WIG saldatura in ambiente di lavoro ultrapurificato

Fig. 1: Stazioni di saldatura intelligenti in una camera bianca / Figura 1 - Utilizzo di stazioni di saldatura intelligenti in una camera bianca

Figura 2 - Wafer di silicio semiconduttore prodotto in un'area di purezza ultra-elevata

F bb. 3 – Utilizzo di una Smart Welding Station P3 in ambiente sterile / Figura 3 – Un operatore in una camera pulita che utilizza la P3 Smart Welding Station

Figura 4 - Possibilità di connessione grazie alla nuova Smart Welding Station P3 / Figure 4 – Tante nuove possibilità di connettività offerte dalla P3 Smart Welding Station

Fig. 5 – Strumenti di saldatura per lavori in ambienti di sala bianca / Figure 5 – Strumenti di saldatura a camera chiusa utilizzati nell'industria UHP

Per la produzione di collegamenti di massima qualità, la saldatura orbitale TIG si è dimostrata estremamente efficace.

Molti prodotti devono essere realizzati in ambienti a camera bianca. Che si tratti di prevenire contaminazioni da microbi, come nel caso di sostanze farmaceutiche, o di proteggere i componenti da contaminazioni, come ad esempio nelle applicazioni nel settore dei semiconduttori, o che anche le più piccole particelle estranee possano causare gravi malfunzionamenti, come si teme specialmente nei dispositivi ottici e nella meccanica di precisione.

Una grande parte degli strumenti e dei componenti destinati all’uso in ambienti a camera bianca devono essere già prodotti e assemblati in condizioni di camera bianca. Ad esempio, sono necessari tubazioni per alimentare ambienti a camera bianca con gas e liquidi ultra-puri, impiegati per inertizzazione, pulizia, risciacquo, rilascio e iniettori.

Per ridurre al minimo gli sforzi sul cantiere, si cerca di assemblare già in fase di prefabbricazione il maggior numero possibile di componenti di tubazioni. In fabbrica, le connessioni di saldatura tra parti standard come microfitting, T, curve e valvole, così come segmenti di tubo appropriati, vengono saldate tra loro. In questa fase di produzione, la saldatura orbitale TIG può essere impiegata in modo vantaggioso. I cicli di saldatura completi si svolgono automaticamente e garantiscono una qualità costante e elevata delle connessioni.

La costruzione di camere bianche si basa strettamente sui requisiti specifici di ciascun settore applicativo. La composizione, la temperatura e l’umidità dell’atmosfera circostante sono soggette a specifiche rigorose, ma le restrizioni più importanti riguardano le dimensioni e il numero di particelle consentite. In base alla concentrazione massima di particelle tollerabile, le classi di ambienti a camera bianca sono classificate secondo ISO 14644-1 e FED STD 209E: la classe ISO 1 e la classe FED 1 corrispondono al numero minimo di particelle per unità di volume, mentre la classe ISO 9 e la classe FED 100.000 rappresentano rispettivamente l’aria ambiente praticamente non filtrata.

Per mantenere le contaminazioni in un ambiente a camera bianca a livelli costantemente bassi, è necessario impedire la produzione e la diffusione di particelle. Il corpo umano rilascia in media 100.000 particelle al minuto con diametro inferiore a 50 µm, considerato quindi una delle principali fonti di contaminazione in atmosfere controllate. Movimenti rapidi possono ulteriormente amplificare questo effetto negativo. Per questo motivo, operai e visitatori devono indossare dispositivi di protezione speciali: la testa e i capelli sono coperti da un cappuccio, il viso con occhi, bocca e naso viene nascosto sotto una mascherina protettiva con occhiali integrati, per le mani sono necessari guanti antistatici, le scarpe normali vengono coperte da sovrascarpe e per il resto del corpo si indossa un camice o una tuta da laboratorio.

Naturalmente, anche il processo di produzione può causare contaminazioni. Quando si accende un arco elettrico, si generano vapori metallici; allo stesso tempo, fuoriescono gas di protezione e gas di formiatura. Il calore rilasciato provoca turbolenze tra il gas inerte e l’atmosfera circostante, contribuendo a ulteriori emissioni di particelle.

È comunque possibile evitare i problemi associati a un arco elettrico a cielo aperto. Le teste di saldatura orbitale TIG chiuse sono state originariamente sviluppate per produrre in modo efficiente le numerose saldature richieste nelle impianti idraulici degli aerei. Facilità d’uso, alta produttività e eccellente qualità delle saldature sono stati gli obiettivi principali nello sviluppo di questa tecnologia, e tutti sono stati raggiunti o superati senza eccezioni. Successivamente, sono stati scoperti i vantaggi di un arco elettrico che brucia all’interno di una camera chiusa per applicazioni in ambienti a camera bianca. Superfici calde, turbolenze, radiazioni, emissioni di particelle incontrollate — tutti i problemi associati a un arco aperto sono stati evitati in questo modo. Oggi, è prassi consolidata collegare tubi e raccordi in ambienti a camera bianca utilizzando teste di saldatura orbitale chiuse.

Una Smart Welding Station dovrebbe essere equipaggiata in modo tale da consentire l’uso senza problemi di tutte le pinze di saldatura orbitale compatibili con il diametro dei tubi e dei microfitting. Il peso estremamente ridotto permette di spostare la macchina senza l’ausilio di sollevatori, contribuendo alla conservazione della purezza dell’ambiente. I comandi devono essere facilmente accessibili indipendentemente, in modo che la stazione possa essere collocata sotto il banco di lavoro o il tavolo di lavoro. Gli impianti di raffreddamento, che favoriscono un aumento della durata di funzionamento e una maggiore produttività, devono poter essere installati indipendentemente dalla fonte di alimentazione.

Per rispondere alle sempre più pressanti sfide del concetto di Industria 4.0, la Smart Welding Station dovrebbe integrare le più recenti scoperte e sviluppi relativi a digitalizzazione, networking, scambio di dati e tracciabilità. Ciò vale sia per lo scambio di dati interno tra la fonte di alimentazione e tutte le componenti periferiche, sia per la comunicazione con la rete aziendale. In particolare, si segnala il protocollo OPC-UA, considerato la soluzione ideale come interfaccia per applicazioni Industria 4.0.

Le persone che lavorano in ambienti a camera bianca sono soggette a molte restrizioni. Sono vietati movimenti rapidi, il campo visivo è ridotto dalla mascherina, e il tatto e la motricità fine sono compromessi dagli obbligatori guanti. Prima di avviare un ciclo di saldatura, un operatore esperto verifica “di passaggio” che tutte le preparazioni siano state effettuate e che l’attrezzatura sia in condizioni ottimali. In ambienti a camera bianca, questa operazione dovrebbe essere resa il più semplice possibile. Con uno scanner di codici a barre wireless o cablato, può leggere il QR code sul suo abbigliamento da lavoro e identificarsi, allo stesso modo può attivare la pinza di saldatura, il gas di protezione e il pezzo da lavorare nel sistema. Il programma di saldatura appropriato gli verrà quindi proposto sul tablet, e ulteriori input possono essere forniti anche indossando i guanti.

La preparazione di una saldatura avviene in due fasi: il bloccaggio del pezzo nella cella di fissaggio (o nella cella di fissaggio del tubo, se si lavora in cantiere), anche con unità di fissaggio di terze parti, e il collegamento della pinza di saldatura vera e propria con motore, ingranaggi, tubi di alimentazione, ecc.

Verranno inoltre visualizzati i valori momentanei dei parametri di saldatura, come corrente o tensione dell’arco. Questi dati vengono trasmessi anche attraverso la rete aziendale a un sistema di monitoraggio, dove vengono analizzati e utilizzati, ad esempio, per gestire le scorte di gas, tubi, raccordi, ecc., o per calcolare il tasso di produttività. Infine, l’operatore verifica visivamente la saldatura effettuata, la convalida e prosegue con la produzione successiva.

Come si può riassumere, l’azienda Polysoude, grazie alla stretta collaborazione con l’industria dei ambienti a camera bianca, è riuscita a progettare attrezzature di saldatura conformi a tutte le esigenze di gestione, emissione di particelle, facilità d’uso, sicurezza del personale e qualità delle saldature in ambienti controllati, rispettando in modo esemplare tutti i requisiti.