WO1986007553A1 - Procede industriel pour la fabrication d'epurateurs destines a l'elaboration de gaz de haute purete - Google Patents

Procede industriel pour la fabrication d'epurateurs destines a l'elaboration de gaz de haute purete Download PDF

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WO1986007553A1
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purifying
fitting
purifying material
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Alain Le Levier
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Societe Française D'analyseurs Et D'epurateurs
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0046—Welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K10/00—Welding or cutting by means of a plasma
    • B23K10/02—Plasma welding

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing envelopes intended to contain products.
  • gas purifiers which have two essential characteristics: absence of pollution of the gas passing through it by the atmosphere external to the purifier by eliminating the sealing processes composed of synthetic elements and conservation of the "" characteristics of the purifying product at the time of manufacture of the envelope, by the absence of a gaseous atmosphere around the envelope and the purifying product at the time of welding, that is to say at the time of melting of the metal.
  • the solution for making an assembly between the fittings and the casing of the purifier which does not have a joint is to weld these fittings at the ends of the casing.
  • the method of manufacturing gas purifiers according to the invention makes it possible to remedy this drawback by using the method of welding by electron bombardment, electron beam, laser welding or any other similar method working under a high vacuum in order to 'Avoid any contamination of the purifying products by the atmosphere outside the purifying product.
  • the implementation of these welding techniques involves special preparation of the parts to be assembled (fittings and casing). Indeed, these welding methods do not use filler metals and perform autogenous vacuum welding.
  • the purifier consists of a cylindrical envelope and two fittings welded at its ends.
  • the enclosure and fittings are metallic.
  • the diameters of the casing and the fittings to be welded must be identical.
  • FIG. 1 represents the plan of a gas purifier manufactured according to the method described in the present invention.
  • Figure 2 shows. the detail of one end of the purifier • manufactured according to the process described in the present invention and shows in particular the particularities of the parts welded by electronic bombardment (or any other similar process).
  • the gas purifier shown in FIG. 1 comprises a stainless steel envelope (1) having an outside diameter of the order of 15 mm and a length of around 250 mm. At the ends of this cylindrical casing are welded stainless steel fittings (2) also closed by solid plugs (3) screwed onto the fittings.
  • the detail of the end of the purifier represented in FIG. 2 makes it possible to distinguish the shoulder (7) machined inside the envelope (1) which constitutes a housing for the filter (5).
  • One way to make the gas purifier shown in Figure 1 is as follows. From a 15 mm diameter stainless steel tube, a length of 250 mm is cut corresponding to the length of the envelope (1). Particular care must be taken to keep the cuts clean and the tube clean (especially degreasing). A recess is then made at each end of the envelope and one of the two sintered stainless steel filters (5) is put in place.
  • This manufacturing process is particularly interesting for the production of high purity gas purifiers, compatible with the most recent techniques in the use of pure gases, in the electronics field, development of non-ferrous metal alloys such as 'aluminum, lithium, or use with particularly aggressive or toxic gases, HCL, NH3, phosporic acid, silane, arsine, diborane, etc ... This list is not exhaustive.

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Abstract

Procédé de fabrication permettant de réaliser des enveloppes métalliques destinés à contenir des produits permettant l'élaboration d'épurateurs de gaz. Ce procédé implique une préparation d'usinages particuliers sur les extrémités de l'enveloppe métallique (1) et raccords à souder (2), l'utilisation de filtres (5) en métal fritté pour maintenir la matière épurante (6) à l'intérieur de l'enveloppe métallique (1), et un procédé de soudure sous vide évitant tout contact de la matière épurante avec une atmosphère gazeuse pouvant détériorer ce produit qui, par définition, est toujours très réactif vis à vis des gaz. Le procédé selon l'invention est particulièrement destiné à la fabrication d'épurateurs de gaz de haute pureté utilisés dans les laboratoires d'analyses et dans les industries telles que l'industrie électronique, la métallurgie, la chimie, la pétrochimie, l'industrie pharmaceutique et des industries semblables.

Description

à l'élaboration de gaz de haute pureté
La présente invention -se rapporte à un procédé de fabrication d'enveloppes destinées à contenir des produits. pour l'élaboration d'épurateurs de gaz qui ont deux caractéristiques essentielles : absence de pollution du gaz le traversant par l'atmosphère extérieure à l'épurateur en éliminant les procédés d'étanchéité composés d'éléments synthétiques et conservation des caractéristiques" " du produit épurant au moment de la fabrication de l'enveloppe, par l'absence d'atmosphère gazeuse autour de l'enveloppe et du produit épurant au moment de la soudure, c'est à dire au moment de la fusion du métal .
La plupart des fabricants d'épurateurs de gaz utilisent des enve¬ loppes destinées à contenir les produits épurants qui possèdent des joints (caoutchouc, matières plastiques, élastomères , teflon, etc..) Ce mode d'assemblage des raccords à l'enveloppe ne permet pas d'obtenir un matériel absolument étanche à la pollution extérieure (par exemple 02, N2 , H20 , de l'air, etc..) De plus les joints peuvent être eux-mêmes une source de pollution du gaz. phénomène de dégazage, et ne permettent pas de chauffer l 'épura-teur à haute température.
La solution pour réaliser un assemblage entre les raccords et l'enveloppe de l'épurateur qui ne comporte pas de joint est de souder ces raccords aux extrémités de l'enveloppe.
Si les procédés de soudage traditionnels de pièces métalliques permettent de réaliser un assemblage étanche, ils présentent l'inconvé¬ nient de provoquer un échauffement important de l'enveloppe de l'épura- teur et par conséquent de détériorer la matière épurante contenue dans l'enveloppe (absorption de l'atmosphère gazeuse sur le produit épurant au moment de la soudure et dégazage des produits déjà absorbés sur cette matière) .
Le procédé de fabrication des épurateurs de gaz selon l'invention permet de remédier à cet inconvénient en utilisant le procédé de sou¬ dage par bombardement électronique, faisceau d'électrons, soudage par laser ou tout autre procédé similaire travaillant sous un vide poussé afin d'éviter toute contamination des produits épurants par l'atmos¬ phère extérieure au produit épurant. La mise en oeuvre de ces techπi- ques de soudage implique une préparation spéciale des pièces à assembler (raccords et enveloppe). En effet ces procédés de soudage n'utilisent pas de métaux d'apport et réalisent un soudage autogène sous vide.
T Les soudures réalisées dans ces conditions sont saines. La fusion étant très localisée, les déformations de retrait sont très faibles et 1 'échauffe ent de l'enveloppe de l'épurateur est pratiquement négli¬ geable, dans ces conditions, la matière épurante contenue dans l'enve- loppe n'est pas détériorée, d'une part car échauffement est très lo¬ calisé et d'autre part il y a absence d'atmosphère autour de cette mati¬ ère de part la technique de soudure utilisée. De ce fait, un éventuel dégazage de la matière épurante ne viendra détériorer la qualité de la soudure, celle-ci étant réalisée sous vide contrairement au procédé traditionnel où la soudure présente de nombreuses boursouflures et un aspect noirci lié au dégazage et à l'oxydation par les gaz inclus dans les produits épurants (02,N2,H20, etc..)
Selon une forme de réalisation préférentielle, l'épurateur est constitué d'une enveloppe cylindrique et de deux raccords soudés à ses extrémités. L'enveloppe et les raccords sont métalliques. Les diamètres de l'enveloppe et des raccords à souder doivent être identiques. La figure 1 représente le plan d'un épurateur de gaz fabriqué suivant le procédé décrit dans la présente invention.
La figure 2 représente. le détail d'une extrémité de l'épurateur • fabriqué suivant le procédé décrit dans la présente invention et montre en particulier les particularités des pièces soudées par bombardement électronique (ou tout autre procédé similaire).
L'épurateur de gaz représenté sur la figure 1 comporte une enve¬ loppe (1) en acier inoxydable ayant un diamètre extérieur de l'ordre de 15 mm et une longueur d'environ 250 mm. Aux extrémités de cette enveloppe cylindrique sont soudés des raccords (2) en acier inoxydable également fermés par des bouchons pleins (3) vissés sur les raccords.
Le soudage du raccord sur l'enveloppe par bombardement électro¬ nique provoque la formation d'un joint (4) continu et étanche. Des filtres en acier inoxydable fritte (5) maintiennent la matière épurante (5) à l'intérieur de l'enveloppe.
Le détail de l'extrémité de l'épurateur représenté sur la figure 2 permet de distinguer l'épaulement (7) usiné à l'intérieur de l'enve¬ loppe (1) qui constitue un logement pour le filtre (5). Une façon de réaliser l'épurateur de gaz représenté sur la figure 1 est la suivante. A partir d'un tube inox de diamètre 15 mm, on tron¬ çonne une longueur de 250 mm correspondant à la longueur de l'enveloppe (1). Un soin tout particulier doit être apporté à la netteté des coupes et à la propreté du tube (dégraissage notamment). On réalise ensuite un embrèvement à chaque extrémité de l'enve¬ loppe et on met en place l'un des deux filtres en inox fritte (5).
Après remplissage avec la matière épurante correspondant à l'impu¬ reté qui doit être éliminée, on met .en place le deuxième filtre. Paral- lelement à cette fabrication, il faut préparer deux raccords inox à souder (2) sur lesquels on réalise d'une part, un usinage pour amener le diamètre extérieur exactement à la même côte que celle de l'envelop¬ pe (1) et d'autre part, un épaulement qui permette de faire un emman¬ chement en force du raccord à souder dans l'enveloppe de l'épurateur. Cet emmanchement permet de maintenir de façon suffisamment rigide les raccords et les frittes afin de transporter facilement l'épurateur au lieu de soudage sans risque de perdre de produit épurant.
On amenne au contact les bords de l'enveloppe et des raccords. L'assemblage ainsi réalisé est prêt à être soudé par bombardement élec- tronique. En effet, sans cette préparation la soudure sous vide ne serait pas possible.
Pour le soudage des pièces pas bombardement électronique, on in¬ troduit celles-ci dans une enceinte dans laquelle on peut réaliser un
_3 vide de l'ordre de 10 mm de Hg. Quand le vide est .fait, il est impor- tant d'attendre que la matière épurante (6) contenue dans l'enveloppe métallique (1) ait elle même totalement dégazé. En général, quelques minutes suffisent mais cela dépend de la taille de l'épurateur.
Si cette précaution n'était pas respectée,la matière épurante continuerait à dégazer durant les opérations de soudage et ce dégazage nuirait à la qualité du cordon de soudure en provoquant des boursouflu¬ res, cette opération est donc particulièrement importante dans notre procédé.
Ce procédé de fabrication est particulièrement intéressant pour la fabrication d'épurateurs de gaz de haute pureté, compatible avec les techniques les plus récentes dans l'utilisation des gaz purs, domaine de l'électronique, élaboration d'alliages de métaux non ferreux tels qu'alluminium, lithium, ou utilisation avec des gaz particulièrement agressifs ou toxiques, HCL, NH3, acide phosporique, silane, arsine, diborane, etc...Cette liste n'étant pas limitative.

Claims

REVENDICATIONS
1) Procédé permettant de fabriquer des enveloppes métalliques contenant des produits destinés à l'épuration des gaz qui réagissent fortement aux atmosphères gazeuses extérieures lors¬ qu'ils sont portés à -haute température, caractérisé en ce que les matériaux épurants sont portés à haute température dans un vide de l'ordre de 10-3 mm de Hg ou dans une atmosphère qui ne réagit pas avec ces matériaux.
2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les ex¬ trémités de l'enveloppe métallique sont pourvues de système de raccorde- ment eux-mêmes métalliques soudés sous vide.
3) Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le procédé de soudure utilise le bombardement électronique ou un plasma.
4) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'enveloppe contient une matière épurante.
5) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la matière épurante est maintenue dans l'enveloppe métallique au moyen de disques poreux perméables au gaz.
6) Procédé selon les revendications 1. 2 et 3 caractérisé en ce que des raccords à souder ont été usinés à la même côte que le diamètre extérieur de l'enveloppe métallique au niveau de la soudure.
7) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que 1 'embrèvement de l'extrémité de l'enveloppe . métallique et T'épaule ent de l'extrémité du raccord à souder sont réalisés de telle sorte que l'emmanchement du raccord dans l'enveloppe soit un emmanchement serré.
8) Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le procédé de soudure peut utiliser le froid.
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