Perlombongan mata gerudi PDC: mod kegagalan biasa dan analisis punca punca

Pada masa ini, bit PDC melombong terutamanya terdiri daripada badan bit, sisipan pemotongan PDC, dan aloi pelindung tolok. Sisipan pemotongan PDC dan aloi pelindung tolok dipateri pada badan bit. Semasa penggerudian biasa, pelantar menghantar tork dan tekanan suapan ke bit melalui rentetan gerudi; sisipan pemotongan PDC memotong batu di bahagian bawah lubang, manakala aloi pelindung tolok melindungi badan bit secara keliling untuk mengelakkan haus pantas. Semasa pemotongan batu, beban pada pemotong PDC pada muka bit adalah sangat kompleks. Variasi dalam pembentukan, kaedah pembinaan dan pemilihan peralatan, amalan operator, dan kawalan kualiti bit semuanya boleh menjejaskan prestasi dan membawa kepada mod kegagalan yang berbeza. Berdasarkan penyiasatan lapangan di tapak penggerudian lombong arang batu, bit PDC perlombongan yang gagal telah diringkaskan dan dianalisis; mod kegagalan biasa berikut dan punca utama telah dikenal pasti.

1.1 Kegagalan pemasukan pemotongan PDC PDC disinter di bawah suhu tinggi dan tekanan tinggi. Komposit PDC biasanya terdiri daripada lapisan berlian dan substrat tungsten-karbid (WC).

Mod kegagalan utama sisipan pemotongan PDC adalah haus biasa, kehilangan sisipan (tarik keluar), serpihan, dan penembusan.

(1) Haus biasa Haus biasa ialah jangkaan degradasi pemotong PDC semasa pemotongan batu. Ia kelihatan sebagai kehilangan kasar makroskopik lapisan berlian dan substrat WC; permukaan haus tidak menunjukkan keretakan atau tanda serpihan yang jelas.

(2) Kehilangan sisipan (tarik keluar) Kehilangan sisipan berlaku apabila sisipan PDC tertanggal sepenuhnya daripada badan bit, menyebabkan bit kegagalan. Tanda ciri ialah pemisahan lengkap sisipan dari bit, dengan poket pematerian dalam badan bit tidak menunjukkan sisa aloi.

Penyebab utama kehilangan sisipan:

• Suhu lubang bawah yang berlebihan: apabila penggerudian kering digunakan atau laluan air bit disekat, putaran dan pemotongan berkelajuan tinggi menjana haba yang tidak boleh dikeluarkan, menyebabkan suhu lubang bawah meningkat dengan mendadak. Jika suhu melebihi suhu kritikal logam pengisi pateri, pematerian cair dan sisipan jatuh.

• Kawalan proses pematerian yang lemah: pembersihan pra-kimpalan yang tidak mencukupi, braz yang tidak lengkap atau berliang, penyahgasan yang lemah, atau suhu/masa penahanan selepas braz yang tidak betul semuanya boleh membawa kepada penarikan keluar masuk.

Tindakan balas:

• Pengilang mesti mengawal ketat proses pengeluaran, terutamanya pematerian, untuk memastikan kimpalan penuh dan bunyi.

• Di tapak, amalkan penggerudian basah (curahan yang mencukupi) dan bukannya penggerudian kering jika boleh; semasa penggerudian dalam tunggu sehingga aliran balik ditubuhkan sebelum menambah paip gerudi; periksa laluan air bit untuk tersumbat sebelum memasukkan bit ke dalam lubang untuk mengelakkan terlalu panas setempat.

(3) Ciptaan (pecah tepi) Ciptaan merujuk kepada keretakan dan kehilangan lapisan berlian PDC, selalunya secara tempatan; dalam kes yang teruk lapisan berlian boleh pecah bersama-sama dengan bahagian substrat WC.

Penyebab utama kerepek:

• Sifat bahan pemotong: pemotong yang dipilih mungkin mempunyai rintangan hentaman yang rendah atau kekuatan ikatan yang tidak mencukupi antara substrat WC dan pasir berlian, menjadikannya terdedah kepada serpihan akibat hentakan.

• Parameter operasi: tekanan suapan/berat pada bit (WOB) yang berlebihan pada muka boleh membebankan pemotong melebihi had kekuatannya, menyebabkan lapisan berlian mengelupas dan bercapuk.

• Pembentukan kompleks: dalam formasi yang pecah keras beban hentaman boleh melebihi keliatan hentaman pemotong dan menyebabkan serpihan.

• Reka bentuk bit: sudut garu/pemotongan pemotong yang tidak sesuai (cth, sudut pemotongan terlalu kecil untuk pembentukan keras) meningkatkan beban pemotong dan menggalakkan serpihan. Peraturan praktikal adalah pembentukan yang lebih keras biasanya memerlukan sudut pemotongan yang lebih besar.

• Halangan luar: menghadapi elemen tetulang batu seperti bolt bumbung atau bolt kabel dalam kerja bawah tanah boleh menyebabkan pemotongan kerepek.

Tindakan balas:

• Patuhi parameter operasi yang disyorkan pengeluar bit.

• Pilih dan reka bentuk bit yang disasarkan kepada keadaan pembentukan: untuk pembentukan keras meningkatkan garu pemotong/sudut pemotongan untuk mengurangkan keagresifan dan melindungi pemotong; untuk formasi berserpihan keras pilih pemotong PDC dengan keliatan impak yang lebih tinggi atau ubah geometri luaran pemotong untuk meningkatkan rintangan hentaman (cth, muka lengkung cembung mempunyai prestasi impak yang lebih baik daripada muka rata di bawah proses pembuatan yang setanding).

• Rancang trajektori lubang untuk mengelakkan sauh atau bolt yang diketahui jika boleh.

(4) Delamination Delamination menandakan pemisahan antara lapisan berlian dan substrat WC komposit PDC.

Punca utama penembusan: Tegasan baki yang ketara antara lapisan berlian dan substrat WC, digabungkan dengan perbezaan dalam pekali pengembangan haba, membawa kepada penguncupan yang tidak sepadan di bawah pemanasan berselang-seli daripada geseran dan penyejukan oleh bendalir penggerudian. Kesan gabungan beban hentaman dan tekanan sisa boleh menyebabkan lapisan berlian terkelupas daripada substrat.

Tindakan balas:

• Semasa pembuatan, pilih bahan ikatan yang sesuai dan parameter pemprosesan untuk meminimumkan tegasan sisa antara lapisan berlian dan substrat WC.

• Optimumkan geometri antara muka substrat (cth, bentuk antara muka baharu) untuk meningkatkan interlock mekanikal dan kekuatan ikatan antara lapisan berlian dan substrat.

1.2 Kegagalan bit-body Kegagalan bit-body terutamanya hadir sebagai patah sayap bit (bilah bit).

Patah sayap berlaku kebanyakannya dalam bit tersinter/matriks dan jarang berlaku dalam bit berbadan keluli.

Punca patah sayap dalam bit matriks:

• Kesan pada sayap bit semasa solekan atau pecah: mahkota bit matriks selalunya dihasilkan oleh metalurgi serbuk dan disinter dalam satu bahagian. Berbanding dengan bit keluli-badan standard, bit matriks tersinter mempunyai rintangan haus yang lebih tinggi tetapi keliatan yang lebih rendah; memukul sayap bit semasa penyingkiran boleh menyebabkan patah sayap dengan mudah.

• Kawalan proses pensinteran yang lemah: pensinteran atau kemasukan yang tidak lengkap (pulau serbuk tidak disinter) bermakna serbuk tidak menyatu sepenuhnya menjadi matriks homogen.

Tindakan balas:

• Semasa solekan dan pecah, pengendali hendaklah menggunakan alatan yang betul (cth, penyepit paip atau sepana) untuk membantu dan mengelak daripada memalu pada sayap bit.

• Pengilang mesti mengawal kualiti pensinteran dengan ketat: mengawal ketat proses pensinteran dan melakukan pemeriksaan berkala pada bahan mentah serbuk logam untuk memastikan ia memenuhi spesifikasi proses.