поверхности анодных систем после эксплуатации, до и после применения регенерационных технологий, также свидетельствуют о возможности и целесообразности регенерации анодов.

Проведены исследования состояния металлокерамических узлов и соединений, прошедших эксплуатацию и представляющих интерес с точки зрения задач регенерации. Эксперименты, проведенные с применением растровой электронной микроскопии (РЭМ) и качественного рентгеноспектрального микроанализа на установке «КАМЕБАКС» (до и после проведения предложенной в работе технологии регенерации) показали возможность полного устранения нежелательных напылений и подтвердили возможность вторичного использования большинства керамических узлов.

Качественный анализ физико-химических процессов, протекающих в катодах ЭВП, а также накопленный экспериментально-производственный опыт, указывают на невозможность вторичного использования катодов ввиду необратимого характера потери ими эмиссионных свойств в подавляющем большинстве прошедших эксплуатацию приборов. Вместе с тем, другие элементы катодных узлов, в частности, несущая конструкция катодной ножки, могут быть использованы вторично.

Известный теоретический и экспериментальный материал (в том числе полученный на ГНПП «Контакт») по магнитным свойствам прошедших эксплуатацию магнитных систем МФС и МПФС для различных видов ЭВП свиде.

136 тельствует о возможности практически 90 — 100% их регенерации и вторичного использования.

Разработана и внедрена в серийное производство технология регенерации анодных систем для различных типов мощных ЭВП (МГЛ, магнетронов, ЛБВ, клистронов и др.), важными этапами которой являются: осторожное механическое отделение анодного блока, различные способы очистки от нежелательных напылений, компаунда, снятие и нанесение вновь защитных покрытий, и итоговая проверка на «холодных» измерениях.

Разработана и внедрена в серийное производство технология регенерации керамических узлов и деталей ЭВП, основными этапами которой являются: механическая обработка, обезжиривание, растворение припоя, удаление напылений и развитая система контрольных операций на термо-механопрочность, электропрочность, вакуумную плотность.

Предложена также новая технология очистки керамических узлов от металлизации с помощью галлия.

Разработана и внедрена в серийное производство технология регенерации магнитных систем с основными операциями размагничивания, намагничивания и магнитной стабилизации. Для приборов О-типа необходимой (основной) операцией является также освобождение от компаунда в растворе мети-ленхлорида.

Предложены конструктивно-технологические решения, обеспечивающие уже на стадии проектирования и модернизации приборов возможность при необходимости успешной регенерации основных узлов ЭВП в будущем. В частности, к подобным решениям относятся: увеличение припусков на кромки деталей для сварки, введение дополнительных резьбовых отверстий для крепления катодных и сеточных стоек, замена паяных соединений на сварные и ряд других.

Разработан и внедрен производственно-технологический комплекс регенерации мощных ЭВП, являющийся неотъемлемой частью общей системы.

137 функционирования и управления предприятием, охватывающий все этапы создания готового продукта: от задания на разработку, проведения экспериментальных и теоретических исследований, до выдачи конструкторско-технологической серийной документации, — и в конечном итоге изготовления и сбыта продуктов.

Результаты функционирования указанной структуры убедительно подтверждают ее целесообразность и эффективность. За последние годы предприятием выпущены сотни электровакуумных приборов различных модификаций и классов, использующих регенерированные детали и узлы. Проценты выходов регенерированных приборов и проценты рекламаций от потребителя соответствуют установленным требованиям. При этом во многих случаях регенерированные приборы имеют в 2 — 2,5 раза большую долговечность и надежность.

Весьма существенные положительные стороны функционирования созданной производственно-технологической системы регенерирования связаны со значительной экономией материалов и энергоресурсов, расширением технологической базы предприятия, совершенствованием средств и методов контроля, решением важнейших социальных проблем.

Проведенные экономические оценки по всем типам выпускаемых изделий показывают, что в среднем суммарные затраты на регенерированные изделия составляют порядка 70% от суммы затрат на аналогичные новые изделия.

Как представляется, приведенные выше результаты внедрения, свидетельствуют о достаточно высокой эффективности изложенных в работе методических и технических решений. Можно ожидать, что перспективы совершенствования регенерационного цикла ЭВП связаны с дальнейшим развитием методологии физико-химического анализа состояния регенерированных узлов приборов, разработкой новых высокоэффективных технологических процессов, установок и материалов, накоплением и дальнейшим обобщением опыта регенерации.