JP3325279B2 - Ultra high purity gas supply system piping welding method - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造プラント等
の超高純度ガス供給系配管の溶接方法の改良に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in a method for welding ultra-high purity gas supply piping in a semiconductor manufacturing plant or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体製造プラントの様な超高純度ガス
を使用するプラントに於いては、一般に電解研摩を施し
たステンレスパイプ（ＳＵＳ３１６Ｌ）を用いてガス供
給系配管が構成されており、ステンレスパイプの接続に
は特殊な構造の所謂ユニオン型継手（嵌合型の非溶接継
手）が多く使用されている。しかし、前記嵌合型の非溶
接継手は構造が複雑で高価な上、シール材の劣化によっ
てガス漏洩を生じ易いと云う問題がある。また、非溶接
継手では、その構造上継手部内壁面に凹部が形成される
のを避けられず、配管路のガス置換性が悪化して高クリ
ーン度が得難くなると云う問題がある。そのため、近年
この種の超高純度ガス系配管に於いても、溶接によるパ
イプの接続が採用されつつあり、所謂ＴＩＧ溶接法によ
る自動突き合わせ溶接や特殊な溶接継手（例えば溶接カ
ラー等）を用いた自動溶接法が開発されている。2. Description of the Related Art In a plant using an ultra-high purity gas, such as a semiconductor manufacturing plant, a gas supply system piping is generally formed using an electrolytically polished stainless steel pipe (SUS316L). A so-called union type joint (fitting type non-welded joint) having a special structure is often used for the connection. However, the fitting-type non-welded joint has a problem that the structure is complicated and expensive, and gas leakage is apt to occur due to deterioration of the sealing material. Further, in the non-welded joint, there is a problem that a concave portion is unavoidably formed on the inner wall surface of the joint portion due to its structure, and the gas replacement property of the pipe is deteriorated, so that it is difficult to obtain high cleanliness. Therefore, in recent years, even in this kind of ultra-high-purity gas piping, connection of pipes by welding is being adopted, and automatic butt welding by a so-called TIG welding method or a special welding joint (for example, a welding collar or the like) is used. Automatic welding methods have been developed.
【０００３】而して、超高純度ガス系配管の溶接に於い
ては、溶接部の機械的強度が問題になることは勿論であ
るが、この他に（イ）溶接部が管路の汚損源即ち所謂パ
ーティクルの発生源にならないこと、（ロ）溶接部の内
表面が凹突の少ない平担性を有し、耐食性を高めるため
の不動態膜を溶接部内表面に容易に形成できること、等
が要求される。ところが、従前の自動ＴＩＧ溶接や自動
プラズマアーク溶接によるパイプの溶接では、溶接部の
機械的強度や溶接部の外的な美感については、必要とす
る条件をある程度充足することが可能である。しかし、
溶接による下流側管路の汚損の問題や溶接部内壁面の凹
突の問題は、従前の自動ＴＩＧ溶接や自動プラズマアー
ク溶接ではその解決が全く不可能であり、解決策の確立
が待望されている。[0003] In the welding of ultra-high purity gas piping, it is a matter of course that the mechanical strength of the welded portion becomes a problem. (2) the inner surface of the welded portion has a flatness with few dents, and a passive film for enhancing corrosion resistance can be easily formed on the inner surface of the welded portion, etc. Is required. However, in conventional pipe welding by automatic TIG welding or automatic plasma arc welding, it is possible to satisfy necessary conditions to some extent in terms of mechanical strength of the welded portion and external aesthetics of the welded portion. But,
The problems of fouling of the downstream pipeline due to welding and the problem of dents on the inner wall surface of the weld cannot be solved by conventional automatic TIG welding or automatic plasma arc welding, and the establishment of a solution is awaited. .
【０００４】表２は、外径６.３５ｍｍφ、肉厚１ｍｍ
のステンレス管（ＳＵＳ３１６Ｌ）を図４の様な状態で
突き合わせ、自動ＴＩＧ溶接装置（アストロアーク社製
ＣＡ１５０Ｐ型）を用いて自動溶接した場合の溶接部か
らの発塵の実測値を示すものである。Table 2 shows that the outer diameter is 6.35 mmφ and the wall thickness is 1 mm.
FIG. 4 shows actual measured values of dust generation from a welded portion when a stainless steel pipe (SUS316L) is butted in a state as shown in FIG. 4 and automatically welded using an automatic TIG welding apparatus (CA150P type manufactured by Astroarc Co., Ltd.). .
【０００５】[0005]
【表２】 [Table 2]
【０００６】即ち、図４に於いて、ステンレス管１６
ａ，１６ｂは、パイプカッタで一定寸法に切断したあ
と、４０Ｌ／ｍｉｎの窒素ガスでパージしつつ端面加工
をし、その後７〜９.５ｋｇ／ｃｍ2 の高圧窒素ガスで
２秒間のパージを行ったものである。また、両ステンレ
ス管１６ａ，１６ｂは、パイプ両端面を軽く押圧して隙
間が目視できない状態に同芯状に突き合わせ、その後タ
ングステン電極棒１７を２.５回転させることにより、
開先部を所謂ＴＩＧ溶接したものである。更に、この時
の溶接条件は、タングステン電極の外径１.０ｍｍφ、
電極先端角度α＝１５°、電極と開先き間の距離０.８
ｍｍ、アークガス（アルゴン）流量８Ｌ／ｍｉｎ、バッ
クシールドガス（アルゴン）流量６Ｌ／ｍｉｎ、電極回
転速度７.９ｓｅｃ／回転、ピーク電流２１Ａ、ベース
電流２０Ａ、電極回転回数２.５回、アークスタートか
ら電極回転開始までの時間（ディレタイム）２ｓｅｃ、
溶接電流値をさげはじめてからアークストップまでの時
間(ダウンスロープタイム)４.２ｓｅｃである。That is, in FIG.
For a and 16b, after cutting to a certain size with a pipe cutter, the end face was processed while purging with 40 L / min of nitrogen gas, and then purging was performed for 2 seconds with 7 to 9.5 kg / cm 2 of high pressure nitrogen gas. It is a thing. The two stainless steel tubes 16a and 16b are pressed lightly on both end surfaces of the pipes so as to butt coaxially so that the gap is not visible, and then rotate the tungsten electrode rod 17 by 2.5 times.
The groove is formed by so-called TIG welding. Further, the welding conditions at this time were as follows: the outer diameter of the tungsten electrode was 1.0 mmφ,
Electrode tip angle alpha = 15 °, the distance between-out electrode and the groove 0.8
mm, arc gas (argon) flow rate 8 L / min, back shield gas (argon) flow rate 6 L / min, electrode rotation speed 7.9 sec / rotation, peak current 21 A, base current 20 A, electrode rotation frequency 2.5 times, from arc start The time (delay time) until the start of electrode rotation is 2 seconds,
The time from the start of lowering the welding current value to the arc stop (down slope time) is 4.2 sec.
【０００７】アークガス（アルゴン）は、液化アルゴン
ガス容器から気化装置を通して自動溶接装置へ供給さ
れ、８Ｌ／ｍｉｎ流量でアークスタート前から連続的に
プリパージされると共に、アークストップ後２０秒間に
亘ってポストパージされている。また、バックシールド
ガス（アルゴン）は、ステンレス管１６ａ，１６ｂのセ
ット直後から連続的に６Ｌ／ｍｉｎの流量で放出されて
いる。An arc gas (argon) is supplied from a liquefied argon gas container to an automatic welding apparatus through a vaporizer, and is continuously pre-purged at a flow rate of 8 L / min from before the arc is started. Has been purged. The back shield gas (argon) is continuously discharged at a flow rate of 6 L / min immediately after the stainless steel tubes 16a and 16b are set.
【０００８】一方、溶接部からの発塵パーティクルの測
定は、図５に示す如く、溶接部より下流側のパイプ先端
を外径９.５２ｍｍ×肉厚１ｍｍのサンプリングパイプ
内へ挿入し、定格流量２８.３Ｌ／ｍｉｎのレーザパー
ティクルカウンタ１３（日立電子株式会社製ＴＳ−３７
００型）内へバックシールドガス等を導入することによ
って行った。On the other hand, as shown in FIG. 5, the measurement of dust particles from the welded portion is performed by inserting the tip of the pipe downstream of the welded portion into a sampling pipe having an outer diameter of 9.52 mm and a wall thickness of 1 mm. 28.3 L / min laser particle counter 13 (TS-37 manufactured by Hitachi Electronics Co., Ltd.)
(00 type) was introduced by introducing a back shield gas or the like.
【０００９】尚、溶接はクリーン度が０.１μｍ基準ク
ラス１（０.１μｍを越えるパーティクルが１ｆｔ3当た
り１個以下）のクリーンルーム内で行われた。また、前
記レーザパーティクルカウンタ１３には７個の測定チャ
ンネル（Ｃｈ）が設けられており、Ｃｈ１では０.１〜
０.２μｍ、Ｃｈ２では０.２〜０.３μｍ、Ｃｈ３では
０.３〜０.５μｍ、Ｃｈ４では０.５〜１.０μｍ、Ｃｈ
５では１.０〜２.０μｍ、Ｃｈ６では２.０μｍ以上の
パーティクル及びＣｈ７ではパーティクルのトータル数
が夫々測定された。更に、レーザーパーティクルカウン
タ１３によるパーティクルの計測は、溶接のスタート５
分前から始まって溶接終了後５分経過するまで連続して
行い、その後測定出力の変化から溶接時間中の出力領域
を特定して、その間に計測されたパーティクル数を演算
した。The welding was performed in a clean room having a cleanliness of 0.1 μm as a reference class 1 (one or more particles exceeding 0.1 μm per 1 ft 3 ). The laser particle counter 13 is provided with seven measurement channels (Ch).
0.2 μm, 0.2-0.3 μm for Ch2, 0.3-0.5 μm for Ch3, 0.5-1.0 μm for Ch4, Ch
5, the total number of particles of 1.0 to 2.0 μm was measured for Ch6, and the total number of particles was 2.0 μm or more for Ch6, and the total number of particles was measured for Ch7. Further, the measurement of particles by the laser particle counter 13 is performed at the start 5 of welding.
Minutes before and 5 minutes after the end of welding was performed continuously. Thereafter, the output area during the welding time was specified from the change in the measured output, and the number of particles measured during that time was calculated.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】前記表２からも明らか
な様に、超高純度ガス供給系配管路に於いて管路の接続
を溶接により行った場合には、溶接部から多量の発塵が
あって下流側管路を汚損することになり、現在の自動Ｔ
ＩＧ溶接や自動プラズマ溶接をそのままガス供給系配管
の溶接に適用することは不可能である。本件発明は、超
高純度ガス供給系配管路の溶接接続に於ける上述の如き
問題を解決せんとするものであり、溶接部からの発塵を
殆ど無視し得る程度の量に減らすことが出来ると共に、
高い機械的強度と平滑な外表面を有する溶接部を得られ
るようにした超高純度ガス系配管の溶接方法を提供する
ものである。As is clear from Table 2, when the pipes are connected by welding in the pipes of the ultra-high purity gas supply system, a large amount of dust is generated from the welded portions. And the downstream pipeline will be polluted.
It is impossible to apply IG welding or automatic plasma welding directly to welding gas supply system piping. The present invention is intended to solve the above-described problem in the welding connection of the ultrahigh-purity gas supply system piping, and can reduce the amount of dust generated from the welded portion to an almost negligible amount. Along with
An object of the present invention is to provide a method for welding ultra-high-purity gas piping in which a weld having high mechanical strength and a smooth outer surface can be obtained.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本件発明者は、前記図４
及び図５に示す如き超高純度ガス系配管に於ける溶接部
からの発塵試験を、各種の開先形状について溶接条件を
変え乍ら数多く実施した。また前記試験の結果から、本
件発明者は下記の如き事象を知得した。 （１）溶接時にレーザパルスカウンタ１３によりカウン
トされるパーティクルは、平均粒径が２μｍ以上のもの
が大部分である溶接に関係して発生するパーティクル
と、溶接時に開先の隙間を通して周囲から持ち込まれる
パーティクルとの混合したものであること。 （２）バックシールドガスの流量を増加すると、ある一
定流量までは発生するパーティクル数が減少すること。 （３）発生するパーティクルはアークのスタートと略同
時に急激に増加すること。Means for Solving the Problems The inventor of the present invention has made the above-mentioned FIG.
In addition, a number of dust generation tests were performed on welded portions in ultra-high purity gas piping as shown in FIG. 5 while changing welding conditions for various groove shapes. From the results of the test, the present inventor has learned the following events. (1) Particles counted by the laser pulse counter 13 at the time of welding are brought in from the periphery through the gap between the groove and the particles generated in connection with welding, most of which have an average particle size of 2 μm or more. It must be mixed with particles. (2) When the flow rate of the back shield gas is increased, the number of generated particles decreases up to a certain fixed flow rate. (3) The generated particles increase sharply almost at the same time as the start of the arc.
【００１２】本件発明は、前記各種の溶接部からの発塵
試験を通して得られた知見を基にして創作されたもので
あり、請求項１に記載の発明は、外径１２．７ｍｍ以下
のステンレス管同志を対向させ、一方のステンレス管に
バックシールドガスの排出制限手段を設けると共に、他
方のステンレス管に流量制御手段を設けて先端側より内
方へ向けてバックシールドガスを放出し、溶接すべき両
ステンレス管の内圧を上昇せしめた状態で両者の開先き
部をアークガスを放出しつつアーク溶接するステンレス
管同志の溶接に於いて、溶接すべき両ステンレス管の内
圧を２０−１２０ｍｍＨ2 Ｏに保持すると共に、アーク
ガス及びバックシールドガスをアルゴンガスとしてパー
ティクルのステンレス管内への侵入を防止するようにし
たことを発明の基本構成とするものである。また、請求
項２に記載の発明は、外径１２．７ｍｍ以下のステンレ
ス管同志を対向させ、一方のステンレス管にバックシー
ルドガスの排出制限手段を設けると共に、他方のステン
レス管に流量制御手段を設けて先端側より内方へ向けて
バックシールドガスを放出し、溶接すべき両ステンレス
管の内圧を上昇せしめた状態で両者の開先き部をアーク
ガスを放出しつつアーク溶接するステンレス管同志の溶
接に於いて、前記放出するバックシールドガスの流量を
ステンレス管の単位断面積（ｍｍ2 ）当たり０．３５Ｌ
／ｍｉｎ以上とすると共に、アークガス及びバックシー
ルドガスをアルゴンガスとしてパーティクルのステンレ
ス管内への侵入を防止するようにしたことを発明の基本
構成とするものである。[0012] The present invention has been made based on the knowledge obtained through a dust test from the various welds, and the invention according to claim 1 has an outer diameter of 12.7 mm or less.
The stainless steel pipes are opposed to each other, and one of the stainless steel pipes is provided with a discharge limiting means for the back shield gas, and the other stainless steel pipe is provided with a flow control means to discharge the back shield gas inward from the distal end side, In the welding of stainless steel tubes to be welded by arc welding while discharging the arc gas at the groove portions of both stainless steel tubes in a state where the internal pressure of both stainless steel tubes to be welded is increased, the internal pressure of both stainless steel tubes to be welded is set to 20-120 mmH. The basic structure of the present invention is to keep the gas at 2 O and to prevent particles from entering the stainless steel tube by using the arc gas and the back shield gas as argon gas. The invention according to a second aspect of the present invention provides a stainless steel tube having an outer diameter of 12.7 mm or less facing each other, providing one stainless steel tube with a back shield gas discharge restricting means, and the other stainless steel tube. In order to discharge the back shield gas inward from the tip side and to increase the internal pressure of both stainless steel pipes to be welded, arc welding is performed while discharging the arc gas at the gap between the two stainless steel pipes. In the welding of stainless steel pipes, the flow rate of the released back shield gas is set to 0.35 L per unit cross-sectional area (mm 2 ) of the stainless steel pipes.
/ Min or more, and the arc gas and the back shield gas are used as argon gas to prevent particles from entering the stainless steel tube.
【００１３】[0013]
【作用】パイプの開先部は、電極周囲より噴出されたア
ークガスにより囲繞された状態でアーク熱により溶解さ
れ、両パイプの先端部が溶接される。一方、パイプの開
口側より内方へ向って連続的に噴出されるバックシール
ドガスは、溶接部の下流側に設けたバックシールドガス
排出制限手段若しくは下流側パイプそのものによって流
動抵抗を受け、これによって配管内方の圧力が上昇す
る。その結果、開先の隙間を通して管路内へ侵入するア
ークガス等が減少する。また、配管内方の圧力が上昇す
ることにより、溶接部の管路内面側が外方へ向けて押圧
される。その結果、溶接ビードの管路内面側の外表面が
凹突の少ない平滑面となる。尚、バックシールドガスの
流量が増大して溶接部内方の圧力が上昇し過ぎると、バ
ックシールドガスが開先き隙間から外部へ漏洩すること
になり、溶接ビードの管路内壁面側に凹突が発生する。The groove of the pipe is melted by the arc heat while being surrounded by the arc gas ejected from the periphery of the electrode, and the ends of both pipes are welded. On the other hand, the back shield gas continuously ejected inward from the opening side of the pipe receives flow resistance by the back shield gas discharge restricting means provided on the downstream side of the welded portion or the downstream pipe itself, thereby The pressure inside the pipe increases. As a result, the amount of arc gas or the like that enters the pipeline through the gap of the groove decreases. In addition, as the pressure inside the pipe increases, the inner surface side of the pipe of the welded portion is pressed outward. As a result, the outer surface of the weld bead on the inner side of the pipe becomes a smooth surface with few concave protrusions. If the flow rate of the back shield gas increases and the pressure inside the weld increases too much, the back shield gas leaks to the outside through the gap, and the protrusion of the weld bead protrudes toward the inner wall surface of the pipe. Occurs.
【００１４】[0014]
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説
明する。図１は本発明による配管の溶接方法の説明図で
あり、図２は図１のＡ部の拡大図、図３は図１のＢ部の
拡大図である。図に於いて、１は液化アルゴンガス容
器、２はアルミ製蒸発器、３はマニホールド減圧弁、４
は流量計、５はメタル型フィルター、６は自動ＴＩＧ溶
接装置、７は減圧弁、８は流量調整弁、９はフィルタ、
１０はステンレス製外管（１９.０５ｍｍφ）、１１は
ステンレス製ガス導出管（６.３５ｍｍφ）、１２はス
テンレス製ガス導入管（９.５２ｍｍφ）、１３はレー
ザパーティクルカウンタ、１４はステンレス製フレキチ
ューブ（９.５２ｍｍφ）、１５はメタル（ステンレ
ス）チューブ（６.３５ｍｍφ）である。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view of a pipe welding method according to the present invention, FIG. 2 is an enlarged view of a portion A in FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged view of a portion B in FIG. In the figure, 1 is a liquefied argon gas container, 2 is an aluminum evaporator, 3 is a manifold pressure reducing valve,
Is a flow meter, 5 is a metal type filter, 6 is an automatic TIG welding device, 7 is a pressure reducing valve, 8 is a flow regulating valve, 9 is a filter,
10 is a stainless steel outer tube (19.05 mmφ), 11 is a stainless steel gas outlet tube (6.35 mmφ), 12 is a stainless steel gas introduction tube (9.52 mmφ), 13 is a laser particle counter, and 14 is a stainless steel flexible tube (9.52 mmφ) and 15 are metal (stainless) tubes (6.35 mmφ).
【００１５】また、図２に於いて、１６ａ，１６ｂは内
壁面を電解等により研摩したステンレス管（ＳＵＳ３１
６Ｌ、外径６.３５ｍｍφ、肉厚１ｍｍ）、１７はタン
グステン電極棒（１.０ｍｍφ、先端角度α＝１５°、
電極と開先き間の距離Ｌ＝０.８ｍｍ）、１８はアーク
ガス（アルゴン、流量８Ｌ／ｍｉｎ）、１９はバックシ
ールドガス（アルゴン、流量６Ｌ／ｍｉｎ）、２０ａ，
２０ｂは管継手Ｏリング型シール継手、２１は開先き、
２２はバックシールドガス排出制限手段である。前記自
動ＴＩＧ溶接装置６には図４及び図５の場合と同様のア
ストロアーク型自動溶接機（アストロアーク社製ＣＡ１
５０Ｐ）と、アークマシン型自動溶接機（アークマシン
社製１０７−４Ａ）の二種類の自動ＴＩＧ溶接装置が使
用されている。尚、自動溶接機は、電極棒１７が管路１
６ａ，１６ｂの周囲を７.９ｓｅｃ／回転の速度で回転
し、電極が２.５回転することにより溶接部２１の溶接
が完了する。アークマシン型自動溶接機の場合は、溶接
電流Ｉが４段階に亘って調整自在となっている。同様
に、アストロアーク型自動溶接機の場合は電極棒１７の
回転速度が連続調整が可能である。In FIG. 2, reference numerals 16a and 16b denote stainless steel tubes (SUS31) whose inner wall surfaces are polished by electrolysis or the like.
6L, outer diameter 6.35mmφ, wall thickness 1mm), 17 is a tungsten electrode rod (1.0mmφ, tip angle α = 15 °,
The distance L between the electrode and the groove is 0.8 mm, 18 is an arc gas (argon, flow rate 8 L / min), 19 is a back shield gas (argon, flow rate 6 L / min), 20 a,
20b is a pipe joint O-ring type seal joint, 21 is a bevel,
Reference numeral 22 denotes a back shield gas discharge restricting means. The automatic TIG welding apparatus 6 has an astro-arc type automatic welding machine (CA1 manufactured by Astro-Arc Co., Ltd.) similar to that shown in FIGS.
50P) and an arc machine type automatic welding machine (107-4A manufactured by Arc Machine Co., Ltd.). In the automatic welding machine, the electrode rod 17 is connected to the pipe 1
The periphery of 6a and 16b is rotated at a speed of 7.9 sec / rotation, and the welding of the welded portion 21 is completed by the electrode rotating by 2.5 rotations. In the case of an arc machine type automatic welding machine, the welding current I can be adjusted in four stages. Similarly, in the case of an astro-arc type automatic welding machine, the rotation speed of the electrode rod 17 can be continuously adjusted.
【００１６】前記自動ＴＩＧ溶接装置６へ供給されるア
ークガス１８と管路１６ａ，１６ｂの内方へ供給される
バックシールドガス１９は、何れも自動ＴＩＧ溶接装置
６に付設したフィルタ（図示省略）とメタル型フィルタ
５によって清浄化され、両ガス１８，１９内のバックグ
ラウンドに相当するパーティクル数はほぼ零になってい
る。また、前記管路１６ａ，１６ｂの開先（溶接部）２
１の形状は、前記図４の場合と同一の形状に形成されて
いる。The arc gas 18 supplied to the automatic TIG welding device 6 and the back shield gas 19 supplied to the inside of the conduits 16a and 16b are both supplied to a filter (not shown) provided in the automatic TIG welding device 6. The number of particles corresponding to the background in the two gases 18 and 19 after being cleaned by the metal filter 5 is almost zero. In addition, the groove (weld) 2 of the conduits 16a, 16b
The shape 1 is formed in the same shape as the case of FIG.
【００１７】前記バックシールドガス排出制限手段２２
は図２に示す如く、ガス導出管１１とステンレス管１６
ｂとの接続部近傍に介挿されており、本実施例では電解
研摩を施したステンレス鋼板製オリフィスが使用されて
いる。尚、バルブ等をバックシールドガス排出制限手段
として利用することも可能である。The back shield gas discharge restricting means 22
Is a gas outlet pipe 11 and a stainless steel pipe 16 as shown in FIG.
In this embodiment, an orifice made of electrolytically polished stainless steel plate is used. It should be noted that a valve or the like can be used as a back shield gas discharge restricting means.
【００１８】前記レーザーパルスカウンタ１３には、図
４及び図５の場合と同様の定格吸引流量２８.３Ｌ／ｍ
ｉｎのカウンタ（日立電子株式会社製ＴＳ−３７００
型）が使用されている。但し、本実施例に於いては、図
２及び図３に示す如く、減圧弁７、流量調整弁８及びフ
ィルタ９を通して外管１０内へ窒素ガスを５０Ｌ／ｍｉ
ｎの流量で放出し、レーザパルスカウンタ１３が定格流
量（２８.３Ｌ／ｍｉｎ）のガスをガス導入管１２を通
して吸入できるように工夫している。尚、本実施例に於
けるパーティクルの測定法方は、前記図５に示した測定
方法と若干異なっているが、本実施例に於ける測定方法
の方が、より高精度でパーティクルを測定できることは
勿論である。The laser pulse counter 13 has the same rated suction flow rate of 28.3 L / m as in FIGS.
in counter (TS-3700 manufactured by Hitachi Electronics Co., Ltd.)
Type) is used. However, in this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, 50 L / mi of nitrogen gas is introduced into the outer pipe 10 through the pressure reducing valve 7, the flow rate adjusting valve 8 and the filter 9.
The laser pulse counter 13 emits gas at a rated flow rate (28.3 L / min) through the gas introduction pipe 12 so that the gas is sucked through the gas introduction pipe 12. Although the method of measuring particles in this embodiment is slightly different from the measurement method shown in FIG. 5, the measurement method in this embodiment can measure particles with higher accuracy. Of course.
【００１９】次に、ステンレス管１６ａ，１６ｂの溶接
について説明する。溶接の方法は、前記図４の場合と基
本的に同一であり、ステンレス管１６ａ，１６ｂをカッ
ターで切断し、４０Ｌ／ｍｉｎのＮ2パージ下で端面加
工を行い、最後に７〜９.５ｋｇ／ｃｍ2のＮ2でステン
レス管１６ａ，１６ｂを２秒間パージする。その後、ス
テンレス管１６ａ，１６ｂを自動ＴＩＧ溶接装置６のヘ
ッド部へセットし、アーク距離調整及び開先合わせを行
う。また、バックシールドガス１９をステンレス管１６
ａ，１６ｂのセット直後から圧力１００ｍｍＨ2Ｏ、流
量６Ｌ／ｍｉｎで連続的に放出する。尚、前記開先合わ
せは、バックシールドガス１９の漏れを少なくすると云
う点からも、両者の軸心を揃えて正確に行う必要があ
る。また、開先きの形成は、カッタで切断したあと通常
の端面加工機を用いて行っても、或いは旋盤加工等によ
って形成してもよい。後述するように、パーティクルの
発生数と云う点では、開先きの形成方法による差異は殆
んどない。次に、自動溶接装置６へアークガス１８を吸
入すると共に、溶接スタート（溶接電源ｏｎ）から２０
秒間アークガス１８を８Ｌ／ｍｉｎの流量でフリーパー
ジさせ、その後アークをスタート（アークｏｎ）させ
る。前記アークがスタートすると、アークスタートから
２秒後に電極の回転を開始させ、７.９秒／１回転の速
度で約２.５回転したあと、アークをストップし、引き
続き約２０秒間アークガス１８のポストパージ（流量８
Ｌ／ｍｉｎ）を行うことにより、溶接を完了する。Next, the welding of the stainless steel tubes 16a and 16b will be described. The method of welding is basically the same as in FIG. 4, a stainless tube 16a, 16b is cut with a cutter performs end face machining with N 2 purge of a 40L / min, finally 7~9.5kg The stainless steel tubes 16a and 16b are purged with N 2 / cm 2 for 2 seconds. Thereafter, the stainless steel tubes 16a and 16b are set on the head of the automatic TIG welding device 6, and arc distance adjustment and groove alignment are performed. Further, the back shield gas 19 is supplied to the stainless steel pipe 16.
Immediately after the setting of a and 16b, the liquid is continuously discharged at a pressure of 100 mmH 2 O and a flow rate of 6 L / min. In addition, the groove alignment needs to be performed accurately with the axes of both of them being aligned from the viewpoint that leakage of the back shield gas 19 is reduced. Further, the groove may be formed by cutting with a cutter and then using a normal end face processing machine, or may be formed by lathing or the like. As will be described later, there is almost no difference in terms of the number of generated particles depending on the groove forming method. Next, the arc gas 18 is sucked into the automatic welding apparatus 6 and the welding is started (weld power is turned on).
The arc gas 18 is purged free at a flow rate of 8 L / min for 2 seconds, and then the arc is started (arc on). When the arc is started, the rotation of the electrode is started two seconds after the start of the arc, the arc is stopped at a speed of 7.9 seconds / 1 rotation for about 2.5 rotations, the arc is stopped, and the post of the arc gas 18 is continued for about 20 seconds. Purge (flow 8
L / min) to complete the welding.
【００２０】一方、溶接工程中ステンレス管１６ａ，１
６ｂの内方へはバックシールドガス１９を流量６Ｌ／ｍ
ｉｎで連続供給し、オリフィス２１の通孔寸法を調整す
ることによりステンレス管１６ａ，１６ｂの内部圧力を
約２０〜１２０ｍｍＨ2Ｏに保持するようにする。尚、
バックシールドガス１９の流量を増したり、或いはオリ
フィスによる流量抵抗を増して溶接部の内圧を１２０ｍ
ｍＨ2Ｏ以上にすると、溶接時に開先き２１の隙間が変
動し溶接ビードに凹突が生ずると共に、パーティクル数
が逆に増加する。また、前記溶接部の内圧を約２０ｍｍ
以下にすると、パーティクルの減少効果が不十分とな
り、パーティクルの検出値が増大する。即ち、本実施例
の場合では、バックシールドガスの流量は少なくとも５
Ｌ／ｍｉｎ（管路の単位断面積ｍｍ2当たり約０.３５Ｌ
／ｍｉｎ）を必要とし、バックシールドガスの流量が約
５Ｌ／ｍｉｎ以下になると、発塵量が急増することが判
明している。更に、オリフィス２２を設けない場合に
は、ステンレス管１６ａ，１６ｂの内圧は数ｍｍＨ2Ｏ
程度となる。On the other hand, during the welding process, the stainless steel tubes 16a, 1
The back shield gas 19 is flowed into the inside of 6b at a flow rate of 6 L / m.
In, the internal pressure of the stainless steel tubes 16a and 16b is maintained at about 20 to 120 mmH 2 O by adjusting the through hole size of the orifice 21. still,
Increase the flow rate of the back shield gas 19 or increase the flow resistance by the orifice to increase the internal pressure of the weld to 120 m
If it is not less than mH 2 O, the gap of the groove 21 fluctuates during welding, so that a concave protrusion is generated in the weld bead and the number of particles increases. In addition, the internal pressure of the welded portion is about 20 mm
In the following, the effect of reducing particles becomes insufficient, and the detected value of particles increases. That is, in the case of this embodiment, the flow rate of the back shield gas is at least 5
L / min (approximately unit area mm 2 per line 0.35L
/ Min), and when the flow rate of the back shield gas is about 5 L / min or less, the amount of dust generation has been found to increase rapidly. Further, when the orifice 22 is not provided, the internal pressure of the stainless steel tubes 16a and 16b is several mmH 2 O.
About.
【００２１】レーザパーティクルカウンタ１３による溶
接部からの発塵パーティクルの測定は、溶接スタート５
分前（自動ＴＩＧ溶接装置６へアークガス１８を吸入
し、バックシールドガスを連続供給している状態）から
始め、溶接完了から５分経過するまでパーティクルを連
続的に測定する。更に、カウンタの測定出力から溶接工
程中の測定出力に該当する出力領域を特定し（溶接スタ
ートから溶接終了までの出力領域）、その間に計数した
パーティクル数を演算する。The measurement of particles generated from the welded portion by the laser particle counter 13 is performed at the welding start 5.
One minute before (in a state in which the arc gas 18 is sucked into the automatic TIG welding device 6 and the back shield gas is continuously supplied), the particles are continuously measured until 5 minutes have passed since the completion of welding. Further, an output area corresponding to the measurement output during the welding process is specified from the measurement output of the counter (output area from the start of welding to the end of welding), and the number of particles counted during that period is calculated.
【００２２】表１は、本発明により溶接した場合の溶接
部からの発塵状態を示す測定値である。この表１に於け
る試験ＮＯ１，ＮＯ２，ＮＯ３と表２に於ける試験ＮＯ
４，ＮＯ５，ＮＯ６とは溶接条件が全く同一であるが、
本件発明による溶接方法によれば、溶接部から発生する
パーティクルの数が大幅に少なくなることが判る。同様
に、本件発明の溶接方法によれば、溶接部の内面側が従
前の溶接の場合に比較して著しく平滑となり、ガスのた
まりが減少して管路のガス置換特性が大幅に向上する。Table 1 shows measured values indicating the state of dust generation from the welded portion when welding is performed according to the present invention. Test NO1, NO2, NO3 in Table 1 and Test NO in Table 2
4, NO5 and NO6 have exactly the same welding conditions,
According to the welding method according to the present invention, it can be seen that the number of particles generated from the welded portion is significantly reduced. Similarly, according to the welding method of the present invention, the inner surface side of the welded portion is significantly smoother than in the case of the conventional welding, the gas accumulation is reduced, and the gas replacement characteristics of the pipeline are greatly improved.
【００２３】また、本実施例では、ステンレス管１６
ａ，１６ｂの突き合わせ溶接の場合のみを記述している
が、本件発明に係る溶接方法を他の開先き形状の場合、
例えばリップ付継手を使用した場合やチューブ型継手を
使用した場合に適用しても、発生するパーティクルが表
１の場合と同様に大幅に減少することが確認されてい
る。尚、前記実施例ではオリフィス２２をバックシール
ドガス排出制限手段として利用し、これによってパイプ
内圧を上昇するようにしているが、バックシールドガス
排出制限手段を使用せずにバックシールドガスの供給量
を増し、パイプ内圧を所定値に保持するようにしても、
前者と同等のパーティクル低減を達成できることが確認
されている。In this embodiment, the stainless steel tube 16
Although only the case of butt welding of a and 16b is described, the welding method according to the present invention is applied to other grooved shapes.
For example, it has been confirmed that even when the present invention is applied to a case where a joint with a lip is used or a case where a tube type joint is used, particles generated are greatly reduced as in the case of Table 1. In the above embodiment, the orifice 22 is used as a back shield gas discharge restricting means to increase the internal pressure of the pipe. However, the supply amount of the back shield gas is reduced without using the back shield gas discharge restricting means. Even if the internal pressure of the pipe is maintained at a predetermined value,
It has been confirmed that particle reduction equivalent to the former can be achieved.
【発明の効果】本件発明では、一方のステンレス管の内
方にバックシールドガス排出制限手段を設けると共に、
他方のステンレス管の先端側より内方へ向けてバックシ
ールドガスを放出するか、若しくは前記排出制限手段の
使用を排してバックシールドガスの供給量を増すことに
より、接続すべき両ステンレス管の内圧を上昇せしめた
状態で両者の開先き部をアークガスを放出しつつアーク
溶接するようにしている。その結果、溶接時に溶接部か
ら放出された発塵等がステンレス管内へ侵入し難くな
り、溶接部下流側へのパーティクルの排出が大幅に減少
して溶接による管内汚損をほぼ完全に防止することがで
きる。また、溶接部の内圧を高めることにより、溶接部
の内面が平滑な面となり、凹突が大幅に減少する。その
結果、管路のガス置換性等が大幅に向上し、半導体等の
品質の向上を図り得る。更に、従前の特殊な構造の嵌合
型継手を使用する場合に比較して接続部の機械的強度や
耐漏洩性に優れ、配管系の保守管理が容易となる。According to the present invention, the back shield gas discharge restricting means is provided inside one of the stainless steel tubes,
Either discharging the back shield gas inward from the tip side of the other stainless steel pipe or increasing the supply amount of the back shield gas by omitting the use of the discharge restricting means, the two stainless steel pipes to be connected are connected. With the internal pressure raised, arc welding is performed on both groove portions while discharging arc gas. As a result, dust and the like emitted from the weld during welding are less likely to enter the stainless steel pipe, and the emission of particles to the downstream of the weld is significantly reduced, making it possible to almost completely prevent pipe contamination due to welding. it can. Further, by increasing the internal pressure of the welded portion, the inner surface of the welded portion becomes a smooth surface, and the number of concave protrusions is greatly reduced. As a result, the gas replacement property of the pipeline is greatly improved, and the quality of semiconductors and the like can be improved. Furthermore, compared to the case where a conventional fitting type joint having a special structure is used, the mechanical strength and leakage resistance of the connection portion are excellent, and the maintenance of the piping system is facilitated.
【図１】本発明による溶接方法並びに溶接部から発生し
たパーティクルの測定方法の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a welding method according to the present invention and a method of measuring particles generated from a weld.
【図２】図１のＡ部の拡大詳細図である。FIG. 2 is an enlarged detailed view of a portion A in FIG. 1;
【図３】図１のＢ部の拡大詳細図である。FIG. 3 is an enlarged detailed view of a portion B in FIG. 1;
【図４】突き合わせ溶接をするステンレス管の開先きの
形状を示すものである。FIG. 4 shows a shape of a groove of a stainless pipe to be butt-welded.
【図５】従来の溶接方法による溶接部から発生したパー
ティクルの測定方法の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a method for measuring particles generated from a welded portion by a conventional welding method.
１は液化アルゴンガス容器、２はアルミ製蒸発器、３は
マニホールド減圧弁、４は流量計、５はメタル型フィル
ター、６はＴＩＧ自動溶接装置、７は減圧弁、８は流量
調整弁、９はフィルタ、１０は外管、１１はガス導出
管、１２はガス導入管、１３はレーザパーティクルカウ
ンタ、１４はフレキシブルチューブ、１５はテフロンチ
ューブ、１６ａ，１６ｂはステンレス管、１７はタング
ステン電極棒、１８はアークガス、１９はバックシール
ドガス、２０ａ，２０ｂは管継手、２１は開先き（溶接
部）、２２はバックシールドガス排出制限手段。1 is a liquefied argon gas container, 2 is an aluminum evaporator, 3 is a manifold pressure reducing valve, 4 is a flow meter, 5 is a metal type filter, 6 is a TIG automatic welding device, 7 is a pressure reducing valve, 8 is a flow control valve, 9 Is a filter, 10 is an outer tube, 11 is a gas outlet tube, 12 is a gas inlet tube, 13 is a laser particle counter, 14 is a flexible tube, 15 is a Teflon tube, 16a and 16b are stainless steel tubes, 17 is a tungsten electrode rod, 18 Is an arc gas, 19 is a back shield gas, 20a and 20b are pipe joints, 21 is a groove (welded portion), and 22 is a back shield gas discharge restricting means.
【表１】 [Table 1]
フロントページの続き (72)発明者 守谷 修司 東京都新宿区西新宿２丁目３番１号 東 京エレクトロン株式会社内 (72)発明者 池田 信一 大阪市西区立売堀２丁目３番２号 株式 会社 フジキン内 (72)発明者 森本 明弘 大阪市西区立売堀２丁目３番２号 株式 会社 フジキン内 (72)発明者 諸士 裕司 大阪市西区立売堀２丁目３番２号 株式 会社 フジキン内 (56)参考文献 特開 平１−157830（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−52775（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−23847（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−59181（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−351286（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−148494（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−148490（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 9/035 B23K 9/00 F16L 13/02 F17D 1/02 Continued on the front page (72) Inventor Shuji Moriya 2-3-1 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Inside Tokyo Electron Limited (72) Inventor Shinichi Ikeda 2-3-2 Tanibori, Nishi-ku, Osaka Fujikin Co., Ltd. (72) Inventor Akihiro Morimoto 2-3-2, Noribori, Nishi-ku, Osaka-shi Fujikin Co., Ltd. (72) Inventor Yuji Morishi, 2-3-2, Noribori, Nishi-ku, Osaka Fujikinnai (56) References Special JP-A-1-157830 (JP, A) JP-A-3-52775 (JP, A) JP-A-5-23847 (JP, A) JP-A-4-59181 (JP, A) JP-A-4-351286 ( JP, A) JP-A-1-148494 (JP, A) JP-A-56-148490 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B23K 9/035 B23K 9/00 F16L 13/02 F17D 1/02
Claims (2)
志を対向させ、一方のステンレス管にバックシールドガ
スの排出制限手段を設けると共に、他方のステンレス管
に流量制御手段を設けて先端側より内方へ向けてバック
シールドガスを放出し、溶接すべき両ステンレス管の内
圧を上昇せしめた状態で両者の開先き部をアークガスを
放出しつつアーク溶接するステンレス管同志の溶接に於
いて、溶接すべき両ステンレス管の内圧を２０−１２０
ｍｍＨ2 Ｏに保持すると共に、アークガス及びバックシ
ールドガスをアルゴンガスとしてパーティクルのステン
レス管内への侵入を防止するようにしたことを特徴とす
る超高純度ガス供給系配管の溶接方法。1. A stainless steel pipe having an outer diameter of 12.7 mm or less is opposed to each other, and one of the stainless steel pipes is provided with a discharge limiting means for the back shield gas, and the other stainless steel pipe is provided with a flow rate control means so that the inside of the stainless steel pipe is provided from the front end side. In the welding of stainless steel pipes, arc welding is performed while discharging the back shield gas toward the other side and discharging the arc gas while emitting the arc gas at the opening of both stainless steel pipes while increasing the internal pressure of both stainless steel pipes to be welded. The internal pressure of both stainless steel tubes to be
It holds in mmH 2 O, the arc gas and back shielding gas ultrapure welding method for a gas supply system pipe, characterized in that so as to prevent the entry into the stainless tube of particles as argon gas.
志を対向させ、一方のステンレス管にバックシールドガ
スの排出制限手段を設けると共に、他方のステンレス管
に流量制御手段を設けて先端側より内方へ向けてバック
シールドガスを放出し、溶接すべき両ステンレス管の内
圧を上昇せしめた状態で両者の開先き部をアークガスを
放出しつつアーク溶接するステンレス管同志の溶接に於
いて、前記放出するバックシールドガスの流量をステン
レス管の単位断面積（ｍｍ2 ）当たり０．３５Ｌ／ｍｉ
ｎ以上とすると共に、アークガス及びバックシールドガ
スをアルゴンガスとしてパーティクルのステンレス管内
への侵入を防止するようにしたことを特徴とする超高純
度ガス供給系配管の溶接方法。2. A stainless steel pipe having an outer diameter of 12.7 mm or less is opposed to each other, and one of the stainless steel pipes is provided with a means for restricting discharge of a back shield gas, and the other stainless steel pipe is provided with a flow rate control means so that the inside of the stainless steel pipe is provided from the front end side. In the welding of stainless steel pipes, arc welding is performed while emitting the arc gas while emitting the arc gas in the state where the inner pressure of both stainless steel pipes to be welded is increased while the inner pressure of both stainless steel pipes to be welded is increased. The flow rate of the released back shield gas is set to 0.35 L / mi per unit sectional area (mm 2 ) of the stainless steel tube.
A method for welding ultra-high-purity gas supply piping, characterized in that arc gas and back shield gas are argon gas to prevent particles from entering the stainless steel pipe.
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|---|---|---|---|
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