Wat is Vacuümsolderen? (deel 1)

Vacuümsolderen leidt tot nieuwe producten en productiemogelijkheden

Bent u bekend met de mogelijkheden en voordelen van vacuümsolderen als verbindingstechniek? In verschillende markten maakt vacuümsolderen innovatieve producten mogelijk of ontstaan er nieuwe productiemogelijkheden. Toch zijn de mogelijkheden en voordelen van deze verbindingstechniek nog niet in alle markten even bekend. Daarom nemen we u mee bij een kijkje in de keuken bij Aalberts surface technologies Eindhoven, de grootste onafhankelijke vacuümsoldeerlocatie van Europa.

(klik hier voor deel 2)

(In Eindhoven staat de grootste vacüum oven van de Benelux)


Wat is Vacuumsolderen?

Vacuümsolderen is een verbindingstechniek waarbij het soldeermateriaal opgewarmd wordt tot het smeltpunt en hierdoor in combinatie met diffusie in het basismateriaal gevormd wordt tot één product. Vacuüm gesoldeerde verbindingen zijn zeer schoon, gelijkmatig en sterk. Dit maakt vacuüm gesoldeerde producten zeer geschikt voor het realiseren van verbindingen die voldoen aan de hoogst mogelijke technische eisen. Daarnaast is het mogelijk om door middel van vacuümsolderen verbindingen te realiseren die op geen enkele andere manier verwezenlijkt kunnen worden. “In de matrijzenbouw markt is het realiseren van complexe geometrieën dé reden om voor vacuümsolderen te kiezen terwijl in de automotive juist onderdelen met relatief eenvoudige vormen met vacuümsolderen gerealiseerd worden. In deze markt kiest men voor vacuümsolderen om hoogwaardige, slijtagebestendige onderdelen in grotere series prijsefficiënt te produceren. Andere markten waar wij steeds vaker vacuümsolderen toegepast zien worden in het productieproces zijn de power generation, wetenschappelijke toepassingen en de medische apparatenbouw.” – Steffen Schneiders, Plant Manager Aalberts Surface Technologies Eindhoven B.V.

Technische mogelijkheden en voordelen van vacuumsolderen

Door de toepassing van vacuümsolderen als verbindings techniek ontstaan in verschillende markten nieuwe producten en productiemogelijkheden. En dit is nog maar het begin, de complete mogelijkheden en voordelen van vacuümsolderen zijn nog niet in alle markten even bekend. De belangrijkste mogelijkheden en voordelen zijn:
 

• Homogeen product met uitzonderlijk schone en gelijkmatige verbinding
• Bestand tegen vervorming en corrosie
• Solderen en harden in één efficiënt proces
• Constructie van complexe vormen
• Unieke materiaalcombinaties verbinden
• Geschikt voor zeer hoge vacuümwaarden
• Ongeëvenaarde temperatuurbestendigheid
• Meerlaagse, gefaseerde constructie mogelijk
• Efficiënt in kleine series

Homogeen product met een zeer schone en gelijkmatige verbinding

Producten worden naar zeer hoge temperaturen (> 800°) opgewarmd in een vacuümoven die zowel het product als het soldeermateriaal zeer gelijkmatig opwarmt. De consistente opwarming zorgt ervoor dat het soldeermateriaal smelt en de onderdelen tot één product verbindt. Hierdoor ontstaat een ongekend strakke verbinding zonder lasnaden, spetters of groeven. Dit noemen we ook wel een sanitaire of aseptische verbinding omdat vuil zich niet aan deze verbinding hecht of kan blijven haken. Daarnaast is er in de oven een reducerende omgeving welke in combinatie met de zeer hoge temperatuur resulteert in zeer schone producten. Omdat tijdens het opwarmen door contaminatie (aanwezigheid van niet wenselijke stoffen) het materiaal kan oxideren worden de werkstukken altijd schoongemaakt en vindt montage zoveel mogelijk plaats in schone ruimtes. Het resulteert in een letterlijk brandschoon product, een werkstuk dat schoner uit de oven komt dan het ooit geweest is.

Optimale materiaalstructuur, bestand tegen vervorming en corrosie

Door de gelijkmatige opwarming van het product in de oven ontstaan geen lokaal beïnvloede zones in het materiaal zoals dat bij andere verbindingstechnieken vaak voorkomt. Waar lokaal warmte wordt toegepast ontstaan gebieden die vatbaar zijn voor vervorming of zelfs microscopische scheuren die invloed hebben op corrosiebestendigheid en breukbestendigheid. Vacuümsolderen is een heel stabiel en reproduceerbaar proces dat evenredig over het hele materiaal toegepast wordt en waarbij vanaf het begin rekening gehouden wordt met het voorkomen van vervorming en het creëren van de optimale materiaalstructuur.

Vacuumsolderen en een andere behandelingen in één proces

In dezelfde oven en als onderdeel van dezelfde behandeling kunnen de producten eventueel ook gehard worden of een andere warmtebehandeling ondergaan. De oven wordt na het solderen naar de temperatuur gebracht waarop het verbonden materiaal zich vervolgens kan vormen naar de gewenste structuur. Zo is bijvoorbeeld de hardheid, corrosiebestendigheid of permeabiliteit van de producten meteen optimaal, zonder aanvullende processtappen. Vacuümsolderen maakt constructie en combinatie van complexe vormen of materialen mogelijk. Vacuümsolderen is een verbindingstechniek die zeer complexe vormen, geometrieën en constructies mogelijk maakt die met geen enkele andere verbindingstechniek te realiseren zijn. Je kunt bijvoorbeeld niet inwendig lassen maar met vacuümsolderen kunnen we onbereikbare delen van een product verbinden. Denk bijvoorbeeld aan het realiseren van interne koelkanalen welke niet in een rechte lijn dienen te liggen. Deze kunnen onmogelijk op een andere wijze gerealiseerd worden echter met vacuümsolderen kunnen meerdere deelproducten verbonden worden waarbij producten met complexe koelkanalen gerealiseerd kunnen worden. Ook verschillende materialen zijn enkel door middel van vacuümsolderen op betrouwbare wijze met elkaar te verbinden, denk bijvoorbeeld aan de combinatie van koper en diverse RVS-legeringen of het verbinden van keramiek en metaal. Met vacuümsolderen is dit goed mogelijk:

“Voor een grote variatie aan materialen geldt dat verbindingen alleen gemaakt kunnen worden op temperaturen boven de 800 of 1000 graden. Daarnaast moet het materiaal volledig schoon en oxide vrij zijn, omdat de aanwezigheid van vuil of oxide een zwakke verbinding, geen verbinding of een verbinding met een kritisch breukvlak tot gevolg kan hebben. In een zeer hoog vacuüm kunnen we enerzijds oxidatie uitsluiten en anderzijds op zeer hoge temperatuur solderen en dat maakt het voor veel materialen de enige praktische verbindingstechniek.” – Rick Bruggeman, Sales Aalberts Surface Technologies

Zeer dichte verbindingen, geschikt voor zeer hoge vacuumwaarden

Dankzij de volledige samensmelting van de diverse lagen is een soldeerverbinding zeer dicht en compact. Hierdoor lekt de verbinding niet op atmosferisch niveau of op over- en onderdruk, maar zijn de verbindingen ook bijzonder geschikt om te voldoen aan een hoog tot ultrahoog vacuüm. Vacuümeisen van tegenwoordig vaak 10-9, 10-10 of mbar.l.s-1 zijn niet meer ongebruikelijk.
“De vacuüm gesoldeerde constructie is makkelijk en betrouwbaar vacuüm te pompen omdat er geen verborgen hoekjes, kantjes of spleetjes zijn. Met vacuümsolderen realiseren we een homogeen gesloten verbinding, zonder caviteiten of poriën. Het is een mooie, cleane constructie die zeer geschikt is voor vacuüm toepassingen.” – Rick Bruggeman, Sales Aalberts Surface Technologies

Ongeëvenaarde temperatuur bestendigheid

Ten opzichte van andere verbindingstechnieken, maar ook ten opzichte van ander vormen van solderen biedt vacuümsolderen een unieke temperatuurbestendigheid. Het vacuüm gesoldeerde onderdeel of product biedt een temperatuurbestendigheid tot aan de temperatuur waarop het gesoldeerd is en afhankelijk van het gekozen soldeermateriaal zelfs ver daarboven.  Waar dat punt voor zacht solderen rond de 450°C ligt en voor hard solderen tot 800°C gaat, kan dat bij vacuümsolderen oplopen tot boven de 1200°C. Omgekeerd geldt ook dat het materiaal bestand is tegen extreem lage temperaturen en daarom geschikt is voor Cryo toepassingen zelfs tot het absolute nulpunt van -273K.

Geschikt voor meerlaagse constructie

De temperatuurbestendigheid tot boven het eerdere smeltpunt van vacuüm gesoldeerde producten biedt niet alleen in het gebruik maar ook in het productieproces een zeer praktisch en uniek voordeel. Omdat de onderdelen en producten bestand zijn tot temperaturen boven het oorspronkelijke smeltpunt uit een eerdere cyclus, is het mogelijk om in een volgende soldeercyclus onderdelen opnieuw te verbinden met andere producten zonder dat de eerder gesoldeerde delen loskomen van elkaar. Daardoor is het mogelijk om één product of onderdeel uit producten welke in meerdere vacuümsoldeercharges gesoldeerd worden samen te verbinden:

“We kunnen een product in meerdere stappen en ovencycli opbouwen, daardoor kunnen we grotere, complexe en samengestelde constructies realiseren die met geen enkele andere techniek te realiseren zijn. Eerst vacuümsolderen we de componenten in een eerste vacuümsoldeercyclus. Vervolgens vacuümsolderen we in een volgende cyclus nieuwe componenten op het product dat in de eerste stap gerealiseerd is. Dit kan afhankelijk van het soldeermateriaal op dezelfde temperatuur, maar ook door een ander soldeermateriaal te kiezen dat op een lagere temperatuur vacuüm gesoldeerd kan worden. Dit procedé kan meermaals herhaald worden waardoor de complexiteit van het product nog verder kan toenemen en er een uniek samengesteld product ontstaat.”

Vacuumsolderen biedt al in kleine series efficiency voordelen

Vacuümsolderen is bij uitstek een verbindingstechniek die zeer geschikt is en al breed toegepast wordt voor de productie van onderdelen en producten met zeer hoge technische eisen. Minder bekend zijn de efficiëntievoordelen in de productieketen. Enerzijds is vacuümsolderen een techniek die geschikt is voor het voor het verbinden van grotere series in één cyclus, anderzijds is het een proces waarin veel voor- en nabehandelingen in één cyclus uitgevoerd kunnen worden. “Afhankelijk van de afmetingen, technische eisen en seriegrootte beoordelen wij welke ovens geschikt zijn en hoe de ruimte in de oven zo goed mogelijk benut kan worden. We kunnen een hele serie producten in één keer realiseren. Ook is het mogelijk om het product tegelijkertijd te harden wat de efficiëntie wederom ten goede komt. “Daarnaast kunnen diverse voor- en nabehandelingen zoals reinigen, beitsen of gloeien in één productiecyclus uitgevoerd worden. Ten opzichte van andere, veelal handmatige, verbindingstechnieken bieden we dus een sneller en zeer kostenefficiënt productieproces. En dat geldt vaak ook voor kleinere productieseries” – Rick Bruggeman, Sales Aalberts Surface Technologies

Breed en divers ovenpark biedt flexibiliteit en toont ambitie

Aalberts Surface Technologies Eindhoven heeft de ambitie en expertise om vacuümsolderen op het allerhoogste niveau toe te blijven passen. Een ambitie die ook terug te zien is in het brede ovenpark, met een diversiteit aan afmetingen, geometrieën en technieken. Daarnaast heeft Aalberts Surface Technologies Eindhoven een zeer groot aantal ovens beschikbaar om in combinatie met de diversiteit hiervan, flexibiliteit en snelheid in het productieproces te bieden.

“Bij ons in Eindhoven staat op dit moment de grootste oven van de Benelux geschikt voor vacuümsolderen, deze is 2 meter diep en 1,2 meter in zowel breedte als hoogte. Daarnaast hebben wij recent geïnvesteerd in metallische ovens. Met twee van deze ovens bieden wij de mogelijkheid om met waterstof te solderen en daarmee een nóg hogere mate van reinheid van het oppervlak te realiseren. De levels van reinheid en de vacuümwaarden waar wij in die ovens mee kunnen vacuümsolderen en het gebruik van waterstof in een vacuümoven is uniek.” - Steffen Schneiders, Plant Manager Aalberts Surface Technologies Eindhoven

Het ovenpark bestaat volledig uit klasse twee ovens conform AMS2750, met een zeer hoge temperatuurgelijkmatigheid van 5 graden Celsius binnen de instelwaarde. De kritische nauwkeurigheid van deze ovens is essentieel in de diverse certificeringen en standaarden waar Aalberts Surface Technologies mee werkt. Ook in de toekomst blijft Aalberts Surface Technologies investeren in haar processen en productiemogelijkheden. 

(Klik HIER - Wat is Vacuümsolderen? deel 2)