超纯气体管道施工工艺
跨入半导体行业，介入超纯气体管道施工
我中电四公司在激烈的市场竞争中，公司领导英明决策，紧握市场脉搏，先后在上海、北京、苏州、南京及东北等地建立了分公司，介入了上海普莱克斯、中芯国际、杜邦、Intel、北京首钢、苏州金像、吉林华威等国际国内知名公司的洁净项目工程。
超纯介质不锈钢管道施工要求技术含量高，是半导体工艺、通讯技术、生物工程中是必不可少的，超纯介质不锈钢管道施工要求在千级以上的洁净室或厂房内预制，管道施工对含氧量、露点、尘埃粒子、碳氢化合物都有严格的要求；超纯气体管道施工要求施工人员的素质高，施工人员既要熟练操作自动焊机和编制参数，又要具备较强的洁净意识，具备精益求精的工作态度；超纯气体管道施工对机械设备要求高，目前使用的设备有美国、法国和德国制造的，价格昂贵，科技含量高。
AW自动焊接系统
1、GTAW自动焊
1）GTAW就是在惰性气体的保护下，使用钨做电极产生电弧来融接金属的焊接方法。G—在此指惰性气体，T—tungsten(钨)，A—arc（电弧），W—weld（焊接）。
2）在GTAW中所使用的惰性气体一般是氩气（Argon），有的也使用氦气，通常把这种焊接方法称作氩焊。
3）GTAW的优点 ① 能焊出高品质的焊缝 ② 可以准确的控制热输入
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③ 可以焊接多种不同的金属 ④ 有无填料皆可焊接 ⑤可消除飞溅
2、 GTAW自动焊的主要组成
⑴ 保护气体 ⑵ 焊机 ⑶ 钨棒 ⑷ 焊把、夹具 1）保护气体
①保护气体一般使用惰性气体，通常使用氩气（Ar）,其化学性质稳定，且在大气中的含量较其它惰性气体多，价格便宜。
② 焊接中使用的氩气的纯度为99.999%。氩气比空气中38%，充气时应注意此性质。
③ 管道焊接时不论管内管外都需要氩气保护，来防止焊点的氧化。管外保护是把氩气通入焊把内腔保护焊点，管内保护是把氩气直接通入管内保护焊接点。
④管内充入氩气一是防止内焊缝氧化,另一个用途就是使管内产生内压。焊接时融化的金属会产生凹陷，管内的压力可防止焊缝产生凹陷。但管内的压力过大会造成焊缝凸起，甚至会冲破管材。
⑤管内压力的控制：管内压力因管径不同、壁厚不同而不同，可用压差计量取。充气的流量越大，内压越大。在一定的流量条件下，影响内压的因素有管子的长度和出口端的出气孔径，每次焊接前都必须量取，以确
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保所需的压力。
⑥ 混合气体 焊接使用的保护气体以氩最为普遍,但有些情况下也可以使用混合气体,混合比例约为3～10%。
§Ar+H2混合气：因H2易燃烧，增加了电弧的温度，使电弧的穿透力加强，适用于厚壁材质。
§Ar+He混合气：同样的电流和电压下，He释放的热量比Ar大二倍，能获得较大的熔深，但电流的稳定性和熔池的控制却比Ar差，若用75%Ar和25%He，能综合两种气体的优点，电弧既稳定还能获得较大的熔深。
其它混合保护气体见表1 表1 焊接保护气体
混合气体成分 适用 特 点 中碳钢、合金钢、不锈钢。焊接性好，焊接速度快，能降低焊缝中的含碳量。 焊接速度快，适用于薄板碳钢焊接。 6mm以上厚度的不锈钢焊接及切割 适用于薄壁不锈钢熔融焊，不填料。 3～5mm厚的不锈钢焊接 适用于较厚(5mm以上)的不锈钢焊接 适用于普通碳钢、不锈钢焊接，焊接速度快。 对于铝合金、铜、镁、镍等焊接效果较好，在9mm以上焊材效果尤佳。 5%O2/Ar MIG焊接 2% O2/Ar 5%H2/Ar 2%H2/Ar 3%H2/Ar 7%H2/Ar 3%CO2+2% O2/Ar MIG焊接 TIG ＆PLASMA TIG TIG TIG＆TIG TIG TIG＆TIG ＆PLASMA 25%Ar/ He 中国电子系统工程第四建设有限公司 3
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25%He/Ar TIG＆TIG 特殊不锈钢、薄铝及铜材料焊接，尤其防止氧化上效果特佳，且焊接速度快。 7%Ar+2.5%CO2/He MAG&MG 用于不锈钢及不锈钢合金的焊接，效果非常完美，能降低焊缝中的含碳量。 用于TIG焊在不锈钢焊接时管内保护气 2%H2/N2 TIG 35%H2/Ar PLASMA 切割碳钢、铝、不锈钢（40mm厚），速度快 35%H2/N2 PLASMA 切割40mm以上的不锈钢，切割速度快，烟量少，切割面平整。 40%H2/N2 PLASMA 切割50mm以上的不锈钢，切割速度快，烟量少，切割面平整，残渣附着量少。 切割60～80mm以上的不锈钢，切割速度快，烟量少，切割面平整，残渣附着量少。 轻型钢、软钢、不锈钢等薄钢材的焊接，短弧焊时渗透性高。 对薄型及中型钢焊接时，短弧焊时渗透性较好，焊道平滑。 中厚板材焊接，不锈钢药心焊丝有特殊的效果，残渣少，烟量少。 轻型钢、不锈钢及薄钢材焊接，尤其在使用脉冲时能得到快速效果。 中薄板焊接，适用于药心焊丝，渗透性好。 40～60mm厚碳钢，打底焊，配合药心焊丝使用，渗透好。 50%H2/N2 15%CO2/Ar 20%CO2/Ar 25%CO2/Ar 5%CO2/Ar 35%CO2/Ar PLASMA MIG焊接 MIG焊接 MIG焊接 MIG焊接 MIG焊接 40%CO2/Ar MIG焊接 2）焊机 ①自动焊机
ARC Machine: ARC 107―4A
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(美国) ARC 207A ARC 207A―1 A207A―HP
Swagelok: Cajon D75 (美国) Cajon D100 Cajon M100 ORBIMAT 160C (德国)
波利速： PS―204 (法国)
②半自动焊机（手焊机） Hanshen P―160等
ARC 207A 、ORBMAT 160C 一般适用于中型管径焊接，3/4″～3.5″。 Cajon 系列适用于小管径的焊接，1/4″～3/4″。 PS―204 一般适用于大管径的焊接，大于3.5″的管子。
手焊机一般用于管子的点固，在自动焊机不能焊接的位置，也可用它焊接，但焊接技术要求较高。
3） 钨棒
①钨棒是焊机使用的电极材料,一般为非消耗性电极,也就是说电极本身不作为填充材料。钨的熔点较高,且能发射电子,做电极使用不易损耗。 ②通常所使用的钨极有三种：
A. 纯钨电极
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B. 钍钨电极 C. 铈钨电极
选择电极一般选择钍钨、铈钨极，而不采用纯钨极，因钍、二氧化铈，在高温下，端部外形不易受影响，且具有很强的电子发射能力，有较大的负载电流，使用寿命长，起弧容易，电弧稳定。但由于钍具有放射性，非必要一般不采用钍钨极，而采用铈钨极。
③ 钨棒的研磨：
§钨极长度和形状,必须按有关技术数据研磨,因为它的误差会直接影响电弧长度的正确性和电弧燃烧的稳定性,直接影响焊缝的质量和焊接能否顺利进行,应特别注意。
§不同管径所使用的钨棒长度不同,研磨时把钨棒的一端磨成圆锥状,锥度磨成18°,尖部磨出直径0.4mm的平台，这样能使电流密度保持在高范围不变，起弧容易，但不能磨的太尖，否则容易使钨棒烧损。
4） 焊头、夹具
①每台自动焊机都配有不同型号的焊头，焊头是卡持EP管进行全封闭自动焊的重要设备。常用的焊头型号有：K型系列焊头;H型系列焊头；MW型系列焊头；9型系列焊头。这四种焊头都是全封闭焊头。
②ARC 207A配有焊头9-7500、9-4500、9-1500焊头，它也能配Cajon M100的焊头。每种型号的焊头又配有不同管径的夹具，从1/4″到7.5″。
超纯气体管道
1、超纯气体管道的材质
超纯气体管道按其流通介质的工艺要求一般采用薄壁不锈钢管，通常
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采用316L ,美国编号：316L；日本编号：SUS316L；相当于我国牌号： 00Cr17Ni14Mo2（316为0Cr17Ni12Mo2；304为0Cr18Ni9；304L为 00Cr19Ni10）。
316L中含有铬、镍、钼三种合金元素，铬的存在提高了不锈钢在氧化性介质中的耐腐蚀性，形成一层富铬氧化膜；而钼的存在则提高了不锈钢在非氧化性介质中的耐腐蚀性；镍是奥氏体的形成元素，它们的存在既提高了钢的耐腐蚀性，又提高了钢的工艺性能。
2、分类
超纯气体管道按对管内壁的不同处理方式分为： AP管 酸洗 BA管 光辉退火 EP管 电子抛光
VIM+VAR 真空脱碳 3、EP管品牌
Sumikim Kuze Kobc Valax AST Dockweller
4、EP管的质量要求
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⑴ 含氧量： ＜1ppm ⑵ 露点： ＜－80℃
⑶ 尘埃粒子： 0.1μm 以 上 的粒子小于10个/cf ⑷ 碳氢化合物： 无 ⑸ 双层塑料密封包装完好 5、超纯气体管道施工机具 自动焊机 ARC 207A、PS—204 切管机 RA41 端面加工机 电源稳压器 手工钨极氩弧焊机 氩气过滤器 氩气分气筒
不锈钢弯管器 1/4″、3/8″、1/2″、3/4″ 不锈钢钳桌 台虎钳 有机玻璃水平仪 线锤 氩气表 氧气表 洁净气管 不锈钢细丝刷
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合金钢什锦锉 钢丝钳 尖嘴钳 尘埃粒子测试仪 露点测试仪 碳氢化合物测试仪 氩气纯度检测仪
EP管预制洁净室 （1000级，面积不小于 8×5㎡） 割管器 反光镜 小手电筒 刮刀 氩气干燥器 6、对施工人员的要求
工程技术人员负责施工计划、工程技术和洁净措施的制订，绘制预制加工图，并负责组织、指导全面实施，对EP管施工质量负全责。 质量检验人员，应对EP管预制、安装作业进行全面质量检查和控制，督促检查各项洁净措施的贯彻执行；检查确认预制安装质量、检查确认焊接前后的焊口样品；检查确认焊接记录和各种检测及其记录的正确性；并负责汇总和整理交工资料。
管工应经EP管预制、安装的专业培训合格后方能上岗。
管工必须按规定的洁净、技术措施按图预制和安装EP管，负责专用
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设备的正确使用和保养，负责做好各项测试准备工作和测试工作，负责EP管的预制、安装达到质量标准。
焊工应经EP管焊接专业培训合格方能上岗。
焊工必须按规定的洁净措施和操作程序按图组装、焊接EP管。负责正确使用焊接电源和相关设备；负责设定和调整焊接工艺参数，保证EP管焊接达到质量标准，并负责做好焊接记录，接受有关人员的督促检查。
7、EP管的预制
1）为了减少安装现场的焊接工作量，确保洁净度，EP管应在1000级的洁净室内预制，进入洁净室的人员必须穿戴洁净服、洁净帽、洁净鞋、洁净手套，进入洁净室的用具必须擦洗干净。用于EP管加工的工具不准用于碳钢，以防污染。
2） EP管得开箱检验，检查项目 ①内外层塑料保护袋完好。
②轻慢的脱开管两端的塑料封套，管内壁应光亮、无尘。
③如发现管内有灰尘，应用割管器从管中间轻轻割断，并两端充气，如中间仍有灰尘为不合格。
④验收合格后，按规定办理手续，抬入洁净室前去掉第一层塑料包装，放在洁净室的管架上，要轻拿轻放，严禁碰撞、抛扔和脚踩。
3) 施工人员要熟练掌握预制加工图，搞清EP管还是BA管，管子规格、长度、阀门、部件规格及方向。
4) 预制人员必须戴好洁净手套，任何时候及任何情况下，不准触摸EP管的内壁，从各个环节严防碳氢化合物的污染。
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5) 管子开封前应预先做好管内充氩的准备工作。管子在去掉塑料包装后，要轻轻的取下两端的塑料密封套，并立即充氩，防止空气污染。
6) 按预制加工图标明的管径规格和尺寸进行切割，切割时应充氩保护，防止空气污染，凡切断后要进行端面加工的要适当放加工余量，切断后应将管口放低，轻轻敲击，使钢屑受震动而被吹干净。然后用刮刀将管切口内外的毛刺刮掉，刮时特别要严格防止刮刀碰伤管子内壁。检查确认管口及管内洁净质量合格后，即可关掉氩气，同时将管两端密封。最后，贴上该管长度及编号的标签。同一图纸的管子、附件放在一起，以便组装。
7)下料尺寸应掌握在±1mm以内，但不能都是负公差或正公差，以便每一根预制完的管子偏差尺寸在±2mm以内。 8、组装、点固
1）此工作应在1000及的洁净室内进行。管子开封应立即充入氩气。充气时要视管径的大小、长短掌握充气时间，一定要使管内氮气、空气置换干净。
2）管子对口、组装应无间隙、无错边。
3）点固的速度要快、准。点固焊熔深为管壁厚的1/3，切忌在管表面乱打弧。阿斯线要直接加紧在管子上，防止松动打火。
4）当一张图上的整根管子组装、点固焊完后，用胶带将点固好的焊口逐个密封好，从进氩气端的焊口开始依次向后焊。
9、焊接 1） 焊接工序
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样品焊接
合格
正式焊接
焊接结束
再焊样品 合格
焊接结束
不 不 合 合 格 格
调节参数
合格 检查焊口外表
查找原因、采取措施、做好记录
2）在下列情况，应进行样品的试焊 ①每天正式焊接前 ②每天下班前
③管子及部件规格变更焊接前 ④管子及部件规格变更焊接结束后 ⑤氩气的纯度变化时 ⑥焊接程序变化时
3）正式焊接前（或管子规格变更），必须先焊样品，样品焊缝合格后，该参数即可采用，进行正式焊接。
焊口样品的焊接，一般都用剩余短管，有时早上气候潮湿，有的剩余短管两端都没有密封，管内空气湿度较大。这种管用来焊接样品时，其焊缝热影响区就会出现变色，严重者可变成兰色。在这种情况下，就应选两端密封好的管重新焊接样品，组装等动作要快，尽量减少空气进入管内而增加湿度。而且从靠近氩气进口端开始，间距40—60mm连续焊接三个焊口，一般最后一个焊口可不变色，如果还有氧化变色，就必须调整有关参数重新焊接样品，直到合格，并经有关人员检查认可后该参数才能用到工
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程上正式焊接。
4）当一张预制加工图上的整根管子组装、点固、完毕后，从进氩气端焊口开始，依次往后焊接，每焊一个焊口卸下焊头后，必须趁热刷亮，并自检外观质量。直至全部焊口焊完；经吹扫冷却后在管内停止充氩的同时，密封该管两端并在每个焊口旁编写顺序好，填写焊接记录表，经检验合格后，该图的预制工作结束。
5）每天下班前(或中间某规格管子焊接结束后)必须再用其原参数焊接样品，如合格则表示该参数当天焊的焊口全部合格。这时可密封并关掉氩气。如样品不合格，应再连续焊两个样品检查，如都不合格，就必须报告有关人员查找原因并检查该参数当天所焊的焊口。
6）对样品焊逢的质量要求 ①全焊透
②焊逢内表面银白色，热影响区不变色。
③内外焊波无明显内凹或内凸,波纹均匀，宽窄一样。内波纹宽度不小于外波纹宽的60%。
④焊逢外表刷亮
⑤错边量小于管壁厚的10% 10、EP管的现场安装
1）EP管的安装现场应整洁干净，安装人员必须戴洁净手套。 2）支架设置距离应符合图纸设计要求，每一固定点套上EP管专用的橡胶套。
①EP管支架一般为普通管架的0.8倍。
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②管道支,吊架的最大间距
公称直径英制尺寸保温管道不保温管道EP管150.51.52.52200.75232.42512.53.52.8321.22.543.2401.534.53.65023.554702.5464.880356.55.2100456.55.212555.57.51/4的英制管间距为500,3/8的管间距为1000
3） EP、BA管搬运起吊时，不准与碳钢接触，碰撞摩擦。
4） EP管现场安装，管内充氩是关键，安装一条管道，从第一根管子启开塑料密封盖立即充氩开始，白天安装作业，管内必须达到规定的充氩量；晚上停止作业，管内仍要不间断的充氩2—3升/分钟，以始终保持管内正压，直到这一条管道全部安装完毕时，先密封出气口再关进气源，使管内保持纯氩，为此，长管道安装中，应使用液氩，当一瓶液氩用完时，先密封出气口，后换液氩，防止在更换液氩过程中空气进入管污染。 5） 样品焊接：样品质量要求同预制工序中样品质量要求，样品焊缝检验合格后，该参数即可采用，进行正式焊接。
6） 预制好的管子运到现场，担上支架后，立即上管卡，开启塑料密封盖的速度要慢，一旦开启管内要立即充入氩气。管子一旦开封就应立即组装，经适当时间充气后，进行点固，然后采用合格参数，进行焊接，焊接程序结束后卸下焊头，趁热将焊缝外表刷亮。
7）焊接完毕经有关人员对焊口样品及管道上的焊口检验合格后，贴焊
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口标签，填写焊接记录。
①焊口标签内容：施工单位名称、焊接日期、焊工名字、焊工号。 ②焊接记录表：施工单位名称、焊接管径、焊工名字、焊工号、焊口的连接方式、管子的位置、焊接日期。
11、检测
检测是高纯气体施工的最后一环，它是在管道压力试验、吹扫结束后进行。大宗气体的指标检测一般包括尘埃粒子、露点、含氧量、碳氢化合物。特殊气体检测除这些指标外，还要进行氦测漏。一般指标的检测是通过在管道里充入标准气体（指标合格的气体），在出口处用仪器测量，管道里吹出的气体合格了，说明这条管路指标合格了。氦测漏则是把管道抽真空，利用氦气的高渗透率（氦气是所有气体中渗透率最高的）检查每一道焊口，如果检测到一道焊口有漏点时，检测仪器的真空表就会有显示。
安全质量监察部 2004.05.17
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