Wat is Vacuümsolderen? (deel 2)

In deel 1 bespraken we de kansen die vacuümsolderen biedt voor de ontwikkeling van innovatieve producten of de toepassing van nieuwe productietechnieken. Dit keer bespreken we hoe het vacuümsoldeerproces tot stand komt en deze kansen ontsluit. Dit artikel is het resultaat van ons gesprek met Aalberts surface technologies Eindhoven, de grootste onafhankelijke vacuümsoldeerlocatie van Europa.

(HIER vindt u deel 1)

Aan de slag met Vacuumsolderen

Zeker in het geval van serieproductie biedt vacuümsolderen vaak grote verbetermogelijkheden. In dat geval werkt u nauw samen met de proces specialisten om alle aspecten van uw productieproces aan te laten sluiten op het optimale eindproduct. Dat betekent dat jullie sparren over materiaalkeuze, constructie, voor-, na- en oppervlaktebehandeling en het uiteindelijke productieproces. Zo weet u zeker dat u van alle mogelijkheden van vacuümsolderen gebruik maakt.

“Idealiter zitten wij zo vroeg mogelijk in het design-proces met de klant om tafel. Zo kunnen we meedenken over constructie en materiaal en adviseren over de mogelijkheden. Methodisch ontwerpen is dan de aanpak die centraal staat. Vaak passen klanten de tekening op basis van onze inbreng nog aan, voordat we over gaan tot de eerste testen.”

Het proces verloopt doorgaans als volgt:

• Bestuderen tekening
• Proces ontwerp
• Testen en valideren
• Bevriezen proces (Einde engineering)
• Overgaan op productie
• Reiniging, voor-behandeling en montage
• Vacuüm solderen en andere gelijktijdige behandelingen
• Certificering en documentatie

Bestuderen tekening

Wanneer u bij Aalberts surface technologies komt met een productwens en tekening is de eerste stap om deze tekening door haar engineers te laten beoordelen. Zij proberen zoveel mogelijk variabelen van het ontwerp die effect hebben op het vacuümsoldeerproces in beeld te krijgen. Neem bijvoorbeeld de vervaardiging van het materiaal, is het warm of koud gewalst? En in welke richting is het gewalst? Deze experts zetten hun kennis en ervaring met materialen en vacuümsolderen in om tot een zo goed mogelijk ontwerp en productieproces te komen.

Proces ontwerp

De Aalberts engineers ontwerpen een proces waarin exact beschreven staat welke stappen de materialen doorlopen van het moment dat deze bij Aalberts surface technologies aankomen tot het moment dat zij uitgeleverd worden. Dat proces kan opgesplitst worden in vier fases:
 

• Voorbehandeling
• Soldeermateriaal en montage
• Ovenproces/Warmtebehandeling
• Testen en Kwaliteitscontrole

Materiaal en noodzaak voorbehandeling

Het procesontwerp begint met de uitgangspositie van het materiaal. De engineers wegen niet alleen mee welk materiaal u gebruikt, maar ook de kwaliteit, manier van vervaardigen en andere parameters. Zij stellen vast hoe het materiaal tot de juiste uitgangspositie voor het vacuümsolderen wordt gebracht, zoals de reiniging van het product. Sommige materialen of materiaalcombinaties vereisen een oppervlaktebehandeling om het geschikt te maken voor solderen. De samenstelling van bijvoorbeeld titaan of de combinatie van RVS en zilverbasis soldeermateriaal vraagt vaak om het verkoperen of vernikkelen van het materiaal, zodat het oppervlak geschikt gemaakt wordt voor solderen. Afhankelijk van het gekozen soldeermateriaal, bevochtigt het basismateriaal zonder deze oppervlaktebehandeling niet goed en vloeit het soldeer niet goed.

Soldeermateriaal en montage

Het soldeermateriaal kan een poeder, pasta, draad, coating of folie zijn. Afhankelijk van de onderdelen en applicatie stelt de engineer vast welk soldeermateriaal toegepast wordt. In aanvulling op het soldeermateriaal dat tijdens het vacuümsolderen “gesmolten” wordt om de verschillende onderdelen met elkaar te verbinden, dienen de producten zeer precies ten opzichte van elkaar gepositioneerd te worden. Hiervoor worden eigen hulpmiddelen gebruikt of gebruik gemaakt van speciale positioneertools. Eventueel kan besloten worden om de materialen door middel van hechtlassen aan elkaar te verbinden zodat deze zonder positioneertool op de juiste plaats blijven tijdens het soldeerproces. De engineer legt vooraf de parameters voor dit hechtlassen vast, zodat dit geen invloed heeft op het gewenste eindresultaat.





Ovenproces bepalen

Het ovenproces bestaat enerzijds uit het gecontroleerd opwarmen van de materialen zodat deze “samensmelten” en anderzijds het gecontroleerd afkoelen van de materialen om deze terug te brengen tot kamertemperatuur en zonder ongewenste neveneffecten. Zowel opwarmen als afkoelen én de wijze waarop beide uitgevoerd worden hebben effect op het materiaal en het eindresultaat. De engineers bepalen op basis van hun jarenlange ervaring en kennis vooraf in ieder detail hoe deze processen verlopen.

Vier factoren zijn bepalend in beide processen:

• Atmosfeer
• Temperatuur
• Positionering van het werkstuk in de oven
• Afkoelwijze

“Het opstellen van ovenproces is deels kennis, maar ook een aanzienlijk deel ervaring. Onze metaalkundige achtergrond combineren we met de kennis en ervaring van al onze projecten. Sommige variabelen kunnen we niet opvragen of modelleren, bijvoorbeeld de plaatsing van producten, aandrukgewichten of hulptools. Dat is de expertise die wij als Aalberts Surface Technolgies Eindhoven toevoegen aan het ontwerp en productieproces.” – Monique van de Put, Process Engineer Vacuüm Brazing Aalberts surface technologies

Testen en valideren minimaliseert risico in productieproces

Wat doe je als niet alle variabelen zichtbaar of duidelijk zijn? Testen! Voordat het optimale proces uitgevoerd wordt wil Aalberts surface technologies zo goed mogelijk het effect van de onzichtbare variabelen kennen. Denk bijvoorbeeld aan de fabricagemethode van het basismateriaal of de invloed van de verschillende materialen en hoe ze werken op de constructie. Zeker in voorbereiding op serieproductie is dit cruciaal. Door te testen worden de risico’s in het productieproces zoveel mogelijk geminimaliseerd. Daarom wordt er vaak een proefproduct gemaakt. Dit wordt exact behandeld zoals in het proces beschreven staat, van de voorbehandeling, tot montage, het vacuümsolderen en eventuele nabehandeling.  Daarna wordt uitgebreid getest of het proces geleid heeft tot de gewenste uitkomst. Afhankelijk van het product en de wensen van de klant zijn een aantal tests denkbaar en beschikbaar:
 

• Heliumlektest
• Overdruktest
• Flowtest
• Destructieve test
• Röntgentest
• Functionele test

Met de tests worden de effecten van de onzichtbare variabelen zoveel mogelijk in kaart gebracht. Hierdoor kan het productieproces, van uitgangsmateriaal tot eindproduct, bijgestuurd worden om tot het gewenste resultaat te komen. Samen met de klant wordt er tot slot naar de resultaten gekeken. Is het product volledig naar wens, of moeten er nog iets wijzigen? Pas als de klant tevreden is met het resultaat is het project klaar voor productie.
 

(engineers Monique, Bjorn & Eric begeleiden klanten en stellen het productieproces samen om tot een optimaal product te komen)


Proces bevriezen

Wanneer de testresultaten volledig naar wens zijn, bevriezen de engineers het proces. Er wordt vanaf dat moment geen enkele wijziging meer gemaakt en zij maken de instructies en processen gereed om over te dragen aan het productieteam. Vanaf dat moment blijven alle variabelen in het proces gelijk, van voorbehandeling tot vacuümsoldeerproces en eventuele nabehandeling. Zo bent u verzekerd van het optimale eindproduct. Belangrijk is ook dat het maakproces van de onderdelen voorafgaand aan het soldeerproces ook niet veranderd wordt aangezien elke verandering hierin ook het soldeerproces kan beïnvloeden. Intern blijven de engineers er natuurlijk op toezien dat het productieteam exact weet hoe het proces dient te verlopen. Met instructies en werkmappen brengen zij het ontwerp en proces over op het productieteam zodat ook zij exact weten welke voorbehandeling nodig is, waar welke hoeveelheid soldeermateriaal geplaatst moet worden, hoe de oven op temperatuur gebracht moet worden en welke rol eventuele nabehandelingen hebben in de productiecyclus.

Overgaan op productie

Zodra de engineers de volledige kennis van het ontwerp en gewenste proces overgebracht hebben op het productieteam start de productie. Vanaf dat moment houden onze zeer bekwame en ervaren vakmensen zich bezig met het proces en realiseren zij met de beste zorg en alle aandacht uw product.

Reiniging en oppervlaktebehandeling: de uitgangsconditie van het materiaal

Een schoon product is essentieel in vacuümsolderen omdat verontreinigingen tijdens het verhittingsproces het basismateriaal aantasten. Daarom wordt het materiaal altijd eerst grondig gereinigd. Afhankelijk van de hoeveelheid en grootte van het materiaal gebeurt dit in de reinigingsinstallatie of met de hand. Aanvullingen daarop zijn mogelijk kathodisch of galvanisch ontvetten en het beitsen van koperen onderdelen. Na de reiniging wordt eventueel de noodzakelijke tussenlaag afzonderlijk aangebracht op het component om het geschikt te maken voor solderen.


Montage

Volledig schoon materiaal is de uitgangsconditie voor de montage. In een schone ruimte wordt het soldeermateriaal veelal handmatig aangebracht op de componenten en wordt het geheel eventueel in een mal geplaatst. Indien noodzakelijk worden materialen waar nodig aan elkaar gehecht. Met laserlassen of puntlassen wordt een kleine puntlas geplaatst. Na het vacuümsolderen is de las vaak niet meer zichtbaar. Het is een bewuste keuze om de montage uit te voeren in een schone ruimte, daarmee onderscheidt ons productieproces zich aanmerkelijk van de concurrentie. Wij werken altijd met handschoenen, steriele kleding en haarnetjes in stofvrije ruimtes om de contaminatie uit te sluiten om hiermee soldeerimperfecties zo goed mogelijk uit te sluiten.

Certificering en documentatie

Documentatie is in toenemende mate van belang in onze processen. Enerzijds beperken we in voorstadia zoveel mogelijk de risico’s met diverse documentatietools. Anderzijds is traceability in toenemende mate van belang voor opdrachtgevers. Tien jaar of meer na dato willen zij nog steeds kunnen achterhalen hoe een product tot stand is gekomen. Aalberts surface technologies Eindhoven werkt met drie kwaliteitsklassen, ieder met eigen eisen aan de documentatie. In ieder proces worden ovengrafieken geschreven en werkorders per productiestap gedocumenteerd en vrijgegeven. In vacuümsoldeer processen wordt trouwens enkel de hoogste kwaliteitsklassen toegepast. De één na hoogste kwaliteitsklasse wordt aangevuld met een volledige beschrijving van processen en werkorders met interne voorschriften en eventueel dedicated equipment. De hoogste kwaliteitsklasse voldoet aan de uitgebreidste eisen van de luchtvaart en automotive normen. Het proces is volledig gedocumenteerd en honderd procent traceable. In afstemming met de klant worden risico’s beperkt door gebruik te maken van FMEA’s, control plans en PPAP’s. Daarnaast worden vrijgavetests uitgevoerd naar wens van de klant. 

Voor meer informatie over vacuümsolderen en de contactgegevens van de mensen van Aalberts surface technologies Eindhoven bezoekt u www.aalberts-st.com/.