ท่อทองแดงทำอย่างไร? คู่มือการผลิตฉบับสมบูรณ์

ท่อทองแดง ผลิตผ่านกระบวนการทางอุตสาหกรรมหลายขั้นตอนที่เริ่มต้นด้วยแท่งทองแดงที่ผ่านการกลั่นแล้ว และปิดท้ายด้วยท่อที่มีขนาดแม่นยำ ไร้รอยต่อหรือเชื่อม ซึ่งพร้อมสำหรับการประปา HVAC เครื่องทำความเย็น และการใช้ในอุตสาหกรรม ขั้นตอนสำคัญคือ การหลอม การหล่อ การอัดรีดหรือการเจาะ การดึง การอบอ่อน และการตกแต่งขั้นสุดท้าย — แต่ละขั้นตอนได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดเพื่อให้ตรงตามมาตรฐานสากล เช่น ASTM B88, EN 1057 หรือ GB/T 18033

การทำความเข้าใจวิธีการผลิตท่อทองแดงช่วยให้ผู้ซื้อประเมินคุณภาพ เลือกซัพพลายเออร์ที่เหมาะสม และระบุประเภทท่อที่ถูกต้องสำหรับการใช้งานของพวกเขา บทความนี้จะแจกแจงรายละเอียดทุกขั้นตอนสำคัญของการผลิตท่อทองแดง พร้อมด้วยข้อมูลกระบวนการจริงและรายละเอียดระดับโรงงาน

วัตถุดิบ: สิ่งที่เข้าไปในท่อทองแดง

จุดเริ่มต้นของการใดๆ โรงงานท่อทองแดง เป็นทองแดงที่มีความบริสุทธิ์สูง ผู้ผลิตส่วนใหญ่ใช้ ทองแดงที่มีความเหนียวด้วยไฟฟ้า (ETP) (C11000) ซึ่งมีทองแดงอย่างน้อย 99.9% ท่อเฉพาะทางบางท่อ — โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับก๊าซทางการแพทย์หรือการใช้งานเซมิคอนดักเตอร์ — ต้องใช้ทองแดงปราศจากออกซิเจน (OFE, C10200) ที่มีความบริสุทธิ์สูงกว่า 99.99%

ทองแดงดิบมาถึงโรงงานด้วยวิธีดังนี้:

• แผ่นทองแดงแคโทด (จากการกลั่นด้วยไฟฟ้า)
• แท่งทองแดงหรือท่อนไม้ที่หล่อไว้ล่วงหน้า
• เศษทองแดงเกรดสูง (สำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีเนื้อหารีไซเคิล)

ทองแดงเป็นหนึ่งในโลหะอุตสาหกรรมที่มีการรีไซเคิลมากที่สุดในโลก อุปทานทองแดงทั่วโลกมากกว่า 30% มาจากเศษซากรีไซเคิล และโรงงานผลิตท่อหลายแห่งผสมผสานทองแดงบริสุทธิ์และทองแดงรีไซเคิล ในขณะที่ยังคงเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความบริสุทธิ์สำหรับเกรดท่อมาตรฐาน

ขั้นตอนที่ 1 — การหลอมและการหล่อแท่งทองแดง

ขั้นตอนการผลิตขั้นแรกในโรงงานท่อทองแดงคือการหลอมทองแดงดิบใน เตาเหนี่ยวนำช่องหรือเตาเหนี่ยวนำแบบไม่มีแกน ที่อุณหภูมิระหว่าง 1,083°C และ 1,150°C (จุดหลอมเหลวของทองแดงบริสุทธิ์คือ 1,083°C) ทองแดงหลอมเหลวจะถูกกักและไล่แก๊สออกเพื่อกำจัดออกซิเจนและไฮโดรเจนที่ละลายอยู่ ซึ่งมิฉะนั้นจะทำให้เกิดข้อบกพร่องเกี่ยวกับความพรุนในหลอดสุดท้าย

จากนั้นหลอมละลายที่กลั่นแล้วจะถูกโยนลงในแท่งเหล็กหรือเปลือกกลวงโดยใช้วิธีหลักอย่างใดอย่างหนึ่งจากสองวิธี:

• การหล่อแบบต่อเนื่อง (การหล่อแบบขึ้นหรือแบบแนวนอน): วิธีการที่พบมากที่สุดในโรงงานท่อทองแดงสมัยใหม่ ผลิตเหล็กแท่งยาวที่สม่ำเสมอและมีโครงสร้างเกรนสม่ำเสมอ โดยทั่วไปความเร็วจะอยู่ในช่วง 0.5 ถึง 2.5 ม./นาที ขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของแท่งเหล็ก
• การหล่อแบบกึ่งต่อเนื่อง (แช่เย็นโดยตรง): ใช้สำหรับเหล็กแท่งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า โดยทั่วไปจะมีขนาดมากกว่า 200 มม. แม่พิมพ์ระบายความร้อนด้วยน้ำ ทำให้ทองแดงแข็งตัวอย่างรวดเร็วเพื่อลดการแยกตัว

เหล็กแท่งที่ได้ซึ่งโดยทั่วไปจะมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 80 มม. ถึง 300 มม. และยาว 500 มม. ถึง 3,000 มม. จะถูกขูดพื้นผิวด้วยเครื่องกลึงเพื่อกำจัดออกไซด์ของพื้นผิวและหล่อผิวก่อนขั้นตอนต่อไป

ขั้นตอนที่ 2 — การอัดขึ้นรูปหรือการเจาะ: การสร้างเปลือกท่อกลวง

นี่คือจุดที่แท่งเหล็กแข็งถูกแปลงเป็นเปลือกท่อกลวง มีสองวิธีหลักที่ใช้ในโรงงานท่อทองแดง:

การอัดขึ้นรูปร้อน

บิลเล็ตได้รับความร้อนประมาณ 800°C ถึง 900°C และนำไปใส่ในเครื่องอัดรีดแบบไฮดรอลิก แมนเดรลเจาะตรงกลางในขณะที่ทองแดงถูกบังคับผ่านแม่พิมพ์ ทำให้เกิดเปลือกกลวงที่มีผนังหนาเรียกว่า ท่อแม่ หรือเปลือกอัดขึ้นรูป เครื่องอัดรีดในการผลิตท่อทองแดงมักจะทำงานที่แรงระหว่าง 10 ล้าน และ 50 ล้าน . อัตราส่วนการอัดขึ้นรูป (อัตราส่วนของหน้าตัดของบิลเล็ตต่อหน้าตัดของท่อ) โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 20:1 ถึง 80:1

การเจาะแบบหมุน (กระบวนการ Mannesmann)

ใช้สำหรับท่อไร้ตะเข็บที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้น วิธีนี้เกี่ยวข้องกับการป้อนเหล็กแท่งแข็งที่ได้รับความร้อนระหว่างม้วนมุมสองอัน ม้วนจะสร้างแรงเค้นภายในที่เปิดช่องตรงกลาง ซึ่งจากนั้นจะขึ้นรูปด้วยปลั๊กเจาะ กระบวนการนี้พบได้ทั่วไปในการผลิตท่อเหล็ก แต่ยังนำไปใช้ในโรงงานท่อทองแดงบางแห่งสำหรับผลิตภัณฑ์ OD ขนาดใหญ่ด้วย

หลังจากการอัดรีดหรือเจาะแล้วเปลือกท่อก็มี ความคลาดเคลื่อนมิติที่หยาบและผนังที่ค่อนข้างหนา — จะต้องวาดลงไปที่มิติสุดท้ายในขั้นตอนต่อๆ ไป

ขั้นตอนที่ 3 — การวาดแบบเย็น: ให้ได้ขนาดที่แม่นยำ

การวาดแบบเย็นเป็นขั้นตอนการควบคุมขนาดที่สำคัญที่สุดในการผลิตท่อทองแดง เปลือกที่อัดออกมาจะถูกดึงผ่านชุดแม่พิมพ์ที่มีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ โดยแต่ละรอบจะลดเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกและความหนาของผนัง ในขณะเดียวกันก็เพิ่มความยาวของท่อและปรับปรุงคุณภาพพื้นผิว

โดยทั่วไปแล้วการผ่านการวาดเย็นแต่ละครั้งจะลดพื้นที่หน้าตัดลง 20% ถึง 45% . จำเป็นต้องผ่านการจับฉลากหลายครั้งเพื่อให้ได้ข้อกำหนดขั้นสุดท้าย ท่อที่เริ่มต้นเป็นเปลือก OD ขนาด 60 มม. อาจถูกดึงผ่าน 4 ถึง 8 รอบเพื่อให้ได้ OD สุดท้าย 15 มม. โดยมีความหนาของผนัง 1 มม.

มีการใช้เทคนิคการวาดภาพหลักสองวิธี:

• การวาดปลั๊กลอย: ปลั๊กภายในท่อควบคุมเส้นผ่านศูนย์กลางด้านในในขณะที่แม่พิมพ์ด้านนอกควบคุม OD เหมาะสำหรับคอยล์ยาวและท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก (ต่ำกว่า 28 มม.)
• การวาดแมนเดรลคงที่: แกนแมนเดรลใช้เพื่อให้พิกัดความเผื่อ ID เข้มงวดยิ่งขึ้น ทั่วไปสำหรับท่อความยาวตรงที่สูงกว่า 25 มม. OD

ความเร็วในการวาดในโรงงานท่อทองแดงสมัยใหม่ถึง 100 ถึง 400 ม./นาที บนเครื่องบล็อก (คอยล์) สำหรับท่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก มีการใช้สารหล่อลื่น (โดยทั่วไปจะเป็นน้ำมันหรือชนิดอิมัลชัน) ที่ทางเข้าของแม่พิมพ์เพื่อลดแรงเสียดทานและการสึกหรอของแม่พิมพ์

ขั้นตอนที่ 4 — การหลอม: การฟื้นฟูความเหนียว

งานวาดแบบเย็นจะทำให้ทองแดงแข็งตัวขึ้น ทำให้มีความแข็งและเปราะมากขึ้นในแต่ละรอบ การหลอม — การอบชุบด้วยความร้อนแบบควบคุม — ถูกนำมาใช้ระหว่างการผ่านการวาดและ/หรือหลังจากการวาดขั้นสุดท้ายเพื่อคืนความเหนียวและบรรลุการกำหนดอุณหภูมิที่ต้องการ

วิธีการหลอมทั่วไปในโรงงานท่อทองแดง ได้แก่ :

• การหลอมเตาหลอมแบบแบทช์ (ระฆัง): ขดลวดหรือมัดรวมของท่อจะถูกอบอ่อนในเตาเผาที่ปิดสนิทโดยมีบรรยากาศการป้องกัน (โดยทั่วไปคือไนโตรเจนหรือส่วนผสมของไนโตรเจน-ไฮโดรเจน) ที่ 400°C ถึง 650°C เป็นเวลาหลายชั่วโมง ป้องกันการเกิดออกซิเดชันของพื้นผิว
• การหลอมเกลียวอย่างต่อเนื่อง: ท่อจะผ่านเตาอินไลน์ด้วยความเร็วสูง ใช้สำหรับท่อขดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่า อุณหภูมิจะสูงกว่า (สูงถึง 800°C) แต่เวลาในการเปิดรับแสงสั้นมาก (วินาที)
• การหลอมแบบเหนี่ยวนำ: การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าจะทำให้ท่อร้อนอย่างรวดเร็วและสม่ำเสมอ เหมาะสำหรับการควบคุมอารมณ์ที่แม่นยำ

ขั้นตอนที่ 5 — การยืดผม การตัด และการตกแต่งพื้นผิว

หลังจากการดึงและการอบอ่อนขั้นสุดท้าย ท่อจะได้รับการยืดเชิงกลด้วยเครื่องยืดผมแบบลูกกลิ้งเพื่อให้เป็นไปตามค่าความคลาดเคลื่อนของส่วนโค้งและความตรง (โดยทั่วไป ≤1.5มม. ต่อเมตร ภายใต้มาตรฐาน ASTM B88) ผลิตภัณฑ์ขดจะพันบนแกนม้วนหรือขึ้นรูปเป็นขดแพนเค้ก ซึ่งมีความยาวขดมาตรฐานตั้งแต่ 15 เมตรถึง 50 เมตร สำหรับท่อประปาที่อยู่อาศัย

ความยาวตรงจะถูกตัดให้ได้ขนาดมาตรฐาน (โดยทั่วไปคือ 3 ม., 4 ม., 5 ม. หรือ 6 ม.) โดยใช้เครื่องตัดแบบหมุนเพื่อให้ปลายที่สะอาดปราศจากเสี้ยน โรงงานท่อทองแดงบางแห่งเสนอการลบคมและการลบมุมปลายเป็นมาตรฐาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับท่อที่จ่ายให้กับระบบฟิตติ้งแบบสวมอัดหรือแบบสวมอัด

ตัวเลือกการตกแต่งพื้นผิวที่มีให้ในระดับโรงงาน ได้แก่:

• ผิวสว่าง/สะอาดตา: มาตรฐานสำหรับท่อประปาและท่อ HVAC ส่วนใหญ่ ทำได้โดยการหลอมในบรรยากาศการป้องกัน
• เสร็จสิ้น Passivated: การบำบัดด้วยสารเคมีเพื่อเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนสำหรับสภาพแวดล้อมกลางแจ้งหรือทางทะเล
• ทำความสะอาดภายในและต่อยอด: จำเป็นสำหรับการใช้งานก๊าซทางการแพทย์ เครื่องทำความเย็น (ACR) และเกรดอาหารเพื่อป้องกันการปนเปื้อนจากน้ำมันที่ตกค้างหรืออนุภาค

ขั้นตอนที่ 6 — การทดสอบและตรวจสอบคุณภาพ

โรงงานท่อทองแดงที่มีชื่อเสียงกำหนดให้ทุกชุดการผลิตเป็นไปตามระเบียบการประกันคุณภาพที่เข้มงวดก่อนจัดส่ง การทดสอบที่สำคัญ ได้แก่ :

• การทดสอบกระแสวน (ECT): การตรวจสอบข้อบกพร่องที่พื้นผิวและใต้ผิวดินแบบอินไลน์ 100% ความไวในการตรวจจับสามารถระบุข้อบกพร่องที่มีความลึกเพียง 0.1 มม.
• การทดสอบแรงดันอุทกสถิต: ท่อจะได้รับแรงดันน้ำ (โดยปกติจะอยู่ที่ 1.5× ถึง 2× ของแรงดันใช้งานที่กำหนด) และคงไว้ตามระยะเวลาที่กำหนดเพื่อยืนยันความสมบูรณ์ของการรั่วไหล
• การตรวจสอบมิติ: OD, ความหนาของผนัง (WT), การตกไข่ และความยาววัดด้วยเลเซอร์เกจและไมโครมิเตอร์แบบสัมผัส ตัวอย่างเช่น ความคลาดเคลื่อนสำหรับท่อ ASTM B88 Type K ยอมให้มีการเปลี่ยนแปลง WT ของ ±10% .
• การทดสอบแรงดึงและความแข็ง: คุณสมบัติทางกล (ความแข็งแรงของผลผลิต ความต้านทานแรงดึง การยืดตัว) ได้รับการตรวจสอบเทียบกับขีดจำกัดมาตรฐานต่ออุณหภูมิ
• การวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมี: OES (optical emission spectrometry) หรือ XRF ใช้ในการตรวจสอบความบริสุทธิ์ของทองแดงและปริมาณโลหะผสม

โรงงานได้รับการรับรองจาก ISO9001 รักษาความสามารถในการตรวจสอบย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์ตั้งแต่หมายเลขความร้อนของวัตถุดิบไปจนถึงล็อตท่อสำเร็จรูป ผู้ผลิตชั้นนำยังได้รับใบรับรองผลิตภัณฑ์ เช่น NSF/ANSI 61 (สำหรับน้ำดื่ม), EN 1057 (ระบบประปาของยุโรป) หรือการอนุมัติ DEWA/WRAS สำหรับตลาดเฉพาะ

ท่อทองแดงแบบไม่มีรอยต่อและแบบเชื่อม: ความแตกต่างในการผลิตอย่างไร

ท่อทองแดงบางท่อไม่มีรอยต่อ ในขณะที่ ท่อทองแดงไร้รอยต่อ — ผลิตโดยกระบวนการอัดขึ้นรูป/การดึงตามที่อธิบายไว้ข้างต้น — ครองตลาดระบบประปา, HVAC และเครื่องทำความเย็นส่วนใหญ่ ท่อทองแดงเชื่อม ยังผลิตขึ้นเพื่อการใช้งานเฉพาะอีกด้วย

ท่อทองแดงเชื่อมเกิดขึ้นจากการป้อนแถบทองแดงผ่านชุดม้วนขึ้นรูปที่ค่อยๆ ขึ้นรูปให้เป็นหน้าตัดทรงกลม จากนั้นจึงเชื่อมด้วยความต้านทานหรือเชื่อม TIG ให้กับตะเข็บ หลังจากการเชื่อม โดยทั่วไปแล้วท่อจะถูกดึงเย็นเพื่อเพิ่มความแม่นยำของมิติและความสมบูรณ์ของตะเข็บ

ผลิตภัณฑ์ท่อทองแดงชนิดพิเศษที่ผลิตในโรงงาน

โรงงานท่อทองแดงสมัยใหม่ผลิตท่อชนิดพิเศษหลากหลายประเภทนอกเหนือจากท่อกลมธรรมดา ซึ่งรวมถึง:

• ท่อมีร่องด้านใน (IG): พื้นผิวด้านในถูกรีดด้วยร่องเกลียวโดยใช้ปลั๊กแบบมีร่องในระหว่างกระบวนการวาด ใช้ในระบบปรับอากาศและปั๊มความร้อน ท่อ IG ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนโดย 20% ถึง 40% เมื่อเทียบกับท่อเจาะเรียบ
• ท่อครีบ: ครีบตามยาวหรือครีบเกลียวถูกสร้างขึ้นที่พื้นผิวด้านนอกเพื่อใช้ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน
• หลอดคาปิลลารี: OD ที่เล็กมาก (โดยทั่วไปคือ 0.5 มม. ถึง 6 มม.) และพิกัดความเผื่อที่แคบ ผลิตโดยการวาดแบบหลายรอบ ใช้ในการควบคุมการไหลของเครื่องทำความเย็นและอุปกรณ์ทางการแพทย์
• ท่ออ่อนลูกฟูก: ลูกฟูกเชิงกลหลังจากวาดเพื่อความยืดหยุ่นในการติดตั้งแก๊สและน้ำ
• ท่อโลหะผสม: ท่อทองเหลือง (ทองแดง-สังกะสี) คิวโปรนิกเกิล (ทองแดง-นิกเกิล) และท่อทองแดงที่ผลิตโดยใช้อุปกรณ์ชนิดเดียวกัน แต่มีแท่งโลหะผสมต่างกัน มุ่งเป้าไปที่การใช้งานทางทะเล อุตสาหกรรม และที่อุณหภูมิสูง

สิ่งที่ต้องมองหาเมื่อประเมินโรงงานท่อทองแดง

เมื่อจัดหาจากโรงงานท่อทองแดง - ไม่ว่าจะในประเทศหรือต่างประเทศ - ตัวชี้วัดต่อไปนี้จะแยกแยะผู้ผลิตคุณภาพสูงจากผู้ผลิตที่มีต้นทุนต่ำแต่ไม่น่าเชื่อถือ:

1. บูรณาการในแนวตั้ง: โรงงานที่ควบคุมการดำเนินการหลอม การหล่อ และการวาดแบบของตนเองจะมีการควบคุมคุณภาพที่เข้มงวดกว่าโรงงานที่ว่าจ้างบุคคลภายนอกในการประมวลผลขั้นต้น
2. เทคโนโลยีการตรวจสอบแบบอินไลน์: การทดสอบกระแสไหลวน 100% และการวัดขนาดด้วยเลเซอร์ควรเป็นแบบมาตรฐาน ไม่ใช่ทางเลือก
3. การรับรองที่เกี่ยวข้องกับตลาดของคุณ: NSF 61, EN 1057, ASTM B88, GB/T 18033, WRAS — ยืนยันว่าขอบเขตการรับรองของโรงงานครอบคลุมประเภทท่อ OD และเทมเปอร์เฉพาะของคุณ
4. รายงานการทดสอบโรงงาน (MTR): โรงงานที่เชื่อถือได้มี MTR เฉพาะความร้อนที่แสดงองค์ประกอบทางเคมี ผลการทดสอบทางกล และการยืนยันการทดสอบอุทกสถิต
5. ความจุและเวลานำ: โรงงานที่สามารถผลิตได้ 50,000 ถึง 200,000 ตันต่อปี มีมาตราส่วนเพื่อรองรับคำสั่งกระชากโดยไม่กระทบต่อคุณภาพ ตรวจสอบกำลังการผลิตที่ระบุเทียบกับจำนวนอุปกรณ์จริง
6. บรรจุภัณฑ์และการป้องกัน: ท่อเพื่อการส่งออกควรได้รับการปกป้องด้วยฝาปิดปลาย PVC การห่อฟิล์มโพลีเอทิลีน และลังไม้ บรรจุภัณฑ์ที่ไม่ดีนำไปสู่ความเสียหายระหว่างการขนส่งและการปนเปื้อนที่อาจทำให้การปฏิบัติตามการรับรองเป็นโมฆะ