专利名称：一种延长超高压球形短弧氙灯寿命的方法
技术领域：
本发明属于玻壳生产技术领域，尤其涉及一种延长超高压球形短弧氙灯寿命的方法。
背景技术：
超高压球形短弧氙灯一般充有高压氙气，进入工作状态后灯内的压力可以达到几十个大气压，所以对氙灯玻壳的强度有着很高的要求。玻壳在氙灯工作时，弧光区玻壳部分存在较大的温度梯度，随氙灯工作时间延长，玻壳内部残余应力会形成拉应力并随时间不断增大。进而，氙灯工作时内表面的较大的残余拉应力和由灯内超高压氙气形成的机械压力叠加，如果超过氙灯玻壳材料的极限强度，将在玻壳内表面首先产生裂纹，逐渐导致氙灯爆炸。目前，经过退火处理后(人工退火或退火炉退火)的玻壳，残余应力表现为玻壳内表面和外表面应力很小甚至为零，或者玻壳外表面为压应力玻壳内表面为拉应力。在此情况下，由于玻壳内表面残余应力为零或拉应力状态，随灯工作时间延长，玻壳内表面拉应力迅速增大，从而导致灯的爆炸。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题在于，提供一种延长超高压球形短弧氙灯寿命的方法，通过改变退火工艺，控制玻壳内外表面的应力状态，达到了延长氙灯寿命的目的。为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种延长超高压球形短弧氙灯寿命的方法，所述方法包括在退火过程中控制氣灯玻壳内外表面受热程度，使玻壳外表面温度高于内表面温度，当玻壳温度低于玻壳材料退火点后，对氙灯玻壳进行空冷。优选的，所述方法包括将氙灯玻壳均匀加热至玻壳材料退火点以上；降温时，调小火焰均勻加热，保持玻壳外表面温度高于内表面温度；当玻壳外表面温度低于玻壳材料退火点时，对氙灯玻壳进行空冷。优选的，所述方法包括将氙灯玻壳外表面快速加热至玻壳材料退火点以上；降温过程中，当玻壳外表面温度高于玻壳材料退火点，而玻壳内表面温度低于玻壳材料退火点时，对氙灯玻壳进行空冷。优选的，将氙灯玻壳均匀加热至高于玻壳材料退火点10°C _50°C以上，所述火焰降温速度为5°C -500C /分，玻壳外部温度低于玻壳材料退火点0°C -200C以下时，对氙灯玻壳进行空冷。优选的，将氙灯玻壳外表面快速加热至高于玻壳材料退火点10°C -50°C以上，其升温速度为30°C -550C /分，玻壳内表面温度低于玻壳材料退火点0°C -20°C以下时，对氙灯玻壳进行空冷。实施本发明实施例，具有如下有益效果通过改变退火工艺，控制玻壳内外表面的应力状态，使玻壳内表面的残余应力为压应力，玻壳外表面的残余应力为拉应力状态。由于玻壳内表面的初始残余应力为压应力， 对氙灯工作时形成的拉应力有抵消作用，从而延长了氙灯玻壳内表面达到其强度极限而产生裂纹甚至爆炸的时间，达到了延长氙灯寿命的目的。
图I是本发明一种延长超高压球形短弧氙灯寿命的方法的产品应力状态示意图；图2是本发明一种延长超高压球形短弧氣灯寿命的方法的一种实施方式图；图3是本发明一种延长超高压球形短弧氙灯寿命的方法的又一实施方式图；图4是超高压球形短弧氙灯玻壳退火中现有技术方法的产品剩余应力状态示意图；图5是超高压球形短弧氙灯玻壳退火中现有技术方法的产品工作一段时间后的应力状态示意图；图6是超高压球形短弧氙灯玻壳退火中本发明方法的产品剩余应力状态示意图；图7是超高压球形短弧氙灯玻壳退火中本发明方法的产品工作一段时间后的应力状态示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。参照图I本发明一种延长超高压球形短弧氙灯寿命的方法的产品应力状态示意图，与现有技术最大程度上降低玻壳内外表面的应力值或者玻壳外表面为压应力，玻壳内表面为拉应力不同，应用本发明方法的氣灯玻壳外表面的残余应力为拉应力，玻壳内表面的残余应力为压应力。一般情况下，氙灯玻壳材料为石英玻璃，石英玻璃在非均匀温度下就会产生应力。 在任何特定温度下，石英玻璃都有其相应的原子结构，并且组成石英玻璃的原子空间结构都是“最合适的”。原子间隙随温度的变化而改变，一般称之为热膨胀现象。当石英玻璃不均匀受热，就会导致不均匀膨胀。产生应力的原因一般是热的区域向外膨胀，但被周围冷的区域所限制，这种应力是收缩应力，一般不会造成产品的损坏。如果温度足够高能让石英玻璃软化，应力就会得到缓解。参照图2本发明一种延长超高压球形短弧氙灯寿命的方法的一种实施方式，包括下列步骤步骤S200，将氙灯玻壳均匀加热至玻壳材料退火点以上；步骤s201，降温时，调小火焰均匀加热，保持玻壳外表面温度高于内表面温度；步骤s202，当玻壳外表面温度低于玻壳材料退火点时，对氙灯玻壳进行空冷。上述实施方式在氙灯玻壳的退火过程中，先将玻壳均匀加热至退火点以上，缓解其原始应力状态，继续调小火焰均匀加热降温，并一直保持玻壳外表面温度高于玻壳内表面温度，保证充分消除玻壳内原始应力状态的同时，当玻壳外表面层受热膨胀，在升温过程中相对膨胀程度较低的玻壳内表面层阻碍外表面层的受热膨胀，从而在玻壳内表面形成拉应力。而在冷却过程中温度已低于退火点的玻壳内表面，因继续受到因降温而收缩的玻壳外表面的挤压而产生残余的压应力状态。由于玻壳外表面温度高于玻壳内表面温度，玻壳外层的热膨胀程度大于玻壳内表面层的热膨胀程度，因此在空冷过程中，形成了玻壳外表面残余应力为拉应力，玻壳内表面残余应力为压应力。其中，将氙灯玻壳均匀加热至高于玻壳材料退火点10°C -50°C以上，在此温度下可保证在3分钟内消除全部应力的95% ;为了充分消除玻壳内原始应力状态，采取调小火焰均勻加热，所述火焰降温速度为5°C -50°C /分；玻壳外部温度低于玻壳材料退火点 (TC -20°C以下时，既消除了氙灯玻壳的原始残留应力，又达到了本发明所要求的内外表面应力状态，对氙灯玻壳进行空冷。本实施方式退火时间较长，在保证玻壳内外表面应力状态的同时，保证了玻壳表面应力均匀，避免因应力集中导致的玻壳形变，有助于进一步提高氙灯玻壳的生产质量。参照图3本发明一种延长超高压球形短弧氙灯寿命的方法的又一实施方式，包括下列步骤步骤S300，将氙灯玻壳外表面快速加热至玻壳材料退火点以上；步骤s301，降温过程中，当玻壳外表面温度高于玻壳材料退火点，而玻壳内表面温度低于玻壳材料退火点时，对氣灯玻壳进行空冷。上述实施方式在氙灯玻壳的退火过程中，先将玻壳外表面快速加热至退火点以上，而玻壳内表面温度低于玻壳材料退火温度，保证了玻壳内表面受热膨胀程度相对于外表面受热膨胀程度的迟缓，在退火过程中相对膨胀程度较低的玻壳内表面层受到外表面层受热膨胀的挤压，从而在玻壳内表面形成压应力，当玻壳外表面温度高于玻壳材料退火点， 而玻壳内表面温度低于玻壳材料退火点时，对氣灯玻壳进行空冷，由于玻壳外表面温度高于玻壳内表面温度，玻壳外层的热膨胀程度大于玻壳内表面层的热膨胀程度，因此在空冷过程中，形成了玻壳外表面残余应力为拉应力，玻壳内表面残余应力为压应力。其中，将氙灯玻壳外表面快速加热至高于玻壳材料退火点10°C -50°C以上，在此温度下，可保证在3分钟内消除全部应力的95% ;而因为在升温阶段产生的应力可以在达到退火点以后消除，所以可以快速升温，其升温速度为30°C -55°C /分；玻壳内表面温度低于玻壳材料退火点0°C -20°C以下时，既消除了氙灯玻壳的原始残留应力，又达到了本发明所要求的内外表面应力状态，对氙灯玻壳进行空冷。本实施方式由于米取快速升温方式，在保证玻壳内外表面应力状态的同时，缩短了加工时间，提高了生产效率，降低了生产成本。影响氙灯寿命的主要因素为其疲劳强度，而表面层残余应力对疲劳强度的影响极大，疲劳损坏往往是由拉应力产生的疲劳纹引起的，并且是从表面开始。在氙灯工作时，由于弧光区玻壳部分存在大的温度梯度，随氙灯工作时间延长，玻壳内部残余应力会形成拉应力状态并随时间不断增大，将导致氙灯玻壳的耐疲劳性显著下降。而实施本发明，由于玻壳内表面的初始残余应力为压应力，对氙灯工作时形成的拉应力有抵消作用，从而提高了氙灯玻壳的耐疲劳强度，延长了氙灯玻壳内表面应力达到其强度极限进而产生裂纹甚至爆炸的时间，达到了延长氙灯寿命的目的。
参照图4超高压球形短弧氙灯玻壳退火中现有技术方法的产品剩余应力状态示意图与图6超高压球形短弧氙灯玻壳退火中本发明方法的产品剩余应力状态示意图，可以看到，应用本发明方法的氣灯玻壳内外表面的应力状态与现有技术方法的氣灯玻壳内外表面的应力状态完全相反。参照图4超高压球形短弧氙灯玻壳退火中现有技术方法的产品剩余应力状态示意图与图5超高压球形短弧氣灯玻壳退火中现有技术方法的产品工作一段时间后的应力状态不意图，现有技术方法的产品工作一段时间后，玻壳内表面处于温度梯度最高的一面， 其拉应力大幅增加，距离氙灯玻壳疲劳极限更近，随着氙灯工作时间的延长，拉应力增大， 氙灯玻壳产生裂纹甚至爆炸也越来越近；参照图5超高压球形短弧氙灯玻壳退火中现有技术方法的产品工作一段时间后的应力状态示意图与图7超高压球形短弧氙灯玻壳退火中本发明方法的产品工作一段时间后的应力状态不意图，本发明方法的产品工作一段时间后，由于氣灯玻壳内表面处于温度梯度较高的一面，其拉应力迅速增长，而玻壳内表面初始残余应力为压应力与氙灯工作时产生的拉应力相互抵消，延缓了玻壳内表面拉应力的增长，延长了氣灯玻壳内表面应力达到强度极限的时间，延长了氙灯寿命。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种延长超高压球形短弧氙灯寿命的方法，其特征在于所述方法包括在退火过程中控制氙灯玻壳内外表面受热程度，使玻壳外表面温度高于内表面温度，当玻壳温度低于玻壳材料退火点后，对氙灯玻壳进行空冷。
2.根据权利要求I所述的延长超高压球形短弧氙灯寿命的方法，其特征在于，包括以下步骤将氙灯玻壳均匀加热至玻壳材料退火点以上；降温时，调小火焰均匀加热，保持玻壳外表面温度高于内表面温度；当玻壳外表面温度低于玻壳材料退火点时，对氙灯玻壳进行空冷。
3.根据权利要求I所述的延长超高压球形短弧氙灯寿命的方法，其特征在于，包括以下步骤将氙灯玻壳外表面快速加热至玻壳材料退火点以上；降温过程中，当玻壳外表面温度高于玻壳材料退火点，而玻壳内表面温度低于玻壳材料退火点时，对氙灯玻壳进行空冷。
4.根据权利要求2所述的延长超高压球形短弧氙灯寿命的方法，其特征在于将氙灯玻壳均匀加热至高于玻壳材料退火点10°C _50°C以上，所述火焰降温速度为5°C -500C / 分，玻壳外部温度低于玻壳材料退火点0°C _20°C以下时，对氙灯玻壳进行空冷。
5.根据权利要求3所述的延长超高压球形短弧氙灯寿命的方法，其特征在于将氙灯玻壳外表面快速加热至高于玻壳材料退火点10°c -50°c以上，其升温速度为30°C -550C / 分，玻壳内表面温度低于玻壳材料退火点0°C _20°C以下时，对氙灯玻壳进行空冷。
全文摘要
本发明公开了一种延长超高压球形短弧氙灯寿命的方法，该方法包括在退火过程中控制氙灯玻壳内外表面受热程度，使玻壳外表面温度高于内表面温度，当玻壳温度低于玻壳材料退火点后，对氙灯玻壳进行空冷。通过改变退火工艺，控制玻壳内外表面的应力状态，使玻壳内表面的残余应力为压应力，玻壳外表面的残余应力为拉应力状态。由于玻壳内表面的初始残余应力为压应力，对氙灯工作时形成的拉应力有抵消作用，从而延长了氙灯玻壳内表面达到其强度极限而产生裂纹甚至爆炸的时间，达到了延长氙灯寿命的目的。
文档编号C03B25/00GK102603170SQ20111002304
公开日2012年7月25日 申请日期2011年1月20日 优先权日2011年1月20日
发明者王宜知 申请人:爱思普特殊光源(深圳)有限公司