Монтаж медных труб (Часть 1)

Медные трубы применяют в системах горячего и холодного водоснабжения, водоотведения, транспортировки жидких и газообразных энергоносителей, в установках, использующих альтернативные источники энергии.

Первыми водопроводами из листовой меди пользовались уже более 4700 лет тому назад в Египте. Точные данные о таком совершенном методе соединения, как пайка, во времена римлян передает Плиний, который при пайке меди рекомендует использовать богатый свинцом оловянно-цинковый припой с применением смолы в качестве флюса.

Позднее надежность установок из медных труб была доказана множеством примеров. На рис. 1 представлена выполненная и установленная в г. Любек приблизительно в 1870 г. труба питьевого водоснабжения, которая за 90 лет эксплуатации все еще остается в первоклассном состоянии.

Рис. 1. Медная труба, установленная в XIX в.

Уже в 20-е годы медные трубы начинают широко использоваться в Германии. После отмены в 1954 г. ограничений для потребителей, введенных в военные и послевоенные годы, преимущества медных труб для использования в трубопроводных системах были признаны окончательно. С этих пор технологии производства и обработки медных труб постоянно развивались. Важным новшеством для соединения медных установок в 90-е годы стало распространение метода опрессовки.


Соединение медных труб

Отдельные виды соединения имеют свои преимущества в зависимости от цели применения труб. Очень часто при выборе вида соединения решающее значение имеют производственные и региональные традиции. Поскольку далее речь пойдет о технологиях, разработанных в Германии, то все ссылки будут адресоваться к нормам, действующим в этой стране.

Соединения медных труб в системах газоснабжения, сжиженного газа и водоснабжения выполняются согласно инструкции DVGW-Arbeitsblatt GW2. В прочих областях применения, таких как установки подачи жидкого топлива и отопления, руководство инструкцией GW2 не предусмотрено. Положения этого документа следует рассматривать как признанные правила выполнения соединений медных труб в этой области их применения.

Путем такой унификации достигается рационализация техники монтажа, которая, помимо всего прочего, обеспечивает безопасность эксплуатации разных видов трубопроводов. Инструкция DVGW-Arbeitsblatt GW2 действует для соединения медных труб согласно норме DIN EN 1057 и документу DVGW-Arbeitsblatt GW392 (табл. 1).

Таблица 1
Нормы и своды правил выполнения соединений медных труб


Описанные в дальнейшем методы соединений предполагают использование материалов, которые отвечают вышеуказанным требованиям. При помощи разъемных и неразъемных соединений могут соединяться как медные трубы между собой, так и медные трубы с медными фасонными деталями (фитингами), арматурой, насосами, приборами. Все соединения медных труб даже при изменяющихся условиях эксплуатации (напр. колебания температуры и давления) должны оставаться герметичными.


Неразъемные соединения

Неразъемные соединения производятся путем пайки мягким или твердым припоем, сварки или опрессовки.


Пайка мягким припоем

Соединения, выполненные путем пайки мягким припоем, могут использоваться как в трубопроводах холодного и горячего водоснабжения, так и в отопительных установках с рабочей температурой до 110 °С. В трубопроводах газоснабжения, а также в масляных и трубопроводах сжиженного газа пайка мягким припоем не допускается. Так как в солнечных термоустановках температура может подниматься выше 110 °С, к таким трубопроводам также не может применяться пайка мягким припоем. Пайка мягким припоем осуществляется, как правило, при помощи капиллярных фитингов из меди (Cu-DHP) и бронзы (G-CuSn5ZnPb).

В трубопроводах без изгибов могут производиться муфтовые соединения труб. Муфты одинакового диаметра либо меньшего диаметра на одну ступень без применения фитингов. При этом методе соединения изготовленные вручную муфты также должны быть выполнены максимально точно, чтобы соблюдались при пайке рабочий зазор и глубина заделки. Фитинг из меди представлен на рис. 2.

Рис. 2. Фитинг из меди

Таблица 2
Минимальная глубина заделки в соединениях при пайке мягким припоем


Соединения путем пайки мягким припоем следует всегда выполнять с использованием флюсов или флюс-пасты, состоящей из смеси флюса и измельченного в порошок припоя (табл. 3)

Таблица 3
Присадочные материалы мягких припоев


Олово для пайки должно иметь тот же состав, что и припой в паяльной пасте. В установках питьевой воды, согласно GW2, могут использоваться только мягкие припои (табл. 3). В отопительных установках, если применима пайка мягким припоем, в целях унификации и взаимозаменяемости можно также использовать эти припои.

В качестве рабочих инструментов используются ацетилено-воздушные, пропано-воздушные горелки или электропаяльники, которые, ввиду нагрева места соединения без пламени, имеют преимущества особенно при косметических ремонтах. Приемы пайки мягким и твердым припоями описаны ниже.


Пайка твердым припоем

Соединения, выполненные пайкой твердым припоем, отличаются от соединений, выполненных пайкой мягким припоем, стойкостью к высоким температурам и высокой прочностью на изгиб.

Пайка твердым припоем может применяться в системах отопления, жидкого топлива, газовых, сжиженного газа, а также солнечных термоустановках (табл. 7). Трубопроводы питьевого водоснабжения могут соединяться при помощи пайки твердым припоем только с использованием труб размером более 28х1,5 мм.

Требования к фитингам для пайки твердым припоем являются аналогичными требованиям к фитингам для пайки мягким припоем. Кроме того, предлагаются также специальные фитинги для соединения исключительно путем пайки твердым припоем.

Наряду с применением изготовленных вручную муфт (см. пайка мягким припоем), тройниковые и наклонные ответвления могут производиться также путем пайки твердым припоем без использования фитингов, но только в том случае, если диаметр трубы-отвода меньше, чем диаметр основной трубы. Соединение спаиваемых поверхностей внахлест осуществляется путем выполнения раструба на конце трубы. При пайке твердым припоем длина напуска с использованием муфт в 3 раза превышает толщину стенки, но составляет не менее 5 мм. Опыт показывает, что оптимальная длина напуска составляет 7 мм для условных проходов до DN40 включительно, и для больших может достигать 10 мм.

При пайке твердым припоем тройниковых и наклонных соединений с выдавливанием на трубе отводов минимальная длина напуска должна в 3 раза превышать толщину стенки ответвляемой трубы. Соединение деталей путем пайки встык является недопустимым.

В отличие от пайки мягким припоем при пайке твердым припоем флюс использовать не обязательно (табл. 4).

В установках питьевого водоснабжения могут использоваться те марки припоев, которые приведены в табл. 4. Также, в целях унификации и взаимозаменяемости эти марки можно использовать в других областях применения (например, в отопительной установке).

Таблица 4
Присадочные материалы твердых припоев

*Если фитинги и арматура из латуни или красной бронзы соединяются путем пайки твердым припоем, то содержащие фосфор твердые припои СР 105 или СР 203 должны использоваться только вместе с флюсом (FH10).

Для пайки твердым припоем используются, как правило, ацетиленокислородные горелки, а для труб меньших размеров: ацетилено- или пропановоздушные горелки.

В табл. 5 указано допустимое рабочее давление для пайки медных трубопроводов мягким и твердым припоями в зависимости от рабочей температуры и диаметра труб

Таблица 5
Допустимое рабочее давление (бар) для капиллярных паяных соединений при помощи фитингов



Сварка медных труб

Сварка медных труб с фитингами или без них является экономичным методом соединения труб, особенно больших размеров. Для труб с наружным диаметром более 108 мм использовать капиллярные фитинги не рекомендуется. Предпочтительнее соединять трубопроводы сваркой, хотя даже при трубах небольших диаметров соединение их путем сварки часто является более рациональным. Сварка может применяться для любых медных труб с толщиной стенки от 1,5 мм, а для установок питьевой воды - только в том случае, если наружный диаметр трубы составляет не менее 35 мм.

В качестве сварного шва при сварке медных труб должно выбираться стыковое соединение (T-образный сварочный шов). Тройниковые и наклонные ответвления могут производиться с использованием фитингов или выдавливанием на трубе отводов.

Для сварки могут применяться следующие методы: газовая сварка кислородно-ацетиленовой горелкой, сварка в среде защитного газа методом WIG (вольфрамовым электродом в среде инертного газа), а также методом MIG (плавящимся электродом в среде инертного газа).

При методе MIG горит электрическая дуга между свариваемыми деталями и плавящимся электродом, который одновременно является присадочным материалом (проволочный электрод), в то время как при методе WIG электрическая дуга свободно горит между вольфрамовым электродом и привариваемой деталью, а присадочный материал отдельно подается в зону сварки. В табл. 6 представлен обзор присадочных материалов для сварки. Использование флюса при сварке не является необходимым, хотя могут применяться флюсы на основе соединений бора (типы FH21 или FH30).

Таблица 6
Присадочные материалы для сварки



Опрессовка медных труб

Опрессовка медных труб начала распространяться только с момента введения в 90-е годы системы Viega-profipress, преимуществом которой стала более простая и быстрая техника соединения. Для разных областей применения существуют различные виды пресс-фитингов размерами до 108 мм (рис. 3). Пресс-фитинги для разных сфер применения отличаются, прежде всего, различными уплотнительными элементами.

Рис. 3. Разрез по фитингу

Производитель системы фирма Viega предлагает систему опрессовки с так называемым предохранительным контуром SC. Этот контур SC (рис. 4) обеспечивает то, что при испытании под водяным давлением благодаря видимому просачиванию воды и падению давления можно обнаружить незапрессованные соединения. Эта инновация получила название «наглядная надежность испытания».

Рис. 4. Пресс-фитинг с контуром SC

Знак нового контура SC, который можно увидеть снаружи, - это небольшая окрашенная выпуклость на каждом выгнутом желобке пресс-соединения, образующая внутри небольшой продольный паз. Это практически незаметный, но на практике высокоэффективный конструктивный элемент, так как монтажники могут сразу же обнаружить незапрессованное соединение и вовремя предотвратить возможные последствия. Во время опрессовки паз, находящийся под выпуклой поверхностью контура SC, ликвидируется, а соединение становится долговечным, герметичным и надежным.

Опрессовка соединения может осуществляться только теми инструментами, применение которых допускается производителями фитингов. Следует использовать только те пресс-фитинги, которые имеют знак технического контроля DVGW.

Благодаря основанию союза по системным вопросам КМЕ и Viega в распоряжении потребителей находится ряд гарантий на системы трубопроводов из инсталляционных труб КМЕ.

Особое внимание при опрессовке уделяется зачистке труб. Зачистка необходима, чтобы при вставке трубы не повредился уплотнительный элемент. Также зачистка устраняет возможность деформации трубы во время резки и изменение проходного диаметра, которые могут стать причиной дополнительного уменьшения давления вследствие турбулизации потока.


Разъемные соединения

Разъемные соединения используются в установках из медных труб для присоединения арматуры и приборов, а также для соединения медных труб с деталями из других материалов. Разъемные соединения должны легко разбираться без потери качества соединения и снова собираться.

Разъемные соединения могут выполняться в следующих исполнениях: коническое/коническое или коническое/сферическое уплотнительное резьбовое соединение и резьбовое соединение с плоским уплотнением.

Резьбовые соединения состоят в основном из двух свинчиваемых резьбовых частей и одной накидной гайки. Накидная гайка обеспечивает разбираемость соединения. Винтовой корпус состоит из присоединительной части трубы, предназначенной для опрессовки или пайки, и крепежной части с наружной уплотнительной резьбой.

Рис. 5. Коническое/коническое или коническое/сферическое уплотнительное резьбовое соединение


Рис. 6. Резьбовое соединение с плоским уплотнением

Уплотнение осуществляется благодаря натягу конических или сферических поверхностей (рис. 5), либо при помощи прокладки, которая размещается между плоскими, круговыми уплотнительными поверхностями свинчиваемых частей (рис. 6).


Зажимные резьбовые соединения с металлическим уплотнением

Если мягкие и полужесткие трубы соединяются зажимными резьбовыми соединениями, то для надежности натяга, а также во избежание деформации трубы и изменения проходного диаметра, в трубы вставляются защитные опорные втулки (рис. 7). Для соединения трубопроводов газоснабжения и питьевой воды могут применяться зажимные резьбовые соединения только с допуском для использования DVGW.

Рис. 7. Зажимные резьбовые соединения с металлическим уплотнением (с опорными защитными втулками)


Зажимные резьбовые соединения с мягким уплотнением

Эластичная прокладка при затягивании нажимного кольца обжимает наружную поверхность трубы и таким образом уплотняет соединение (рис. 8). При монтаже следует обратить особое внимание на правильную очередность действий. При данном виде соединений необходимо также использовать защитные гильзы.

Рис. 8. Зажимные резьбовые соединения с мягким уплотнением


Трубные муфты

Трубные муфты – это соединительные элементы для мягкого уплотнения труб или фасонных деталей с гладкими концами (рис. 9). Они предназначены только для соединения медных труб с твердостью R-290 на прямых участках. Недостаточно прочные на разрыв трубные муфты используются при ремонте в качестве зажимных хомутов.

Рис. 9. Трубная муфта


Фланцевые соединения

Вместо резьбовых соединений между медными трубами, арматурой и устройствами могут также применяться разъемные фланцевые соединения с паяным фланцем из оловянно-цинковой бронзы (рис. 10); с развальцованным торцом трубы и предварительно одетым стальным фланцем (рис. 11); с припаянной втулкой из оловянно-цинковой бронзы и предварительно одетым стальным фланцем (рис. 12). Отбортовку на конце трубы как фланец использовать нельзя.

Рис. 10. Фланцевое соединение с паяным фланцем из оловянно-цинковой бронзы


Рис. 11. Фланцевое соединение с развальцованным торцом трубы и предварительно одетым стальным фланцем


Рис. 12. Фланцевое соединение с припаянной втулкой с предварительно одетым стальным фланцем


Указания по применению соединений

Разъемные соединения с мягким уплотнением (рис. 6 и 8) должны размещаться в доступных местах. При закрытом монтаже их следует разместить в области контрольного отверстия. Уплотнения должны соответствовать каждому конкретному применению.

Если применяемые соединительные элементы согласно своему номинальному давлению не обладают при нагрузке достаточной прочностью на разрыв необходимо при монтаже принять дополнительные меры или подобрать подходящие места крепления так, чтобы концы труб не могли выскочить из соединительных элементов.

Для установок водоснабжения действует инструкция DVGWArbeitsblatt W534. В установках газоснабжения для соединения труб следует использовать соединительные элементы согласно DIN3387 ч.1, которые для внутренних трубопроводов должны иметь достаточную прочность на разрыв. Области применения неразъемных соединений приведены в табл. 7.

Таблица 7
Рекомендуемые виды соединений труб для различных областей применения

* до 110°C
** от 35 x 1,5 мм
*** для соединений опрессовкой следует использовать только пресс-фитинги со специальными уплотнительными элементами согласно областям применения.

Системы питьевого водоснабжения (дождевая вода). Для труб до 28х1,5 мм, соединяемых муфтами и хомутами, не допускается горячая гибка, а также неполный отжиг. Для труб более 28х1,5 мм допускается пайка твердым припоем с применением и без применения капиллярных фитингов. Пайка мягким припоем применяется лишь для капиллярных фитингов, за исключением муфтовых соединений и соединений труб разных диаметров, различающихся на одну ступень (например, 18/15). Как показывает опыт, без фитингов могут соединяться трубы разного диаметра максимум до 35/28. Сварка применяется для труб свыше 35х1,5мм.

Системы отопления. Пайка твердым и мягким припоями применяется для любых соединений и типоразмеров труб. Сварка медных труб допускается при толщине стенки от 1,5 мм. Пайка мягким припоем допускается для систем с рабочей температурой до 110 °С.

Системы газоснабжения. Допускается пайка только твердым припоем, пайка мягким припоем запрещена. Т-образные и угловые соединения выполняются при помощи фитингов; разрешается применение муфт, изготовленных монтажниками с использованием специального инструмента (максимальная ширина зазора - см. табл. 2). Зажимные резьбовые соединения с металлическим уплотнением могут применяться для труб до 28х1,5мм. При соединениях опрессовкой необходимо использовать пресс-фитинги, допустимые только для систем газоснабжения.

Системы подачи сжиженного газа. Допускается пайка только твердым припоем, пайка мягким припоем запрещена. Соединения следует выполнять только с использованием фитингов. Изготовление монтажниками каких-либо деталей (например, муфт, ответвлений и т.д.) является недопустимым. Пайка применима для трубопроводов среднего давления до 35х1,5мм. Для труб более 35х1,5мм следует применять сварку. Испытания трубопроводов, соединения в которых выполнены пайкой твердым припоем, проводятся экспертами с дополнительными испытаниями паяных соединений.

Установки подачи жидкого топлива. Припой AG203 (L-AG44) в установках подачи жидкого топлива не применяется. Пайка твердым припоем в трубных соединениях с применением капиллярных фитингов допустима для труб до 28х1,5мм. Разъемные соединения и арматура должны быть доступны и обозримы, располагаться в маслонепроницаемых контрольных шахтах и контролироваться автоматическими системами обнаружения утечки или проведением регулярного визуального осмотра. Все применяемые резьбовые соединения, как и фланцевые, должны располагаться в легкодоступных местах.

Для солнечных термоустановок допускается применение сварки для труб с толщиной стенки свыше 1,5 мм.


Приемы обработки медных труб

Предварительная подготовка соединений. Включает (рис. 13) отрезку трубы под прямым углом. Изоляцию при необходимости удаляют (длину удаляемой части изоляции см. в табл. 14). На внутренней и внешней поверхностях зачищают заусенцы. Калибровку труб мягкого исполнения осуществляют при помощи специальных оправок.

Рис. 13. Подготовка соединений: 1 – резка трубы под прямым углом; 2 – удаление изоляции; 3 – зачистка заусенцев; 4 – калибровка труб

Выполнение неразъемных соединений осуществляется либо пайкой (рис. 14), либо опресовкой, либо сваркой.

Рис. 14. Выполнение неразъемных соединений при пайке мягким или твердым припоем: 1, 2 – подготовка поверхностей; 3 – нанесение паяльной пасты или флюса; 4 – одевание фитинга; 5 – выполнение соединения; 6, 7 – расплавление припоя или присадочного материала (без пламени горелки и в пламени горелки); 8 – зачистка

При пайке мягким или твердым припоем поверхности зачищают до блеска; наносят паяльную пасту или флюс и одевают фитинг. Соединение выполняют равномерным нагреванием фитинга и трубы нейтральным пламенем с последующим расплавлением припоя (или присадочного материала) без пламени горелки, или в пламени горелки. Соединение зачищают.

При опрессовке (рис. 15) предварительно проверяют уплотнительное кольцо. Одевают фитинги, маркируют глубину заделки и выполняют соединения.

Рис. 15. Выполнение неразъемных соединений опрессовкой: 1 – проверка уплотнительного кольца; 2 – маркировка глубины заделки; 3 – выполнение соединения

При сварке (рис. 16) закрепляют фитинг, расплавляют припой или присадочный материал. После остывания шва проводят зачистку и удаление окалин.

Рис. 16. Выполнение неразъемных соединений сваркой: 1 – закрепление фитинга; 2 – расплавление припоя или присадочного материала; 3 – зачистка и удаление окалин


Методы расчета размеров соединений медных труб

Трубопроводы чаще изготавливаются в производственных условиях, а не на строительных площадках. Преимущества производственных условий – это лучший пространственный фактор, снижение затрат на оплату труда, легкость обработки и возможность большего изготовления деталей трубопровода с применением производственного инструмента и оборудования.

Определение длины трубы методом расчета по размеру Z (рис. 17) применяется совместно с методом измерения «от оси трубы до оси трубы» или «от оси фитинга до оси фитинга». Размер Z пресс-фитинга (рис. 17в) приведен в табл. 8 .

Рис. 17. Определение длины трубы: А - методом «ось-ось»; Б - «метод расчета по размеру Z»; В – схема определения размера Z

Таблица 8
Определение размера Z пресс-фитинга


Пример определения длины трубы по размеру Z. Необходимо вычислить длину l участка трубы для соединения медных труб диаметром 22 мм (рис. 17) при длине трубы (M) = 205 мм. По табл. 8 определяем величину Z = 27 мм Искомая величина соединения равна: l = M - (2?Z) = 205 - 2?27 = 151 (мм)


Гибка медных труб

При прокладке медных труб их направление изменяют при помощи пресс- или капиллярных фитингов, либо путем гибки. Благодаря гибке во время монтажа можно сэкономить время и сократить расходы на материалы.

Горячая гибка - это, прежде всего, гибка без использования инструмента, но с песчаным наполнением. Практикуется сегодня очень редко. Намного чаще применяется гибка труб в холодном состоянии с использованием инструмента или без него.

При небольших размерах труб гибкой можно выполнить цельную трубную конструкцию, последовательно изменяя направление. Применяется к трубам любой жесткости (табл. 9). Гибку стало выполнять еще легче, когда в 1999 г. были выпущены первые полужесткие трубы, которые могут гнуться в холодном состоянии, но только в том случае, если их размеры составляют до 28х1,5мм. Ниже приведены радиусы гибки для инсталляционных труб марок SANCO®, WICU®, COPATIN® и CUPROTERM®.

Таблица 9
Радиусы гибки для инсталляционных труб КМЕ различного исполнения


Жесткие трубы SANCO® с параметрами 12х1,0 мм, 15х1,0 мм и 18х1,0 мм не поставляются компанией КМЕ с момента начала выпуска полужестких труб. В качестве номинальной величины при гибке задается допустимый радиус гибки (рис. 18). Радиус гибки устанавливается по средней линии трубы, так называемой нейтральной осевой линии, и зависит от диаметра трубы и метода гибки.

Рис. 18. Радиус гибки медной трубы

Гибка без использования инструмента. Трубы SANCO®, WICU®, COPATIN® и cuprotherm® в бухтах, мягкие (R 220) могут гнуться вручную. При гибке без использования инструмента (рис. 19) радиус гибки следует устанавливать в зависимости от наружного диаметра трубы, который, как правило, составляет 6-8 наружных диаметров.

Рис. 19. Гибка без использования инструмента: разматывание бухты трубы SANCO®

Выбирая радиус гибки, следует учитывать, что деформация кругового сечения в зоне гибки должна быть минимальна, образование вмятин и изломов недопустимо. Эти требования необходимо учитывать и при работе с гибочным инструментом.

Гибка с использованием инструмента. Если при монтаже трубы в бунтах SANCO®, WICU®, COPATIN® и cuprotherm® необходимо производить гибку меньшими радиусами, чем это упоминалось выше, то в распоряжении монтажника имеется большой выбор трубогибочных инструментов (рис. 20). Минимальный радиус гибки для мягких труб твердостью R 220 в сводах правил не указан.

Рис. 20. Гибка с использованием инструмента

Таблица 10
Минимальный радиус гибки для труб мерной длины без изоляции

* Трубы этих параметров больше не поставляются компанией КМ Еuropa Metal AG.

Медные трубы КМЕ мерной длины (табл. 10) без изоляции для установки в различных системах полужесткого исполнения с твердостью R 250 гнутся при помощи того же инструмента, что и трубы жесткого исполнения с твердостью R 290. Кроме того, гибка полужестких труб возможна только для труб до 28х1,5 мм.