Vakuumlecks kommen selten von der bearbeiteten Fläche
Wenn eine Kammer den Enddruck nicht erreicht, sind die Dichtflächen fast nie die Ursache. Das Leck sitzt in einer Schweißnaht, in einer Verschraubung oder in einem Volumen, das überhaupt nicht abgepumpt wird. Deshalb werden Vakuumteile viel häufiger als geschweißte Baugruppen bestellt als man erwartet - und deshalb gehört das Schweißverfahren auf die Zeichnung und nicht ans Telefon.
Das Prüfergebnis ist eine Zahl und keine Meinung. Der Helium-Lecktest liefert eine Rate, und genau diese Rate entscheidet, ob ein Teil funktioniert oder ob die Diffusionspumpe dauerhaft beschäftigt bleibt.
Was eine Schweißverbindung dicht macht - und was nicht
Übliche Abnahmewerte liegen bei einer Helium-Leckrate von 1×10⁻⁶ mbar·l/s oder besser für HV-Anwendungen und 1×10⁻⁹ mbar·l/s oder besser für UHV, bei Halbleiterkammern oft 1×10⁻¹⁰. Diese Werte erreicht eine Naht nicht durch gutes Aussehen, sondern über Verfahrenswahl und vollständige Einbrandtiefe.
- WIG mit vollständiger Einbrandtiefe und Wurzelschutzgas für Kammern, Rohre und Flanschverbindungen
- Elektronenstrahlschweißen, wenn die Naht tief und schmal ist und der Verzug klein bleiben muss
- Laserschweißen bei dünnwandigen und kleinen Geometrien
- Kein MIG: Spritzer im Vakuumvolumen werden zum virtuellen Leck und zur Partikelquelle
- Keine Dichtmasse, kein Band und kein niedrig schmelzendes Zusatzmaterial - alles, was beim Ausheizen ausgast, fällt weg
Einbrandtiefe, Porosität und virtuelle Lecks
Eine Naht, die optisch in Ordnung aussieht, kann am Heliumtest scheitern. Porosität liegt innen, niemand sieht sie, und eine Wurzel mit unvollständigem Einbrand hinterlässt einen Spalt, der über Tage Gas abgibt. Beides sind Prozessfragen und keine Zerspanungsfragen - deshalb gehört das Schweißverfahren in die Spezifikation.
Die zweite Falle ist das virtuelle Leck. Ein eingeschlossenes Volumen - ein Sackloch mit Gewinde, eine doppelte Wand, ein nicht verschweißter Spalt zwischen zwei Platten - gibt langsam Gas ab und verhält sich exakt wie ein echtes Leck. Die Lösung liegt in der Konstruktion: Entlüftungsbohrungen, durchbohren statt Sackloch, beidseitig schweißen, wo das Werkzeug hinkommt.
Erst schweißen, dann die Dichtflächen fertig bearbeiten
Schweißen bringt lokal Wärme in die Baugruppe, und die Naht zieht beim Abkühlen zusammen. Eine Dichtfläche, die vor dem Schweißen fertig bearbeitet wurde, ist danach nicht mehr plan. Die folgende Reihenfolge hält Ebenheit und Oberfläche dort, wo sie zählen.
| Schritt | Warum genau diese Reihenfolge |
|---|---|
| Vorschruppen | 0,3-0,5 mm Zugabe auf den Dichtflächen für die Schnitt nach dem Schweißen |
| Schweißen | Vollständige Einbrandtiefe, Wurzelschutzgas, beidseitig wo zugänglich |
| Spannungsarmglühen | Wenn auf der Zeichnung gefordert: vor dem Schlichtschnitt, nicht danach |
| Dichtflächen fertig bearbeiten | Ebenheit und Rauheit entstehen nach dem Schweißen, niemals davor |
| Reinigen | Beizen, passivieren, Ultraschall - Zunder und Späne gasen beide aus |
| Lecktest | Helium mit der Rate von der Zeichnung, dokumentiert je Baugruppe |
Werkstoffe, Beschichtungen und Sauberkeit
- 304L und 316L für geschweißte Vakuumbauteile - der kohlenstoffarme Zustand widersteht der Sensibilisierung an der Naht
- 6061 lässt sich brauchbar schweißen, neigt aber zu Porosität; 7075 gehört nicht geschweißt ins Vakuum
- Kupfer ist Standard für CF-Messerkanten; beschichtete Schrauben bleiben außerhalb des Vakuumvolumens
- Kein Zink und kein Cadmium im Innenraum einer Kammer, so praktisch es bei der Montage auch scheint
- Ausheiztemperatur angeben (150-250 °C sind üblich) - das schließt die meisten Polymere und Elastomere aus
- Fingerabdrücke gasen aus. Handschuhe und eine Schlussreinigung vor dem Lecktest gehören zum Prozess
Was auf die Zeichnung gehört
- Leckrate und Prüfverfahren: Helium, Vakuummodus oder Schnüffelmodus, mit der Zahl, die abgenommen wird
- Schweißverfahren und vollständige Einbrandtiefe, beidseitig geschweißt wo die Naht es erlaubt
- Entlüftungsbohrungen, und kein Sackloch, das ins Vakuumvolumen öffnet
- Dichtflächen: Ebenheit und Rauheit nach dem Schweißen, mit dem Hinweis erst schweißen, dann fertig bearbeiten
- Ausheiztemperatur und alle Zonen, die unbeschichtet bleiben müssen
- Reinigung und Verpackung: nach der Reinigung versiegelt, Stickstofffüllung bei weitem Transportweg
TruPart Precision ist ein ISO-9001:2015-Betrieb in Dongguan. Wir bearbeiten Vakuumteile aus 304L, 316L und 6061 - Kammerkörper, Flanschverschraubungen, Durchführungsgehäuse und Grundplatten — auf ±0,005 mm an kritischen Merkmalen, mit Ebenheit und Rauheit der Dichtflächen gemessen auf der Koordinatenmessmaschine und dokumentiert mit der Charge.
Frequently Asked Questions
Welche Helium-Leckrate brauche ich für UHV?
Für UHV geben Sie 1×10⁻⁹ mbar·l/s oder besser an, bei Halbleiterkammern 1×10⁻¹⁰. HV-Baugruppen werden üblicherweise mit 1×10⁻⁶ mbar·l/s abgenommen. Nennen Sie immer auch das Prüfverfahren, denn Schnüffelmodus und Vakuummodus messen nicht dasselbe.
Kann man 7075 für eine Vakuumkammer schweißen?
Für den Vakuumeinsatz sollte man es lassen. 7075 neigt zu Heißrissen und Porosität, und Porosität in einer Vakuumnaht ist ein Leck, das man nicht sieht. Für geschweißte Aluminiumbaugruppen nehmen Sie 6061, oder wechseln Sie auf 304L beziehungsweise 316L, wenn die Naht zuverlässig sein muss.
Warum braucht meine Kammer Tage bis zum Enddruck?
Meist ist es ein virtuelles Leck und kein echtes: ein eingeschlossenes Volumen, das langsam Gas abgibt. Sacklöcher mit Gewinde, doppelte Wände und nicht verschweißte Spalte verhalten sich wie ein Leck, bestehen aber den Heliumtest. Entlüftungsbohrungen und Durchbohren lösen das Problem in der Regel.
Reicht WIG-Schweißen für eine Vakuumkammer?
Für Kammern, Rohre und Flanschverbindungen ja, solange die Naht vollständig durchgeschweißt und mit Wurzelschutzgas geschweißt wird. Elektronenstrahlschweißen ist die bessere Wahl, wenn die Naht tief und schmal ist oder der Verzug minimal bleiben muss.
Müssen die Dichtflächen wirklich nach dem Schweißen bearbeitet werden?
Ja. Schweißen verzieht die Baugruppe, eine vorher plane Fläche ist es danach nicht mehr. Üblich ist: 0,3-0,5 mm Zugabe stehen lassen, schweißen, Dichtflächen fertig bearbeiten und Ebenheit sowie Rauheit vor dem Lecktest prüfen.