Технология производства медных труб и сферы их применения

Московский Авиационный  институт

(Национальный исследовательский  университет)

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа на тему:

Технология производства медных труб

и сферы их применения

 

 

Выполнил студент

 группы :

 

Проверил 

 

Дата____________

Подпись______________

 

Москва

2012

 

1. Медные трубы и их преимущества       3

2. Технология производства медных труб      5

2.1 Подготовка медной заготовки  к производству    5

2.2 Основной этап производства       6

2.2.1 Волочение         6

2.2.2 Прокатка         8

2.2.3 Прессование        9

2.3 Термическая обработка        9

2.4 Термоизоляция                10

2.5 Резка на мерные участки или намотка на бухты           10

2.6 Контроль готовой продукции              10

3. Сферы применения  медных труб               11

4. Список источников                 12

 

Медные трубы и их преимущества

 

Медные трубы стали  производиться в европейских  странах еще в середине 19 века. Причиной использования столь универсального материала стал факт того, что установленная  труба из меди в здании способна пережить само здание. Медные трубы, цена на которые не была столь высокой, вполне готовы себе позволить те, кто рассчитывает проживать в одном и том же доме не одно поколение. В России медные трубы не столь широко эксплуатировались. Всё дело в повсеместном использовании чугуна для канализационных систем, так как в то время наша страна была лидером по выплавке чугуна.

 

Медные трубы устойчивы  к любым температурам теплоносителя  без ограничения по давлению и  времени воздействия. Рабочий диапазон температур может составляет от – 200°С до +250°С и даже выше. Например система спринклерного пожаротушения должна выдержать 600°С в течение 30 минут и трубопроводы для нее делают из меди.

 

При отрицательных температурах пластичность и прочность меди, не уменьшаются как у многих других материалов, а возрастают. Возможен монтаж медных трубопроводов и их эксплуатация (незамерзающие жидкости и газы) в зимних условиях.

 

Интересно, что при  расширении замерзшей воды в трубопроводе, благодаря пластичности, медные трубы  могут деформироваться в зависимости от твердости без разрыва от 1 до 3 раз. Поэтому пригодны для использования на объектах с риском аварийного замораживания в зимний период.

 

У меди эталонная газонепроницаемость, на нее не действует ультрафиолет. Медные трубы устойчивы к коррозии, а хлорирование питьевой воды только убыстряет образование защитной патины. Медные трубы не стареют и не портятся, и при грамотной эксплуатации медный трубопровод питьевого водоснабжения (по опыту Европы) массово «доживает» до 80 лет и более.

 

Медные трубы имеют высокую механическую прочность и изготавливаются с толщиной стенки в 1,5-3 раза тоньше, чем стальные, так как не требуется запас на коррозию материала. Это уменьшает их наружные диаметры по сравнению со стальными и пластмассовыми трубами. А с учетом хорошей пластичности тонкие трубы легко поддаются механической обработке и гибке, в том числе вручную.

 

Наличие большого числа  видов соединений и фитингов под  них позволяет выполнять системы  самой сложной конфигурации разнообразными способами. Это также позволяет работать в узкостях и иных неудобных местах. При монтаже не требуется содержать на площадке тяжелое и громоздкое оборудование. В результате медные трубопроводы весьма удобны и просты в монтаже.

 

В медных трубопроводах, соединения — самые надежные части системы. Пайка и прессование технологически обеспечивают высокую надежность соединения практически не зависимо от тщательности монтажника, в отличие от сварки и иных способов. Часть соединений могут выполняться монтажниками даже с невысокой квалификацией.

 

Отсутствие зарастания труб продуктами коррозии и любых  выделений. У медных труб более низкий коэффициент шероховатости

Кш = (1,5…2)*10^-6м, чем у стальных (Кш = 200-10^-6м) и даже полимерных (Кш = 8*10^-6м) труб. Это увеличивает их пропускную способность, что позволяет применять меньшие внутренние диаметры.

 

Медь обладает бактериостатичностью — способностью сдерживать развитие микрофлоры на своей поверхности  и в воде. К некоторым видам  микроорганизмов медь даже бактерицидна (т.е. убивает болезнетворные бактерии). Использование медных труб в питьевом водоснабжении, наряду с хлорированием, обеспечивает повышенную инфекционную безопасность.

 

Набор положительных  качеств медных труб привел к использованию  их в различных технических системах, придавая им универсальность. Применение одного материала во всех видах установок, позволяет вести на объекте единую технику монтажа систем газо- и водоснабжения, отопления и др. Законодательно уже и в России, этим может заниматься одна монтажная организация.

 

Медь легко поддается вторичной переработке, в Европе новые трубы на 40% состоят из вторичного металла. При ликвидации или замене медного трубопровода, трубы после демонтажа могут быть использованы на другом объекте или проданы. Привлекательный внешний вид дает возможность использовать медные трубы и при открытой прокладке, используя как элемент дизайна помещения.

 

Медные трубы круглого сечения производят в соответствии со стандартом ГОСТ Р 52318-2005, гармонизированному с европейским стандартом EN 1057 (1996 г.).

 

Типоразмеры медных, не изолированных  труб (по внешнему диаметру) находятся  в диапазоне 6 — 267 мм. Каждый типоразмер может иметь несколько значений толщины стенки в пределах от 0,6 мм до 3 мм. Трубы для газоснабжения  имеют диапазон 12 — 267 мм и минимальную толщину стенки 1 мм.

 

Трубы по ГОСТ 52318-2005 изготовляют  в мягком, полутвердом и твердом  состоянии меди, которые различаются  степенью твердости, механическими  и эксплуатационными свойствами.

 

Для производства труб используют рафинированную медь марок: М1, М1ф, М1р, М2, М3, М3р, Cu-DHP, Cu-DLP, Cu-FRTP (чистотой не менее 99,9%). Такая медь отличается высокой коррозионной стойкостью и не теряет своих физических свойств при длительной эксплуатации.

 

Технология  производства медных труб

 

Высокая пластичность меди позволяет, используя разнообразные методы холодной и горячей деформации металла, производить бесшовные трубы. При промышленном производстве бесшовных труб используют три основных метода обработки заготовок: волочение, прокатка, прессование, либо их комбинации. Состав применяемого оборудования и технологические операции на разных производствах могут различаться.

 

Подготовка  медной заготовки к производству

 

Черновая медь подается в медеплавильную печь на предварительную  плавку. В ее составе используют отходы собственного производства и частично вторичный металл. В пламенной печи для очистки от примесей, содержащихся в черновой меди или отходах, примеси оксидируются вдуванием воздуха в жидкий металл и удаляются.

 

В конце этого процесса в меди содержится значительное количество оксида меди. Для его удаления и устранения оставшихся примесей медь «дразнят». То есть в барабанную печь, в которой происходит очистка меди, опускают бревно дерева. Этот старинный метод очистки и раскисления используется до сих пор в производстве.

 

Очищенная медь выливается в установку для непрерывного литья, для получения медных заготовок. Установка для непрерывного литья  состоит из двух смесителей, из которых  металл поочередно подается в центральную  печь. В ней в заключение, добавляют фосфор, для окончательного раскисления металла. Для получения полуфабрикатов для прокатки труб, металл попадает на стан непрерывного литья. Получаемый непрерывный литой пруток, специальной многоэлементной пилой режется на заготовки, имеющие необходимую длину.

 

Основной этап производства

 

После подготовки медных заготовок, применяются основные методы обработки заготовок.

 

Волочение

Волочение — технологический процесс  получения трубы, основанный на деформации металла при протягивании трубной заготовки через сужающийся по длине канал, обычно круглого профиля — волоку (фильера, матрица), имеющий несколько меньшее сечение, чем у исходной заготовки.

 

При волочении происходит обжатие  и вытяжка металла; уменьшаются  геометрические размеры заготовки по диаметру с одновременной вытяжкой по длине новой трубы. Степень обжатия при волочении составляет до 30%, а коэффициент вытяжки — 1,3. Поэтому процесс волочения может многократно повторяется до получения заданных геометрических размеров трубы, и чередуется с необходимым количеством промежуточных отжигов и смазок.

 

Наружный диаметр трубы  при волочении образуется волокой, а внутренний, в большинстве случаев, — оправкой, вставляемой внутрь заготовки. Изделие после волочения  имеет точные размеры, заданную геометрическую форму, блестящую и гладкую поверхность. Шероховатость медных холоднотянутых труб наименьшая из всех видов существующих труб.

 

Сырьем для выпуска  тянутых труб является горячекатаная  заготовка, подвергаемая при необходимости  механической обработке. Волочение  ведется в холодном режиме с использованием эмульсии или масла. Образующееся при деформации тепло отводится эмульсией или обдувом воздуха.

 

Технологическая смазка (ее состав различен в зависимости  от способа волочения) наносится  на трубы для уменьшения трения при  волочении. Это приводит к снижению тягового усилия волочильного стана, уменьшению расхода энергии и увеличения срока работы волоки.

 

В качестве смазки применяют  минеральное масло, графит, силиконовые  смазки и специальные эмульсии. Качеству смазки уделяют большое внимание, поскольку от ее состава зависят антикоррозионные свойства труб при эксплуатации.

 

Волочильный инструмент (волока) изготавливают из закаленной стали и твердых сплавов. По пути протяжки исходная заготовка проходит через рабочие зоны волоки: входную, калибрующую и выходную. Калибрующая зона имеет цилиндрическую форму, остальные — коническую.

 

Для введения заготовки  в волочильный инструмент передний конец заготовки обжимают, чтобы  полученный участок свободно входил в отверстие волоки и выходил  из него с противоположной стороны. До обжатия в заготовку вставляют оправку, которая калибрует внутренний диаметр протягиваемой трубы.

 

Вышедший из волоки свободный обжатый конец заготовки захватывается устройством тягового механизма волочильной машины. При изготовлении труб широко используются три основные схемы волочения: без оправки, на короткой оправке, на длинной оправке.

 

Волочение производится на волочильных машинах (станах), которые  могут быть либо цепные, либо барабанные. На цепных волочильных машинах получают полутвердые или твердые трубы мерной длины (до шести метров). На барабанных — мягкую медную трубу, с намоткой ее на барабане в бухту, заданной длины (25 м или 50 м).

 

Преимущества волочения  – высокая производительность, при  достаточно хорошем качестве труб, недорогой инструмент и относительно простое оборудование. К недостаткам волочения относят: многоцикличность (максимальная деформация за 1 проход не превышает 40%), большое число вспомогательных операций, высокий расход металла.

 

Прокатка

 

Прокатка — технологический  процесс получения трубы, путем деформации металла, при прохождении его между вращающимися навстречу друг другу валками. В этом случае происходит обжатие металла заготовки с уменьшением его геометрических размеров по диаметру.

 

Трубы из меди изготавливают  холодной прокаткой на трубопрокатных станах. Общая схема процесса производства состоит из двух операций. В цельной заготовке из меди, диаметром 250 — 600 мм, способом прошивки создается сквозное круглое отверстие, для получения толстостенной трубы — гильзы.

 

Затем гильза раскатывается на прокатном стане продольной прокатки в круглых калибрах на оправке. Процесс осуществляется на неподвижной оправке двумя калибрами валков с ручьями переменного сечения: широкая часть ручья соответствует наружному диаметру трубной заготовки, а узкая часть — диаметру готовой трубы.

 

Поэтому обжатие трубы  происходит пошагово, на длину рабочей  части валков. После чего подача заготовки возобновляется. При каждой подаче гильзы, она поворачивается на 90°, что позволяет избежать образования  сплошных продольных рисок на поверхности трубы. Оправка формирует внутренний диаметр трубы. После раскатки всей заготовки оправка автоматически выдвигается из трубы.

 

Холодной прокаткой  получают трубы точных геометрических размеров (в том числе и по толщине  стенки трубы) с внутренней и наружной поверхностью высокого качества.

Холодная прокатка позволяет  получить трубы с максимальной степенью деформации, допускаемой технической  характеристикой стана и запасом  прочности металла. Технология прокатки по сравнению с волочением, имеет следующие преимущества: минимальное число проходов, меньшее число дополнительных операций, большее разовое обжатием за 1 проход, чем при волочении.

 

 

Прессование

 

Прессование — технологический  процесс получения трубы, методом  выдавливания (экструзии), находящегося в полости контейнере металла через выходное отверстие матрицы. Процесс прессования проходит в три стадии: распрессовка, прошивка, выдавливание.

 

Заготовкой для прессования  является слиток в виде круглой заготовки. Для уменьшения усилий на прессование, заготовку нагревают до температуры 720-880°С. После этого ее помещают в контейнер. Затем производят распрессовку слитка, для заполнение им всего объема контейнера.

 

После этого осуществляется прошивка металла заготовки, с выходом  прошивочной иглы через выходное отверстие матрицы контейнера. При этом образуется выходное кольцевое отверстие, через которое происходит выдавливание металла с образованием трубы.

 

Готовая прямолинейная  труба имеет определенные длину  и диаметр, определяемый геометрическими параметрами матрицы и прошивочной иглы и объемом контейнера. Степень обжатия может достигать 90%, а коэффициент вытяжки находится в пределах 8 -50, а иногда и выше. Рассмотренными технологическими операциями получают продукцию с требуемыми свойствами — мягкую, полутвердую, твердую.