WIG soudage dans un environnement de travail ultra-pur

Abb. 1 : Stations de soudage intelligentes dans une salle blanche / Figure 1 - Utilisation de stations de soudage intelligentes dans une salle blanche

Abb 2 - Wafer de silicium, fabriqué dans une zone de pureté ultra-élevée / Figure 2 - Tranche de silicium semi-conducteur produite dans une zone de pureté ultra-haute

F bb. 3 – Utilisation d'une station de soudage intelligente P3 en salle blanche / Figure 3 – Un opérateur dans une salle blanche utilisant la station de soudage intelligente P3

Figure 4 – De nombreuses nouvelles possibilités de connectivité offertes par la station de soudage intelligente P3

Abb. 5 – Outils de soudage pour le travail en environnement contrôlé / Figure 5 – Outils de soudage à chambre fermée utilisés dans l'industrie UHP

Pour la fabrication de connexions de la plus haute qualité, la soudure orbitale TIG s’est révélée particulièrement efficace.

De nombreux produits doivent être fabriqués dans des conditions de salle blanche. Que ce soit parce que les produits pourraient être contaminés par des micro-organismes, comme c’est le cas pour les substances pharmaceutiques, ou parce qu’ils doivent être protégés contre la contamination, par exemple dans le domaine de la technologie des semi-conducteurs, ou encore parce que même les plus petites particules étrangères peuvent provoquer de graves perturbations de fonctionnement, ce qui est particulièrement redouté pour les appareils optiques et la mécanique de précision.

Une grande partie des appareils et composants destinés à une utilisation en salle blanche doivent eux-mêmes être fabriqués et assemblés dans des conditions de salle blanche. Par exemple, des réseaux de tuyauterie sont nécessaires pour alimenter les salles blanches en gaz et liquides ultra-purs, utilisés pour l’inertage, le nettoyage, le rinçage, la dissolution ou l’injection.

Pour réduire au minimum l’effort sur le chantier, autant que possible, de nombreux composants de tuyauterie sont déjà assemblés lors de la pré-fabrication. En usine, les raccords de soudure entre des pièces standard telles que micro-raccords, Tés, coudes et vannes, ainsi que des segments de tuyaux appropriés, sont soudés ensemble. Lors de cette étape de fabrication, la soudure orbitale TIG peut être avantageusement utilisée. Les cycles de soudure complets s’effectuent automatiquement, garantissant une qualité constante et élevée des connexions.

La construction de salles blanches est strictement conforme aux exigences spécifiques de chaque domaine d’application. La composition, la température et l’humidité de l’atmosphère environnante sont limitées par des spécifications strictes, mais les restrictions les plus importantes concernent la taille et le nombre de particules autorisées. En fonction de la concentration maximale tolérée de particules, les classes de salles blanches sont classées selon ISO 14644-1 et FED STD 209E : la classe ISO 1 et la classe FED 1 correspondent au nombre minimal de particules par unité de volume, tandis que la classe ISO 9 et la classe FED 100 000 correspondent à l’air ambiant pratiquement non filtré.

Pour maintenir la contamination dans une salle blanche à un niveau constamment bas, la production et la diffusion de particules doivent être autant que possible empêchées. Le corps humain libère en moyenne 100 000 particules par minute de moins de 50 µm de diamètre, ce qui en fait l’une des principales sources de contamination dans une atmosphère contrôlée. Des mouvements rapides peuvent encore accentuer cet effet défavorable. C’est pourquoi les travailleurs et visiteurs en salle blanche doivent porter un équipement de protection spécifique : la tête et surtout les cheveux sont couverts par une coiffe, le visage avec les yeux, la bouche et le nez est dissimulé sous un masque de protection avec lunettes intégrées, des gants anti-poussière sont nécessaires pour les mains, la chaussure normale est dissimulée sous des sur-chaussures, et pour le reste du corps, une blouse ou une combinaison de laboratoire est à disposition.

Le processus de fabrication lui-même peut également provoquer des contaminations. Lorsqu’un arc électrique est allumé, des fumées métalliques se forment ; simultanément, du gaz de protection et du gaz de formiure s’échappent. La chaleur dégagée entraîne des turbulences entre le gaz inerte et l’atmosphère environnante, ce qui entraîne d’autres émissions de particules.

Les problèmes liés à un arc électrique en circuit ouvert peuvent toutefois être évités. Les torches de soudure orbitale TIG à chambre fermée ont été initialement conçues pour produire efficacement les nombreux joints de soudure nécessaires dans les systèmes hydrauliques d’avions. Facilité d’utilisation, haute productivité et excellente qualité des joints de soudure étaient les principaux objectifs lors de la conception de cette nouvelle méthode, et tous ont été atteints ou surpassés sans exception. Par la suite, les avantages d’un arc électrique brûlant dans une chambre fermée pour les applications en salle blanche ont été découverts. Les surfaces chaudes, les turbulences, le rayonnement, l’émission incontrôlable de particules — tous les inconvénients liés à un arc électrique en circuit ouvert ont ainsi pu être évités. Aujourd’hui, il est courant dans la technique de relier des tuyaux et raccords en utilisant des torches de soudure orbitale à chambre fermée dans un environnement de salle blanche.

Une station de soudure intelligente doit être équipée de manière à permettre l’utilisation facile de toutes les pinces de soudure orbitale adaptées au diamètre des tuyaux ou micro-raccords à assembler. Leur poids extrêmement léger permet de déplacer la machine sans appareils de levage, ce qui contribue à maintenir la propreté de la salle blanche. Les commandes doivent être accessibles indépendamment, afin que la station puisse être placée sous un établi ou une table de travail. Des unités de refroidissement, permettant d’augmenter la durée de fonctionnement et la productivité, doivent également pouvoir être installées indépendamment de la source d’alimentation électrique.

Pour répondre aux défis toujours plus concrets du concept Industrie 4.0, la station de soudure intelligente doit intégrer les dernières avancées en matière de numérisation, de réseautage, d’échange de données et de traçabilité. Cela concerne aussi bien l’échange de données interne entre la source d’alimentation et toutes les composantes périphériques que la communication avec le réseau d’entreprise. Le protocole OPC-UA, considéré comme la meilleure interface pour les applications Industrie 4.0, est particulièrement recommandé ici.

Les personnes travaillant dans une salle blanche sont fortement restreintes dans de nombreux aspects. Les mouvements rapides sont interdits, le champ de vision est réduit par un masque, et le toucher ainsi que la motricité fine sont altérés par les gants obligatoires. Avant de lancer un cycle de soudure, un soudeur expérimenté vérifie « en passant » si toutes les préparations nécessaires ont été effectuées et si l’équipement est en état de soudure. Lors du travail en salle blanche, cela doit lui être aussi simple que possible. Avec un scanner à code-barres sans fil ou filaire, il peut scanner le QR code sur sa combinaison de travail pour s’identifier, et de la même manière, il peut déverrouiller la pince de soudure, le gaz de protection et la pièce à usiner dans le système. Le programme de soudure approprié lui sera alors proposé sur sa tablette, et il pourra également saisir des données avec des gants.

La préparation d’une soudure se déroule en deux étapes : le serrage de la pièce dans l’unité de serrage (ou de l’unité de serrage sur le tuyau, si la soudure a lieu sur le chantier), y compris l’utilisation d’unités de serrage de sous-traitants, et le raccordement de la pince de soudure proprement dite avec le moteur, la transmission, les tuyaux d’alimentation, etc.

Les valeurs instantanées des paramètres de soudure, tels que le courant ou la tension de l’arc, y sont également affichées. Ces données sont transmises via le réseau de l’entreprise à un système de surveillance, où elles sont analysées et utilisées, par exemple, pour gérer l’inventaire de gaz, de tuyaux, de raccords, etc., ou pour calculer le taux de productivité. Enfin, l’opérateur vérifie visuellement la soudure réalisée, la valide et poursuit avec la production suivante.

Comme il a été résumé, la société Polysoude a réussi, grâce à une collaboration étroite avec l’industrie des salles blanches, à concevoir un équipement de soudure adapté aux applications spécifiques, répondant de manière exemplaire aux exigences en matière de maniement, d’émission de particules, de facilité d’utilisation, de sécurité du personnel et de qualité des joints lors du travail en atmosphère contrôlée.


.