Основные сведения о материалах, применяемых в сантехнике, и изделиях из них

Основные виды сплавов. Современные техниче­ские сплавы содержат различные комбинации металлических и неметаллических элементов. Механические, физические и технологические свойства сплавов в значительной степени за­висят от числа составляющих, входящих в сплав. Состав, раз­меры и взаимное расположение кристаллов сплава (т.е. струк­тура) при одинаковом среднем химическом составе сплава зависят от условий кристаллизации и последующего охлажде­ния. Структура сплавов может быть изменена путем прове­дения термической или химико-термической обработки. При этом достигается изменение таких свойств, которые определя­ют служебное назначение изготовляемых изделий (твердость, прочность, износоустойчивость и др.). Установлено, что свой­ства металлов и сплавов зависят от их кристаллического строе­ния, их структуры. Строение металлов и сплавов изучается со­временными методами микроструктурного анализа. Структура сплава (разная для различных способов термообработки) при одном и том же химическом составе оказывает решающее влияние на механические свойства сплава.

Все сплавы металлов условно подразделяют на черные и цветные. К черным сплавам относятся те, в которых основным компонентом является железо Fe. Причем содержание в них углерода С определяет два больших класса железоуглероди­стых сплавов - стали и чугуны.

Вторую группу образуют сплавы на основе таких цветных металлов, как алюминий Аl, магний Mg, медь Сu, никель Ni, олово Sn, свинец Рb, цинк Zn. Эти сплавы, как и металлы, со­ставляющие их основу, называются цветными.

Знание свойств и особенностей металлов и сплавов, приме­няемых в сантехнических системах, позволяет более рацио­нально строить технологический процесс их слесарной обра­ботки и повышать производительность труда.

Термическая обработка стали и чугуна. Термической обработ­кой сплава называется комплекс операций нагрева, выдержки и охлаждения сплава, находящегося в твердом состоянии, с целью изменения его структуры, а следовательно, и свойств. Термической обработкой можно в широких пределах изменять такие свойства сплава, как прочность, твердость, износоустой­чивость, обрабатываемость и др. Это позволяет увеличить до­пускаемые напряжения и уменьшить размеры и массу изготов­ляемых изделий при сохранении или повышении их прочности и эксплуатационной надежности. Таким образом, термическая обработка — одно из важных условий снижения материалоем­кости изделий и узлов. Назначение термической обработки со­стоит в улучшении свойств сплава, требующихся в заданных конкретных условиях.

Слесарю наиболее часто приходится выполнять механиче­скую обработку изделий из различных марок стали. Трудность их обработки металлорежущими инструментами зависит пре­жде всего от твердости материала заготовки, которая во многом зависит от режима и вида термической обработки. Главными факторами, характеризующими режим термической обработ­ки, выступают температура нагрева, время выдержки и ско­рость охлаждения. Основными видами термической обработ­ки, применяемыми как для стали и чугуна, так и для цветных сплавов, являются отжиг, нормализация и закалка.

Полный отжиг заключается в нагреве стали до 800—900 °С, выдержке при этих температурах и последующем медленном охлаждении (обычно вместе с печью). Этот вид обработки ос­нован на изменении размеров зерен металла при нагреве до определенной температуры. Охлажденная после такого нагре­ва сталь имеет мелкозернистое строение. Если нагрев будет бо­лее значительным, то размеры зерен стали увеличатся и она станет хрупкой. Полный отжиг применяется очень широко для понижения твердости стали, улучшения обрабатываемости, измельчения зерна и улучшения механических свойств. Пол­ному отжигу подвергают стальные отливки и штампованные или кованые детали для получения внутренне ненапряженной равномерной структуры.

Неполный отжиг производится при нагреве до 750 °С. Обычно этому виду термической обработки подвергаются вы­сокоуглеродистые инструментальные стали. При неполном от­жиге происходит частичная перекристаллизация, что способ­ствует смягчению стали. Неполный отжиг снимает остаточные напряжения и уменьшает твердость.

Нормализация состоит в нагреве стали до высоких темпера­тур (выше 800 °С), небольшой выдержке при этих температурах и охлаждении на спокойном воздухе. Структура стали, под­вергнутой этому виду термообработки, отличается большей равномерностью и мелкозернистостью, чем при отжиге, в свя­зи с тем что скорость охлаждения при нормализации выше. Сталь после нормализации имеет большую твердость и проч­ность, чем отожженная.

Закалка заключается в нагреве стали до высоких темпера­тур, выдержке при этих температурах и последующем охлажде­нии с очень высокой скоростью (в воде, масле или других зака­лочных средах). Закалка очень сильно изменяет свойства стали и больше всего такие показатели, как прочность и твердость. Назначение закалки — повышение твердости, износостойко­сти и прочности. Нагретая до температур около 800 °С сталь структурно представляет твердый раствор углерода в гам­ма-железе, так называемый аустенит. Если после нагрева сталь охлаждать медленно, то произойдет обратная перестройка кристаллической решетки и сталь снова станет мягкой. Бы­строе охлаждение препятствует этому, т.е. при закалке как бы искусственно сохраняется при комнатной температуре строе­ние стали, соответствующее высокому нагреву. Упрочнение стали и изменение других ее свойств при закалке связано с тем, что атомы растворенного в аустените углерода при быстром ох­лаждении остаются в кристаллической решетке металла, иска­жают ее, вызывая напряженное состояние, и тем самым изме­няют структуру стали. Этим изменением объясняются все про­цессы термообработки, которые связаны с перегруппировкой атомов в кристаллической решетке стали.

Коррозия металлов и меры зашиты. Под коррозией понимают повреждения металла в результате протекающих на его поверх­ности химических реакций с компонентами среды. В отличие от механического износа коррозия представляет собой хими­ческий процесс, в результате которого атомы металла из метал­лического состояния переходят в химические соединения. С точки зрения физической химии коррозионные процессы принадлежат к общему классу реакций, протекающих на гра­нице фаз (металл-жидкость, металл-воздух, металл-воздух-жидкость).

По характеру коррозионных разрушений различают корро­зию: сплошную (равномерно распределяющуюся по всей по­верхности металла), местную (в виде пятен, свищей, точек), подповерхностную, межкристаллитную и коррозионное рас­трескивание. Коррозионная стойкость металла определяется его химическим составом, структурой, а также плотностью, температурой и агрессивностью внешней среды. Для защиты металлов от коррозии применяют следующие основные ме­тоды:

• подбор металлов и изготовление антикоррозионных сплавов (нержавеющих), устойчивых в атмосферных условиях, а также химически стойких к агрессивным средам, в состав которых входят кислоты, щелочи и другие химические реагенты;
• обработка коррозионной среды — удаление из ее состава уско­рителей коррозии (например, удаление кислорода из воды предварительным нагреванием при пониженном давлении), а также введение в агрессивную среду замедлителей коррозйи (желатин, столярный клей);
• электрохимическая защита, которая осуществляется подклю­чением защищаемой поверхности к катоду постоянного источ­ника тока с целью создания на ней отрицательного потенциа­ла. Электрохимическая защита применяется против подзем­ной коррозии (защита трубопроводов);
• изоляция металла от коррозионной среды с помощью защит­ного покрытия. Защитные покрытия должны быть сплошны­ми (беспористыми), газоводонепроницаемыми, химически стойкими, механически прочными и не должны отслаиваться при механической и термической обработке.

Различают защитные покрытия: металлические и неметал­лические (органического и неорганического происхождения).

Металлические защитные покрытия наносятся на поверх­ность металла следующими способами:

• горячим (деталь погружается в расплавленный металл Аl, Рb, Zn);
• металлизацией (нанесение на поверхность распыленного сжа­тым воздухом жидкого металла);
• механотермическим (покрытие одного металла другим путем совместного горячего прессования);
• диффузионный (покрытие при высокой температуре поверх­ности металла металлическим порошком);
• гальваническим (осаждение металлов на поверхности при электролизе водных растворов солей).

Неметаллические защитные покрытия бывают следующих видов:

• лакокрасочные (после нанесения на защищаемую поверхность по мере высыхания образуют твердую или эластичную защит­ную пленку);
• резиновые;
• смазочные материалы (способствуют удалению продуктов из­носа и предохраняют металл в условиях агрессивной среды);
• антикоррозионные промывки (применяются для защиты от коррозии деталей в межоперационные периоды продолжи­тельностью не более 4 ч);
• охлаждающие жидкости (используются при механической об­работке для предохранения от окисления на воздухе);
• защитные пленки (создаются на металле путем его превращения в химические соединения - оксидные и фосфатные пленки).

Общие сведения о трубопроводах. Трубопроводы предназначе­ны для транспортирования жидкостей или газов (среды).

Трубопровод называют напорным, если транспортируемая среда находится под давлением, и безнапорным, если среда пе­ремешается без давления (самотеком).

Основная характеристика труб, а также арматуры, соедини­тельных частей и других элементов трубопроводов — внутрен­ний диаметр. Номинальный внутренний диаметр или его ок­ругленное значение называют диаметром условного прохода или условным проходом D_y и выражают в миллиметрах. В соответст­вии с СТ СЭВ 253-76 применяют следующий ряд условных проходов (мм): 6, 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400.

Требуемая прочность трубопроводов, соединительных час­тей и арматуры определяется давлением и температурой транс­портируемой среды. ГОСТ 356-80 устанавливает ряды услов­ных, пробных и рабочих давлений для арматуры и деталей тру­бопровода из различных металлов в зависимости от наибольшей температуры среды.

Условным Р_у называют наибольшее избыточное давление при температуре среды 20 °С (293 К), при котором обеспечива­ется длительная работа деталей трубопровода и арматуры. В со­ответствии с ГОСТ 356—80 применяют следующий ряд условных давлений (МПа): 0,10; 0,16; 0,25; 0,40; 0,63; 1,00; 1,60; 2,50; 4,00; 6,30; 10; 12,50; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 160; 250.

Пробным Р_пр называют избыточное давление, при котором следует проводить гидравлическое испытание деталей трубо­провода и арматуры на прочность и плотность водой при тем­пературе не менее 5 °С и не более 70 °С.

Рабочим P_р называют наибольшее избыточное давление, при котором обеспечивается заданный режим эксплуатации деталей трубопровода и арматуры.

Примеры условных обозначений давлений: Р_у40 — ус­ловное давление 4 МПа; Р_пр60 — пробное давление 6 МПа; P_Р20 803(530) — рабочее давление 2 МПа при температуре 803 К (530 °С).

Металлические трубы, соединительные и фасонные части к ним. Стальные трубы применяют для сборки внутренних санитарно-технических устройств — центрального отопления, холод­ного и горячего водоснабжения, газоснабжения, а также для наружных тепловых и газовых сетей. Выпускают стальные тру­бы разных типов: водогазопроводные с резьбой, черные и оцинкованные; сварные разного назначения; бесшовные нефтеводогазопроводные; водогазопроводные электросварные больших диаметров. Размеры водогазопроводных труб обозна­чают по внутренним диаметрам, а остальных типов — по на­ружным. Для нормализации размеров диаметров приняты ус­ловные проходы, выражаемые в миллиметрах и с округлением, соответствующие фактическим внутренним диаметрам. Так, для трубы с дюймовой трубной резьбой приняты наружный диа­метр 33,5 мм, внутренний — 27 мм, а условный проход — 25 мм.

К стальным трубам предъявляются следующие основные требования:

• механическая прочность;
• однородность металла, так как неоднородность металла при повышенной температуре и наличие влаги вызывают быстрое ржавление труб;
• вязкость металла: чем пластичнее и мягче металл, тем меньше усилий требуется для перерезки труб, нарезки на них резьб, меньше тупится режущий и резьбовой инструмент, более гер­метичным получается резьбовое соединение, большую плав­ность приобретает изгиб, надежнее сваривается шов;
• простота и надежность сборки, определяемые толщиной сте­нок трубы и малой степенью овальности сечения. Трубы долж­ны легко поддаваться нарезанию резьбы, изгибанию, отбор- товке, вальцеванию.

Стальные трубы соединяют друг с другом и элементами санитарно-технического оборудования при помощи резьб, фланцев, сварки. Для сборки водогазопроводных труб на резь­бе применяют муфтовые соединительные и фасонные части из ковкого чугуна или стали с цилиндрической резьбой (рисунок ниже).

Наиболее употребительны следующие фасонные части из ковкого чугуна с цилиндрической резьбой: прямая муфта для соединения двух труб одинакового диаметра; переходная муф­та для соединения двух труб разного диаметра; угольник для изменения направления трубопровода под углом 90°; тройник переходный для устройства ответвления под прямым углом (у трубы «на повороте» диаметр меньше, чем у трубы «на прохо­де»); крестовина переходная для соединения двух трубопрово­дов, перекрещивающихся под углом 90° (у труб на ответвлени­ях диаметр меньше, чем у трубы по стволу).

Стальные соединительные части с цилиндрической резьбой

а - муфта прямая; б - муфта переходная; в - контргайка; г - угольник; д - тройник прямой; е - тройник переходный; ж - крест прямой

Для внутренних канализационных сетей применяют пре­имущественно чугунные, покрытые битумом канализационные трубы и фасонные части для их соединения.

Вид чугунной канализационной трубы

Чугунные канализационные трубы (рисунок выше) изготовляют од­нораструбными диаметром 50, 100 и 150 мм длиной от 250 до 2000 мм с интервалом 250 мм. Трубы и фасонные части покры­ваются битумом при нагревании до 150 °С для защиты их от Действия агрессивных сточных вод. Так как канализационные трубы предназначаются для работы без напора, толщина их стенок невелика и составляет 4-5 мм, т.е. меньше, чем толщи­на стенок водопроводных чугунных труб. В настоящее время изготовляют следующие чугунные фасонные части для труб диаметром от 50 до 150 мм (рисунок ниже): колена под углом 90°, от­воды под углом α = 110,120,135 и 150° и колена пологие и низкие для установки в местах поворота трубопроводов; отступы со смешением на 75 и 100 мм для обхода выступающих частей строительных конструкций; муфты (двойные раструбы) для соединения прямых трубопроводов одного диаметра; перехо­ды одно- и двухраструбные для соединения прямых трубопро­водов разных диаметров; тройники косые (под углом 45 и 60°) и прямые (под углом 90°) для присоединения ответвлений трубо­проводов; кресты косые (под углом 45 и 60°) и прямые одно- и двухплоскостные, применяемые для тех же целей, что и трой­ники; патрубки для соединения чугунных труб с керамически­ми; ревизии нормальные и удлиненные, устанавливаемые на стояках для осмотра и прочистки трубопроводов.

Фасонные части к чугунным канализационным трубам

а - переходы, муфты и патрубки; б - отступы; в - колено; г - отвод; д - ревизия и заглушка; е — тройники и кресты прямые и косые

Ревизия представляет собой патрубок с боковым отверсти­ем, имеющим овальный фланец и закрываемым чугунной крыш­кой с резиновой прокладкой на четырех болтах. Кроме того, применяют заглушки (чугунные пробки) для прочисток — от­водов или тройников.

Чугунные напорные водопроводные трубы раструбного типа применяют для прокладки внешних водопроводов и внутрен­них водостоков. Они имеют длину гладкого конца 2, 3, 4, 5 и 6 м и выпускаются с условным проходом 50, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300 мм, со стенкой толщиной от 6, 7 до 13 мм в зависимости от класса труб. Соединения труб выполняют враструб с задел­кой.

Для образования поворотных соединений применяют фа­сонные части — отводы, тройники, крестовины, колена для пе­рехода с одного диаметра на другой, специальные фасонные части-переходы, а также муфты для соединения труб одного диаметра.

В зависимости от класса трубы испытывают гидравличе­ским давлением от 2,5 до 4,0 МПа.

Пластические массы и изделия из них. По ГОСТ 18599—73, для систем хозяйственно-питьевого водопровода допускается применять трубы из полиэтилена высокой (ПВП) и низкой (ПНП) плотности при температуре воды до 30 °С.

Трубы напорные из полиэтилена бывают следующих типов: легкого (Л), среднелегкого (CЛ), среднего (С), тяжелого (Т). Напорные трубы из ПВП и ПНП изготовляют в виде прямых отрезков номинальной длиной 6,8,10 и 12 м. Отклонение от но­минальной длины не более 50 мм. Поверхность трубы должна быть ровной и гладкой; допускаются незначительные следы и сыпь, остающиеся от калибровки, а также углубления не более 0,5 мм. Трубы, поставляемые в виде прямых отрезков, должны быть связаны в пачки массой не более 80 кг. Трубы диаметром 110 мм и более допускается поставлять не связанными в пачки. Трубы из ПВП диаметром до 40 мм (включительно) и из ПНП диаметром до 63 мм (включительно) могут поставляться в бух­тах. При поставке труб в бухтах внутренний диаметр бухты дол­жен быть не менее 40 наружных диаметров трубы, а наружный диаметр бухты не более 3 м. Трубы свертывают в бухты при их температуре не выше 30 °С. Партия труб должна быть снабжена документом, удостоверяющим их качество, а также содержа­щим наименование завода-изготовителя и другие данные.

Из ПНП изготовляют следующие фасонные части для на­порных трубопроводов: муфты, угольники и тройники (типы труб С и Т); тройники (типы труб СЛ, С и Л); переходы (типы труб СЛ, С и Т); тройники переходные (типы труб СЛ, С и Л); втулки под фланцами (типы труб СЛ, С, Т и Л); угольники с крепежными фланцами (типы труб СЛ, С, Т и Л).

Для систем внутренней канализации пластмассовые трубы и фасонные части к ним изготовляют по ГОСТ 22689.0-77 - ГОСТ 22689.20-77 из ПВП, ПНП, полипропилена (ПП) и непластифицированного поливинилхлорида (ПВХ) (рисунок ниже). Максимальная температура постоянных стоков для труб из ПВП и ПНП 60 °С, из ПП 70 °С, из ПВХ 50 °С.

Трубы безнапорные по ГОСТ 22689.3-77 изготовляют в виде прямых отрезков; по требованию потребителя их могут выпус­кать с раструбами и подготовленными под соединение гладки­ми концами, а также в виде соединенных с фасонными частя­ми узлов, поэтажных стояков и разводок. Раструбы труб из ПВХ формуют, а из ПВП, ПНП и ПП получают приваривани­ем к трубам патрубков по ГОСТ 22689.4-77 или муфт по ГОСТ 22689.13-77. Раструбы и гладкие концы должны соответство­вать ГОСТ 22689.2-77. На гладких концах труб, соединяемых с помощью резинового уплотнительного кольца, нанесены мон­тажные метки.

Трубы и соединительные детали из ПВХ

а - трубы напорные с раструбом для соединения на резиновых кольцах; б - трубы напорные типа Т с раструбами для клеевых соединений; в - угольник с упорной полкой; г - угольник с упорными рифами; д - тройник; е - втулка под фланец; ж - переход; з - муфта; и - отвод для клеевых соединений

Раструбы и гладкие концы фасонных частей бывают четы­рех типов (ГОСТ 22689.2-77):

• тип I — для соединения изделий из П ВХ, ПВП и ПП с помощью резинового уплотнительного кольца или склеиванием (только ПВХ);
• тип II - для соединения изделий из ПВП, ПНП и ПП контакт­ной раструбно-стыковой сваркой;
• тип III - для соединения изделий из ПВП, ПНП и ПП с по­мощью накидной гайки и резиновой прокладки;
• тип IV - для соединения изделий из ПВП, ПНП и ПП с по­мощью муфты с вкладкой электроспиралью или контактной стыковой сваркой (только ПВП).

Для соединения труб внутридомовой канализационной се­ти между собой и присоединения к приборам предназначены следующие фасонные части: патрубки — компенсационные, переходные, приборные, сидельчатые; тройники; крестови­ны — одноплоскостные, двухплоскостные; муфты — соедини­тельная, переходная; заглушки; колена и отводы; ревизии.

Трубы и детали из полипропилена (ПП) получают все боль­шее применение для технологических трубопроводов благода­ря своей легкости, высокой химической стойкости и термо­стойкости (свыше 100 °С). Трубы напорные из полипропилена выпускают по ТУ 38-102-100-76 типов Л и С для рабочих дав­лений воды при 20 °С соответственно до 0,25 и 0,6 МПа. Они используются для транспортирования жидких и газообразных веществ, к которым полипропилен химически пассивен. Дета­ли трубопроводов из ПП изготовляют методом сварки, формо­вания и гибки из труб.

В практике производства сантехнических работ применяют пластмассовые санитарные приборы — умывальники, мойки, детские ванны, смывные бачки, трапы. Пластмассовые умы­вальники, мойки и детские ванны изготовляют из листового материала формованием или из гранул литьем под давлением. Умывальники выпускаются по ТУ 6-19-37-257—80 прямоборт­ные, полукруглые малые и скошенные размерами: 500x400, 550x420, 550x480, 600x450, 600x500 мм. Мойки производят прямобортные или прямобортные со сливной доской по ТУ 6-19-37-258—80 размерами 500x600 мм и на два отделения по ТУ 6-19-37-256—80 размером 1000x600 мм. Ванны детские для купания детей выпускают по ОСТ 6-05-37-77 с одной стороны прямобортные, а с другой - полукруглые размером 900х450х250 мм. Умывальники изготовляют из ударопрочного поли­стирола или полипропилена, мойки — из АБС-пластиков или полипропилена, ванны детские — из полиметилметакрилата или ударопрочного полистирола, иногда двухслойного со слоями разных цветов.

Асбестоцементные, керамические трубы и соединительные части к ним. Асбестоцементные безнапорные трубы и муфты к ним (рисунок ниже), применяемые при прокладке самотечных водоот­водящих сетей, изготовляют по ГОСТ 1839—80*. Трубы имеют гладкую поверхность, практически водонепроницаемы, легко подвергаются обработке (распиловке, фальцовке, сверлению), их масса в 3,5 раза меньше, чем чугунных, значительная длина труб сокращает число стыковых соединений при прокладке се­тей. Однако они имеют большую хрупкость и истираемость. Асбестоцементные трубы поставляются в комплекте с соеди­нительными муфтами и уплотнительными кольцами. При ис­пытании трубы и муфты должны выдерживать гидравлическое давление не менее 0,4 МПа, а трубы и муфты высшей катего­рии качества - не менее 0,6 МПа.

Асбестоцементные напорные трубы (см. рисунок ниже) изготов­ляют по ГОСТ 539—80* классов ВТ6, ВТ9, ВТ 12 и ВТ15 на мак­симальное рабочее давление соответственно 0,6; 0,9; 1,2 и 1,5 МПа. Трубы каждого класса в зависимости от пропускной способности (внутреннего диаметра) и длины подразделяют на три типа. Выбор класса труб определяется проектным реше­нием, которое учитывает условия эксплуатации. Для эластич­ного соединения труб применяют асбестоцементные муфты типа САМ по ГОСТ 539—80* или чугунные муфты по ГОСТ 17584-72, а для уплотнения муфтовых соединений — резино­вые кольца по ГОСТ 5228—89. Завод-изготовитель должен по­ставлять асбестоцементные напорные трубы комплектно с муфтами и резиновыми кольцами.

Керамические канализационные трубы (рисунок ниже, таблица ниже), применяемые при устройстве безнапорных водоотводящих се­тей, изготовляют по ГОСТ 286—82.

Трубы асбестоцементные (а) и керамические (б)