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产品PVDF管施工工法
中国电子系统工程第二建设有限公司
邓顺志 熊墨臣 谢军才
1．前言
随着集成电路产业的迅猛发展及更新升级换代，对其生产中用作清洗用水及配制各种溶液用水的超纯水提出了更高的要求。微电子行业有约80%的工序需要用高纯水和超纯水做清洗之用，水质的好坏与集成电路产品的质量及生产成品率的高低有着很大的关系，集成电路产业发展到超大规模集成电路阶段时，水质更成为提高集成度的主要因素，而水质的好坏起决于制水工艺外，还与输送用水的管材有关，管材在输送用水过程的渗透或洁净度、粗糙度差，对输送介质会产生二次污染，成而影响产品的质量。为避免输送过程中的污染，保证水质及产品质量，集成电路产业终端用高纯水和超纯水的输送管路材质均采用PVDF（聚偏氟乙烯）管材，由于PVDF管材具有良好的化学稳定性、洁净度、光滑度等性能，故在微电子行业得到了广泛应用，取得了良好的社会效益及经济效益。
2．工法特点
2.1采用与管材配套的热熔焊机加热需连接的端口，熔融后对接管道、管件；
2.2 PVDF管的加热焊接必须在预制洁净室内（洁净度≥100000级）进行；
2.3 PVDF整个施工（保管、运输、安装等）过程必须遵守洁净施工要求；
3．适用范围
适用于集成电路行业输送高纯水及超纯水的PVDF（聚偏氟乙烯）管，采用红外加热焊接（热粘接）的配管施工。
4．工艺原理
PVDF管材为高分子集合物-聚偏氟乙烯集合塑料材料，当其被加热至500℃及以上时，即熔化，在外力作用下对接后粘接成一体，经冷却成型后即延续管材本身具有的超强抗拉、致断延伸等性能。PVDF管施工即是根据PVDF材料本身的优良性能，利用上述加热焊接（热粘接）的原理加工成段，再连接成系统，以满足生产工艺的要求。
5．施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
图 纸 审 定 | |||||
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绘制管系统分解图，标注管段直径、长度、焊口编号 | |||||
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焊机搬入调试（试焊） | 支吊点划线 | ||||
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材料检查确认 | 支吊架制作 | ||||
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| 支吊架安装 | ||||
组 件 密 封 | |||||
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搬入安装连接、调整、固定 | |||||
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压力泄漏试验、记录 | |||||
5.2操作要点
5.2.1材料验收、保管、运输
1、材料到货验收
材料到现场后，为确保能满足设计及工艺要求，需要对到场的材料进行清点、检查、验收。目前PVDF材料均为国外进口（瑞士GEORGE FISCHER公司 +GF+和奥地利的Agru两种），出厂前已经清洗净化处理并有双层薄膜包装密封。
1）检查项目
NO | 检查项目 | 配管 | 管件 | 阀类 | 计器类 | 设备类、制成品 |
1 | 外观检查 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
2 | 数量检查 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
3 | 规格尺寸 | △ | △ | △ | ○ | ○ |
4 | 材质检查 | ○ | ○ | × | × | × |
○：全数检查
△：抽查5%
×：不检查
2）检查的环境要求
外包装完好情况下，检查可在非洁净室内进行；拆封检查应在预制洁净室内进行，以避免二次污染；检查完成后应采用洁净的聚乙烯薄膜包装好并妥善保管。
3）不合格品的处置
检查结果若不能满足设计要求时，应由订货方退回商家或留作降级代用；外包装已破损影响了材料的洁净度时，应做清洁处理或弃用。
2、材料的保管
1） 洁净的材料应在密封状态下，在干燥、温差不大、温度在10-35℃的房间内保管，紧急情况要在室外作短暂保管时，为避免雨水和阳光直射，应加盖挡雨遮光板进行可靠的保护；
2） 管材应按不同规格分别放置在货架上，放置时应避免过度挤压，以免管材弯曲变形；
3） 材料应在验收后按原样用聚乙烯薄膜袋密封好保管后。
3、施工运输
人力短途运输管材时，要在密封包装状况下二人抬杠，禁止扔抛、滚运、硬拉，以免损坏管材；
利用机械运输材料时，应在包装状况下进行，同时需有防止材料变形、摩擦损坏外包装的措施；
5.2.2 PVDF管热熔焊接
1、环境要求
1） PVDF管的加热焊接必须在预制洁净室内（洁净度≥100000级）进行，洁净室内温度应控制在10-35℃之间；
2） 加热焊接作业人员必须穿戴洁净服、洁净手套；
2、热熔焊接预制
1）绘制管道系统分解图
PVDF管道施工，原则上均在预制场地下料、焊接完成，搬至现场即可装配成完整的系统，因此要根据已经审定的施工图和工程测定记录，绘制系统分解图即预制加工图，在加工图上要明确标注管径、管段节点间的长度，并将焊口逐个编号。
2）
管段切割长度L计算
L=M―Z1―Z2＋2BZ＋2XV
式中：L―管段下料长度；
M―两管间中心距；
Z1、Z2―管件的Z尺寸；
BZ―端面切削长度；
XV-―热粘重叠余量。
热粘接重叠余量XV
材质 | 公称压力bar | 管外径mm | 壁厚mm | 重叠余量mm |
PVDF | 16 | 20 | 1.9 | 0.6 |
16 | 25 | 1.9 | 0.6 | |
16 | 32 | 2.4 | 0.6 | |
16 | 40 | 2.4 | 0.6 | |
16 | 50 | 3.0 | 0.7 | |
16 | 63 | 3.0 | 0.7 | |
16 | 63 | 3.0 | 0.7 | |
16 | 75 | 3.6 | 0.8 | |
16 | 90 | 4.3 | 0.9 | |
16 | 110 | 5.3 | 1.0 | |
16 | 125 | 3.9 | 0.8 | |
16 | 140 | 4.3 | 0.9 | |
16 | 160 | 4.9 | 1.0 | |
16 | 200 | 6.2 | 1.1 | |
16 | 225 | 7.0 | 1.2 |
3）管材切割
按计算好的管段下料长度，用PVDF专用割刀切割，并用焊机附带的刀盘切削焊口，切削后达到焊口平整，无伤痕，无毛刺，再用吸尘器吸除碎屑，用专用洁净剂和洁净布擦净焊口。
4）热熔焊接（热粘接）
热熔焊接所使用的PVDF焊机，应根据管材品牌选择与之配套品牌的焊机，
焊接流程如下（+GF+焊机与Agru焊机焊接流程有所不同，以下以Agru品牌焊机为例）：
首先根据需焊接材料的管径选择焊机型号：管径范围OD20-OD110（DN15-DN100）选择SP110型，管径范围OD75-OD250（DN65-DN200）选择SP250型，管径范围OD75-OD280（DN65-DN250）选择SP280型；
根据管径选择好PVDF焊机后，按下流程进行操作：
语言设置至设置参数确认为焊接过程中的基本设置阶段，夹管至焊接检查、贴牌为焊接步骤。
5.2.3 PVDF管现场安装
1、焊接预制好的管段经检验合格后应封好口搬运至现场，现场安装前应确认有无破损及污染，不合格品应重新洁净处理或弃用；
2、安装环境应不易起尘，安装人员安装时应穿戴洁净手套；
3、PVDF材料为柔性材料，为保证强度，其支吊架设置形式、位置应符合设计要求，间距应符合下表要求（间距单位CM）：
公称直径 使用温度 | 13 | 16 | 20 | 25 | 30 | 40 | 50 | 65 | 75 | 100 |
~40℃ | 80 | 90 | 95 | 100 | 115 | 130 | 140 | 155 | 165 | 185 |
~60℃ | 75 | 80 | 90 | 95 | 110 | 120 | 130 | 140 | 155 | 175 |
~80℃ | 70 | 75 | 85 | 90 | 100 | 115 | 120 | 130 | 145 | 165 |
~100℃ | 65 | 70 | 80 | 85 | 95 | 110 | 115 | 125 | 135 | 155 |
~120℃ | 60 | 65 | 75 | 80 | 90 | 100 | 105 | 115 | 125 | 145 |
4、PVDF管路与支吊架间应垫入橡胶类绝缘材料。
5.2.4压力测试
1、测试压力：强度试验压力为设计工作压力的1.5倍,严密性试验压力为工作压力的1.15倍；
2、测试介质：应为与工作介质同纯度的纯水或是高纯氮气、氩气（纯度为99.999%）；
3、强度试验时间为3.0h,不泄漏不降压为合格；严密性试验时间为4.0小时，无泄漏压力降≤3%为合格。
6．材料与设备
本工法无需特别说明的材料，采用的机具设备见表6。
表6 机具设备表
名 称 | 规格型号及适用范围 | 数 量 | 备 注 |
PVDF焊机 | Argu:SP110/SP250/SP280 +GF+:IR63/IR225 | 视工程量大小和施工班组数量确定工机具数量 | |
FFU | 1200*600 | ||
电源电缆盘 | 15A、125V | ||
表面温度计 | ~500℃ | ||
一字螺丝刀 | 100~200mm | ||
活 扳 手 | 200~300mm | ||
六角扳手 | M3~M10 | ||
PVC割刀 | 1/2″~2″ | ||
PVC割刀 | 2″~4″ | ||
PVC割刀 | 3″~6″ | ||
PVC割刀 | ＜6″ | ||
角 尺 | 200~300mm | ||
卷 尺 | |||
无尘布 | 洁 净 | ||
洁净服/手套 | 洁 净 | ||
清 洁 剂 | 丙酮或医用酒精 |
７．质量控制
7.1 工程质量控制标准
7.1.1焊口组对允许偏差按表7.1.1执行。
表7.1.1 焊口组对允许偏差表
序号 | 项目 | 允许偏差 | 检查方法 | 检查数量 |
1 | 组对错位 | ＜管壁厚的10% | 游标卡尺量 | 抽查30% |
2 | 组对间隙 | ≤0.2mm | 游标卡尺量 | 抽查30% |
3 | 组对件壁厚差 | 0 | 游标卡尺量 | 抽查30% |
7.1.2焊缝检查
1、外观检查
焊缝用眼看内外全园周均呈双重焊道。
2、测定外侧双重焊道间谷底至管表面的距离K，K值应大于0
3、焊道的宽b应在下图基准之内
| 654321 |
| |||
| |||
1 2 3 4 5 6 7 8
壁厚（mm）
7.2 质量保证措施
7.2.1根据PVDF管路施工特点，建立完善的质量保证体系和岗位责任制，就每道关键工序设置专人负责，明确职责，落实到人；
7.2.2材料进场检验、保管、运输必须严格把关，设置专人、专库管理，必须有明确的记录，确保材料的质量、洁净；
7.2.3 PVDF管段加工预制环境及安装环境必须符合要求,预制及安装前必须安排专人核查；
7.2.4 对PVDF管路施工人员进行岗前专业培训，特别是焊接人员，在进行实际工程焊接前，必须进行上机实物培训，做样品，考试合格后才能上岗；
7.2.5 PVDF管路施工关键工序----焊接,设置专人检验,对每道焊口贴牌：标注焊口序号、焊工姓名、焊接时间、检查人、焊口质量评定，同时做好书面记录，确保合格品进入下道工序；
8．安全措施
8.1 认真贯彻落实 “安全第一，预防为主” 的方针,根据国家及地方的有关法律
法规条文，结合施工现场的实际情况，建立以项目经理为首、专职安全员、
班组兼职安全员组成的安全管理网络，抓好施工现场的安全生产工作；
8.2 建立完善的施工安全保证体系，加强施工过程中的安全检查、监督等工作；
8.3作业人员上岗前进行安全教育及培训，增强现场作业人员的安全意识；
8.4 预制加工场、施工现场、仓库等区域按照安全规定进行设置，并按要求配备
相应的消防器材（如灭火器）；易发生高空坠落的区域设置围护隔离装置并
悬挂安全标识；
8.5 施工现场的临时用电严格按照《施工现场临时用电安全技术规程》的有关规
定执行，维护设置专职维修电工；
8.6 所有临时用电设备（包括PVDF焊机）、临时电源线使用前检查漏电装置是否
牢靠？线路是否有破损？防止发生触电事故；
8.7 对于易燃易爆物品，如清洗管料用的丙酮或医用酒精，设置专门的储存间存放，并配置相应的灭火器材。
9．环保措施
9.1 成立施工现场环境保护领导小组，建立健全施工现场环境管理体系；严格遵守国家和当地政府颁发的环境保护法律法规及规章制度，加强环境保护工作并接受相关的监督检查；
9.2 增强现场员工的环境保护意识，加强环境保护的宣传工作，控制和降低人为的施工噪声；
9.3 预制加工场地及材料堆放场地设置排水沟，统一收集、排放污水，并经过简单的沉淀、发酵处理后再排入市政污水管网；
9.4 施工现场设置临时的废弃物堆放场所，并分类存放，集中处理，特别是清洗管料用的丙酮或酒精的残液废液、空瓶集中存放，定期交专业的部门处置，减少废弃物污染。
10．效益分析
10.1 本工法属随着IC工业的发展而衍生发展来的新材料、新工艺，保证了生产工艺的需求，为IC工业的发展提供了坚实的基础，产生了良好的经济效益和社会效益；
10.2 本工法的成功运用和吸收，提高了企业的施工技术水平，促进了施工企业的施工技术进步和发展。
11．应用实例
我公司自98年上海华虹NEC工程应用PVDF管施工工法后，先后在上海中芯、苏州和舰、北京中芯、天津中芯、无锡海力士、上海华谊微电子材料、重庆渝德等工程中采用。
11.1上海华虹NEC工程
该工程工艺用超纯水及温超纯水输送用管材采用PVDF管材，PVDF管路工程实物总量约2600米，管径为OD20～OD160。工程施工严格按照PVDF施工要求执行，保证了生产工艺要求。
11.2 天津中芯
2003年12月—2004年11月，我公司承担了该厂的23K Hook-up及UPW系统扩展工程的施工，两部分的PVDF管路总量约3000米，管径为OD20～OD225，安装工作得到了业主的好评。
11.3 重庆渝徳
重庆渝徳项目是台湾四大集成电路巨头在大陆投资的又一个集成电路制造工厂，该工程位于重庆市西永微电子工业园811号，其工艺用超纯水主要水质指标为：电导率≥18.2MΩ-cm、颗粒（＞0.05um）含量＜1pcs/ml、TOC≤3ppb、DO≤5ppb，为满足工艺要求，输送超纯水用的管材采用PVDF材质，管道规格OD20～OD225，工程实物总量约5200米，08年3月底完成工程初验工作，完全符合设计要求。
