Când roca dură rupe prima carbura: Regândirea designului burghielor mici

În rocă extrem de dură și rezistentă, un burghiu se poate ceda înainte ca echipajul să se fi așezat măcar în cerc.

Primele impacturi apar. O plăcuță din carbură preia o sarcină concentrată. Se formează o mică fisură. Apoi, un colț se rupe, o plăcuță se ciobește sau burghiul își pierde muchia așchietoare cu mult înainte ca uzura normală să o fi afectat.

Aceasta nu este întotdeauna o problemă a calității materialelor.

Poate fi o problemă de geometrie.

Pentru burghiele mici și medii care lucrează în formațiuni excepțional de dure și abrazive, instinctul obișnuit este adesea de a adăuga mai multe butoane sau de a reduce impactul suportat de fiecare. Acest lucru poate funcționa în anumite condiții. Dar în roci foarte dure, o plăcuță mică din carbură poate pur și simplu să nu aibă secțiunea transversală și volumul necesare pentru a rezista la impacturi concentrate repetate.

În aceste cazuri, întrebarea nu este „Cum putem distribui sarcina pe mai multe plăcuțe?”, ci „Cum poate fiecare plăcuță să suporte mai multă sarcină fără a se rupe?”

Aceasta este ideea din spatele capacității de încărcare a unei singure inserții.

De ce se sparg fragmente de hard rock prea devreme

Hard rock-ul nu este întotdeauna același lucru cu tare rock-ul.

O formațiune foarte abrazivă uzează rapid carbura. O formațiune dură rezistă fracturii și poate transfera solicitări mari de impact înapoi în burghiu. Când ambele condiții există împreună, burghiul se confruntă cu o combinație dificilă: carbura trebuie să reziste la așchiere sub impact, păstrând în același timp duritatea și rezistența la uzură.

La începutul fiecărui impact, burghiul nu intră în contact perfect uniform cu fundul găurii. Primul contact poate avea loc doar într-o singură parte a feței așchietoare. Unda de tensiune se deplasează apoi prin sculă, zdrobind roca locală de sub plăcuță sau muchie. În roca foarte dură, tensiunea de contact poate crește rapid înainte ca sarcina să fie distribuită uniform.

De aceea, ruperea prematură a plăcuței este frecventă în cazul modelelor nepotrivite de burghie. Roca nu cedează suficient de ușor pentru a reduce tensiunea maximă pe prima plăcuță care intră în contact.

O burghiu poate prezenta ciobiri de carbură după o distanță scurtă, chiar și atunci când instalația de foraj, presiunea aerului și practicile de operare sunt în rest rezonabile.

Principiul încărcării cu o singură inserție

Carbura este dură și rezistentă la uzură, dar este totuși un material fragil. Rezistența sa la impact depinde parțial de proprietățile materialului și parțial de geometria plăcuței individuale.

O plăcuță așchietoare din carbură mai mare are, în general, o secțiune transversală portantă mai mare și un volum mai mare pentru a rezista la impactul localizat. În termeni simpli, o plăcuță așchietoare mai groasă sau mai mare poate absorbi adesea o sarcină de impact mai mare înainte de a se fractura.

Asta nu înseamnă că „mai mare înseamnă întotdeauna mai bine”. O plăcuță supradimensionată poate crea alte compromisuri de proiectare. Dar atunci când așchierea timpurie este modul dominant de defectare, creșterea dimensiunii efective a fiecărui element de carbură portantă poate fi mai utilă decât simpla creștere a numărului de elemente mici.

Același principiu se aplică și frezelor cu daltă și în cruce. În roci extrem de dure, o lamă de carbură mai groasă sau o muchie de tăiere mai puternică pot rezista mai bine decât o muchie subțire concepută pentru roci mai ușoare.

Scopul proiectării este de a oferi fiecărei inserții critice suficientă capacitate structurală pentru sarcina pe care o va primi efectiv.

De ce mai multe butoane pot uneori înrăutăți lucrurile

Frezele moderne cu butoni folosesc adesea mai mulți butoni din carbură pentru a distribui sarcina și a îmbunătăți acțiunea de tăiere. În multe condiții de găurire, acest lucru funcționează extrem de bine.

Dar fiecare bucată are o suprafață facială limitată.

Dacă se adaugă butoane suplimentare fără a modifica designul general al feței, energia de impact disponibilă este împărțită între mai multe puncte de contact. Butoanele individuale pot deveni mai mici sau mai apropiate. Spațiul de spălare poate scădea. Modelul de spargere a pietrelor se poate schimba.

În terenuri excepțional de dure și dificile, un buton mic poate primi totuși o sarcină localizată severă în timpul contactului inițial. Dacă secțiunea sa transversală este prea mică, se poate ciobi înainte ca sarcina să aibă șansa de a se răspândi pe suprafață.

De aceea, niciun stil de tăiere cu un singur bit nu este cel mai potrivit pentru fiecare formațiune stâncoasă.

Un burghiu cu mai multe plăcuțe poate fi o alegere bună într-o anumită aplicație. Un burghiu cu daltă, o cruce, o triunghi sau un burghiu mixt pentru sarcini mari poate fi mai rezistent în alta. Răspunsul corect depinde de rezistența rocii, tenacitate, abrazivitate, energia de foraj, diametrul găurii, condițiile de spălare și modelul de rupere observat pe teren.

Întărește corpul, precum și carbura

Plăcuțele din carbură nu funcționează singure. Corpul de oțel trebuie să le susțină.

În găurirea în rocă dură, aripioarele de oțel sau secțiunile corpului din jurul plăcuțelor necesită o grosime și o rezistență suficiente pentru a fixa carbura în siguranță. Dacă corpul se flexează excesiv, se fisurează în apropierea scaunului plăcuței sau își pierde susținerea din cauza uzurii, chiar și carbura de înaltă calitate se poate deteriora prematur.

Prin urmare, un design de biți pentru sarcini grele poate include:

• Plăcuțe de carbură mai mari sau mai groase

• Aripi de oțel mai puternice în jurul muchiei tăietoare

• Geometrie mai robustă a scaunului de inserție

• Teșituri controlate ale muchiilor pentru a reduce ciobirea colțurilor

• Un profil facial care reduce impactul excentric

• Tratament termic adaptat la echilibrul necesar între rezistență și tenacitate

Corpul de oțel trebuie să fie suficient de rezistent pentru a susține inserția, dar nu atât de fragil încât să crape la impacturi repetate. Acest echilibru este unul dintre cele mai importante aspecte ale fabricării burghiului.

Clătirea apei rămâne importantă, dar prioritățile se pot schimba

Îndepărtarea eficientă a deșeurilor este, în mod normal, esențială pentru o forare productivă. O curățare deficitară creează o nouă concasare, căldură și uzură evitabilă.

Totuși, formațiunile extrem de dure pot schimba prioritatea de proiectare.

Dacă roca produce deșeuri relativ fine și viteza de foraj este în mod natural mai mică, purjarea poate fi mai puțin limitatoare decât durabilitatea sapei. În această situație, poate fi logic să se dedice o suprafață mai mare a feței și o grosime mai mare a corpului pentru susținerea plăcuței, în loc să se maximizeze fiecare pasaj posibil de purjare.

Acesta este un compromis, nu o regulă universală.

Burghiul necesită în continuare o curățare adecvată. Dar când așchierea timpurie a plăcuței distruge burghiele înainte ca uzura să devină factorul limitator, o geometrie mai puternică poate oferi un randament mai bun decât o față proiectată în principal pentru un flux maxim de așchii.

Proiectarea corectă vine din identificarea motivului real pentru care bitul curent defectează.

Alegerea materialelor necesită echilibru, nu extreme

Pentru plăcuțele așchii din carbură în rocă abrazivă dură, proprietățile dorite pot concura.

Tenacitatea mai mare ajută la rezistența la fractură și ciobire. Duritatea mai mare îmbunătățește rezistența la uzură. Creșterea conținutului de liant într-o clasă de carbură poate îmbunătăți tenacitatea, dar poate reduce duritatea și poate face ca plăcuța să se uzeze mai repede în condiții de sol foarte abraziv.

De aceea, selecția carburii nu ar trebui să se bazeze doar pe un singur număr.

O calitate utilă pentru roci extrem de dure necesită un echilibru adecvat între duritate, rezistență la rupere transversală, tenacitate, densitate și microstructură. Geometria plăcuței, metoda de reținere a butonului și parametrii de funcționare influențează, de asemenea, rezultatul.

Procesele avansate de fabricație pot îmbunătăți și mai mult consecvența, dar performanța pe teren depinde în continuare de potrivirea designului complet al sapei cu formațiunea.

Urmăriți modul de defecțiune, nu doar contorul

Când evaluați o sapă de foraj pentru rocă, nu înregistrați doar numărul total de metri forați.

Inspectați motivul pentru care bitul a ieșit din uz.

A fost scoasă din uz deoarece diametrul calibrului s-a uzat în mod normal? S-au ciobit butoanele de carbură? S-a fracturat o muchie așchietoare? S-a crăpat corpul de oțel? S-au rupt filetele? S-a încălzit burghiul deoarece așchiile nu se curățau?

Aceste detalii îți spun ce trebuie să schimbi în continuare.

Dacă problema este uzura normală, un design mai dur sau mai rezistent la abraziune poate fi de ajutor. Dacă problema este ruperea timpurie a carburii, soluția poate fi plăcuțe individuale mai rezistente, o geometrie de susținere îmbunătățită, o aliniere mai bună sau un stil diferit al feței.

Un burghiu care atinge limitele normale de uzură își face de obicei treaba. Un burghiu care se ciobește sau se rupe devreme vă spune că traiectoria încărcării necesită atenție.

Partea din dreapta este cea care în mod normal eșuează

În roci extrem de dure, este posibil să nu existe un burghiu perfect. Fiecare model are un compromis între rata de penetrare, durata de viață a ecartamentului, curbura, tenacitatea plăcuței și cost.

Dar obiectivul este clar: burghiul nu ar trebui să se defecteze brusc deoarece plăcuțele sale din carbură nu pot suporta sarcina.

O broșă bună pentru rocă dură este una care se uzează previzibil, menține o gaură stabilă și atinge intervalul de service planificat fără defectarea prematură a plăcuței. Aici rezidă adevărata valoare.