Analiza defecțiunilor și utilizarea corectă a sculelor de foraj
Analiza defecțiunilor sculelor de foraj pentru roci China produce acum o gamă de scule de foraj pentru roci (RDT) cu caracteristici distincte - cum ar fi coroane cu dinți de coloană/inserție, coroane integrale din carbură cimentată, coroane pentru roci ultra-dure și carbură K610 - a căror calitate și durată de viață s-au îmbunătățit, dar rămân inconsistente. Defecțiunile timpurii se datorează în principal problemelor legate de coroană și tijă de foraj.
Burghiele se cedează din cauza uzurii anormale și normale: fragmentare, rupere a dinților, pierdere a dinților, ciobire și fracturi. Burghiele de tip daltă se cedează adesea deoarece aripioarele tăietoare sunt prea subțiri, se uzează rapid, au o stabilitate geometrică slabă și o prindere insuficientă a plăcuțelor din carbură - ceea ce duce la pierderea plăcuței și uzură accelerată. Burghiele sferice/buton suferă de obicei de exfoliere a muchiei, fracturi ale dinților muchiei, fisuri în fustă, pierdere a capacului și fracturi la nivelul taliei (corpului). Un studiu de teren care a utilizat un burghiu pneumatic 7655 pe granit dur a constatat că, pentru burghie domestice cu dinți inserție-dinți de ∅40–∅42: exfoliere muchie-dinți 22,7%, rupere muchie-dinți 35,4% și pierdere de fragmente 26,4% - arătând că deteriorarea dinților muchiei este un mod dominant de defectare. Cauzele includ tensiunea excentrică și neuniformă pe dinții muchiei, presiunile radiale diferite, deformarea plastică crescândă a peretelui găurii dintelui (care duce la o gura de clopot și o forță de prindere redusă), o potrivire insuficientă cu interferență între dinte și gaură și o duritate scăzută a corpului burghiului. O duritate mai mare a corpului burghiului este mult mai avantajoasă pentru carburi decât pentru corpurile cu duritate medie/scăzută. Calitatea sudării, performanța fluxului, practica și utilizarea sudării influențează, de asemenea, defecțiunile. Peste 80% din fracturile corpului burghiului apar la joncțiunea dintre fața burghiului și fustă; fracturile parțiale ale burghielor cu dinte de inserție se propagă de-a lungul fundului găurii dintelui. Selecția deficitară a oțelului, geometria necorespunzătoare, fabricarea necorespunzătoare sau utilizarea incorectă agravează, de asemenea, fracturile.
Tijele de foraj suportă solicitări alternative - impact, încovoiere și coroziune - prin urmare necesită rezistență ridicată la oboseală, tenacitate la impact, rezistență la coroziune și sensibilitate scăzută la crestături și rate de propagare a fisurilor. Defecțiunile tijelor includ deformări la capătul tijei mici a tijei din cauza durității scăzute, ruperea capetelor cu duritate ridicată, uzura filetului la cuplaje, rupturi la oboseală și fracturi fragile. Rupturile la oboseală inițiază și se propagă din defecte de material (incluziuni nemetalice, porozitate, pete albe, zgârieturi, decarburare, fisuri de coroziune) sau din cauza unui tratament termic/defectuos al materialului (miez prea dur din cauza carburării, călire slabă care provoacă fisuri în coadă, fisuri de răcire). Defectele de proiectare și potrivirea deficitară a cuplajului pot induce fisuri; utilizarea necorespunzătoare (urme de ciocan, lubrifiere deficitară a îmbinării, coroziune) provoacă, de asemenea, fisuri și rupere. Unele fracturi ale tijelor nu prezintă caracteristici de oboseală și se prezintă ca fracturi fragile cristaline, strălucitoare - de obicei din cauza defectelor, modificărilor severe ale secțiunii, suprapunerilor de forjare sau tratament termic necorespunzător care produce rezistență scăzută sau concentrație mare de stres și propagare rapidă a fisurilor.
Utilizarea corectă și rațională a sculelor de foraj 2.1 Îmbunătățirea calității proiectării Determinarea parametrilor structurali rezonabili și dezvoltarea de noi tipuri sunt condiții prealabile pentru o durată de viață mai lungă. Pentru burghiele cu inserție/dinți de coloană, coroanele emisferice oferă o viteză mare de găurire și o rezistență durabilă la compresiune. Diametrul dintelui ar trebui să asigure rezistența la tracțiune și rezistența la prindere. Pentru a reduce deteriorarea dinților muchie și a prelungi durata de viață: (1) consolidați dinții muchie alegând o formă, un diametru și o înălțime de expunere adecvate; (2) reduceți unghiul de degajare al dinților muchie pentru a îmbunătăți distribuția sarcinii și rezistența la impact; (3) selectați golurile de sudură corecte și ajustajul prin interferență pentru a crește forța de retenție; (4) utilizați carburi mai dure, tratate termic, pentru dinții muchie pentru a preveni fragmentarea; (5) consolidați corpul burghiului pentru a îmbunătăți rezistența la uzură; (6) optimizați dispunerea dinților, creșteți numărul de dinți muchie acolo unde este posibil și îmbunătățiți curățarea - păstrați găurile de apă frontale și un sistem de curățare cu trei caneluri/două găuri cu goluri mari pentru a crește îndepărtarea deșeurilor, a reduce reascuțirea deșeurilor, a reduce consumul de energie și a prelungi durata de viață a burghiului.
Îmbunătățirea geometriei tijei: de exemplu, tijele cu filet complet de la Ingersoll-Rand produse prin profilare cu călire superficială, unghi de elice mai mare și autoblocare bună îmbunătățesc tenacitatea, rezistența la uzură și ușurința de asamblare/dezasamblare. Îmbunătățirea aspectului și a designului ambalajului pentru a proteja uneltele și a prelungi durata de viață.
2.2 Selectarea materialelor de înaltă calitate Materialele pentru scule trebuie să fie dure și rezistente la uzură, cu rigiditate bună, rezistență ridicată la oboseală, sensibilitate redusă la crestături, retenție puternică a carburilor și o oarecare rezistență la coroziune. Oțelurile recomandate includ: 24SiMnNi2CrMo (similar cu FF710 suedez) cu proprietăți mecanice și de fractură combinate excelente; 40SiMnMoV pentru tije (penetrare medie ~1225,4 m, aproape de nivelurile străine); 55SiMnMo pentru tije mici, cu o durată de viață apropiată de cea a tijelor mici din Suedia 95CrMo (~250 m); 35SiMnMoV, atingând ~300 m per tijă. Aceste oțeluri, după călire-revenire, formează microstructuri bainitice cu tenacitate ridicată la oboseală. Pentru burghiele mici și medii lipite cu inserție, 40MnMoV este potrivit pentru corpul burghiului; pentru burghiele cu inserție montate la cald, este preferabil 45NiCrMoV. Selecția carburilor trebuie să corespundă mecanicii rocilor și tipului de burghiu.
2.3 Adoptarea tehnologiei avansate de fabricație Utilizarea prelucrării mecanice pentru producerea de biți – înlocuind forjarea tradițională – este o dezvoltare cheie. Pentru biții sudați cu inserție, utilizați echipamente de încălzire adecvate (cuptoare cu ultrasunete sau cu inducție de medie frecvență) sau încălzire completă prin inducție pentru a preveni oxidarea și decarburarea, asigura timpi de încălzire scurți și controlabili, facilita lipirea și evita tensiunile de răcire prin controlul răcirii. Măriți dimensiunea sudurii în mod corespunzător, alegeți pietre abrazive gradate și curățați temeinic suprafețele de sudură cu solvenți organici pentru a îmbunătăți calitatea lipirii.
Pentru fixarea plăcuței, montarea la cald este recomandată pentru diametre medii și mari: afectează minim proprietățile corpului burghiului și ale carburii, păstrează calitatea suprafeței, produce stări de tensiune de compresiune pe două axe la îmbinare, asigură o bună retenție și reduce pierderea fragmentelor și permite un tratament termic optim al oțelului. Plăcuțele presate la rece necesită o precizie ridicată de prelucrare - utilizați scule de înaltă precizie, lanțuri dimensionale scurte pentru a crește rigiditatea de contact și calitatea suprafeței găurii dintelui. Geometria sculelor ar trebui să permită o deformare a așchierii mai mare și o întărire a extrudării, astfel încât peretele găurii să dobândească o tensiune reziduală de compresiune benefică și un strat superficial ecruisat.
Pentru a crește durata de viață a tijei, fabricați matrițe de forjare și prelucrare de precizie pentru a preveni formarea de contururi, stropirea sau fisurile. Îmbunătățiți calitatea laminării oțelului gol pentru a elimina adânciturile, crustele, pliurile și decarburarea.
Concluzie Această lucrare a analizat modurile de defecțiune ale sapelor RDT și a examinat structurile și formele de deteriorare ale acesteia, demonstrând cauzele defecțiunii și propunând măsuri de prelungire a duratei de viață: parametri structurali adecvați, selecția materialelor de calitate și tehnici avansate de fabricație. Durata de viață a sculei, însă, depinde de calitatea inerentă și de utilizarea științifică. Puncte practice suplimentare: utilizați extractoare în loc de ciocănirea manuală la scoaterea sapelor; rectificați sapele pentru a reduce inițierea și creșterea fisurilor de suprafață și pentru a îmbunătăți viteza de foraj; urmați operațiunea corectă - avansați încet până când sapa a intrat în rocă înainte de forajul la viteză maximă; asigurați-vă că cuplajele tijei sunt concentrice și filetele sunt complet angajate; dacă o sapă se blochează, evitați ciocănirea - închideți supapa de admisie, deschideți apa, avansați încet și folosiți mișcări înainte și înapoi pentru a netezi peretele găurii și a elibera sculele, prevenind fragmentarea carburii, ruperea tijei sau fracturarea tijei.
În concluzie, utilizarea burghielor potrivite, a uneltelor dedicate și a mașinilor adecvate în diverse condiții va permite RDT să își atingă performanța potențială.
