WIG spawanie w ultraczystym obszarze roboczym

Abb. 1: Inteligentne stanowiska spawalnicze w czystym pomieszczeniu / Rysunek 1 - Wykorzystanie inteligentnych stanowisk spawalniczych w czystym pomieszczeniu

Abb 2 - Siliziumwafer, hergestellt in einem Bereich mit ultrahoher Reinheit / Rysunek 2 - Wafle krzemowe wyprodukowane w obszarze o ultrawysokiej czystości

F bb. 3 – Użycie inteligentnej stacji spawalniczej P3 w pomieszczeniu czystym / Rysunek 3 – Operator w pomieszczeniu czystym korzystający z inteligentnej stacji spawalniczej P3

Abbildung 4 - Verbindungsmöglichkeiten dank der neuen Smart Welding Station P3 / Rysunek 4 – wiele nowych możliwości łączenia oferowanych przez inteligentną stację spawalniczą P3

Rys. 5 – Narzędzia spawalnicze do pracy w warunkach czystego pomieszczenia / Rysunek 5 – Narzędzia do spawania w zamkniętej komorze używane w przemyśle UHP

Do produkcji najwyższej jakości połączeń doskonale sprawdza się spawanie orbitalne TIG.

Wiele wyrobów musi być wytwarzanych w warunkach czystego pomieszczenia. Niezależnie od tego, czy produkty mogą być zanieczyszczone przez mikroorganizmy, jak ma to miejsce w przypadku substancji farmaceutycznych, czy też muszą być chronione przed zanieczyszczeniem, na przykład w zastosowaniach w przemyśle półprzewodnikowym, albo nawet najmniejsze cząstki obce mogą powodować poważne zakłócenia funkcji, co szczególnie obawia się w urządzeniach optycznych i precyzyjnej mechanice.

Znaczna część urządzeń i elementów przeznaczonych do pracy w czystym pomieszczeniu musi być już wyprodukowana i zamontowana w warunkach czystego pomieszczenia. Na przykład konieczne są rurociągi do zaopatrywania pomieszczeń w ultraczyste gazy i płyny, które służą do inercjonizacji oraz do zmywania, płukania, rozpuszczania i iniekcji.

Aby ograniczyć wysiłek na placu budowy, jak najwięcej elementów rur jest już montowanych w fazie prefabrykacji. Już w fabryce spawane są połączenia między standardowymi elementami, takimi jak mikrofitingi, trójniki, łuki i zawory, a także odpowiednie odcinki rur. W tym etapie produkcji można korzystać z zalet spawania orbitalnego TIG. Całe cykle spawania przebiegają automatycznie i zapewniają stałą wysoką jakość połączeń.

Budowa czystych pomieszczeń ściśle odzwierciedla wymagania danego obszaru zastosowania. Skład, temperatura i wilgotność otaczającej atmosfery są ograniczone przez ścisłe specyfikacje, ale najważniejsze ograniczenia dotyczą dopuszczalnego rozmiaru i liczby cząstek. W zależności od maksymalnej dopuszczalnej koncentracji cząstek, klasy czystości powietrza w pomieszczeniach czystych według ISO 14644-1 i FED STD 209E są podzielone: klasa ISO 1 i klasa FED 1 oznaczają najmniejszą liczbę cząstek na jednostkę objętości, podczas gdy klasa ISO 9 i FED 100 000 odpowiadają praktycznie nieoczyszczonemu powietrzu otoczenia.

Aby utrzymać zanieczyszczenia w pomieszczeniu czystym na stałym niskim poziomie, konieczne jest ograniczenie powstawania i rozprzestrzeniania się cząstek. Ludzki organizm emituje średnio 100 000 cząstek na minutę o rozmiarze poniżej 50 µm, co czyni go jednym z głównych źródeł zanieczyszczeń w kontrolowanej atmosferze. Szybkie ruchy mogą jeszcze bardziej nasilać ten niekorzystny efekt. Dlatego pracownicy i odwiedzający pomieszczenia czyste muszą nosić specjalny sprzęt ochronny: głowa i szczególnie włosy są zakryte czapką, twarz zakrywa maska ochronna z wbudowanymi okularami, do rąk potrzebne są bezpyłowe rękawice, zwykłe obuwie jest ukryte pod oversizami, a reszta ciała jest osłonięta fartuchami lub kombinezonami laboratoryjnymi.

Podczas samego procesu produkcyjnego mogą oczywiście również powstawać zanieczyszczenia. Gdy zostanie zapalony łuk elektryczny, powstają dymy metalowe; jednocześnie wydobywa się gaz osłonowy i gaz formierski. Wydzielane ciepło powoduje turbulencje między gazem inertnym a otaczającą atmosferą, co prowadzi do kolejnych emisji cząstek.

Problemy związane z otwartym łukiem elektrycznym można jednak uniknąć. Zamknięte głowice do spawania orbitalnego TIG zostały pierwotnie opracowane, aby skutecznie wytwarzać liczne spoiny, które muszą być wbudowane w hydrauliczne układy samolotów. Łatwa obsługa, wysoka wydajność i doskonała jakość spoin były głównymi celami rozwoju tego nowego wówczas procesu, i wszystkie zostały bezwzględnie osiągnięte lub przewyższone. Później odkryto zalety łuku płonącego w zamkniętej komorze dla celów w pomieszczeniach czystych. Gorące powierzchnie, wiry, promieniowanie, niekontrolowana emisja cząstek – wszystkie wady związane z otwartym łukiem można było w ten sposób wyeliminować. Obecnie jest to standardowa technologia, łącząca rury i elementy w środowisku czystym przy użyciu zamkniętych głowic orbitalnych.

Stacja spawalnicza Smart Welding powinna być wyposażona tak, aby można było bezproblemowo obsługiwać wszystkie odpowiednie szczypce orbitalne do spawania rur i mikrofitingów w odpowiednim zakresie średnic. Ich niezwykle niska masa pozwala na przemieszczanie maszyny bez użycia dźwigów, co korzystnie wpływa na czystość pomieszczenia. Elementy sterujące muszą być dostępne niezależnie, tak aby stacja mogła znaleźć się pod stołem warsztatowym lub na stole roboczym. Chłodnice, które zapewniają wydłużenie czasu pracy i zwiększenie wydajności, powinny również być możliwe do ustawienia niezależnie od źródła zasilania.

Aby sprostać coraz bardziej konkretnym wyzwaniom koncepcji Przemysł 4.0, stacja spawalnicza powinna uwzględniać najnowsze osiągnięcia i rozwój w zakresie cyfryzacji, sieciowania, wymiany danych i śledzenia pochodzenia. Dotyczy to zarówno wewnętrznej wymiany danych między źródłem zasilania a wszystkimi komponentami peryferyjnymi, jak i komunikacji z własną siecią firmy. Szczególnie warto wspomnieć o protokole OPC-UA, który jest uważany za idealny interfejs dla zastosowań Przemysł 4.0.

Pracujący w pomieszczeniu czystym ludzie są w wielu aspektach mocno ograniczeni. Szybkie ruchy są zabronione, pole widzenia jest zmniejszone przez maskę, a zmysł dotyku i precyzyjna motoryka cierpią z powodu obowiązkowych rękawic. Zanim doświadczony spawacz uruchomi cykl spawania, rutynowo sprawdza „przechodząc obok”, czy wszystkie niezbędne przygotowania zostały wykonane i czy sprzęt jest gotowy do spawania. Podczas pracy w warunkach czystego pomieszczenia powinno się to ułatwić tak bardzo, jak to możliwe. Za pomocą bezprzewodowego lub przewodowego skanera kodów kreskowych może odczytać QR kod na swoim kombinezonie i się zidentyfikować, w ten sam sposób może odblokować szczypce spawalnicze, gaz osłonowy i element obrabiany w systemie. Odpowiedni program spawalniczy zostanie mu wtedy zaoferowany na tablecie, a dalsze dane można wprowadzać również w rękawicach.

Przygotowanie do spawania odbywa się w dwóch krokach: zaciskanie elementu w urządzeniu mocującym (lub urządzeniu mocującym na rurze, jeśli spawanie odbywa się na placu budowy), przy czym mogą być używane także urządzenia mocujące od firm zewnętrznych, oraz podłączenie właściwych szczypiec spawalniczych z silnikiem, przekładnią, przewodami zasilającymi itp.

W tym miejscu wyświetlane są również bieżące wartości parametrów spawania, takich jak prąd czy napięcie łuku. Dane te są również przesyłane przez sieć firmową do systemu monitorującego, gdzie są analizowane i wykorzystywane na przykład do zarządzania zapasem gazów, rur, elementów czy do obliczania wskaźników wydajności. Ostatecznie operator wizualnie sprawdza wykonaną spoinę, zatwierdza ją i kontynuuje produkcję.

Jak można podsumować, firma Polysoude dzięki ścisłej współpracy z przemysłem czystych pomieszczeń udało się zaprojektować sprzęt spawalniczy przeznaczony do odpowiednich zastosowań tak, aby spełniał wszystkie wymagania dotyczące obsługi, emisji cząstek, łatwości obsługi, bezpieczeństwa personelu i jakości spoin podczas pracy w kontrolowanej atmosferze na wzorowym poziomie.


.