Ống đồng được sản xuất như thế nào? Hướng dẫn sản xuất hoàn chỉnh

Ống đồng được thực hiện thông qua một quy trình công nghiệp nhiều giai đoạn, bắt đầu bằng phôi đồng tinh chế và kết thúc bằng các ống hàn có kích thước chính xác, liền mạch hoặc hàn sẵn sàng cho hệ thống ống nước, HVAC, điện lạnh và sử dụng công nghiệp. Các bước cốt lõi là nấu chảy, đúc, ép đùn hoặc xỏ lỗ, vẽ, ủ và hoàn thiện — mỗi giai đoạn được kiểm soát chặt chẽ để đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế như ASTM B88, EN 1057 hoặc GB/T 18033.

Hiểu cách sản xuất ống đồng giúp người mua đánh giá chất lượng, chọn đúng nhà cung cấp và chỉ định loại ống chính xác cho ứng dụng của họ. Bài viết này trình bày chi tiết từng giai đoạn chính của quá trình sản xuất ống đồng với dữ liệu quy trình thực tế và chi tiết ở cấp độ nhà máy.

Nguyên liệu thô: Những gì tạo nên một ống đồng

Điểm khởi đầu cho bất kỳ nhà máy ống đồng là đồng có độ tinh khiết cao. Hầu hết các nhà sản xuất đều sử dụng đồng cứng điện phân (ETP) (C11000) , chứa tối thiểu 99,9% đồng. Một số ống chuyên dụng - đặc biệt dành cho các ứng dụng khí y tế hoặc chất bán dẫn - yêu cầu đồng không có oxy (OFE, C10200) có độ tinh khiết trên 99,99%.

Đồng thô đến nhà máy dưới dạng:

• Tấm đồng catôt (từ quá trình tinh chế điện phân)
• Phôi hoặc khúc gỗ đồng đúc sẵn
• Đồng phế liệu cao cấp (đối với sản phẩm có hàm lượng tái chế)

Đồng là một trong những kim loại công nghiệp được tái chế nhiều nhất trên thế giới. Hơn 30% nguồn cung đồng toàn cầu đến từ phế liệu tái chế và nhiều nhà máy sản xuất ống pha trộn đồng nguyên chất và đồng tái chế trong khi vẫn đáp ứng các yêu cầu về độ tinh khiết đối với các loại ống tiêu chuẩn.

Bước 1 - Nấu chảy và đúc phôi đồng

Bước sản xuất đầu tiên trong nhà máy sản xuất ống đồng là nấu chảy đồng thô trong lò cảm ứng kênh hoặc lò cảm ứng corless ở nhiệt độ giữa 1.083°C và 1.150°C (nhiệt độ nóng chảy của đồng nguyên chất là 1.083°C). Đồng nóng chảy được giữ lại và khử khí để loại bỏ oxy và hydro hòa tan, nếu không sẽ gây ra khuyết tật về độ xốp trong ống cuối cùng.

Chất tan chảy tinh chế sau đó được đúc thành phôi hoặc vỏ rỗng bằng một trong hai phương pháp chính:

• Đúc liên tục (đúc lên hoặc đúc ngang): Phương pháp phổ biến nhất trong các nhà máy sản xuất ống đồng hiện đại. Tạo ra các phôi dài, đồng đều với cấu trúc hạt đồng nhất. Tốc độ thường dao động từ 0,5 đến 2,5 m/phút tùy thuộc vào đường kính phôi thép.
• Đúc bán liên tục (làm lạnh trực tiếp): Được sử dụng cho phôi có đường kính lớn hơn, thường trên 200mm. Khuôn được làm mát bằng nước, đông đặc đồng nhanh chóng để giảm sự phân tầng.

Phôi thu được - thường có đường kính 80mm đến 300mm và dài 500mm đến 3.000mm - được mài bề mặt bằng máy tiện để loại bỏ các oxit bề mặt và đúc da trước giai đoạn tiếp theo.

Bước 2 - Đùn hoặc xuyên: Tạo vỏ ống rỗng

Đây là nơi phôi rắn được chuyển thành vỏ ống rỗng. Có hai phương pháp chủ yếu được sử dụng trong các nhà máy sản xuất ống đồng:

Đùn nóng

Phôi được nung nóng đến khoảng 800°C đến 900°C và đưa vào máy ép đùn thủy lực. Một trục gá xuyên qua tâm trong khi đồng được ép qua khuôn, tạo ra một lớp vỏ rỗng có thành dày gọi là ống mẹ hoặc vỏ đùn. Máy ép đùn trong sản xuất ống đồng thường hoạt động ở lực giữa 10 MN và 50 MN . Tỷ lệ đùn (tỷ lệ tiết diện phôi và tiết diện ống) thường nằm trong khoảng từ 20:1 đến 80:1.

Xỏ lỗ quay (Quy trình Mannesmann)

Được sử dụng cho các ống liền mạch có đường kính lớn hơn, phương pháp này liên quan đến việc nạp phôi rắn đã được gia nhiệt vào giữa hai cuộn góc. Các cuộn tạo ra ứng suất bên trong mở ra một khoang trung tâm, sau đó được tạo hình bằng một chốt xuyên. Quá trình này phổ biến hơn trong sản xuất ống thép nhưng cũng được áp dụng ở một số nhà máy sản xuất ống đồng cho các sản phẩm có OD lớn.

Sau khi ép đùn hoặc xỏ lỗ, vỏ ống có dung sai kích thước thô và một bức tường tương đối dày — nó phải được kéo xuống các kích thước cuối cùng trong các bước tiếp theo.

Bước 3 - Vẽ nguội: Đạt được kích thước chính xác

Vẽ nguội là giai đoạn kiểm soát kích thước quan trọng nhất trong sản xuất ống đồng. Lớp vỏ ép đùn được kéo qua một loạt khuôn nhỏ dần - mỗi khuôn làm giảm đường kính ngoài và độ dày thành đồng thời tăng chiều dài ống và cải thiện độ hoàn thiện bề mặt.

Mỗi đường chuyền nguội thường làm giảm diện tích mặt cắt ngang bằng 20% đến 45% . Cần có nhiều lượt rút thăm để đạt được thông số kỹ thuật cuối cùng. Một ống bắt đầu bằng vỏ OD 60mm có thể được kéo qua 4 đến 8 lần để đạt được OD 15mm cuối cùng với độ dày thành 1mm.

Hai kỹ thuật vẽ chính được sử dụng:

• Bản vẽ phích cắm nổi: Một phích cắm bên trong ống điều khiển đường kính trong trong khi khuôn ngoài điều khiển OD. Lý tưởng cho các cuộn dây dài và ống có đường kính nhỏ (dưới 28mm).
• Bản vẽ trục gá cố định: Một thanh trục gá được sử dụng để có dung sai ID chặt chẽ hơn. Phổ biến cho các ống có chiều dài thẳng trên 25 mm OD.

Tốc độ kéo trong các nhà máy sản xuất ống đồng hiện đại đạt tới 100 đến 400 m/phút trên máy khối (cuộn dây) dành cho ống có đường kính nhỏ. Chất bôi trơn (thường là loại gốc dầu hoặc dạng nhũ tương) được bôi tại lối vào khuôn để giảm ma sát và mài mòn khuôn.

Bước 4 - Ủ: Khôi phục độ dẻo

Quá trình kéo nguội làm cứng đồng, làm cho nó cứng hơn và giòn hơn sau mỗi lần gia công. Ủ - xử lý nhiệt có kiểm soát - được áp dụng giữa các lần kéo và/hoặc sau lần kéo cuối cùng để khôi phục độ dẻo và đạt được chỉ định nhiệt độ yêu cầu.

Các phương pháp ủ phổ biến trong các nhà máy sản xuất ống đồng bao gồm:

• Ủ lò theo mẻ (chuông): Các cuộn dây hoặc bó ống được ủ trong lò kín có môi trường bảo vệ (thường là nitơ hoặc hỗn hợp nitơ-hydro) ở nhiệt độ 400°C đến 650°C trong vài giờ. Ngăn chặn quá trình oxy hóa bề mặt.
• Ủ sợi liên tục: Ống đi qua lò nung nội tuyến ở tốc độ cao. Được sử dụng cho ống cuộn có đường kính nhỏ hơn. Nhiệt độ cao hơn (lên tới 800°C) nhưng thời gian phơi sáng rất ngắn (giây).
• Ủ cảm ứng: Cảm ứng điện từ làm nóng ống nhanh chóng và đồng đều. Thích hợp để kiểm soát nhiệt độ chính xác.

Bước 5 - Làm thẳng, cắt và hoàn thiện bề mặt

Sau khi kéo và ủ lần cuối, các ống trải qua quá trình làm thẳng cơ học trên máy ép con lăn để đáp ứng các dung sai về độ cong và độ thẳng (thường là 1,5mm mỗi mét theo tiêu chuẩn ASTM B88). Sản phẩm cuộn được quấn thành cuộn hoặc tạo thành cuộn bánh pancake - chiều dài cuộn tiêu chuẩn dao động từ 15 mét đến 50 mét cho ống nước dân dụng.

Các đoạn thẳng được cắt theo kích thước tiêu chuẩn (thường là 3 m, 4 m, 5 m hoặc 6 m) bằng cách sử dụng máy cắt quay để lại các đầu sạch, không có gờ. Một số nhà máy sản xuất ống đồng cung cấp khả năng mài bavia và vát mép đầu theo tiêu chuẩn, đặc biệt đối với ống được cung cấp cho hệ thống lắp ép hoặc lắp đẩy.

Các tùy chọn hoàn thiện bề mặt có sẵn ở cấp độ nhà máy bao gồm:

• Bề mặt sáng/sạch: Tiêu chuẩn cho hầu hết các hệ thống ống nước và ống HVAC. Đạt được bằng cách ủ trong bầu không khí bảo vệ.
• Kết thúc thụ động: Xử lý hóa học để tăng cường khả năng chống ăn mòn cho môi trường ngoài trời hoặc biển.
• Làm sạch bên trong và đóng nắp: Cần thiết cho các ứng dụng khí y tế, điện lạnh (ACR) và cấp thực phẩm để ngăn ngừa ô nhiễm do cặn dầu hoặc các hạt.

Bước 6 - Kiểm tra và kiểm tra chất lượng

Một nhà máy sản xuất ống đồng uy tín sẽ tuân thủ mọi lô sản xuất theo quy trình đảm bảo chất lượng nghiêm ngặt trước khi xuất xưởng. Các bài kiểm tra chính bao gồm:

• Kiểm tra dòng điện xoáy (ECT): Kiểm tra nội tuyến, 100% các khuyết tật bề mặt và dưới bề mặt. Độ nhạy phát hiện có thể xác định các khuyết tật có độ sâu nhỏ tới 0,1mm.
• Kiểm tra áp suất thủy tĩnh: Các ống được tăng áp bằng nước (thường ở mức 1,5 × đến 2 × áp suất làm việc định mức) và được giữ trong một khoảng thời gian xác định để xác nhận tính toàn vẹn của rò rỉ.
• Kiểm tra kích thước: OD, độ dày thành (WT), độ bầu dục và chiều dài được đo bằng máy đo laser và micromet tiếp xúc. Ví dụ, dung sai đối với ống ASTM B88 Loại K cho phép biến đổi WT của ±10% .
• Kiểm tra độ bền kéo và độ cứng: Các đặc tính cơ học (cường độ chảy, độ bền kéo, độ giãn dài) được xác minh theo giới hạn tiêu chuẩn cho mỗi nhiệt độ.
• Phân tích thành phần hóa học: OES (phép đo phổ phát xạ quang học) hoặc XRF được sử dụng để xác minh độ tinh khiết của đồng và hàm lượng hợp kim.

Các nhà máy được chứng nhận ISO 9001 duy trì khả năng truy xuất nguồn gốc đầy đủ từ nhiệt lượng nguyên liệu thô đến lô ống thành phẩm. Các nhà sản xuất hàng đầu cũng có các chứng nhận sản phẩm như NSF/ANSI 61 (cho nước uống), EN 1057 (hệ thống ống nước Châu Âu) hoặc phê duyệt DEWA/WRAS cho các thị trường cụ thể.

Ống đồng liền mạch và ống đồng hàn: Chúng khác nhau như thế nào trong quá trình sản xuất

Không phải tất cả các ống đồng đều liền mạch. Trong khi ống đồng liền mạch — được sản xuất bằng quy trình ép đùn/kéo được mô tả ở trên — thống trị hầu hết các thị trường ống nước, HVAC và điện lạnh, ống đồng hàn cũng được sản xuất cho các ứng dụng cụ thể.

Ống đồng hàn được hình thành bằng cách cho một dải đồng qua một loạt các cuộn tạo hình, dần dần định hình nó thành một mặt cắt tròn, sau đó hàn điện trở hoặc hàn TIG đường may. Sau khi hàn, ống thường được kéo nguội để cải thiện độ chính xác về kích thước và tính toàn vẹn của đường may.

Sản Phẩm Ống Đồng Đặc Biệt Được Sản Xuất Tại Nhà Máy

Các nhà máy ống đồng hiện đại sản xuất nhiều loại ống chuyên dụng ngoài ống tròn trơn. Chúng bao gồm:

• Ống có rãnh trong (IG): Bề mặt bên trong được cuộn bằng các rãnh xoắn ốc bằng phích cắm có rãnh trong quá trình kéo. Được sử dụng trong hệ thống điều hòa không khí và bơm nhiệt, ống IG cải thiện hiệu suất truyền nhiệt bằng cách 20% đến 40% so với ống khoan trơn.
• Ống có vây: Các vây dọc hoặc xoắn ốc được hình thành ở bề mặt bên ngoài để sử dụng trong các bộ trao đổi nhiệt.
• Ống mao dẫn: OD rất nhỏ (thường là 0,5 mm đến 6 mm) và dung sai chặt chẽ, được tạo ra bằng bản vẽ nhiều lần. Được sử dụng trong kiểm soát dòng chảy lạnh và các thiết bị y tế.
• Ống mềm dạng sóng: Được gấp nếp cơ học sau khi kéo để linh hoạt trong lắp đặt khí và nước.
• Ống hợp kim: Đồng thau (đồng-kẽm), đồng niken (đồng-niken) và ống đồng được sản xuất bằng cùng một thiết bị nhưng với các phôi hợp kim khác nhau, nhắm vào các ứng dụng hàng hải, công nghiệp và nhiệt độ cao.

Những điều cần chú ý khi đánh giá một nhà máy sản xuất ống đồng

Khi tìm nguồn cung ứng từ một nhà máy ống đồng - dù trong nước hay nước ngoài - các chỉ số sau đây giúp phân biệt nhà sản xuất chất lượng cao với nhà sản xuất giá rẻ nhưng không đáng tin cậy:

1. Tích hợp theo chiều dọc: Các nhà máy tự kiểm soát hoạt động nấu chảy, đúc và kéo có khả năng kiểm soát chất lượng chặt chẽ hơn so với những nhà máy thuê ngoài xử lý ở giai đoạn đầu.
2. Công nghệ kiểm tra nội tuyến: Kiểm tra dòng điện xoáy 100% và đo kích thước bằng laser phải là tiêu chuẩn, không phải là tùy chọn.
3. Chứng chỉ liên quan đến thị trường của bạn: NSF 61, EN 1057, ASTM B88, GB/T 18033, WRAS - xác nhận rằng phạm vi chứng nhận của nhà máy bao gồm loại ống, OD và nhiệt độ cụ thể của bạn.
4. Báo cáo thử nghiệm nhà máy (MTR): Các nhà máy đáng tin cậy cung cấp MTR dành riêng cho nhiệt thể hiện thành phần hóa học, kết quả thử nghiệm cơ học và xác nhận thử nghiệm thủy tĩnh.
5. Năng lực và thời gian thực hiện: Một nhà máy có khả năng sản xuất 50.000 đến 200.000 tấn mỗi năm có quy mô để xử lý các đơn đặt hàng tăng đột biến mà không ảnh hưởng đến chất lượng. Xác minh công suất đã nêu so với số lượng thiết bị thực tế.
6. Đóng gói và bảo vệ: Ống xuất khẩu phải được bảo vệ bằng nắp nhựa PVC, bọc màng polyetylen và thùng gỗ. Việc đóng gói kém sẽ dẫn đến hư hỏng và nhiễm bẩn trong quá trình vận chuyển, có thể làm mất hiệu lực việc tuân thủ chứng nhận.