Основные характеристики меди и ее использование в разных отраслях

1 Медные трубы для водопровода – технологические особенности и достоинства

В первую очередь, медные трубы для водопровода привлекательны своей прочностью. Твердые изделия диаметром 12 мм, имеющие толщину стенки всего 1 мм, рассчитаны на рабочее давление 100 бар при температуре 250 °С. Медный трубопровод на фитингах, собранный методом пайки твердым припоем, выдерживает максимальные нагрузки более 500 атм и температуру до 600 °С. Многие материалы при понижении температуры становятся ломкими. Медь является исключением – прочность и пластичность этого металла с падением температуры возрастают.

Это свойство обеспечивает допустимость многократного замораживания и размораживания труб из меди (в зависимости от твердости изделий до 3 раз). Даже если происходит авария, то только в одном месте, в отличие от стальных трубопроводов, у которых порыв распространяется по всей трубе. Поэтому ликвидация последствий заморозки медных изделий не представляет большого труда, а стальную систему необходимо заменять полностью.

Медные трубы просты в механической обработке и очень технологичны на любом участке прокладки: при прохождении отверстий, огибании углов и иных препятствий, монтаже аппаратуры, монтировании отвода на уже готовом трубопроводе. Для всех работ необходим нехитрый механизированный и ручной инструмент.

Системы из меди универсальны – фитинги и трубы одного стандарта используются для всех типов инженерных коммуникаций. Это обеспечивает применение единого способа монтажа и одинакового оборудования. Наиболее распространенный и самый надежный метод соединения медных труб – капиллярная пайка. Ширина спаивания даже при маленьких диаметрах не бывает меньше 7 мм и дает прочность монтажа выше, чем у известных способов соединения, включая любые виды сварок.

Во время испытаний всегда происходил разрыв в теле трубы, и никогда не нарушалась герметичность мест соединения, в том числе обслуживаемых. Капиллярная пайка позволяет производить быстрый и простой монтаж. Ее преимущества особенно очевидны при сопоставлении со сваркой, требующей повышенной аккуратности и тщательности в работе с пластиковыми трубами, либо громоздкого оборудования в случае систем из стали.

Кроме соединений высокой долговечности и надежности (прессование, пайка, сварка), есть и не требующие специальных навыков и инструментов – с помощью фитингов для быстрого монтажа при авариях, а также в безнапорных системах (самофиксирующиеся, компрессионные и так далее). Это обеспечивает оперативность и гибкость в работе монтажника. Нарезать резьбы на трубах из меди запрещено, но комбинированные фитинги позволяют произвести простой переход на резьбу посредством прессования или пайки.

Благодаря пластичности меди, можно при помощи механизированного или ручного эспандера соединять трубы капиллярной пайкой без использования фитингов. Это дает возможность (в ряде случаев существенно) снизить затраты на систему при ее монтаже. Фитинговый способ соединения обеспечивает гарантированные стабильность параметров и надежность системы.

Медный трубопровод допустимо замоноличивать в стены и пол, если использовать изделия в изоляции, гофро-трубе, оболочке, где предусмотрено тепловое расширение, обусловленное колебаниями температуры подаваемой воды, либо смонтировать в коробе. Обслуживаемые соединения запрещается замоноличивать без обеспечения доступа к ним. При открытой прокладке медные трубы очень эстетичны, допускают окраску, но требуют такого расположения, которое предотвращает риск случайного повреждения.

Разнообразие медного трубопроката

Выбор материала для обустройства медного водопровода должен основываться на оценке ряда параметров: способе изготовления, уровне пластинчатости и прочности, а также габаритных размерах. Умение расшифровать маркировку сортамента поможет сориентироваться в многообразии трубной арматуры.

Классификация #1 — по методу производства

Получение медной трубы согласно ГОСТу выполняется по одной из технологий: холодный прокат, прессование с последующей сваркой. Тактика производства влияет на эксплуатационные качества готового изделия.

Как изготовляют трубы методом проката?

Технология подразумевает деформацию металлической заготовки в процессе прохождения ее между вращающимися валами трубопрокатного станка.

Обкатка происходит пошагово – с каждой подачей гильза разворачивается на 90°, обеспечивая равномерность обработки и отсутствие продольных рисок на трубе.

Преимущества «прокатной» арматуры:

• безшовность конструкции обеспечивает высокую прочность;
• точность параметров по все длине изделия.

Методом холодной деформации создаются водопроводные и отопительные медные трубы, испытывающие значительное давление изнутри в процессе службы.

На этапе финальной обработки трубная арматура может подвергаться термовоздействию. Это делается с целью возврата меди ее эластичности.

У неотожженных следующие характеристики – «жесткость» на изгиб, стойкость к внешним повреждениям и гидроударам (предел – 450 МПа). Подходят для сборки водопровода простой конфигурации.

Отожженные обладают следующими параметрами: высокая пластичность (при растяжении по длине в 1,5 раза сохраняют целостность), повышение стоимости.

Изготовление методом прессования

Трубы производятся из листовой меди – заготовка металлического полотна подается на прессовые формовочные вальцы станка. После придания формы стыковочный шов заваривается.

Финишный этап – проход трубы через калибровочные вальцы для выравнивания профиля и устранения продольной деформации.

Классификация #2 — по степени твердости

Механические свойства и сфера применения определяются типом трубы. Медную арматуру принято классифицировать на три категории, характеризующие пластичность и прочность изделия.

Изделия твердого проката

Эту нишу представляют неотожженые экземпляры. Возможная маркировка твердых труб: Т, Н, z6, F30. Материал оптимален для создания центральных каналов сетей водоснабжения, где осуществляется подача воды под высоким давлением.

Полутвердый тип труб

Варианты кодировки полутвердых труб: П, НН или z. Отличаются сбалансированными характеристиками эластичности и прочности. Относительное удлинение трубы с наружным диаметром 3 мм, толщиной стенки 0,8 мм составляет 10%. Этот же показатель для мягкого проката аналогичного типоразмера равен 38%.

Детали из полутвердого «метража» выдерживают раздачу при расширении наружного диаметра на 15%. Изменение геометрии трубопровода проводится с помощью трубогиба.

Особенности мягких труб

Маркировка мягких труб – М, W, F22 или r. Изделия обладают гибкостью и не разрываются при раздаче наружного диаметра до 25%. Трубная продукция поставляется в бухтах.

Основная сфера применения – монтаж инженерных сетей с лучевым распределением подводов к приборам. Придать нужную форму магистрали малого диаметра получится собственноручно без спецоборудования.

Классификация #3 — по габаритным размерам

Основные параметры размерности труб – внутренний, наружный диаметр и толщина стенки. Податливость меди к обработке позволяет производить трубные магистрали различной формы и габаритов. ГОСТ 617-2006 к сортаменту медной арматуры причислил порядка 130 позиций с оригинальными показателями сечения, из них порядка 70-ти – прокатные изделия.

В отличие от ранее действующего документа (ГОСТ 617-19) в новом постановлении размерность выведена в миллиметрах, а не в дюймах. Основные габариты указываются в дробном выражении. Числитель идентифицирует диаметр внешний, знаменатель – толщину стенки. Ранее указывался только внешний размер (3/8 дюйма).

Пример расшифровки размерности трубы 15/1:

• диаметр по внешней поверхности – 15 мм;
• внутреннее сечение – 14 мм;
• толщина стенки – 1 мм.

Длина трубного проката отечественного производства зависит от диаметра. При размере сечения в пределах 18 мм – бухты по 10 м длиной или мерные отрезки в 1-6 м (шаг сортамента – 0,5 м). Более габаритные экземпляры производятся отрезками по 1,5-6 м.

Значительно реже в водоснабжении применяются трубы прямоугольного сечения. Продукция изготавливается преимущественно по технологии прессования, габариты: диаметр – 30-280 мм, стенка толщиной – 5-30 мм.

Основные величины для измерения труб

Специалисты различают диаметр медных труб:

• номинальный;
• внутренний;
• наружный.

Есть еще такие общие понятия как «условный проход» и «толщина стенок». Не указывая размеры, говорят, что изделие «толстостенное» или «тонкостенное». Все диаметры медных труб должны быть указаны в их маркировке – в дюймах и миллиметрах.

1. Толщина стенок изделия, величина обозначается в «мм», параметры связаны с объемом проходящего вещества и его давлением. Существенным показателем остается разница между внутренним и наружным диаметром.
2. Для качественной состыковки магистрали через фитинги важен условный проход – внутренний просвет изделия, для его обозначения также используют миллиметры. На импортных изделиях из цветных металлов он указывается в дюймах, что требует перевода в «наши» величины.
3. Внутренний диаметр – основной показатель проходимости трубопровода (мм), используется для расчетов в формулах.
4. Наружный диаметр – важен для классификации изделий (большой, средний и малый), обозначается в «мм» во всех таблицах.
5. Номинальный диаметр – примерно то же самое, что и «условный проход», но маркируется с точным значением.

При помощи линейки можно определить размер трубы весьма приблизительно

На сегодня материалы, из которых выпускаются трубы для магистралей и бытовых водопроводов, ограничены небольшим списком:

• сталь;
• пластик, металлопластик;
• алюминий, медь, прочие легкие сплавы.

Некоторые размеры медных труб обозначаются в дюймах, например, «дюймовые» или «полудюймовые». Это значит, что внутренний диаметр выражен как 1 дюйм или ½ дюйма – около 25,4мм и 12,7мм

На эти величины обращают внимание специалисты по укладке магистралей, чтобы на медную трубу подобрать размеры:

• муфт;
• тройников;
• фитингов с резьбовым соединением.

Фитинги для труб тоже имеют размеры, их указывают на внешней стороне детали

Сильные и слабые стороны медного водопровода

Трубы из меди схожи со своими ближайшими конкурентами (стальными коммуникациями) по прочностным и температурным характеристикам. Однако медь более предпочтительна за счет уникальных свойств.

Коррозийная стойкость. Пожалуй, главный аргумент в пользу медного водопровода – иммунитет к появлению ржавчины. Это свойство объясняет длительность бесперебойной работы инженерных сетей и минимизирует негативное воздействие на сантехнические приборы.

В отличие от стальных изделий, медная арматура менее материалоемка – нет необходимости монтировать трубы с завышенной толщиной стенки про запас на случай коррозийных процессов

Пластичность. Это качество объясняет ряд значимых эксплуатационных преимуществ трубопровода из меди:

• податливость материала в обработке – трубы можно сгибать для создания сложных магистральных сетей с использованием ручного инструмента;
• удержание заданной формы – этим свойством не могут похвастаться мягкие полимерные изделия;
• возможность применения соединительных фитингов;
• повышенная стойкость к гидроударам – показатель разрушающего давления позволяет не бояться за целостность системы при «скачках» водонапора;
• вероятность деформаций без механической деструкции;
• скачки температуры не вызывают изменений линейных параметров;
• выдерживание циклов заморозки/разморозки с сохранением целостности.

Гладкость поверхности. Архиважный аргумент в пользу водопровода из меди. Высокая однородность материала обеспечивает идеально ровное покрытие, что снижает молекулярные связи металла, а значит, сокращается образование солей и оксидов.

Минимальный коэффициент трения позволяет задействовать в сетях водоснабжения медные трубы меньшего диаметра, чем стальные или пластиковые. На внутренних стенах не скапливаются отложения, а значит, пропускная способность с течением времени не ухудшается

Стойкость к химическим реагентам. Медь не разрушается при взаимодействии с солевыми растворами, формалионом и разбавленными неокисляющими кислотами. При контакте с хлором не образует оксидов, опасных для человека.

Бактерициднось. Медный сплав обладает антибактериальным свойством – циркулируя по трубам, вода частично обеззараживается. Дополнительный плюс – на стенках не размножаются колонии микроорганизмов.

Невосприимчивость к УФ-лучам. Медь не теряет своих характеристик под действием УФ-излучения, чего не скажешь о коммуникациях из термопластичных полимеров.

Наличие медного контура в санузле – эксклюзивный элемент декора и верный признак достатка дома. Металлический трубопровод неприхотлив в уходе и не требует регулярного окрашивания

Наравне с хорошими показателями прочности, трубы из сплава меди несколько легче по весу стальных собратьев. Это облегчает их транспортировку и монтаж. Бесспорное преимущество медного трубопровода – возможность многократного применения.

К числу недостатков водопровода из меди относятся:

1. Высокая цена. При сравнении со стоимостью аналогов медные изделия проигрывают. Обустройство сети из «желтого» металла обойдется в несколько раз дороже установки пластиковой или стальной магистрали.
2. Трудоемкость монтажа. Технологии стыковки медной арматуры (сборка на фитингах или пайка) – достаточно сложные процессы, требующие навыков работы.
3. Непереносимость кислот. Использовать медные трубы для транспортировки кислой среды с уровнем рН более 9 нельзя. Вода с таким показателем непригодна для питья.
4. Теплопроводность. Параметр в 1,7 раз больше показателя алюминиевых изделий и почти в шесть раз превышает теплопроводность стали. При транспортировке горячей среды труба нагревается – возрастают тепловые потери, есть риск получения ожога. В системах холодного водоснабжения на трубопроводе образуется конденсат.

Разрешить проблему можно за счет использования покрытия из поливинилхлорида или полиэтилена. Наружный рукав предотвращает появление конденсата, «остужает» поверхность, сохраняет температуру транспортируемой среды и снижает шум.

Полиэтиленовая изоляция за счет наличия воздушных каналов несколько понижает уровень температурной деформации трубы – такой материал лучше применять на участках с небольшим количеством соединений. Вспененная «оболочка» (мягкий пенополиуретан, синтетический каучук) подходит для отопления и сетей ГВС

Дополнительными минусами использования медного проката считаются электропроводимость, а также несовместимость с алюминиевыми и стальными элементами водопровода. Для предотвращения риска поражения током на стадии монтажа следует позаботиться о правильном заземлении оборудования.

Технические характеристики стальных водопроводных труб

Государственные стандарты ВГП касаются и таких технических характеристик, как длина и вес.

Согласно ГОСТу 3262 75, длина готовой продукции может варьироваться в пределах 4-12 м

Принимая во внимание данный параметр, этот вид продукции делят на 2 категории:

• мерная длина или кратная мерной — вся продукция в партии имеет один размер (допустимо отклонение величиной 10 см);
• немерная длина — в партии могут быть изделия разной длины (от 2 до 12 м).

Срез изделия для водопровода следует выполнять под прямым углом. Допустимым скосом торца называют отклонение на 2 градуса.

К оцинкованным изделиям предъявляют особые требования. Это цинковое покрытие должно быть сплошным толщиной не менее 30 мкм. На резьбе и торцах готового продукта могут быть области, не покрытые цинком. Места с пузырчатым покрытием и различные включения (окислы, гартцинк) категорически запрещены — такая продукция считается браком.

По толщине стенки изделия делятся на 3 вида:

• легкие;
• обыкновенные;
• усиленные.

Легкие трубы

Особенностью легких труб является малая толщина стенки. Из всех возможных разновидностей ВГП легкие виды этого сортового металлопроката обладают наименьшей толщиной. Этот показатель варьируется от 1,8 мм до 4 мм и напрямую зависит от наружного диаметра изделия.

Вес 1 метра в этом случае также характеризуется наименьшими показателями. Изделия с наружным диаметром 10,2 мм в количестве 1 м весит всего 0,37 кг. Выбирать тонкостенные изделия следует в том случае, если к объекту предъявляют повышенные требования в вопросах веса. Однако водоснабжение с применением такого металлопроката обладает ограниченной сферой применения. Давление жидкости в таких трубах должно быть не более 25 кг/кв.см. При маркировке изделия с легким весом обозначают буквой “Л”.

Обыкновенные трубы

У металлопроката этого типа обыкновенная толщина стенки. Этот показатель варьируется в пределах 2-4,5 мм. Основное влияние на эту характеристику оказывает диаметр изделия.

Обыкновенные стальные трубы считаются наиболее распространенными, их следует выбирать в тех случаях, когда к прокладыванию водопровода не предъявляют каких-либо особых требований.

В списке преимуществ этого сорта металлопроката следует назвать:

• оптимальный вес — в сравнении с толстостенными такие изделия позволяют сократить общий вес готовой конструкции;
• допустимое давление имеет такой же показатель, как и для тонкостенных (25 кг/кв.м), однако здесь допустимы гидравлические удары;
• средняя стоимость — достигается за счет весового показателя.

При маркировке специального обозначения трубы обыкновенной нет. Буквенное обозначение присвоено только легкой и усиленной продукции.

Усиленные трубы

К изделиям такого типа относят те стальные трубы, которые обладают повышенной толщиной стенки — от 2,5 мм до 5,5 мм. Вес такой готовой конструкции будет сильно отличаться от весовой категории конструкции из легких и даже из обыкновенных изделий.

Однако у таких водогазопроводных систем есть и преимущество — они подходят для объектов с высоким давлением (до 32 кг/кв.см). При маркировке таких труб используется обозначение “У”.

Трубы под резьбу

Качество стальных труб с резьбой контролируется ГОСТом 6357 и должно полностью соответствовать классу точности B.

Для достижения высокого качества изделий резьба должна отвечать нескольким важным требованиям:

• быть четкой и чистой;
• не допускается присутствие заусенцев и рванин;
• на нитках резьбы может присутствовать небольшое количество черноты (если профиль резьбы уменьшается не более чем на 15%);
• согласно ГОСТу, на резьбе могут быть сорванные или неполные нитки (их общая длина не должна превышать 10% от общей);
• газоводопроводная труба может обладать резьбой, полезная длина которой сокращена на 15%.

Фитинги из меди и их виды

Все инженерные системы, в составе которых будет медный трубопровод, для установки нуждаются в качественных фасонных изделиях. Речь идёт о фитингах, которые  предназначены для соединения труб в одну систему с гарантированным отсутствием протечек.

При варианте разъемного соединения приемлемо применение резьбового или обжимного фитинга. Для неразъемного соединения, лучше использовать капиллярные или пресс-фитинги. Главная  их задача в трубопроводе любого назначения  – обеспечить разветвления, повороты, соединение двух труб с одинаковым или разным диаметром. Без фитингов нельзя добиться высокого уровня герметизации системы отопления, кондиционирования или  водопровода. Так же, как и трубы, они имеют высокую пластичность и стойкость к коррозии, просты в монтаже и эксплуатируются  длительное время, не нуждаясь в ремонте.

По конструкции и предназначению выделяют: переходники и адаптеры, колено 45° или 90°, угольный и дуговой отводы с одним или двумя раструбами, муфта, обвод, заглушка, крестовина, тройник, угольник, накидная гайка; редукционные – тройник, муфта и ниппель.

Такой большой ассортимент позволит найти те изделия, которые составят основу коммуникаций. В зависимости от способа крепления, фитинги для медных труб могут быть:

1. Самофиксирующийся цанговый медный пуш-фитингNTM – переворот в монтаже трубопровода. Достаточно в него с обеих сторон вставить трубы, и монтаж завершён. Внутри таких конструкций  есть система колец. Одно из них оснащено зубцами. Когда особый монтажный ключ надавливает на зубчатый элемент, тот прочно закрепляется в соседнем кольце, и получается отличное соединение. Эти фитинги  рекомендованы для временных соединений труб и незаменимы в ремонтных целях.
2. Резьбовой фитинг отличается от других разновидностей тем, что имеет резьбу, при помощи которой выполняется соединение. Оптимальный вариант для случая, когда трубопровод предполагается несколько раз разбирать и вновь собирать.

ВАЖНО! Обычно на соединяемые отрезки медных труб наносить герметик не обязательно. Но если для лучшего контакта его всё же применяют,  нужно  обязательно убедиться, что частицы материала не попали на резьбу.. Такие фитинги используют в тех местах, где нужен доступ для постоянного контроля за надёжностью стыковки

В качестве подходящих резьбовых элементов используют муфты, уголки или колена на 45 и 90 градусов, отводящие штуцеры, крестовины, тройники, колпаки и специальные заглушки

Такие фитинги используют в тех местах, где нужен доступ для постоянного контроля за надёжностью стыковки. В качестве подходящих резьбовых элементов используют муфты, уголки или колена на 45 и 90 градусов, отводящие штуцеры, крестовины, тройники, колпаки и специальные заглушки.

1. Компрессионный или обжимной (цанговый) фитинг имеет резиновое обжимное кольцо для достижения герметичности соединения. Он – незаменим для систем подачи воды, в которых есть трубы, различные по сечению. Применяется для монтажа подземных и надземных трубопроводов из мягкой и полутвердой толстостенной медной трубы. К сожалению, такой соединительный элемент подвержен риску появления протечек. Если для замены соединение раскручивают, обжимное кольцо уже нельзя использовать повторно.
2. Капиллярный фитинг, который используется под пайку. При этом виде соединения, оно получается неразъемным, весьма надежным и долговечным. Её выполняют, используя медный или оловянный припой. Процесс основан на капиллярном эффекте. Это явление обеспечивает равномерное распределение припоя по поверхностям, которые соединяются. Десятки лет именно пайка была основным видом для монтажа, хотя в последние годы выбор фитинговых соединений расширился.
3. Пресс-фитинг, соединяющий элементы медного трубопровода, применяется очень редко. Для монтажа нужен специальный пресс, который стоит недёшево. Приемлем он только тогда, когда другим путём соединить трубы не предоставляется возможным.

В действительности, трубы из меди легко отрезаются и гнутся, монтаж фитингов – прост, а разводка систем в доме не занимает много места. Медные трубы в системах  отопления и водоснабжения ценят за долговечность, надёжность и стойкость к коррозии. К тому же, вода в такой системе предохраняется от различного рода негативных  воздействий. Зная эти моменты, потребители готовы приобретать дорогие медные трубы и фитинги, чтобы иметь трубопроводы экстра-класса.

Технология производства

Медные трубы бывают сварными и бесшовными. Медь – очень пластичный материал, позволяющий относительно легко изготавливать качественные бесшовные трубы. Поэтому сварную трубу из меди практически не производят.

Бесшовные изделия производят тремя методами:

• Волочением.
• Прокаткой.
• Прессованием.

В целом технология получения бесшовных изделий включает в себя следующие этапы:

• Подготовка заготовки.
• Волочение, холодная прокатка или горячее прессование.
• Термообработка.
• Смазка труб и инструмента.
• Обработка готовых изделий и полуфабрикатов.
• Намотка в бухты либо резка на хлысты.

Волочение – протягивание холодной заготовки через фильеру, матрицу или волоку; при этом происходит обжатие на 30 % и вытяжка металла. Операция волочения повторяется неоднократно до получения нужных размеров готового изделия. Операция волочения чередуется с промежуточными отжигами и смазкой заготовок. После волочения готовые изделия имеют точные размеры и правильную форму, минимальную шероховатость поверхности.

Прокатка – готовые изделия получаются в процессе деформации заготовки-гильзы между двумя вращающимися валками. Для получения цилиндрической заготовки в цельной заготовке прошивается круглое отверстие. Готовые изделия подвергаются термической обработке (отжигу) для снятия напряжения. В процессе прокатки получают изделия с точными геометрическими размерами и поверхностью отличного качества.

Прессование – технологический процесс получения трубы, при котором трубу выдавливают через отверстие матрицы из контейнера. Круглый слиток-заготовку перед изготовлением трубы разогревают до температуры 720-880°С. Затем прессуют слиток так, чтобы он занял весь объем контейнера. Затем слиток прошивают. Затем выдавливают трубу.

При любом способе изготовления медь наклепывается – становится более твердой и жесткой, теряет пластичность. Поэтому готовые изделия подвергают термообработке – отжигу – нагреву до температуры 600-700°С и медленному охлаждению. Отожженные трубы – мягкие, их выпускают в бухтах; неотожженные – жесткие, их выпускают в хлыстах, или отрезках мерной длины.