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高纯、超纯与特种气体管道工艺与施工概要

发布时间:2022-09-10 01:17:42 来源:华体会体育安卓版app下载 作者:华体会体育官方版首页

内容简介:  近15年来,随着更复杂、更密集的大规模和超大规模集成电路的生产,对高纯气体洁净度的要求,已不亚于对纯度和干燥度的要求,凡工艺气体,无一不对其中的粒子提出限制。因此,对于高纯气体,纯度、干燥度、洁净度是三项重要的标度。由于高纯度气体的使用地点、性质、工况(如温度、压力等)都不完全一致,所以,如何确定高纯气体的“三度”(纯度、干燥度、洁净度),还没有一个严格而明确的概念。 对于纯度和干燥度的控制,我国CBJ73—84《洁净厂房设计规范》中指出,“高纯气体系指纯度大于或等于99.9995%,含水量小于5ppm气体。”日本把微电子生产中所...

  近15年来,随着更复杂、更密集的大规模和超大规模集成电路的生产,对高纯气体洁净度的要求,已不亚于对纯度和干燥度的要求,凡工艺气体,无一不对其中的粒子提出限制。因此,对于高纯气体,纯度、干燥度、洁净度是三项重要的标度。由于高纯度气体的使用地点、性质、工况(如温度、压力等)都不完全一致,所以,如何确定高纯气体的“三度”(纯度、干燥度、洁净度),还没有一个严格而明确的概念。 对于纯度和干燥度的控制,我国CBJ73—84《洁净厂房设计规范》中指出,“高纯气体系指纯度大于或等于99.9995%,含水量小于5ppm气体。”日本把微电子生产中所采用的气体,按其不同的品位,具体分为下列几个不同的档次:

  1.超高纯气体 气体中杂质总含量控制在1ppm以下,水份含量控制在0.2~1ppm。

  2.高纯气体 气体中杂质总含量控制在5ppm以下,水份含量控制在3 ppm以内。

  3.洁净气体 气体中杂质总含量控制在10 ppm以下,对水份含量未作严格规定。

  上述规定,都未涉及洁净度。我们知道集成电路的生产,几乎都是在洁净环境中进行,是防止尘埃粒子污染微电子产品所必需的。所以,对洁净的生产环境绝不允许采用不洁净的气体来破坏,必须使气体的洁净度与洁净环境保持一致,根据相关资料以及近些年公司相关工程的经验进行了一些归纳。

  1.普通气体:也叫大宗气体,主要有:H2 、N2 、O2 、Ar 、He等。

  2.特种气体:主要指各种掺杂用气体、外延用气体、离子注入用气体、刻蚀用气体等。

  特种气体的供应方式截至目前为止,几乎皆用钢瓶的方式进行。一般常用的为高压钢瓶,依其填充的气体特性有分为气态和液态两种。一般气体依液态储存于钢瓶内,瓶内压力较高,所以最佳方式是选用吸附式气态钢瓶,以气体分子与吸附剂间的范德瓦力将气体吸附于吸附剂孔隙中,其优点为供气压力低于一个大气压,无任何泄漏的危险,且供气量为普通高压钢瓶的10倍,低蒸汽压的气体以液态储存于钢瓶内;针对易燃易爆,有毒性腐蚀性的气体,常将钢瓶至于特气柜中,再通过管路将气体供应至现场附近的阀箱,经过一系列的控制而后进入用气点;一般惰性气体以开放式的气瓶架和阀盘供应;具体方式如下:

  这种供气方式时将制气设备建造在用气量较大或者用气品种较多的工厂内或按区域设置供应周边各单位用气

  1-中压贮气罐;2-调压阀组;3-气体过滤器;4-液态气体贮罐;5-汽化器;6-安全阀;7-自动控制阀;8-气体纯化装置;9-流量计;10-末端气体过滤器;11-末端气体纯化器;12-用气点;13-高压气体压缩机;14-高压气体贮罐(P=15~20MPa)

  图A为采用液态气体贮存气体,中压贮罐。作为缓冲罐的供应系统。气体纯化设备设在工厂内,实际上在各用气工厂还应设置各种过滤精度的气体过滤器、计量仪器、分析仪器等,有的工厂对高纯气体中杂质含量控制十分严格,此时还需安装末端提纯设备。

  图B为采用高压(P=15~20MPa)气体贮罐的供气系统,常用于氢气供应系统中,设高压气体压缩机从中压贮气罐中吸气经压缩到15~20MPa送入若干个高压贮气罐组储气,根据供气用气的平衡,高压贮气罐放气经二级调压阀组减压后由自动控制阀送入供气系统。

  由集中制气工厂制取的液态气体由低温液态气体贮罐槽车运送至用气工厂,再使用工厂设置低温液态气体贮罐,将液态气体槽车中的液态气体抽送入液态气体贮罐贮存,根据工厂用气量,液态气体由贮罐送出经汽化器化为气体后,经由调压器组调压并经气体过滤器送去使用车间,若气体纯度或杂质含量不能满足使用要求,则需要再在车间内设置末端提纯装置,对气体进行提纯并去除杂质,同时为满足不同需求,还应在工厂使用车间末端或在车间内集中设置不同过滤精度的气体过滤器,示意图如下:

  外购气体钢瓶集中存放在工厂的气瓶间(库)中,气瓶中高压气体经气体总线,减压阀组汇集,减压至一定压力经气体纯化装置纯化后供气。为确保连续供气,气体钢瓶一般分为两组,交替放气,根据产品工艺要求,选择满足供气品质的气体纯化装置或在用气点处设置末端气体纯化装置。

  1-钢瓶及总线-末 气 体 纯 化 器;6-气 体 过 滤 器;7-用 气 点

  1.对于不同特性的气体,要规划独立的供应区域,一般分为三个区:腐蚀性/毒性气体区、可燃性气体区、惰性气体区,将相同性质的气体集中加强管理,可燃性气体区要特别规划防爆墙与泄漏口,若空间不足,可考虑将惰性气体放置与毒性/腐蚀性气体区。

  2.管路设计需要考虑输送的距离,距离越长,成本越高,风险也越高,通常较合理的设计流速为20ml/S,可燃性气体小于10ml/S,毒性/腐蚀性气体小于8ml/S,在用量设计方面,则需要考虑使用点的压力和管径大小,前者与气体特性有关,后者使用点的管径一般为1/4”~3/8”。

  3.根据用气设备的分布情况,高纯气体的管网不宜过大或者过长;宜采用不封闭的环形管路,在系统末端连续不断排放少量的气体,以便在管网中总有高纯气体流通,不会发生“死空间”引起高纯气体的污染。

  4.管路中应减少不流动气体的“死空间”,不应设有盲管,在特种气体的储气瓶与用气设备之间应设吹扫控制装置、多阀门控制装置、用以控制各个阀门的开关顺序、系统吹除,以确保供气系统的安全、可靠运行和防止“死区”形成而滞留污染物,降低气体纯度。

  5.对高纯气体纯度要求不同的用气设备,宜采用分等级高纯气体输送系统;也可采用同等级输送系统,但是在纯度要求高的用气设备邻近处设末端气体提纯装置。

  6.为了检测高纯气体的纯度和杂质含量,输送系统除了设置必要的连续检测仪器,如衡量水含量或者氧杂质含量等分析仪外,还应设置定期取样用的检测采样口,以便按规定时间进行采样,分析高纯气体中各种杂质的含量。

  7.在亚微米级的集成电路生产中,要求供应10-9级的高纯气体,为了确保末端用气工艺设备处的气体纯度,使气体中的杂质含量(包括尘粒)控制在规定的数值内,一般在设备前设置末端纯化装置,或末端高精度气体过滤器

  选用渗透性小、出气速率低、吸附性差的材料。目前超大规模集成电路前工序高纯气体输送系统管道材料采用不锈钢光亮退火管(SS304BA、SS316BA)、不锈钢电抛光管(SS316L-EP)等,但是对要求控制高纯气体中总杂质含量≤1.01.0×10-6及以下的管材应用SS316L-EP管。,高纯气体使用管材的特点及要求如下表所示:

  注:管路型式以气体特性设计,惰性气体使用一般的单层管,作为制程用的反应气体,则选用高级别的SS316L-EP管;使用与芯片接触但不参与制程反应的气体则选用SS316L-BA管。

  对于自燃爆炸,有剧毒的特种气体,如SiH4、PH3、AsH3等则考虑使用双套管,它的内/外管材质一般为SS316L-EP/SS316L-AP,此设计的主要目的有两点,首先可保护内管直接受到外力撞击,其次能将由内管渗漏的气体阻绝于外管,并利用相关的检测设备检测,目前常用的设计有正压和负压两种方式,负压设计是将内外管间抽成真空,正压设计则是灌以氮气维持正压,两者皆可接上压力表或者压力警报器检知泄漏状态。

  通常采用的方法有机械喷砂、化学溶液清洗、化学抛光、电抛光等,目前广泛应用的管材有光亮退火管和电抛光管

  高纯气体对系统所用阀门的严密性有十分严格的要求,目前国内洁净厂房的高纯气体管道的阀门基本都采用SS304或SS316L不锈钢材质,阀门型式有隔膜阀、波纹管阀和球阀。波纹管阀的严密性比球阀好,在气体流过阀门时没有与外环境接触的填料,所以没有渗漏现象:隔膜阀除了严密性与波纹管阀相当以外,还具有阀体死体积小,易吹除且污染少,所以适用于对气体纯度和生产工艺要求极严格或者危险性大的气体。

  高纯气体一般采用手工氩弧焊接和自动氩弧焊接,焊接型式通常采用承插焊和对焊,承插焊的好处在于施焊时管道的对中,方便焊接,但缺点是由于管道与承插口之间有间隙,会存在“死空间’不易将杂质吹除,影响高纯气体质量。因此对于要求极为严格的高纯气体来说,应采用对接焊连接并要求内表面无焊缝,即在施工时不得使用不锈钢焊丝,利用母材的本身融化填满焊缝。

  为确保输送至用气设备的气体质量,高纯气体管道与用气设备之间应用不锈钢金属软管连接,不宜采用非金属软管。

  高纯气体管道与阀门等附件连接应采用密封不易泄漏的专用接头予以连接,常用的接头方式有两种:分别为VCR(Vacuum Coupling Retainer)和SWG(Swaglok),VCR采用优良的金属垫,利用纵向压力压紧,因此泄漏率极低,约为10~9A cc/s,且耐压较高,常用于气体杂质含量1.0×10-9级的高纯气输送系统,而SWG则不如VCR,耐压较低,基本上这两种接头方式的安全性足可代替焊接的方式。

  1.易燃易爆气体:此类气体只要形成了可燃气体爆炸混合气和达到着火温度。便会发生燃烧爆炸事故因此在可燃气体入口处、气体钢瓶存放间、洁净室内使用可燃气体处、敷设可燃气体的管廊或技术夹层以及可能聚集可燃气体的场所均应设置可燃气体报警装置。具体要求如下:

  可燃气体的报警装置应与相应的事故排风装置设电气连锁,当空气中的可燃气体浓度达到规定值时,事故排风装置自动开启,同时向洁净厂房的消防安全值班室发出报警信号。

  为防止倒流回火应在用气设备的支管上设置阻火器,在排入大气的排气管道上,为防止排气时突遇雷电袭击阻止火焰蔓延至可燃气体管道引发燃烧爆炸事故,必须在排气管道上设置阻火器。

  各种可燃气体管道系统均应设置能引入氮气等惰性气体的接口及相应的检测口,以便在可燃气体供应系统使用前后或检修动火前后对其系统进行吹扫置换,但是惰性气体吹扫接口在正常运行中不能与气体钢瓶或惰性气体管道相通,以避免影响气体质量。

  对于氧气或氟系助燃气体,只要与油脂类物品接触,就会氧化发热,以致燃烧爆炸,所以凡是氧气管道、阀门或设备、附件等均应禁油,氧气管道系统应采用专门的禁油阀门、附件和管材,并在氧气输送系统安装后均应按规定进行脱脂处理。为防止由于静电产生火花引起燃烧爆炸,氧气管道应采取以下措施:

  氧气管道内氧气流速限制:当氧气工作压力≥10MPa时,氧气流速不应大于6m/s;当工作压力为0.1~3MPa时,不应大于15m/s;当工作压力≤0.1MPa时,应按其管道允许压力降确定。

  此类气体无色、无臭、低毒性,但是大量窒息性气体的泄漏或排入大气中会使空气中氧的浓度降低,当空气中的氧浓度低于18%时,人会感觉到头晕恶心,甚至会造成窒息死亡。所以一定要严防气体的泄漏。在使用场所设置必要的换气,及时将窒息性气体排至室外。

  在使用、贮存有毒气体的场所应设有可靠的通风装置。和毒气泄漏报警装置一旦空气中有毒气体达到规定值时,应进行报警,同时自动开启自动排气装置,有毒气体在排入大气前必须经过可靠的处理,达到规定的无害状态后方可排放。

  此类气体一遇水就会显示强腐蚀性,因此在腐蚀性气体系统使用前应以干燥氮气等对系统设备、管道进行吹扫、干燥,尤其时高压储气瓶的灌装口,因环境空气中的水分易引起腐蚀必须装设气瓶帽,并在装气瓶帽时使用氮气对灌装口进行充分的干燥。

  对于易燃易爆气体、毒性气体、腐蚀性气体等高压储气瓶的运输、贮存、和使用,必须制定严格的管理制度,操作人员上岗应经过严格的培训,了解、熟悉相关气体的特性和安全知识方可上岗。

  搬运:高压储气瓶在搬运前,应认真检查瓶口阀的完好性,并装好保护帽,运输时要使用专用气瓶小手推车,运输过程中要固定好气瓶,不得使气瓶发生碰撞、摩擦,装卸时应轻拿轻放,不得单人操作。

  贮存:高压储气瓶应贮存在40℃以下的场所,不得受到阳光的直射或风吹雨淋,尽可能存放在湿度低的场所,应远离烟火,不得放置在电缆、电线,腐蚀性化学品附近,不得将可燃性气瓶与氧气瓶放置在一起。同时应竖放,并固定。

  使用:高压储气瓶在使用时应牢固的固定,不得活动或放倒,气瓶放气时,瓶口阀应缓慢打开,不得急剧开启和过分用力,禁止用手触摸安全阀,禁止从一个高压储气瓶向另一高压气瓶冲灌气体,气体使用完后,应先关闭瓶口阀,卸下减压阀,装好气瓶的安全帽,使用后的高压气瓶必须留有必要的余压,防止渗入空气。

  按照规范要求做强度试验、气密性试验、泄漏性试验、氦泄漏试验等,试验要求见表:

  应采用高纯氮气(99.999%),从气体入口端向末端进行吹扫,现场有时为了方便和节约成本,也可采用高纯净的干燥

  压缩空气(露点为-70℃,无油,经过0.01μΜ的高精度气体过滤器过滤)。沿着气流的方向用木棒轻轻敲打外壁,

  每个阀门应反复开关几次后再常开,连续吹扫至少24h以上。检查后再进行各种纯度试验,吹扫完毕应及时贴好标签,标签应包括介质、流向、颜色等内容

  特气输送系统是指:将特种气体从气源端、根据工艺设备的工艺需求、通过对流量和压力等参数的控制,通过管道、无二次污染、稳定的输送到工艺设备的用气点。

  特种气体根据气体性质不同一般分为:惰性气体、易燃易爆气体、有毒气体和腐蚀性气体;根据供应包装的不同分为:特种气体和大宗特种气体。

  简单供气系统主要针对4英寸及以下半导体芯片厂、半导体材料的科研机构以及一些单台的工艺设备等。它们的制程简单,通常不需要连续性供气,对气体供应系统的投资预算低。

  常规供气系统主要应用于4-6英寸 大规模集成电路厂,50MW以下的太阳能电池生产线,发光二极管的芯片工序线以及其它用气量中等规模的电子行业。对气体纯度控制的要求不苛刻,系统配备在满足安全的前提下尽量简单,节省投资。

  大规模供气系统主要针对大规模量产的8-12英寸(1英寸=25.4毫米)超大规模集成电路厂(气体种类包括SiH4、N2O、2、 C2F6、 NH3等),100MW以上的太阳能电池生产线),发光二极管的磊晶工序线代以上液晶显示器工厂(气体种类包括SIH4、CL2、NH3、NF3)等、光纤(气体种类包括SiCl4)、硅材料外延生产线(气体种类包括HCL)等行业。它们的投资规模巨大,采用最先进的工艺制程设备,用气需求量大,对稳定和不间断供应、纯度控制和安全生产提出最严格的要求。

  这些工厂的特种气体的供给,除了普通钢瓶(50L及以下)包装的特种气体外,还有多种类的特种气体都普遍采用大包装容器,由此它们被称为大宗特气,包括Y-钢瓶(450L),T-钢瓶(980L),集装格(940L),ISO罐(22,500L),鱼雷车(13,400L)等。

  大宗特气供应系统(BSGS)采用全自动PLC控制器,彩色触摸屏;气体面板采用气动阀门和压力传感器,可实现自动切换,自动氮气吹扫,自动真空辅助放空;多重安全防护措施,泄漏侦测,远程紧急切断;专用氮气吹扫起源等等。特种气体采用独立气源,多用点采用VMB或VMP分路供应,VMB或VMP采用支路气动阀,氮气吹扫,真空辅助排空等。由于BSGS气源总量大,多采用独立的气体房,独立的抽风系统

  除了简单的供气系统以外,特气房一般都独立于主场房而单独建设,其规划时需考虑建筑物的防火、泄爆、防火防爆间距、危险物的总量控制等。常规供气系统一般也采用多种气瓶柜共设在一个气体室;而对于大宗特气,会根据气体特性和相容性将气体房分成可燃气体房、腐蚀性气体房、惰性气体房、硅烷气体房、毒性气体房等。气体房必须有良好的通风,气体房的选择和设计一般由设计院完成。

  特气管路系统普遍采用316L不锈钢电解抛光(EP)管道,阀门一般采用高纯调压阀、隔膜阀、高精密过滤器、(<0.003微米)、VCR接头等。接触气体的管路部件表面粗糙度可控制在5uin。对于某些高腐蚀性的气体如CL2等,采用经过特殊处理的耐腐蚀强的EP管 。

  在确定好气体房和用气点以后,主管路系统一般遵循管道线路最短,拐弯最少,布置紧凑合理,给人简单美观的感觉。输送系统的数量和管径的大小一般根据机台用气点的多少和流量大小确定,基本都采用小管径输送(1/4-3/4)而且多设计了备用系统。由于气体本身的危险性,许多地方采用把管道铺设在电缆桥架里,对于穿墙或穿过夹道的地方,周围有危险源和经常有危险作业的地方,露天的地方管道一般布置在全封闭的桥架里。

  对于低蒸汽压气体(WF6,DCS,BCl3,C5F8,ClF3等),需要考虑钢瓶加热,气体面板加热,管道伴热等。为了精确控制流量,在气源端一般会考虑配置高精度的压力变送器、电子秤、温控器等。在机台用气点也都配置了质量流量计,压力调节阀。对于剧毒、高反应性和自燃气体,应使用双套管输送。同时管道的设计要采用零死区设计,即整个管道系统从气柜到VMB、从VMB到用气点,要点对点,中间不允许有在气体置换时有残留空气的死角。因此,整个管路系统中由VMB完成气体的分配,中间没有三通。最后管道还要有良好的接地。

  气体柜或控制面板在安装和运输的过程中由于搬运和震动,阀门、接头、过滤器等的更换、或其他原因、需要对其重新进行高压气密性试验和氦检,气体的置换也需要用到高压氮气或氦气,所以特气柜需设计接入高压惰性气体氦气或氮气。一般选择在特气房设置一台或多台惰性气体柜。其连接形式为:

  特气柜中装有各种气体驱动阀,主管路在送气前必须进行管道的吹扫和空气的置换,所以还需辅助有高纯氮气和洁净压缩空气系统。氮气系统采用SUS316L-EP管,CDA可采用SUS316L-BA管,其管径根据气柜的多少来计算决定。

  气体房和气柜还须有自动喷淋系统,但有的气体如三氟化氯,硅烷遇水反应,这时就还需要考虑采用二氧化碳灭火系统。

  排风系统和放空系统也是特气系统的重要组成部分。其排风系统也根据危险品性质分成普通排风系统(GEX)、酸性排风系统(SEX)、溶剂排风系统(VEX)、氨气排风系统(AEX)。普通排风系统采用镀锌铁皮风管,酸性排风一般采用玻璃钢风管,溶剂和氨气排风一般采用不锈钢风管。气柜的排风也是根据其性质接入上面不同的排风系统。气体的放空是指特气管道和气柜中的特气经氮气稀释后由放空管道排放到大气或排风系统中,有的剧毒性或高危害性的气体建议排放到尾气处理器中经处理后排放至相应的排风系统中。放空系统一般采用SUS304不锈钢管道,一直延伸到屋顶,高出屋面两米左右,并设防雨罩。

  气体监控系统(GMS)通过计算机网络,实现对气体输送系统的实时监控,以确保系统的稳定性。

  气体侦测系统(GDS)是全厂生命安全系统(LSS)的重要组成部分。对于侦测器的要求,除了精度高,反应迅速外,还应具备自检功能。对于这两个系统在这里只能做一个概念性的介绍。

  最后、充分了解气体特性、从而合理配置系统,合理选择管径和材料,是我们设计的重点,这样可显著降低整个系统的成本。

  特种气体管道的施工采用全自动轨道焊接,同时制定和实施严格的超高纯施工和QA/QC保证程序,对施工的质量和程序进行严格的监控和管理。最后整个系统还要进行氦检漏、水分、氧分和颗粒度检测、以及其他要求做的气相杂质的测试。

  其现场基本的施工程序为:施工图纸会审﹣施工组织编写﹣预制间的搭设﹣施工机具的准备﹣施工人员的培训﹣预制图纸的编写﹣管道的预制﹣管道的现场安装﹣系统检测﹣系统验收

  特种气体管道的施工对环境的要求比较高,管道施工采用大批量预制然后现场 安装的方法。按照标准,预制作业需要在洁净度达到百级的净化间进行,作业人员也按照百级净化间的管理着装。因此对于大宗特气项目,一般都建有一个标准的预制间。

  但我们在实际的施工中,大宗特气项目很少,一般都是简单系统和常规系统,为了节约成本和资金,在要求不是很高的情况下、一般采用在施工现场找一块相对洁净的房间采取一定的防尘措施就地施工,除作业人员和检察人员外,应禁止无关人员出入。如果业主要求比较严格,也采用彩钢板搭设一个简单的预制件,房间内铺上地板革,在屋中用洁净塑料布封出一块装上两台层流罩,做一个简单的净化空间,进行管道的预制工作。

  特种气体管道的主要施工机具有:全自动轨道焊机(D100、MIOO等)管道切割机(GF锯)、管子割刀、平口机、弯管器、倒角器、管口毛刺修理刮刀、有的需要配置电源稳压器、防止施工现场电流波动对焊接质量造成影响、台虎钳、配电箱、拖线盘、台钻、电钻、冲击钻、切割机、电焊机、手工氩弧焊机、其他辅助工具。

  项目管理人员和施工人员都要进行施工安全和施工质量的培训,了解特种管道的施工作业要求和规范,了解特种气体的基本知识,从而加深对特种管道施工质量重要性的认识。

  特气管道一般采用小管道输送,为了降低成本,管道采用直接用弯管器煨弯的方式,弯管器一般采用5-10倍的,但不小于5倍。因此对管道施工人员要进行各种角度下的弯管培训,对焊工也必须进行焊接程序的培训,熟悉各种焊接参数的调整,最后管工和焊工都必须经过考试,由专门的质量管理人员确认合格后,发给作业许可证后方可施工,这也是QA/QC保证程序的组成部分。也是施工程序中人员培训的重点。

  现场的质量管理人员要做好材料的质量检查记录和每天的施工质量检查记录,包括管工弯管的质量,尺寸是否准确,管道是否有划伤,弯头是不是压得太扁;拆除包装的管道,预制好的管道,管口是不是封好;(管道封口应套上管帽,再采用EP管完好的内包装袋割下15-20公分长套在管口折回后用洁净胶带缠好;如果没有管帽,则采用套一层内包装袋用胶带封好,然后外面再套一层,也用胶带封好。)焊工的焊缝是否符合质量要求,每个焊缝都必须仔细检查,并作好焊接作业者和焊接数量记录。

  焊工每天在焊接前必须先作焊接试样,经检查合格后方可进行焊接施工,每天的施工结束后还必须做一个末试样,以确认今天的焊接作业是否存在焊接隐患。每次电源变更的时候,都必须重新作试样。焊接试样要附上焊接参数。每天的焊接试样要妥善保存。(焊缝质量的检查主要有焊缝的宽笮度、焊缝的内外均匀度、焊缝的凹凸度、是否氧化、其他不允许的缺陷)

  架设到管架上的管道,在焊接作业开始后就要采取不间断充气的方式,即从施工开始到施工结束管道内都要处于冲气保护的状态,但在不进行焊接作业时可适当调小管内气压。但对要求不是很高的施工,为了降低成本,每天的焊接结束后,把两端用管帽和洁净胶带封死。在这里要特别提出的是对输送强腐蚀性气体的耐腐蚀性强的VM管进行对接施焊时,其充气时间必须要达到4-5分钟,而且必须不间断充气。

  特气管道施工结束后都需要进行压力检测,氦检漏,颗粒度和水分、氧分测试。压力检测一般采用比较精密的圆盘式压力检测仪或电子检测仪,不用压力表。这样大大提高了检测的精密度。水、氧测试采用水氧分析仪;颗粒度测试目前基本采用激光颗粒测试仪,精度达到0.1微米;而对要求更高的采用核凝结技术(CNC)它可达到0.01微米。其它气相杂质的测试根据具体要求确定。

  半导体及太阳能薄膜工艺会使用到超高纯硅烷SiH4、磷烷PH3,砷烷AsH3、乙硼烷B2H6、六氟化钨WF6、高纯氨NH3等特气,这些气体具有易燃、剧毒、强腐蚀等特性,但却是精密半导体电子元器件、新能源光电产品制造的必不可少的重要原料。生产中若发生气体泄漏,将会造成非常严重的产品质量和人身伤亡事故。为确保安全,此类高纯特气的输送管道采用不锈钢双层管道。该管道施工时,对作业环境洁净度、管道内外管材的洁净度、焊接和安装质量的要求都非常高。本篇就超高纯特气双层管道的施工提出几点建议供同行参考。

  采用水平15°倾斜摆放姿势进行加工,顺管内介质流向高纯氮气(99.9999%)进行吹扫,不锈钢弹簧填充双层管夹层后用专用弯管装置进行弯管加工,双层管道内外充纯氩(99.9999%)保护的全自动轨道氩弧焊连接和柔性金属垫片端面密封连接,结合氦气检漏的工艺原理,保证内外层管道洁净度、密闭性、弯管质量以及管道焊接安装质量。

  现场设置三段预制加工洁净区域,建立临时洁净室,要求净化等级不低于9级,确保管件加工的洁净度,进入洁净室的人员必须穿戴洁服、洁净帽、洁净鞋、洁净手套。见图3.1。

  管口的加工是本施工技术的关键点之一,管道切割、预制均在洁净环境进行,同时确保管道切割前表面无有害痕迹、破损。管道开封前应做好管内冲氮的准备工作。管道在取掉两层塑料外包装后,要轻轻的取下两端的塑料密封套,并立即充氮,防止空气污染。管道切割时使用不锈钢专用切割器缓慢进行切割,操作时保持切面直度(90°±0.5)。管道水平15°横放固定倾斜摆放姿势进行切割及端面处理,并顺介质下流方向冲放高纯氮气,防止切屑进入管内。切割后采用端面处理器进行端面处理,铣去毛刺;处理过程中,确保端面朝下(一直保持端面朝下),处理后轻轻抖动消除切屑;加工后使切面朝下,从上方敲打5次,然后再次顺管内介质流用高纯氮气冲吹,切割面位于氮气下流方向。切割后和端面处理后如管上附有切屑或其他杂质,用无尘布沾异丙醇擦试干净,无尘布使用应遵循“一次擦”的原则,不能反复使用。

  常规双层管弯头需定做,定做成品成本高,而且质量不易得到保证。施工中,可通过设计使用弯管装置,现场制作弯头,解决此加工问题。在双层管道弯管时,于内外管间套不锈钢弹簧圈,作为内外管传力物,确保弯管过程中内外管的真圆度,使弯管质量达到要求。直管段外层管亦采用弹簧圈支垫,确保双层管夹层空间距离,起到双层管保护作用。弯管时不可取开管道两端的封头,弯头成型后角度偏差不大于5°。

  半成品和成品的保护措施应及时有效,加工完成或焊接完成后及时将管子两端密封。焊接管子对口必须为正方并紧密连接,在对口位置所允许的圆角和倒为壁厚的十分之一,连接口需在钨极的中心位置。焊接时,按要求进行内充氩保护,控制氩气流量大小。焊工施焊时,要求氩弧焊机焊接时电流稳定,焊接速度应保持均匀一致。焊接完成后,钢丝刷刷去焊接区外表面的氧化膜。见图3.3。

  为加强焊接质量的管理,每天正式实施焊接工作前,焊工须对每台焊机所焊规格进行样本制作,检查自动焊接机的工况及作业人员工艺水平,确保焊接质量,样本通过后方可进行正式焊接操作。在每天焊接结束前亦制作焊接试样,所有焊接试样需妥善保存,作为质量检验依据。

  半成品和成品的保护措施应及时有效,加工完成或焊接完成后及时将管子两端密封。焊接管子对口必须为正方并紧密连接,在对口位置所允许的圆角和倒角为壁厚的十分之一,连接口需在钨极的中心位置。焊接时,按要求进行内充氩保护,控制氩气流量大小。焊工施焊时,要求氩弧焊机焊接时电流稳定,焊接速度应保持均匀一致。焊接完成后,钢丝刷刷去焊接区外表面的氧化膜。见图3.3。

  对于输送易燃、剧毒特殊气体的双层管道,其与阀门、气表及设备连接采用金属垫片面密封接头(VCR)安装,金属垫片采用柔性镍合金垫片,确保密封严密。见图3.4。

  在三层管道接头处实现管道密封,从而使外层套管形成一个整体。末端滑套具体施工流程见图3.5.2。

  在超高纯特气双层管道的施工中,采用水平15°倾斜摆放姿势进行加工,顺管内介质流向高纯氮气吹扫,不锈钢弹簧填充双层管夹层后用专用弯管装置进行弯管加工,双层管道内外充纯氩保护的全自动轨道氩弧焊连接和柔性金属垫片端面密封连接结合氦气检漏的施工技术,可确保双层管道内外层管道洁净度、密闭性、弯管质量以及管道焊接安装质量。对系统建成后运行中的人员安全和产品质量起到了很好的基础保障作用。

  随着我国经济的不断发展、科技不断自主进步,半导体等对特气有需求行业领域也在不断扩大,特气管道在我们的日常生活中应用也越加的广泛起来。

  特气管道一般采用电解研磨方式加工的EP管,充氩气加热处理而成。现在市面上,特气管道供应商非常的多,但是,除了少部分像奥飞克、沃飞等提供交钥匙式的特气管道安装服务的公司,大多数的厂商只是提供产品,没有管道安装这一方面的服务。

  所以,为了让大家后期在购买特气管道产品之后能够自如的安装,避免安装过程中老是出错,下面小编会以半导体生产制程用电子特种气体供气系统为例子为大家具体的来介绍:

  1、特气管道系统的所有管道的支吊架必须符合规范及设计要求,并按照标准图集中的要求制作与安装。如:

  严禁将管道支、吊架直接焊接在钢结构承重梁上,必须根据承重梁的承重系数选择合适的支、吊架固定方案才能进行施工。

  2、特气管道安装时,在管子对口前应检查平直度,在距离接口中心200mm处测量;

  3、特气管道安装时,根据不同的管径和要求设置管卡或吊架,要求位置准确,埋设平整,管卡与管道接触应紧密,但不得损伤管道表面涂层。

  5、所有支吊架安装前必须做除锈,做涂刷两遍防锈漆的防腐处理;支吊架要满焊,安装采用预埋板或满足荷载要求的膨胀螺栓固定,确保牢固可靠。

  6、特气管道连接过程中按图纸要求设伸缩节,若设计无要求时,按照规范要求设置。

  7、管端伸入伸缩节应预留伸缩间隙:夏季施工预留:5-10mm;冬季施工预留:15-20m。

  8、管材或管件在粘合前应将承口和插口的粘结面擦拭干净,确保无异物。当表面粘有油污时,应采用清洁剂擦净。

  以上,便是特气管道安装的8大注意事项,希望能在您自己安装特气管道系统时,提供一点小小帮助,当然如果您觉得自己安装不好,也可去找奥飞克、沃飞这种从设计、提供产品到安装的交钥匙式服务的专业气体管道安装公司。

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