Лампы бывают двух основных типов: лампы с нитью накала (или лампы накаливания) и газоразрядные лампы. Основные компоненты в обоих типах ламп это стекло, проволочные детали из различных металлов, газ-наполнитель и, как правило, цоколь. В зависимости от предприятия эти материалы изготавливаются либо на собственных производственных мощностях, либо поставляются со стороны. Типичное предприятие по производству ламп изготавливает собственные стеклянные баллоны, но может приобретать другие детали и стекла от специализированных предприятий или других компаний по производству ламп.
В зависимости от типа лампы используются различные виды стекла. Для изготовления ламп накаливания и люминесцентных ламп обычно используют натриево-кальциевое силикатное стекло. В высокотемпературных лампах используют боросиликатное стекло, в то время как в газоразрядных лампах высокого давления - либо кварц, либо керамику для дуговой трубки и боросиликатное стекло для наружного баллона. Свинцовое стекло (содержащее примерно от 20% до 30 % свинца) обычно используется для герметизации концов ламповых баллонов.
Проволока, применяемая в качестве опоры или соединительных проводов в лампе, может быть изготовлена из различных материалов, включая сталь, никель, медь, магний или железо, в то время как нити накала изготавливаются из вольфрама или из вольфрам-ториевого сплава. Принципиальное требование к материалу для опорной проволоки состоит в том, что он должен соответствовать характеристикам теплового расширения стекла в том месте, где она входит в стекло для подвода электрического тока к лампе. Часто здесь используются многокомпонентная проволока.
Цоколи ламп обычно изготавливаются из бронзы или из алюминия. В лампах для наружного освещения предпочтительнее применение бронзы.
Лампы накаливания, или лампы с нитью накала Лампы накаливания, или лампы с нитью накала - старейший тип ламп, выпуск которых осуществляется до сих пор. Название обусловлено способом получения в них света: проволочная нить накала нагревается до достаточно высокой температуры, что вызывает ее свечение. Хотя возможно производство ламп накаливания с почти любым типом нити накала (в первых лампах использовался, в частности, уголь), в настоящее время большинство подобных ламп использует вольфрамовую нить накала.
Вольфрамовые лампы. Обычный вариант ламп для бытового использования состоит из стеклянной колбы, закрывающей вольфрамовую нить накала. Электричество подводится к нити по проводникам, которые поддерживают нить накала и проходят через стеклянное основание, припаянное к колбе. Проводники затем соединяются с металлическим цоколем; один из них припаян в центральном отверстии цоколя, второй соединен с резьбовым корпусом цоколя. Поддерживающие нить проволочки имеют специальный состав и обладают теми же характеристиками теплового расширения, что и стекло. Тем самым, когда лампа нагревается во время работы, предотвращается разгерметизация колбы. Колбы обычно изготавливаются из известкового стекла, в то время как основание - из свинцового стекла. При изготовлении основания часто используется диоксид серы. Диоксид серы при высокоскоростной сборке ламп применяется в качестве смазки. В зависимости от конструкции лампы из колбы полностью откачивается воздух или она наполняется аргоном или еще каким-нибудь инертным газом.
В лампах данной конструкции могут применяться как прозрачные стеклянные колбы, так и матовые, а также колбы, покрытые различными материалами. Матированные и покрытые белым веществом лампы (нередко глиной или аморфным кремнием) используются для уменьшения яркости освещения от нити накала, присущей прозрачным лампам. Колбы также покрываются различными декоративными покрытиями, включающими цветную керамику и лаки, которые наносятся снаружи колбы, и другими красителями, к примеру, желтым или розовым, наносящимся на внутреннюю поверхность колбы.
В быту наиболее распространена форма обычной лампы. В то же время лампы накаливания могут иметь колбы самой различной формы, включая трубчатую, сферическую и отражательную. Широк и диапазон их мощности и размеров, от субминиатюрных до огромных студийных или павильонных ламп.
Вольфрамово-галоидные лампы. Недостатком стандартной лампы с вольфрамовой нитью накала является испарение вольфрама во время работы лампы и его конденсация на более холодной стенке стеклянной колбы, что вызывает ее затемнение и снижает светоотдачу. Добавление к наполняющему газу галогена, например, бромистого водорода или метилбромида, устраняет этот недостаток. Галоген реагирует с вольфрамом, предотвращая тем самым его конденсацию на стеклянной стенке. При остывании лампы вольфрам вновь осаждается на нити накала. Поскольку эта реакция наилучшим образом протекает при повышенном давлении, вольфрамово-галоидные лампы содержат газ, находящийся, как правило, под давлением в несколько атмосфер. Обычно галоген образует часть наполняющего газа в концентрациях 2% или меньше.
В вольфрамово-галоидных лампах могут также использоваться вместо стеклянных кварцевые колбы. Они выдерживают более высокие давления, чем стеклянные. Однако кварцевые колбы представляют потенциальную опасность, т.к. кварц пропускает ультрафиолетовое излучение. Несмотря на то, что вольфрамовая нить накала испускает относительно мало ультрафиолетовых лучей, длительное воздействие на небольшом расстоянии может привести к покраснению кожи и раздражению глаз. Покрытие стекла фильтрует свет, чем значительно снижает действие ультрафиолетового излучения, а также обеспечивает защиту от горячего кварца в случае разрушения лампы во время ее работы.
Риски и меры предосторожности В целом наибольшую опасность при производстве ламп, независимо от их типа, представляет собой автоматизированное оборудование, а также работа со стеклянными колбами и лампами и прочими материалами. Порезы стеклом и применение в процессе технологического оборудования - наиболее распространенные причины производственных травм; при работе с материалом заслуживают внимания монотонные движения или боли в пояснице.
В лампах часто используется свинцовый припой. Для ламп с более высокой рабочей температурой могут использоваться припои, содержащие кадмий. В автоматизированных операциях по сборке ламп воздействие обоих этих припоев минимально. В случае ручной пайки при ремонте или выполнении не полностью автоматизированных операций воздействие свинца или кадмия необходимо контролировать.
Начиная с середины 20-го столетия потенциальное вредное воздействие материалов при производстве ламп постоянно снижалось. Раньше при изготовлении ламп накаливания большое количество ламп матировалось травлением в растворах фтористоводородной кислоты или соли дифторида. Теперь эта операция производится, главным образом, с использованием малотоксичного покрытия из глины. Хотя применение фтористоводородной кислоты еще не полностью исключено, но оно, по крайней мере, значительно уменьшено. Произведенная замена материалов снизила риск ожогов кожи и раздражения легких, причиной которых была кислота. Керамическое цветное покрытие, применяемое с наружной стороны ламп, раньше содержало пигменты из тяжелых металлов, таких как свинец, кадмий, кобальт и т.п. В качестве составляющей также использовалась фритта из свинцового силикатного стекла. За последние годы многие из пигментов тяжелых металлов были заменены менее токсичными красителями. В тех случаях, где сохранилось использование тяжелых металлов, может применяться форма элемента с меньшей токсичностью (например, хром III вместо хрома VI).
Спиральные вольфрамовые нити накала продолжают изготавливаться путем намотки вольфрама на проволочный сердечник из молибдена или стали. Как только спираль готова и отожжена, сердечники растворяются с использованием соляной кислоты (для стали) или смеси азотной и серной кислот для молибдена. Из-за потенциальной опасности воздействия кислоты эта работа обычно производится в вытяжных системах, или, в последнее время, в полностью закрытых диссольверах (особенно там, где применяется смесь азотной и серной кислоты).
Наполнение газом вольфрамово-галоидных ламп производится в полностью закрытых системах с очень малыми утечками или вредным воздействием. Использование бромистого водорода вызывает проблемы из-за его агрессивной природы. Необходимо предусмотреть МВВ, а также применение устойчивого к коррозии трубопровода в системах подводки газа. В некоторых видах ламп все еще используется торированная вольфрамовая нить (содержащая, как правило, от 1% до 2 % тория). Однако в форме нити торий представляет очень незначительную опасность.
Следует тщательно контролировать использование диоксида серы. Там, где это вещество участвует в производстве, необходимо применение МВВ. На участках складирования могут быть полезны индикаторы утечки. Использование 75-и килограммовых газовых баллонов предпочтительнее, чем больших резервуаров емкостью 1000 кг, вследствие потенциальной опасности последствий утечки.
Из-за флюсов для пайки или полимеров, используемых в клеях цоколя лампы, может возникнуть раздражение кожи. Некоторые клеящие составы вместо природных смол используют параформальдегид, в результате чего возможно воздействие формальдегида во время затвердевания клея.
Во всех лампах действует химическая система газопоглощения, при которой до сборки лампы на нить накала наносится специальное покрытие. Цель газопоглощения - взаимодействие с избыточной влажностью или кислородом и их удаление после того, как лампа запаяна. Типичные газопоглотители содержат нитрид фосфора и смеси металлических порошков алюминия и циркония. Если газопоглотитель из нитрида фосфора абсолютно безвреден в применении, то металлическим порошкам алюминия и циркония присуща опасность воспламенения. Газопоглотители наносятся намоченными в органическим растворителе, однако если вещество пролить, сухие металлические порошки могут вспыхнуть от трения. Горящий металл должен гаситься специальными огнетушителями класса D, он не может быть погашен водой, пеной или иными обычными веществами. Третий тип газопоглотителя содержит фосфин или силан. Эти вещества могут входить в малых концентрациях в состав газа - наполнителя лампы или впрыскиваться в лампу в больших концентрациях до ее наполнения газом. Оба этих вещества высокотоксичны; при их применении в больших концентрациях необходимо использование на участке полностью закрытых систем с датчиками утечки и аварийной сигнализацией.
Газоразрядные лампы Газоразрядные лампы, как низкого, так и высокого давления, более экономичны с точки зрения уровня освещенности, приходящейся на ватт потребляемой мощности, чем лампы накаливания. Люминесцентные лампы использовались в течение многих лет в торговых помещениях и находят все большее применение в быту. В последнее время стали разрабатываться компактные варианты люминесцентных ламп; это альтернатива лампам накаливания.
Газоразрядные лампы высокого давления долгое время применялись для освещения больших площадей и для уличного освещения. Расширяется использование модификаций этих ламп с низкой потребляемой мощностью.
Люминесцентные лампы Люминесцентные лампы называются так благодаря люминесцентному порошку, применяемому для покрытия внутренней стороны стеклянной трубки. Порошок поглощает ультрафиолетовый свет, который излучается парами ртути, используемой в лампе, и преобразует его в видимый свет.
Стекло, применяемое в лампах этого типа, аналогично стеклу ламп накаливания; это известковое стекло для трубок и свинцовое стекло для держателей на их концах. В настоящее время используются два различных ряда люминофоров. Галофосфаты, в основе которых лежат хлор-фтор-фосфат кальция или стронция, это более старые люминофоры, нашедшие широкое применение в начале 1950-х годов, когда они вытеснили люминофоры на основе силиката бериллия. Второй ряд люминофоров включает люминофоры на основе редкоземельных металлов, таких как иттрий, лантан и другие. Эти редкоземельные люминофоры имеют узкий спектр излучения, и обычно используется их смесь - красный, синий и зеленый люминофоры.
Люминофоры перемешиваются со связующим веществом, суспендированным либо в органической смеси, либо в водо-амиачной смеси, и наносятся на внутреннюю сторону стеклянной трубки. В органической суспензии используется бутил ацетат, бутил ацетат/нафта или ксилол. Из-за ужесточения требований к охране окружающей среды суспензии на основе воды вытесняют органические суспензии. После нанесения покрытие сохнет на трубке, нагреваемой до высокой температуры для удаления связующего вещества.
С каждой стороны лампы монтируется по одному держателю. После этого в лампу вводится ртуть. Это может быть сделано различным образом. Хотя в некоторых производствах ртуть наносится вручную, все же преобладает автоматический процесс, с вертикальной либо горизонтальной установкой лампы. На вертикальных установках монтажная ножка на одном конце лампы закрывается. Затем в лампу вводится ртуть, и лампа при низком давлении заполняется аргоном. После этого верхняя монтажная ножка запаивается, полностью герметизируя лампу. На горизонтальных установках ртуть вводится с одной стороны, а лампа откачивается с другой. При соответствующем давлении добавляется аргон, и оба конца лампы запаиваются. После герметизации на концы надеваются цоколи, и затем проволочные выводы припаиваются или привариваются к электрическим контактам.
Возможно применение двух других способов ввода паров ртути. В первом случае ртуть содержится на импрегнированной ртутью ленте, которая выделяет ртуть при первом включении лампы. В другом используется жидкая ртуть, содержащаяся в стеклянной капсуле, прикрепленной к держателю. Капсула разрушается после герметизации и откачки лампы, высвобождая таким образом ртуть.
Компактные люминесцентные лампы представляют собой уменьшенный вариант стандартных люминесцентных ламп. Компактные лампы обычно используют смесь редкоземельных люминофоров. Некоторые компактные лампы имеют стартер накала, содержащий небольшое количество радиоактивного вещества, содействующего включению лампы. В подобных стартерах накала для обеспечения так называемого темнового тока, стимулирующего скорейшее включение лампы, обычно используют криптон-85, водород-3, прометий-147 или природный торий. Таким образом улучшаются потребительские свойства лампы: ведь потребитель предпочитает, чтобы лампа включалась немедленно, без мигания.
Риски и меры предосторожности Производство люминесцентных ламп претерпело значительные изменения. Первоначальное использование бериллсодержащих люминофоров было прекращено в 1949 году, что исключило значительный риск респираторных заболеваний, стимулируемых производством и использованием люминофора. Во многих производственных операциях суспензии люминофора на водяной основе вытеснили органические суспензии, применяемые для нанесения покрытий, уменьшив таким образом риск воздействия на рабочих летучих органических соединений и выброс их в окружающую среду. Суспензии на водяной основе содержат небольшие количества аммиака, который оказывает минимальное воздействие, причем главным образом во время перемешивания суспензии.
Ртуть остается наиболее опасным веществом, применяемым при изготовлении люминесцентных ламп. Хотя ее сфера воздействия ограничена пространством около установки откачки, существует потенциальная опасность нанесения вреда здоровью рабочих, находящихся вблизи установки, механиков в процессе работы на установке и при профилактике. Во избежание воздействия или для его ограничения следует использовать средства индивидуальной защиты, такие как комбинезоны и перчатки, и при необходимости средства респираторной защиты, особенно во время технического обслуживания и очистки установки. На участках по производству люминесцентных ламп следует внедрить программу биологического контроля, включающую анализ мочи на содержание в ней ртути.
Обе системы люминофоров, применяемые в настоящее время в производстве ламп, используют вещества, обладающие относительно низкой токсичностью. Хотя некоторые добавки к основным люминофорам (такие как барий, свинец и магний) имеют ПДК, установленные различными государственными организациями, эти составляющие обычно присутствуют в смеси в относительно низком процентном отношении.
В цоколях ламп в качестве электрических изоляторов используются фенолформальдегидные смолы. Скрепляющий состав обычно содержит природные или синтетические смолы, которые могут включать раздражающие кожу вещества, такие как гексаметилентетрамин. Автоматизированное обрабатывающее и смешивающее оборудование ограничивает контакт этих веществ с кожей, устраняя таким образом возможность кожного раздражения.
Ртутные лампы высокого давления Ртутные лампы высокого давления могут быть двух сходных типов: одни используют чистую ртуть, другие - смесь ртути с различными металлическими галогенидами. Базовые конструкции ламп тоже аналогичны. Оба типа используют кварцевую дуговую лампу с удлиненной колбой, содержащую ртуть или ртутно-галоидную смесь. Эта дуговая лампа затем закрывается жесткой наружной оболочкой из боросиликатного стекла, к которой монтируются металлический цоколь для обеспечения электрического контакта. Наружная оболочка может быть прозрачной, или для изменения цвета освещения покрывается рассеивающим веществом или люминофором.
Ртутные лампы содержат только ртуть и аргон в кварцевой дуговой трубке лампы. Ртуть под высоким давлением испускает свет с большим содержанием синих и ультрафиолетовых лучей. Кварцевая дуговая лампа полностью прозрачна для ультрафиолетового света, и в случае разрушения или отсутствия наружной оболочки становится мощным источником ультрафиолетового излучения, которое может вызвать ожоги кожи и глаз. Несмотря на то, что обычная ртутная лампа будет продолжать работать при снятой наружной оболочке, изготовители предлагают несколько моделей с плавким предохранителем, который прервет работу лампы, если оболочка будет разрушена. Во время нормального использования боросиликатное стекло наружной оболочки поглощает большую часть ультрафиолетового излучения, поэтому неповрежденная лампа не представляет опасности.
Из-за высокого содержания синего излучения в спектре ртутной лампы внутренняя и наружная оболочки часто покрываются люминофором, таким как иттрий ванадит фосфат, или аналогичным, усиливающим красное излучение.
Металлогалоидные лампы также содержат ртуть и аргон в дуговой трубке, но с добавками металлогалоидов (обычно смеси натрия и скандия, или других). Добавление металлогалоидов увеличивает красное излучение лампы, делая ее спектр более сбалансированным.
Риски и меры предосторожности Потенциальную опасность, кроме ртути, представляют вещества, используемые в производстве ртутных ламп высокого давления в качестве материалов покрытия наружных оболочек, и галоидные добавки, используемые в металлогалоидных лампах. Один материал покрытия - простой рассеиватель, такой же, как в лампах накаливания. Второй - цветокорректирующий люминофор, ванадит иттрия или иттрий ванадит фосфат. Похожий по характеристикам на пентоксид ванадия, ванадит признан менее токсичным. Воздействие галоидных материалов обычно незначительно, поскольку галоиды вступают в реакции во влажном воздухе и во время работы с ними и при их использовании должны содержаться сухими в атмосфере инертного газа. Аналогичным образом, несмотря на то, что натрий высокоактивный металл, работать с ним также нужно в атмосфере инертного газа во избежание окисления металла.
Натриевые лампы В настоящее время производятся два типа натриевых ламп. Лампы низкого давления содержат в качестве источника светоизлучения только металлический натрий, генерирующий ярко-желтый свет. Натриевые лампы высокого давления используют ртуть и натрий для генерации более белого света.
Натриевые лампы низкого давления имеют одну стеклянную трубку, содержащую металлический натрий, и вторую, накрывающую первую.
Натриевые лампы высокого давления содержат смесь ртути с натрием в дуговой трубке из керамического оксида алюминия высокой чистоты. Натриевые лампы высокого давления имеют по существу ту же конструкцию, что и ртутные и металлогалоидные лампы, если только в дуговой трубке не предусмотрен иной состав.
Риски и меры предосторожности Существует несколько специфических рисков при производстве натриевых ламп высокого и низкого давления. В лампах обоих типов натрий должен содержаться сухим. Чистый металлический натрий бурно взаимодействует с водой, образуя водород и выделяя достаточно тепла, чтобы вызвать воспламенение. Металлический натрий, оставленный на воздухе, вступает в реакцию с влагой воздуха, образуя оксидную пленку на металле. Во избежание этого с натрием работают в скафандре (стерильной камере с перчатками) в атмосфере сухого азота или аргона. На участках, производящих натриевые лампы высокого давления, необходимо принять дополнительные меры предосторожности при работе с ртутью, аналогичные тем, которые принимаются на участках, производящих ртутные лампы высокого давления.
Здравоохранение и экология окружающей среды В последние несколько лет вопросам удаления отходов и вторичного использования ламп, содержащих ртуть, во многих странах мира уделяется повышенное внимание. В целях экономии в настоящее время внедрены методы использования ртути из люминесцентных ламп и газоразрядных ламп высокого давления. Повторное использование материалов ламп можно более точно назвать утилизацией, поскольку они редко подвергаются вторичной обработке и используются при изготовлении новых ламп. Как правило, металлические детали передаются в агентства по продаже металлолома. Восстановленное стекло может быть использовано для изготовления стекловолокна или стеклоблоков, либо в качестве наполнителя в цементном или асфальтовом дорожном покрытии. Вторичное использование может быть более экономичной альтернативой, учитывая размещение и возможности утилизации, а также степень опасности или особые варианты удаления отходов.
Балластные сопротивления, используемые в люминесцентных лампах, прежде содержали емкости, в которых применялись в качестве диэлектрика полихлоридные бифенилы (PCB). Хотя производство балластных сопротивлений, содержащих PCB, было прекращено, множество ранее выпущенных сопротивлений продолжает использоваться из-за их длительного срока службы. Удаление балластных сопротивлений, содержащих PCB, может быть регламентировано. Возможно требование их удаления как особых или опасных отходов.
Производство стекла, особенно боросиликатного, потенциальный источник значительных выбросов в атмосферу. В последнее время в газовых горелках в качестве средства сокращения выбросов вместо воздуха стал применяться чистый кислород.
в атмосферу. В последнее время в газовых горелках в качестве средства сокращения выбросов 
вместо воздуха стал применяться чистый кислород.