WIG lassen im ultrareinen Arbeitsbereich

Abb. 1: Slimme lasstations in een cleanroom / Figure 1 - Gebruik van slimme lasstations in een cleanroom

Figuur 2 - Halfgeleider silicium wafer geproduceerd in een gebied met ultrahoog zuiverheidsniveau

F bb. 3 – Gebruik van een Smart Welding Station P3 in een cleanroom / Figure 3 – Een operator in een cleanroom die gebruikmaakt van de P3 Smart Welding Station

Figuur 4 - Veel nieuwe verbindingsmogelijkheden dankzij de P3 Smart Welding Station

Abb. 5 – Lasapparatuur voor werken onder cleanroomomstandigheden / Figure 5 – Gesloten kamer lasapparatuur gebruikt in de UHP-industrie

Voor de productie van verbindingen van de hoogste kwaliteit heeft het TIG-orbitair lassen zich uitstekend bewezen.

Veel producten moeten onder cleanroom-omstandigheden worden vervaardigd. Of het nu gaat om producten die door microben verontreinigd zouden kunnen worden, zoals bij farmaceutische stoffen het geval is, of dat ze, bijvoorbeeld bij toepassingen in de halfgeleidertechniek, beschermd moeten worden tegen contaminatie, of dat zelfs de kleinste vreemde deeltjes ernstige functiestoornissen veroorzaken, wat vooral bij optische apparaten en precisie-mechanica gevreesd wordt.

Een groot deel van de apparaten en onderdelen die voor gebruik in de cleanroom bestemd zijn, moeten op hun beurt al onder cleanroom-omstandigheden worden vervaardigd en gemonteerd. Zo worden bijvoorbeeld leidingen nodig om cleanrooms van ultrareine gassen en vloeistoffen te voorzien, die worden gebruikt voor inertisatie, etsen, spoelen, oplossen en injectiedoeleinden.

Om de inspanning op de bouwplaats zo laag mogelijk te houden, worden zoveel mogelijk van de leidingonderdelen al in de prefab-fase samengevoegd. Al in de fabriek worden de lasverbindingen tussen standaardonderdelen zoals microfittingen, T-stukken, bochten en ventielen, evenals passende leidingsegmenten, gelast. Bij deze productiestap kan het TIG-orbitair lassen voordelig worden ingezet. Volledige lascycli verlopen automatisch en zorgen voor een consequent hoge kwaliteit van de verbindingen.

De opbouw van cleanrooms is strikt afgestemd op de eisen van het betreffende toepassingsgebied. Samenstelling, temperatuur en vochtigheid van de omgevingsatmosfeer worden door strakke specificaties beperkt, maar de belangrijkste beperkingen betreffen de toegestane deeltjesgrootte en -aantal. Afhankelijk van de maximale tolerabele deeltjesconcentratie worden de cleanroom-klassen ingedeeld volgens ISO 14644-1 en FED STD 209E: ISO klasse 1 en FED klasse 1 komen overeen met het laagste aantal deeltjes per volumeeenheid, terwijl ISO klasse 9 en FED klasse 100.000 praktisch ongefilterde omgevingslucht vertegenwoordigen.

Om de verontreinigingen in een cleanroom op een permanent laag niveau te houden, moet de productie en verspreiding van deeltjes zo veel mogelijk worden voorkomen. Door het menselijk lichaam wordt een gemiddelde stroom van 100.000 deeltjes per minuut vrijgegeven met een diameter onder 50 µm, waardoor het een van de belangrijkste bronnen van contaminatie in gecontroleerde atmosfeer is. Snelle bewegingen kunnen dit ongunstige effect verder versterken. Daarom zijn werknemers en bezoekers van cleanrooms verplicht speciale beschermkleding te dragen: het hoofd en vooral het haar worden bedekt met een muts, het gezicht met ogen, mond en neus wordt verborgen onder een beschermingsmasker met geïntegreerde bril, voor de handen worden stofvrije handschoenen gebruikt, het normale schoeisel wordt verborgen onder overschoenen en voor de rest van het lichaam staan een overall of laboratoriumpak ter beschikking.

Tijdens het productieproces kunnen natuurlijk ook contaminaties ontstaan. Wanneer een elektrische boog wordt ontstoken, ontstaan metalen dampen; tegelijkertijd stroomt er lasbeschermgas en formiergas uit. De vrijgekomen warmte leidt tot turbulenties tussen het inertgas en de omringende atmosfeer en zorgt voor verdere deeltjesemissies.

De problemen die gepaard gaan met een open boog kunnen echter worden voorkomen. Gesloten TIG-orbitair laskoppen zijn oorspronkelijk ontwikkeld om op efficiënte wijze de talloze lasnaden te vervaardigen die in de hydraulische systemen van vliegtuigen moeten worden aangebracht. Eenvoudige toepasbaarheid, hoge productiviteit en uitstekende lasnaadkwaliteit waren de belangrijkste ontwikkelingsdoelen bij de conceptie van de toen nieuwe methode, en deze werden onvoorwaardelijk bereikt of overtroffen. Later werden de voordelen ontdekt van een binnen een afgesloten kamer brandende boog voor cleanroom-doeleinden. Hete oppervlakken, wervelingen, straling, oncontroleerbare deeltjesemissies – alle nadelen van een open boog konden op deze manier worden vermeden. Tegenwoordig behoort het verbinden van buizen en fittingen in cleanroom-omgeving met behulp van gesloten orbitair laskoppen tot de stand van de techniek.

Een Smart Welding Station moet zo zijn uitgerust dat alle orbitale lassers die geschikt zijn voor het verbinden van buizen en microfittingen in het betreffende diameterbereik probleemloos kunnen worden bediend. Het uiterst lichte gewicht maakt het mogelijk om de machine zonder hijsmiddelen te verplaatsen, wat ten goede komt aan de reinheid van de cleanroom. De bedienelementen moeten onafhankelijk toegankelijk zijn, zodat de station onder de werkbank of het werkblad kan worden geplaatst. Koelaggregaten, die zorgen voor een verlenging van de inschakeltijd en verhoogde productiviteit, moeten eveneens onafhankelijk van de stroombron kunnen worden opgesteld.

Om te voldoen aan de steeds concreter wordende uitdagingen van het Industrie 4.0-concept, moet de Smart Welding Station rekening houden met de nieuwste inzichten en ontwikkelingen op het gebied van digitalisering, netwerken, gegevensuitwisseling en traceerbaarheid. Dit geldt zowel voor de interne gegevensuitwisseling tussen stroombron en alle randapparatuur als voor de communicatie met het bedrijfsnetwerk. Hier wordt specifiek het OPC-UA-protocol genoemd, dat wordt beschouwd als de perfecte interface voor Industrie 4.0-toepassingen.

In een cleanroom werkende mensen zijn op veel gebieden sterk beperkt. Snelle bewegingen zijn verboden, het gezichtsveld wordt verkleind door een masker en de tastzin en fijne motoriek lijden onder de verplichte handschoenen. Voordat een ervaren lasser een lascyclus start, controleert hij routinematig 'bij het passeren' of alle noodzakelijke voorbereidingen zijn getroffen en of de uitrusting in lasklaar staat. Bij werken onder cleanroom-omstandigheden moet dit zo gemakkelijk mogelijk worden gemaakt. Met een draadloze of bekabelde barcode-scanner kan hij de QR-code op zijn werkkleding scannen en zich zo identificeren, op dezelfde manier kan hij de lasboog, het beschermgas en het werkstuk in het systeem ontgrendelen. Het juiste lasprogramma wordt vervolgens op zijn tablet aangeboden, verdere invoer kan hij ook met handschoenen uitvoeren.

De voorbereiding van een las gebeurt in twee stappen: het spannen van het werkstuk in de span-eenheid (of de span-eenheid aan de leiding, wanneer er op de bouwplaats wordt gelast), waarbij ook span-eenheden van derden kunnen worden gebruikt, en het koppelen van de daadwerkelijke lasboog met motor, transmissie, toevoerslangen enzovoort.

Daar worden ook de actuele waarden van de lasparameters zoals stroom of boogspanning weergegeven. Deze gegevens worden ook via het bedrijfsnetwerk verzonden naar een monitoring-systeem, waar ze worden geanalyseerd en gebruikt, bijvoorbeeld om de voorraad gas, leidingen, fittingen enzovoort te beheren of de productiviteit te berekenen. Uiteindelijk controleert de operator de gemaakte lasnaad visueel, valideert deze en gaat verder met de volgende productie.

Zoals samengevat kan worden vastgesteld, is het Polysoude gelukt om, door nauwe samenwerking met de cleanroom-industrie, de voor de betreffende toepassingen bedoelde lasuitrusting zodanig te ontwerpen dat alle eisen met betrekking tot handling, deeltjesemissie, gebruiksvriendelijkheid, veiligheid van het personeel en kwaliteit van de lasnaad bij werken in een gecontroleerde atmosfeer voorbeeldig worden vervuld.


.