WIG sváření v ultraclean pracovním prostředí

Obrázek 1: Chytré svářečské stanice v čisté místnosti / Figure 1 - Použití chytrých svářečských stanic v čisté místnosti

Obrázek 2 - Křemíková wafer, vyrobená v oblasti s ultrahigh čistotou

F bb. 3 – Použití Smart Welding Station P3 v čisté místnosti / Obrázek 3 – Operátor v čisté místnosti používající P3 Smart Welding Station

Obrázek 4 - Možnosti připojení díky nové Smart Welding Station P3 / Figure 4 – Spousta nových možností připojení nabízených stanicí P3 Smart Welding Station

Obrázek 5 – Svařovací nástroje pro práci v prostředí s čistým prostorem / Obrázek 5 – Uzavřená komorová svařovací zařízení používaná v průmyslu s ultračistým prostředím

Pro výrobu nejvyšší kvality spojů se osvědčilo použití WIG-obloukového svařování.

Many products must be manufactured under cleanroom conditions. Whether the products could be contaminated by microbes, as is the case with pharmaceutical substances, or need to be protected from contamination, as in applications in semiconductor technology, or even the smallest foreign particles cause serious malfunctions, which is especially feared in optical devices and precision mechanics.

Velká část zařízení a součástí určených pro použití v čistých prostorách musí být již vyrobena a smontována za podmínek čistého prostoru. Například jsou potřeba potrubí, která zásobují čisté prostory ultraclean plyny a kapaliny, jež se používají k inertizaci, čištění, proplachování, uvolnění a injekčním účelům.

Pro minimalizaci práce na místě je co nejvíce potrubních komponent již předmontováno v továrně. V továrně jsou již svařovány spojení mezi standardními díly, jako jsou mikrofitinky, T-kusky, oblouky a ventily, stejně jako odpovídající potrubní segmenty. Při tomto výrobním kroku lze výhodně využít WIG-obloukové svařování. Kompletní svařovací cykly probíhají automaticky a vedou k trvale vysoké kvalitě spojů.

Výstavba čistých prostor je přísně přizpůsobena požadavkům dané oblasti použití. Složení, teplota a vlhkost okolní atmosféry jsou omezeny přísnými specifikacemi, ale nejvýznamnější omezení se týkají povolené velikosti a počtu částic. V závislosti na nejvyšší tolerované koncentraci částic jsou třídy čistých prostor rozděleny podle ISO 14644-1 a FED STD 209E: třída ISO 1 a FED třída 1 odpovídají nejnižšímu počtu částic na objemovou jednotku, zatímco třída ISO 9 a FED třída 100 000 odpovídají prakticky nekonečnému okolnímu vzduchu bez filtrace.

Pro udržení kontaminace v čistém prostoru na trvale nízké úrovni je nutné minimalizovat tvorbu a šíření částic. Lidské tělo uvolňuje průměrně 100 000 částic za minutu s průměrem menším než 50 µm, a proto je považováno za jeden z nejvýznamnějších zdrojů kontaminace v kontrolované atmosféře. Rychlé pohyby mohou tento nepříznivý efekt dále zhoršit. Proto jsou pracovníci a návštěvníci čistých prostor nuceni nosit speciální ochranné oblečení: hlava a zejména vlasy jsou zakryty čepicí, obličej je zakryt ochrannou maskou s integrovanými brýlemi, pro ruce jsou potřeba prachotěsné rukavice, běžná obuv je zakryta přes návleky a zbytek těla je oblečen do pláště nebo laboratorního oděvu.

Samotný výrobní proces samozřejmě může také způsobit kontaminaci. Při zapálení elektrického oblouku vznikají kovové výpary; současně unikají ochranný plyn a formiergas. Vyzařované teplo způsobuje turbulence mezi inertním plynem a okolní atmosférou a přispívá k dalším emisím částic.

Problémy spojené s otevřeným obloukem však lze eliminovat. Uzavřené WIG-obloukové svařovací hlavy byly původně vyvinuty pro efektivní výrobu mnoha svarových spojů, které je třeba provést při výrobě hydraulických systémů letadel. Jednoduché použití, vysoká produktivita a vynikající kvalita svarových spojů byly hlavními cíli vývoje tohoto nového postupu, a všechny byly bez výjimky dosaženy nebo překonány. Později byly objeveny výhody spalování oblouku uvnitř uzavřené komory pro použití v čistých prostorách. Horké povrchy, víření, záření, nekontrolovatelné emise částic – všechny nevýhody spojené s otevřeným obloukem se takto daly eliminovat. Dnes je standardem spojovat potrubí a fitinky v prostředí čistého prostoru pomocí uzavřených obloukových svařovacích hlav.

Smart Welding Station by měla být vybavena tak, aby bylo možné snadno provozovat všechny vhodné orbitalní svářecí kleště pro spojování trubek a mikrofitinků v příslušném průměru. Její extrémně nízká hmotnost umožňuje přesun bez zdvihacích zařízení, což přispívá k udržení čistoty čistého prostoru. Ovládací prvky musí být přístupné nezávisle, aby stanice mohla být umístěna pod pracovním stolem nebo pracovním pultem. Chladicí agregáty, které prodlužují dobu provozu a zvyšují produktivitu, by měly být rovněž možné umístit nezávisle na zdroji napájení.

Pro splnění stále konkrétnějších výzev konceptu Industry 4.0 by měla být Smart Welding Station v souladu s nejnovějšími poznatky a vývojem v oblasti digitalizace, propojení, výměny dat a sledovatelnosti. To platí jak pro interní výměnu dat mezi zdrojem napájení a všemi periferními komponentami, tak i pro komunikaci s firemní sítí. Zejména je třeba zmínit protokol OPC-UA, který je považován za ideální rozhraní pro aplikace Industry 4.0.

Lidé pracující v čistém prostoru jsou v mnoha ohledech výrazně omezeni. Rychlé pohyby jsou zakázány, zorné pole je zmenšeno rouškou a hmat a jemná motorika jsou ovlivněny povinnými rukavicemi. Před spuštěním svařovacího cyklu zkušený svářeč rutinně „přesunem“ zkontroluje, zda jsou splněny všechny přípravy a zda je vybavení v odpovídajícím stavu. Při práci v prostředí čistého prostoru by mu mělo být toto co nejvíce usnadněno. Pomocí bezdrátového nebo kabelového čtečky čárových kódů může načíst QR kód na svém pracovním oděvu a identifikovat se, stejně tak může odemknout svářecí kleště, ochranný plyn a dílo v systému. Odpovídající svařovací program mu bude nabídnut na tabletu, další vstupy může provádět i s rukavicemi.

Příprava svařování probíhá ve dvou krocích: upnutí díla ve svěrné jednotce (nebo svěrné jednotce na potrubí, pokud se svaří na místě), přičemž mohou být použity i svěrné jednotky od třetích stran, a připojení samotné svářecí kleště s motorem, převodovkou, přívodními hadicemi atd.

Zde jsou také zobrazovány aktuální hodnoty svařovacích parametrů, jako je proud nebo napětí oblouku. Tyto údaje jsou rovněž přenášeny přes firemní síť do monitorovacího systému, kde jsou analyzovány a využívány například k řízení zásob plynu, trubek, fitinků apod., nebo k výpočtu produktivity. Nakonec operátor vizuálně zkontroluje provedený svar, ověří jeho kvalitu a pokračuje v další výrobě.

Jak bylo shrnuto, firma Polysoude se díky úzké spolupráci s průmyslem čistých prostor podařilo navrhnout svařovací zařízení tak, aby splňovalo všechny požadavky na manipulaci, emise částic, uživatelskou přívětivost, bezpečnost personálu a kvalitu svaru při práci v kontrolované atmosféře.