لوله مسی چگونه ساخته می شود؟ راهنمای کامل ساخت

لوله مسی از طریق یک فرآیند صنعتی چند مرحله‌ای ساخته می‌شود که با بیلت‌های مسی تصفیه‌شده آغاز می‌شود و با لوله‌های با ابعاد دقیق، بدون درز یا جوش‌کاری شده آماده برای لوله‌کشی، تهویه مطبوع، تبرید و مصارف صنعتی به پایان می‌رسد. مراحل اصلی هستند ذوب، ریخته گری، اکستروژن یا سوراخ کردن، کشیدن، بازپخت و تکمیل - هر مرحله برای مطابقت با استانداردهای بین المللی مانند ASTM B88، EN 1057 یا GB/T 18033 به شدت کنترل می شود.

درک نحوه تولید لوله مسی به خریداران کمک می کند کیفیت را ارزیابی کنند، تامین کننده مناسب را انتخاب کنند و نوع لوله مناسب را برای کاربردشان مشخص کنند. این مقاله تمام مراحل اصلی تولید لوله مسی را با داده های فرآیند واقعی و جزئیات در سطح کارخانه تجزیه و تحلیل می کند.

مواد اولیه: آنچه در یک لوله مسی می رود

نقطه شروع برای هر کارخانه لوله مسی مس با خلوص بالا است. اکثر تولید کنندگان استفاده می کنند مس زمین سخت الکترولیتی (ETP) (C11000) که حاوی حداقل 99.9 درصد مس است. برخی از لوله های تخصصی - به ویژه برای کاربردهای گاز پزشکی یا نیمه هادی - به مس بدون اکسیژن (OFE, C10200) با خلوص بالاتر از 99.99٪ نیاز دارند.

مس خام به صورت زیر به کارخانه می رسد:

• صفحات مس کاتدی (از پالایش الکترولیتی)
• بیلت ها یا کنده های مسی پیش ساخته
• ضایعات مس با عیار بالا (برای محصولات با محتوای بازیافتی)

مس یکی از بازیافت ترین فلزات صنعتی در جهان است. بیش از 30 درصد از عرضه جهانی مس از قراضه بازیافتی تامین می شود و بسیاری از کارخانه‌های تولید لوله، مس بکر و بازیافتی را با هم ترکیب می‌کنند، در حالی که هنوز شرایط خلوص را برای درجات استاندارد لوله برآورده می‌کنند.

مرحله 1 - ذوب و ریخته گری بیلت مس

اولین مرحله تولید در کارخانه لوله مسی ذوب مس خام در یک کارخانه است کوره القایی کانالی یا کوره القایی بدون هسته در دمای بین 1083 درجه سانتی گراد و 1150 درجه سانتی گراد (نقطه ذوب مس خالص 1083 درجه سانتیگراد است). مس مذاب نگه داشته شده و گاز زدایی می شود تا اکسیژن و هیدروژن محلول حذف شود، که در غیر این صورت باعث ایجاد نقص تخلخل در لوله نهایی می شود.

سپس مذاب تصفیه شده با استفاده از یکی از دو روش اصلی به شکل بیلت یا پوسته توخالی ریخته می شود:

• ریخته‌گری پیوسته (ریخته‌گری یا افقی): رایج ترین روش در کارخانه های مدرن لوله مسی. بیلت های بلند و یکنواخت با ساختار دانه ای ثابت تولید می کند. سرعت ها معمولاً بسته به قطر بیلت از 0.5 تا 2.5 متر در دقیقه متغیر است.
• ریخته گری نیمه پیوسته (سرد مستقیم): برای بیلت هایی با قطر بزرگتر، معمولاً بالای 200 میلی متر استفاده می شود. قالب با آب خنک می شود و مس را به سرعت جامد می کند تا جداسازی را کاهش دهد.

شمش حاصل - معمولاً با قطر 80 تا 300 میلی‌متر و طول 500 میلی‌متر تا 3000 میلی‌متر - برای حذف اکسیدهای سطحی و پوست ریخته‌گری قبل از مرحله بعدی، توسط ماشین تراش اسکالپ می‌شود.

مرحله 2 - اکستروژن یا سوراخ کردن: ایجاد پوسته لوله توخالی

اینجاست که بیلت جامد به پوسته لوله توخالی تبدیل می شود. دو روش غالب در کارخانه های لوله مسی استفاده می شود:

اکستروژن داغ

بیلت تقریباً گرم می شود 800 تا 900 درجه سانتی گراد و در پرس اکستروژن هیدرولیک قرار می گیرد. سنبه مرکز را سوراخ می کند در حالی که مس به زور از درون قالب عبور می کند و یک پوسته توخالی با دیواره ضخیم به نام لوله مادر یا پوسته اکستروژن پرس‌های اکستروژن در تولید لوله‌های مسی معمولاً با نیروهای بین‌المللی کار می‌کنند 10 MN و 50 MN . نسبت های اکستروژن (نسبت سطح مقطع بیلت به سطح مقطع لوله) معمولاً از 20:1 تا 80:1 متغیر است.

روتاری پیرسینگ (فرآیند مانیسمن)

این روش که برای لوله های بدون درز با قطر بزرگتر استفاده می شود، شامل تغذیه یک شمش جامد گرم شده بین دو رول زاویه دار است. رول‌ها تنش‌های داخلی ایجاد می‌کنند که یک حفره مرکزی را باز می‌کند، که سپس توسط یک سوراخ سوراخ شکل می‌گیرد. این فرآیند در تولید لوله فولادی رایج‌تر است، اما در برخی از کارخانه‌های تولید لوله‌های مسی برای محصولات بزرگ OD نیز استفاده می‌شود.

پس از اکستروژن یا سوراخ کردن، پوسته لوله است تحمل ابعاد ناهموار و دیوار نسبتاً ضخیم - باید در مراحل بعدی به ابعاد نهایی کشیده شود.

مرحله 3 - طراحی سرد: دستیابی به ابعاد دقیق

کشش سرد بحرانی ترین مرحله کنترل ابعادی در تولید لوله مسی است. پوسته اکسترود شده از طریق یک سری قالب‌های به تدریج کوچکتر کشیده می‌شود - هر پاس قطر خارجی و ضخامت دیواره را کاهش می‌دهد و در عین حال طول لوله را افزایش می‌دهد و سطح را بهبود می‌بخشد.

هر پاس سرد معمولاً سطح مقطع را کاهش می دهد 20 تا 45 درصد . برای رسیدن به مشخصات نهایی، چندین پاس قرعه کشی لازم است. لوله ای که به عنوان یک پوسته 60 میلی متری OD شروع می شود ممکن است از 4 تا 8 گذر کشیده شود تا به OD نهایی 15 میلی متر با ضخامت دیواره 1 میلی متر برسد.

دو تکنیک اصلی طراحی استفاده می شود:

• طراحی پلاگین شناور: یک دوشاخه داخل لوله قطر داخلی را کنترل می کند در حالی که قالب بیرونی OD را کنترل می کند. ایده آل برای سیم پیچ های بلند و لوله های با قطر کوچک (زیر 28 میلی متر).
• ترسیم سنبه ثابت: میله سنبه برای تحمل بیشتر ID استفاده می شود. معمول برای لوله های با طول مستقیم بالای 25 میلی متر OD.

سرعت کشش در کارخانه های مدرن لوله مسی می رسد 100 تا 400 متر در دقیقه در ماشین های بلوک (کویل) برای لوله های با قطر کوچک. روان کننده ها (معمولاً مبتنی بر روغن یا نوع امولسیونی) در ورودی قالب استفاده می شوند تا اصطکاک و سایش قالب را کاهش دهند.

مرحله 4 - بازپخت: بازیابی شکل پذیری

کشیدن سرد مس را سخت می کند و با هر بار عبور آن را سفت تر و شکننده تر می کند. آنیل کردن - عملیات حرارتی کنترل شده - بین گذرهای کششی و/یا پس از کشش نهایی برای بازیابی شکل پذیری و دستیابی به تعیین دمای مورد نیاز اعمال می شود.

روش های معمول آنیل در کارخانه های لوله مسی عبارتند از:

• آنیل کوره دسته ای (زنگ): کویل ها یا دسته های لوله در یک کوره مهر و موم شده با یک اتمسفر محافظ (معمولاً نیتروژن یا مخلوط نیتروژن-هیدروژن) آنیل می شوند. 400 تا 650 درجه سانتی گراد برای چند ساعت از اکسیداسیون سطحی جلوگیری می کند.
• بازپخت مداوم رشته: لوله با سرعت بالا از یک کوره درون خطی عبور می کند. برای لوله سیم پیچ با قطر کمتر استفاده می شود. دماها بالاتر است (تا 800 درجه سانتیگراد) اما زمان قرار گرفتن در معرض بسیار کوتاه (ثانیه) است.
• آنیل القایی: القای الکترومغناطیسی لوله را به سرعت و یکنواخت گرم می کند. مناسب برای کنترل دقیق مزاج

مرحله 5 - صاف کردن، برش و تکمیل سطح

پس از کشش نهایی و بازپخت، لوله ها تحت صاف کردن مکانیکی روی یک صاف کننده غلتکی قرار می گیرند تا تحمل کمان و صافی را برآورده کنند (معمولاً ≤1.5 میلی متر بر متر تحت ASTM B88). محصول مارپیچ روی قرقره ها پیچیده می شود یا به شکل کویل های پنکیک در می آید - طول سیم پیچ استاندارد از 15 متر تا 50 متر برای لوله لوله کشی مسکونی

طول های مستقیم با استفاده از دستگاه های برش چرخشی که انتهای آن تمیز و بدون سوراخ است به اندازه های استاندارد (معمولاً 3 متر، 4 متر، 5 متر یا 6 متر) بریده می شوند. برخی از کارخانه‌های تولید لوله‌های مسی، سوراخ‌زدایی و پخ‌زدایی انتهایی را به‌عنوان استاندارد ارائه می‌دهند، به‌ویژه برای لوله‌های عرضه‌شده برای سیستم‌های اتصال فشاری یا فشاری.

گزینه های تکمیل سطح موجود در سطح کارخانه عبارتند از:

• پرداخت روشن/تمیز: استاندارد برای اکثر لوله کشی ها و لوله های HVAC. با بازپخت در فضای محافظ به دست می آید.
• پایان غیرفعال: درمان شیمیایی برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی برای محیط های بیرونی یا دریایی.
• تمیز و درپوش داخلی: برای گازهای پزشکی، تبرید (ACR) و کاربردهای غذایی مورد نیاز است تا از آلودگی ناشی از بقایای روغن یا ذرات جلوگیری شود.

مرحله 6 - تست و بازرسی کیفیت

یک کارخانه لوله مسی معتبر، هر دسته تولیدی را قبل از ارسال، تحت یک پروتکل تضمین کیفیت دقیق قرار می دهد. تست های کلیدی عبارتند از:

• تست جریان گردابی (ECT): به صورت خطی، 100% بازرسی برای عیوب سطحی و زیرسطحی. حساسیت تشخیص می تواند عیوب به عمق 0.1 میلی متر را شناسایی کند.
• تست فشار هیدرواستاتیک: لوله ها با آب تحت فشار قرار می گیرند (معمولاً 1.5× تا 2× فشار کاری نامی) و برای مدت معینی نگه داشته می شوند تا یکپارچگی نشتی تأیید شود.
• بازرسی ابعادی: OD، ضخامت دیواره (WT)، بیضی و طول توسط گیج های لیزری و میکرومترهای تماسی اندازه گیری می شوند. به عنوان مثال، تلورانس ها برای لوله ASTM B88 نوع K، تغییرات WT را امکان پذیر می کند ± 10% .
• تست کشش و سختی: خواص مکانیکی (مقاومت تسلیم، استحکام کششی، ازدیاد طول) در برابر محدودیت‌های استاندارد در هر مزاج تأیید شده است.
• تجزیه و تحلیل ترکیبات شیمیایی: OES (طیف‌سنجی انتشار نوری) یا XRF برای تأیید خلوص مس و محتوای آلیاژ استفاده می‌شود.

کارخانه های دارای گواهینامه ISO 9001 حفظ قابلیت ردیابی کامل از شماره حرارتی مواد خام تا لوله نهایی. تولیدکنندگان پیشرو همچنین دارای گواهینامه های محصولی مانند NSF/ANSI 61 (برای آب آشامیدنی)، EN 1057 (لوله کشی اروپایی)، یا تاییدیه های DEWA/WRAS برای بازارهای خاص هستند.

لوله مسی بدون درز در مقابل لوله مسی جوش داده شده: تفاوت آنها در تولید

همه لوله های مسی بدون درز نیستند. در حالی که لوله مسی بدون درز - تولید شده توسط فرآیند اکستروژن/کشش شرح داده شده در بالا - بر اکثر بازارهای لوله کشی، تهویه مطبوع و تبرید تسلط دارد. لوله مسی جوش داده شده همچنین برای کاربردهای خاص تولید می شود.

لوله مسی جوش داده شده با تغذیه یک نوار مسی از طریق یک سری رول های شکل دهنده که به تدریج آن را به صورت مقطع گرد در می آورند، تشکیل می شود و سپس درز را با جوش مقاومتی یا TIG جوش می دهیم. پس از جوشکاری، لوله معمولاً به صورت سرد کشیده می شود تا دقت ابعاد و یکپارچگی درز بهبود یابد.

محصولات تخصصی لوله مسی ساخته شده در کارخانه

کارخانه های مدرن لوله مسی طیف گسترده ای از انواع لوله های تخصصی را فراتر از لوله های گرد ساده تولید می کنند. این موارد عبارتند از:

• لوله شیاردار داخلی (IG): سطح داخلی با شیارهای مارپیچ با استفاده از یک پلاگین شیاردار در طول فرآیند کشش نورد می شود. لوله IG که در سیستم های تهویه مطبوع و پمپ حرارتی استفاده می شود، راندمان انتقال حرارت را بهبود می بخشد 20 تا 40 درصد در مقایسه با لوله صاف
• لوله پره دار: باله های طولی یا مارپیچی در سطح بیرونی برای استفاده در مبدل های حرارتی تشکیل می شوند.
• لوله مویرگی: OD بسیار کوچک (معمولاً 0.5 میلی‌متر تا 6 میلی‌متر) و تلورانس‌های کم، که با کشیدن چند گذر تولید می‌شوند. مورد استفاده در کنترل جریان تبرید و تجهیزات پزشکی.
• لوله انعطاف پذیر راه راه: برای انعطاف پذیری در تاسیسات گاز و آب، پس از کشش، موجدار مکانیکی می شود.
• لوله آلیاژی: لوله های برنجی (مس-روی)، کوپرونیکل (مس-نیکل) و برنز با استفاده از تجهیزات مشابه اما با بیلت های آلیاژی متفاوت تولید می شوند که برای کاربردهای دریایی، صنعتی و در دمای بالا هدف قرار می گیرند.

هنگام ارزیابی یک کارخانه لوله مسی به دنبال چه چیزی باشید

هنگام تهیه منبع از یک کارخانه لوله مسی - چه داخلی و چه خارج از کشور - شاخص های زیر یک تولید کننده با کیفیت بالا را از یک تولید کننده ارزان قیمت اما غیرقابل اطمینان متمایز می کند:

1. ادغام عمودی: کارخانه هایی که عملیات ذوب، ریخته گری و کشش خود را کنترل می کنند نسبت به کارخانه هایی که پردازش در مراحل اولیه را برون سپاری می کنند، کنترل کیفی سخت تری دارند.
2. فناوری بازرسی درون خطی: آزمایش 100٪ جریان گردابی و اندازه گیری ابعاد لیزری باید استاندارد باشد، نه اختیاری.
3. گواهینامه های مرتبط با بازار شما: NSF 61, EN 1057, ASTM B88, GB/T 18033, WRAS - تأیید کنید که دامنه گواهی کارخانه نوع لوله، OD و حالت خاص شما را پوشش می‌دهد.
4. گزارش تست آسیاب (MTRs): کارخانه‌های قابل اطمینان MTRهای ویژه گرما را ارائه می‌کنند که ترکیب شیمیایی، نتایج آزمایش مکانیکی و تأیید آزمایش هیدرواستاتیک را نشان می‌دهد.
5. ظرفیت و زمان تحویل: کارخانه ای که بتواند تولید کند 50000 تا 200000 تن در سال مقیاسی برای رسیدگی به سفارشات افزایشی بدون افت کیفیت دارد. ظرفیت اعلام شده را در برابر تعداد تجهیزات واقعی تأیید کنید.
6. بسته بندی و حفاظت: لوله های صادراتی باید با کلاهک های انتهایی PVC، بسته بندی فیلم پلی اتیلن و جعبه های چوبی محافظت شوند. بسته بندی ضعیف منجر به آسیب و آلودگی در حین حمل و نقل می شود که می تواند مطابقت با گواهینامه را باطل کند.