Мідні труби

Вступ

Сучасні технології спираються на унікальне поєднання властивостей міді та мідних сплавів у вигляді труб і труб. Мідна труба широко використовується для транспортування питної води в будівлях і будинках. Мідні сплави вибираються для транспортування різноманітних рідин для нафтової, хімічної, переробної та морської промисловості. Друге за величиною застосування мідних труб – це системи кондиціонування повітря та охолодження; Найшвидше його використання в протипожежних спринклерних системах і системах розподілу паливного газу в житлових і офісних будівлях. Мідь використовується для водопровідних труб в основному через її стійкість до корозії, оброблюваність і високий рівень теплопередачі.

Основне застосування трубок для міді в транспортній промисловості для автомобільних і вантажних радіаторів, систем кондиціонування повітря та гідравлічних ліній. У морській службі труби і труби з міді та мідних сплавів використовуються для транспортування питної води, морської води та інших рідин, але основним застосуванням є пучки сплавних труб для конденсаторів і допоміжних теплообмінників. Промисловість харчових продуктів і напоїв також використовує мідь для транспортування технологічних рідин для пива, спиртних напоїв, рафінування тростинного цукру та інших операцій з переробки харчових продуктів.

Виробничий процес

До середини 1960-х років труби з міді та мідних сплавів вироблялися виключно шляхом екструзії або проколювання трубних заготовок для подальшого витягування. Екструзія включає нагрівання заготовки вище температури рекристалізації, а потім проштовхування металу через отвір у матриці і через оправку. Зазор між оправкою і матрицею визначає товщину стінки екструдованої трубної оболонки. Тиск екструзії залежить від складу сплаву, мастила та конструкції матриці, при цьому мідно-нікелеві сплави вимагають дуже високого тиску.

При ротаційній прошивці один кінець нагрітої циліндричної заготовки подається між обертовими робочими валками, які лежать в горизонтальній площині. Валки нахилені під кутом до осей заготовки і виводяться вперед до пробивної пробки, яка утримується в положенні між робочими валками.

Екструдовані або пробиті трубні оболонки потім холодно витягують до менших розмірів, в основному на волочильних станках для міді. У будь-якому типі машини метал піддається холодній обробці, витягуючи трубку через матрицю, яка зменшує діаметр. Одночасно зменшується товщина стінки шляхом натягування заглушки або оправки, які можуть бути як нерухомими, так і плаваючими.

Труби можуть бути відпалені на будь-якій проміжній стадії. У середині 1960-х років зварні мідні труби, виготовлені із смуги без використання присадочного металу, стали комерційними. Незабаром за цим послідували ковальсько-зварені теплообмінні труби розмірами до 3-1/8 дюйма (7,94 см).

Існують численні специфікації труб із використанням звичайних одиниць вимірювання в США та/або супутніх жорстких метричних специфікацій. Останні були розроблені, щоб задовольнити прогнозовані потреби ASME щодо котлів і посудин під тиском.

Розміри мідних труб

У Європі поширені товщини стінок, визначені EN стандартом 1057.

У сантехніці розмір мідної труби вимірюється її зовнішнім діаметром в міліметрах. Поширені розміри 15 мм і 22 мм. Інші розміри включають зовнішні діаметри 18 мм, 28 мм, 35 ​​мм, 42 мм, 54 мм, 66,7 мм, 76,1 мм і 108 мм.

Номінальний тиск і допустимі напруження

Допустимий внутрішній тиск для будь-якої мідної труби в експлуатації базується на формулі Барлоу для тонкостінних порожнистих циліндрів, що використовується в ASME B31 Кодексі для напірних трубопроводів.
Формула Барлоу для тонкостінних порожнистих циліндрів:

де P = допустимий тиск
S = допустимий стрес
tm = товщина стінки
D = зовнішній діаметр

Значення S є допустимою розрахунковою міцністю для безперервної тривалої експлуатації труби, як визначено ASME для котлів і посудин під тиском.

Допустимі напруження становлять лише малу частку від граничної міцності міді на розрив або розрив. При проектуванні системи також слід враховувати типи з’єднань, оскільки нижчий з двох типів (трубний або з’єднувальний) регулюватиме установку. Номінальна міцність з’єднання в системах паяних труб часто є основою проектування. Однак у паяних системах слід використовувати показники відпалу, оскільки пайка може відпалити трубку поблизу з’єднань.

Механічні характеристики мідних труб згідно EN 1057-2006

З’єднання

Пайка

о під пайку гладкі і легко надіваються на кінець секції трубки. Потім з’єднання нагрівають за допомогою пальника, а припій розплавляють у з’єднанні. Коли припій остигає, він утворює дуже міцне з’єднання, яке може тривати десятиліттями. Жорстка мідь, з’єднана припоєм, є найпопулярнішим вибором для ліній водопостачання, кондиціонування та опалення в сучасних будівлях. У ситуаціях, коли потрібно виконати багато з’єднань одночасно (наприклад, сантехніка нової будівлі), пайка є швидшою дешевшою, ніж компресійні або розвальцьові фітинги. Матеріал для заповнення швів має температуру плавлення нижче 427°C.

Пайка — це процес з’єднання металів, при якому два або більше металевих предмета з’єднуються разом шляхом плавлення та введення присадочного металу в з’єднання, при цьому присадковий метал має нижчу температуру плавлення, ніж сусідній метал.

Пайка відрізняється від зварювання тим, що вона не передбачає розплавлення заготовок, а також паяння з використанням більш високих температур для подібного процесу. Зварка також вимагає набагато більш щільно прилеглих деталей, ніж при пайці. Присадковий метал потрапляє в зазор між щільно прилягаючими деталями під дією капілярної сили. Присадковий метал доводиться до трохи вище температури його плавлення. При цьому він захищений відповідною атмосферою, як правило, флюсом . Потім він тече через основний метал (змочування ), а далі охолоджується, щоб з’єднати заготовки разом. Основною перевагою пайки є можливість з’єднання однакових або різних металів із значною міцністю. Матеріал для заповнення швів має температуру плавлення вище 427°C.

Зварювання

При виготовленні зварних конструкцій з міді, використовуються різні види зварювання – без захисного газу покритими електродами, із захисними газами електродами, що не плавляться і плавляться (дротом), під флюсом та ін. Найбільш поширені два види: ручне дугове зварювання металевими покритими електродами та зварювання вольфрамовими в захисних газах.

Компресійні з’єднання

У компресійних фітингах використовується м’яке металеве або термопластичне кільце (компресійне кільце, «оливка» або «ферула»), яке притискається до труби та у фітинг за допомогою компресійної гайки. М’який метал прилягає до поверхні трубки та фітинга і створює ущільнення. Компресійні з’єднання, як правило, не мають такого тривалого терміну служби, який пропонують паяні з’єднання, але в багатьох випадках є перевагами, оскільки їх легко зробити за допомогою основних інструментів. Недоліком компресійних з’єднань є те, що вони виготовляються довше і іноді з часом вимагають повторного затягування, щоб зупинити витік.

Вальцювання

Розвальцьові з’єднання вимагають, щоб кінець секції труби був розгорнутий назовні у формі розтруба за допомогою розвальцьового інструменту . Потім розвальцьова гайка стискає цей дзвоноподібний кінець на штуцер. Розвальцьові з’єднання є трудомістким методом виготовлення з’єднань, але є досить надійними протягом багатьох років.

Запресовка

Запресовані з’єднання виконуються при використанні спеціальних мідних фітингів, які постійно прикріплені до жорстких мідних трубок за допомогою обтискного пристрою з електроприводом. Спеціальні фітинги, виготовлені з герметиком уже всередині. Тисячі фунтів сили на квадратний дюйм тиску використовуються для деформації фітинга та притиснення герметика до внутрішньої мідної трубки, створюючи водонепроникне ущільнення.

Переваги цього методу полягають у тому, що він повинен прослужити стільки ж, скільки і трубка, він займає менше часу, ніж інші методи, він чистіший як за зовнішнім виглядом, так і за матеріалами, які використовуються для з’єднання. Під час з’єднання не використовується відкритий вогонь.Недоліки полягають у тому, що використовувані фітинги важче знайти і вони коштують значно дорожче, ніж фітинги під пайку.

Фітинги

Фітинги для мідної трубки (водовідвідні та дренажні) виготовляються за відповідними стандартами. Напірні фітинги з кованої та литої міді та мідних сплавів доступні у всіх стандартних розмірах труб до 10 дюймів, а також у широкому асортименті, щоб задовольнити потреби в системах водопроводу, опалення, кондиціонування повітря та протипожежних спринклерних систем.

Припої та флюси

Паяні з’єднання залежать від капілярної дії, яка втягує розплавлений припій, що вільно тече, в зазор між фітингом і трубкою. Капілярна дія найбільш ефективна, коли зазор між поверхнями, що з’єднуються, становить від 0,002 до 0,005 дюйма. Щоб забезпечити задовільні з’єднання, зрізані кінці трубки повинні бути очищені від задирок з наступним механічним стиранням для видалення будь-якої поверхневої плівки або ґрунту перед нанесенням матеріалу. флюс.

Флюси, що використовуються для пайки мідних труб і фітингів, повинні відповідати вимогам пастоподібних флюсів для паяння труб. Специфікації для металу припою, включають 50-50 олова-свинець, 95-5 олова-сурми та різноманітні сплави без свинцю, приблизно 95% олова в поєднанні з міддю, нікелем, срібло, цинк, сурма, вісмут або селен.

Для систем питної води дозволені лише безсвинцеві припої.

Корозія

Мідні водопровідні трубки чутливі до точкової корозії через забруднення внутрішньої частини труби, як правило, флюсом для пайки. Ерозійна корозія, викликана високою швидкістю або турбулентним потоком. Корозії паразитного струму, викликаютьсяї поганою технікою електропроводки, наприклад, неправильним заземленням і з’єднанням.

Якщо мідні труби неправильно заземлені або з’єднані можуть виникнути витоки з точковим отвором на зовнішній поверхні труби. Технічно це явище відоме як корозія блукаючих струмі. Вирізання отворів через погане заземлення або погане з’єднання зазвичай трапляється в будинках, де оригінальна сантехніка була змінен. Власники будинків можуть виявити, що новий пластиковий пристрій фільтрації води або пластиковий ремонтний фітинг перервали електричну безперервність водопровідної труби до заземлення, коли вони помічають витік води через точку після нещодавнього встановлення. Пошкодження виникають швидко, зазвичай стаючи очевидними приблизно через шість місяців після переривання заземлення.

Правильно встановлені сантехнічні прилади будуть мати мідну перемичку, що з’єднує перервані ділянки труби. Витік з дір через корозію блукаючих струмів може призвести до великих рахунків за сантехніку та потребувати заміни всієї водопроводу. Причиною є, по суті, електричний дефект, а не дефект сантехніки. Після усунення пошкодження сантехніки слід негайно звернутися до електрика, щоб оцінити заземлення та з’єднання всієї сантехнічної та електричної систем.

Корозія блукаючих струмів виникає через те, що:

1. Система трубопроводів була випадково або навмисно підключена до джерела постійної напруги;
2. Трубопровід не має електричної безперервності по всій довжині;
3. Якщо джерелом напруги є змінний струм, один або кілька природних мінералів, що покривають внутрішню частину труби. Вони можуть діяти як випрямляч, перетворюючи змінний струм в постійний. Напруга постійного струму змушує воду в трубопроводі діяти як електричний провідник (електроліт). Електричний струм залишає мідну трубу, рухається через воду через непровідну ділянку (наприклад, пластиковий корпус фільтра) і знову надходить у трубу з протилежного боку.Електрична напруга іонізує внутрішній мідний метал труби, який вступає в хімічну реакцію з розчиненими у воді мінералами, утворюючи солі міді. Ці солі міді розчиняються у воді і змиваються. Мікроскопічні ямки з часом розростаються і з’єднуються, утворюючи точкові отвори. Коли один виявляється, майже напевно є ще більше, які ще не витікали.

Виявити та усунути погане заземлення відносно просто. Виявлення здійснюється за допомогою простого вольтметра постійного струму з провідниками контрольного щупа, розміщеними в різних місцях сантехніки. Як правило, датчик на гарячій трубі і датчик на холодній трубі повідомлять користувачеві про неправильне заземлення. Все, що перевищує кілька мілівольт, є значущим, а потенціали 200 мВ є поширеними. Відсутній зв’язок найкраще проявиться в області зазору, оскільки виміряний електричний потенціал розсіюється на відстані. Відсутній зв’язок зазвичай розташований біля входу холодної води в будівлю, оскільки там зазвичай додається обладнання для фільтрації та очищення, але точкові витоки можуть виникнути в будь-якому місці нижче або вище за течією від переривання електричної безперервності.

Виправити проблему – це просто придбати комплект перемичок для мідного з’єднання, що складається з мідного кабелю і бронзових затискачів для кріплення його до сантехніки.

Однак, якщо мешканці будівлі відчувають удари або великі іскри від сантехнічних приладів або труб, це серйозніше, ніж відсутність зв’язку. Більші напруги можуть бути викликані перемиканням електричного дроту під напругою до водопроводу та неправильним або відсутнім заземленням системи водопроводу. Така ситуація створює небезпеку ураження електричним струмом і потенційну пожежу; слід негайно звернутися до електрика.