Soldadura WIG en área de trabajo de ultra alta pureza

Fig. 1: Estaciones de soldadura inteligentes en una sala limpia / Figure 1 - Uso de estaciones de soldadura inteligentes en una sala limpia

Figura 2 - Oblea de silicio semiconductor producida en un área de ultra alta pureza

F bb. 3 – Uso de una estación de soldadura inteligente P3 en una sala limpia / Figura 3 – Un operador en una sala limpia usando la estación de soldadura inteligente P3

Figura 4 - Muchas posibilidades de conectividad gracias a la nueva estación de soldadura inteligente P3 / Figure 4 – Muchas posibilidades de conectividad ofrecidas por la estación de soldadura inteligente P3

Fig. 5 – Herramientas de soldadura para trabajar en condiciones de sala limpia / Figura 5 – Herramientas de soldadura de cámara cerrada utilizadas en la industria UHP

Para la fabricación de conexiones de la más alta calidad, el soldadura orbital TIG ha demostrado ser la mejor opción.

Muchos productos deben fabricarse en condiciones de sala limpia. Ya sea porque los productos podrían contaminarse con microbios, como en el caso de sustancias farmacéuticas, o porque, como en aplicaciones en la tecnología de semiconductores, deben protegerse contra la contaminación, o porque incluso las partículas más pequeñas pueden causar fallos graves, lo cual es especialmente temido en dispositivos ópticos y mecánica de precisión.

Una gran parte de los dispositivos y componentes destinados a su uso en salas limpias deben fabricarse y montarse en condiciones de sala limpia. Por ejemplo, se necesitan tuberías para suministrar gases y líquidos ultralimpios a las salas limpias, que se utilizan para inertización, limpieza, enjuague, disolución y propósitos de inyección.

Para reducir al mínimo el esfuerzo en el lugar de trabajo, se ensamblan en la medida de lo posible muchas de las piezas de tubería en la fabricación previa. Ya en la fábrica, se soldan las conexiones de soldadura entre piezas estándar como microfittings, tees, codos y válvulas, así como segmentos de tubería adecuados. En este paso de fabricación, el soldadura orbital TIG puede utilizarse de manera ventajosa. Los ciclos completos de soldadura se realizan automáticamente y conducen a una calidad constante y elevada de las conexiones.

La construcción de salas limpias se ajusta estrictamente a los requisitos del área de aplicación correspondiente. La composición, temperatura y humedad de la atmósfera circundante están limitadas por especificaciones estrictas, pero las restricciones más importantes se refieren al tamaño y número de partículas permitidas. Dependiendo de la concentración máxima tolerable de partículas, las clases de salas limpias se clasifican según ISO 14644-1 y FED STD 209E: la clase ISO 1 y la clase FED 1 corresponden a la menor cantidad de partículas por volumen, mientras que la clase ISO 9 y la clase FED 100,000 corresponden prácticamente al aire ambiente sin filtración.

Para mantener las contaminaciones en una sala limpia en niveles permanentemente bajos, se debe impedir en la medida de lo posible la generación y dispersión de partículas. El cuerpo humano libera un flujo promedio de 100,000 partículas por minuto con un diámetro inferior a 50 µm, por lo que se considera una de las fuentes de contaminación más importantes en atmósferas controladas. Movimientos rápidos pueden intensificar aún más este efecto adverso. Por ello, los trabajadores y visitantes de salas limpias deben usar equipo de protección especial: la cabeza y especialmente el cabello se cubren con un gorro, la cara con una máscara protectora con gafas integradas, las manos con guantes libres de polvo, el calzado habitual se oculta bajo sobrebotas y para el resto del cuerpo se dispone de una bata o un mono de laboratorio.

Por supuesto, el proceso de fabricación en sí también puede causar contaminaciones. Cuando se enciende un arco eléctrico, se generan humos metálicos; al mismo tiempo, se emiten gases de protección de soldadura y gases formadores. El calor liberado provoca turbulencias entre el gas inerte y la atmósfera circundante, lo que genera emisiones adicionales de partículas.

Sin embargo, los problemas asociados con un arco abierto se pueden evitar. Los cabezales de soldadura orbital TIG cerrados fueron originalmente desarrollados para fabricar de manera eficiente los numerosos cordones de soldadura necesarios en los sistemas hidráulicos de aviones. La facilidad de uso, alta productividad y excelente calidad de la soldadura fueron los principales objetivos de desarrollo en la concepción de este método, y todos ellos se lograron o superaron sin excepción. Más tarde, se descubrieron las ventajas de un arco que arde en una cámara cerrada para aplicaciones en salas limpias. Superficies calientes, turbulencias, radiación, emisiones de partículas incontrolables: todos los inconvenientes asociados con un arco abierto se pudieron evitar de esta manera. Hoy en día, es estándar en la tecnología conectar tuberías y accesorios en entornos de sala limpia utilizando cabezales de soldadura orbital cerrados.

Una estación de soldadura inteligente debe estar equipada de modo que todos los tipos de pinzas orbitales adecuados para unir tuberías y microfittings en el rango de diámetro correspondiente puedan operarse sin problemas. Su peso extremadamente reducido permite mover la máquina sin grúas, lo que contribuye a mantener la limpieza en la sala limpia. Los controles deben ser accesibles independientemente, de modo que la estación pueda colocarse debajo del banco de trabajo o mesa de trabajo. Los enfriadores, que prolongan la duración de la operación y aumentan la productividad, también deben poder instalarse independientemente de la fuente de alimentación eléctrica.

Para cumplir con los desafíos cada vez más concretos del concepto Industria 4.0, la estación de soldadura inteligente debe incorporar los últimos avances en digitalización, conectividad, intercambio de datos y trazabilidad. Esto se aplica tanto al intercambio de datos interno entre la fuente de alimentación y todos los componentes periféricos, como a la comunicación con la red interna de la empresa. En particular, se destaca el protocolo OPC-UA, considerado como la interfaz perfecta para aplicaciones de Industria 4.0.

Las personas que trabajan en una sala limpia están muy restringidas en muchos aspectos. Se prohíben movimientos rápidos, el campo visual se reduce por la máscara, y el sentido del tacto y la motricidad fina se ven afectados por los guantes obligatorios. Antes de que un soldador experimentado inicie un ciclo de soldadura, realiza rutinariamente una revisión rápida para verificar que todas las preparaciones necesarias estén completas y que el equipo esté en condiciones de soldadura. Al trabajar en condiciones de sala limpia, esto debe hacerse de la manera más sencilla posible. Con un escáner de código de barras inalámbrico o cableado, puede leer el código QR en su mono de trabajo y así identificarse, y de la misma forma puede activar la pinza de soldadura, el gas protector y la pieza de trabajo en el sistema. Luego, se le ofrecerá el programa de soldadura adecuado en su tableta, y también puede realizar otras entradas con guantes puestos.

La preparación de una soldadura se realiza en dos pasos: el sujeción de la pieza en la unidad de sujeción (o en la unidad de sujeción en la tubería, si se realiza en el lugar de trabajo), donde también pueden usarse unidades de sujeción de empresas externas, y la conexión de la pinza de soldadura propiamente dicha con motor, transmisión, mangueras de suministro, etc.

En ese momento también se muestran los valores actuales de los parámetros de soldadura, como corriente o voltaje del arco. Estos datos se transmiten también a través de la red de la empresa a un sistema de monitoreo, donde se analizan y utilizan, por ejemplo, para gestionar el inventario de gases, tuberías, fittings, etc., o para calcular la tasa de productividad. Finalmente, el operador inspecciona visualmente la soldadura realizada, la valida y continúa con la siguiente producción.

Como se puede concluir, la empresa Polysoude ha logrado, mediante una estrecha colaboración con la industria de salas limpias, diseñar equipos de soldadura adecuados que cumplen ejemplarmente con todos los requisitos en cuanto a manejo, emisión de partículas, facilidad de uso, seguridad del personal y calidad de la soldadura en ambientes controlados.


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