Mga Karaniwang Mode ng Pagkabigo ng mga PDC Drill Bits at Pagsusuri ng Sanhi
Pangkalahatang-ideya Ang isang mining PDC (polycrystalline diamond compact) drill bit ay binubuo ng katawan ng bit, mga PDC cutting cutter, at gauge-protecting carbide. Ang mga PDC cutter at gauge-protecting carbide ay parehong ibinabraze sa katawan ng bit. Sa panahon ng pagbabarena, ang torque at downforce ay ipinapadala mula sa rig sa pamamagitan ng drill string patungo sa bit; ang rock fragmentation ay isinasagawa ng mga PDC cutter habang ang gauge-protecting carbide ay pinoprotektahan ang katawan ng bit sa paligid ng circumference nito upang mapabagal ang pagkasira. Dahil ang stress state sa bit face ay lubos na kumplikado, maraming salik — mga kondisyon ng pormasyon, pamamaraan ng pagbabarena at pagpili ng kagamitan, kasanayan ng operator, at kontrol sa kalidad ng bit mismo — ay maaaring makaapekto sa performance at magdulot ng iba't ibang mga failure mode. Batay sa mga field survey at sistematikong pagsusuri ng mga failed bit, ang sumusunod ay nagbubuod ng mga pangunahing uri ng failure at ang kanilang mga sanhi.
I. Mga Pagkabigo ng mga PDC Cutter Ang mga PDC cutter ang mga pangunahing elemento ng bit na naghihiwalay ng bato at maaaring mabigo sa ilang paraan:
Normal na Pagkasuot Ang normal na pagkasuot ay ang inaasahang pagkawala ng materyal mula sa matagal na pagputol ng bato. Ito ay lumilitaw bilang unti-unting nakasasakit na pagkasuot ng diamond table at ng cemented-carbide substrate. Ang nasuot na ibabaw ay makinis nang walang halatang pagkabali o pagkabasag at itinuturing na katanggap-tanggap na pagkasuot sa katapusan ng buhay.
Pagkawala ng pamutol (ganap na pagkahiwalay) Ang pagkawala ng pamutol ay tumutukoy sa isang pamutol na ganap na humihiwalay mula sa katawan ng bit, na nag-iiwan ng walang laman na bulsa ng pagpapatigas at nagiging sanhi ng pagkabigo ng bit.
Mga pangunahing sanhi
Pinsala dahil sa init sa mukha ng bit (pagkasunog): Ang tuyong pagbabarena o baradong daanan ng tubig mula sa bit ay humahadlang sa sapat na paglamig habang naghihiwa nang mabilis, na mabilis na nagpapataas ng temperatura sa mukha ng bit. Kung ang temperatura ay lumampas sa limitasyon ng pagkatunaw o pagkasira ng brazing filler, ang braze joint ay nasisira at ang cutter ay nahuhulog.
Hindi sapat na pagkontrol sa proseso ng pagpapatigas: Ang mahinang pre-cleaning, malamig o butas-butas na mga kasukasuan ng braze, hindi wastong pag-alis ng gas, o hindi sapat na oras ng paggamot/pagbabad pagkatapos ng pagpapatigas ay maaaring magbawas sa lakas ng kasukasuan at humantong sa pagkatanggal ng cutter.
Mga Pagsasalungat
Bahagi ng produksyon: magpatupad ng mahigpit na kontrol sa proseso para sa pagpapatigas — tiyaking malinis ang mga ibabaw, wastong mga fillet ng pagpapatigas, at pare-parehong paggamot sa init pagkatapos magpatigas upang makagawa ng matibay na mga dugtungan.
Bahagi ng larangan: gumamit ng basang pagbabarena gamit ang malinis na tubig at iwasan ang tuyong pagbabarena; bago magpatakbo ng mahahabang butas o magdagdag ng tubo ng drill, tiyakin munang ang daloy pabalik sa kwelyo at tiyakin na walang harang ang mga daanan ng tubig sa bit upang maiwasan ang pagkawala ng lamig.
Pagkapira-piraso / Pagkabali ng diamond table Ang pagkapira-piraso ay isang madalas na pagkabigo kung saan ang diamond table ay nababalat o nababali; sa malalang mga kaso, ang diamond table at carbide substrate ay magkakasamang nababasag, na nagiging sanhi ng agarang pagkawala ng kakayahang magputol.
Mga pangunahing sanhi
Hindi sapat na tibay o bonding ng cutter: ang mga cutter na may mababang impact resistance o mahinang bonding sa pagitan ng diamond table at carbide substrate ay madaling mabasag sa ilalim ng shock load.
Mga hindi wastong parametro ng pagbabarena: ang labis na feed/downforce ay nagiging sanhi ng mga cutter na makaranas ng mga karga na lampas sa kanilang limitasyon ng lakas.
Malupit na mga kondisyon ng pormasyon: ang napakatigas at lubos na pira-piraso na mga pormasyon ay nagdudulot ng matataas na impact load na lumalampas sa cutter impact toughness.
Hindi naaangkop na disenyo ng bit: ang hindi pagsunod sa prinsipyong "mas matigas na pormasyon → mas malaking anggulo ng pagputol/pag-rake" ay maaaring mag-iwan sa mga cutter na may masyadong agresibong geometry para sa matigas na pormasyon, na nagpapataas ng stress at nagdudulot ng pagkapira-piraso.
Mga panlabas na sagabal: ang pagkakasalubong ng mga angkla, mga turnilyo ng bato, o pampalakas sa butas ay maaaring magdulot ng mga biglaang pagyanig na maaaring makasira sa mga pamutol.
Mga Pagsasalungat
Sundin ang mga rekomendasyon ng tagagawa para sa mga parameter ng pagpapatakbo at itakda ang feed at rotation upang tumugma sa katigasan ng pormasyon.
Pumili ng mga pamutol at heometriya ng bit na iniayon sa pormasyon: dagdagan ang anggulo ng pagputol/pag-rake sa mas matigas na pormasyon upang mabawasan ang agresibong pag-atake at mabawasan ang mga impact load.
Gumamit ng mga pamutol na may mas mataas na impact toughness o baguhin ang panlabas na hugis ng diamond table (hal., ang mga convex/curved profile ay kadalasang nag-aalok ng mas mahusay na impact resistance kaysa sa mga flat table sa ilalim ng maihahambing na mga kondisyon ng paggawa).
Planuhin ang mga trajectory ng butas upang maiwasan ang mga kilalang balakid tulad ng mga rock bolt o angkla.
Delamination sa pagitan ng diamond table at substrate. Ang delamination ay paghihiwalay ng diamond table mula sa cemented-carbide substrate, na humahantong sa pagkawala ng integridad ng cutter.
Mga pangunahing sanhi
Malaking natitirang interfacial stresses at hindi pagkakatugma sa mga coefficient ng thermal expansion sa pagitan ng diamond table at ng carbide substrate. Ang init na nalilikha ng pagputol at mabilis na paglamig mula sa flush fluid ay lumilikha ng mga thermal stress; kasama ng mga residual stress mula sa pagmamanupaktura at mga inilapat na impact load, maaari nitong maging sanhi ng pagtuklap ng diamond table.
Mga Pagsasalungat
Sa pagmamanupaktura, pumili ng mga tugmang materyales para sa bonding/braze at mga parametro ng proseso upang mabawasan ang mga natitirang stress. I-optimize ang mga pamamaraan ng sintering/brazing upang maibsan o mapunan ang interfacial stress.
Pagbutihin ang mekanikal na interlock sa pamamagitan ng muling pagdisenyo ng geometry ng substrate interface (hal., stepped o keyed interfaces) upang mapahusay ang lakas ng bonding at estabilidad ng istruktura.
II. Mga Pagkabigo ng Bit-Body Ang mga pagkabigo ng bit-body ay karaniwang ipinapakita bilang mga bali ng blade (gauge wing). Ang mga pagkabigong ito ay nangyayari pangunahin sa mga matrix (sintered) na katawan ng bit; ang mga bit na may bakal, dahil sa mas mataas na tibay ng materyal, ay hindi gaanong madaling mabali ang blade.
Mga pangunahing sanhi
Mga hindi wastong kasanayan sa pag-aayos/pag-demake: ang mga matrix crown bit ay kadalasang nabubuo sa pamamagitan ng powder metallurgy sa isang hakbang lamang ng sintering. Bagama't hindi ito madaling masira, ang mga materyales ng matrix ay hindi gaanong ductile. Ang pagtama sa mga talim habang nag-aayos o nagtatanggal ng bit (halimbawa, pagpukpok sa mga talim) ay madaling makabali sa mga pakpak.
Mahinang kontrol sa sintering: ang hindi kumpletong sintering o mga "malamig" na bahagi kung saan hindi lubusang naipon ang metal powder ay lumilikha ng mga mahihinang sona o inklusyon sa matrix, na nagbabawas sa lakas ng istruktura at nagiging sanhi ng posibilidad ng pagkabali ng blade habang ginagamit.
Mga Pagsasalungat
Operasyonal: gawing pamantayan ang mga pamamaraan ng pag-aayos at pag-alis. Gumamit ng mga wastong kagamitan (mga spanner, pang-angat na sipit, o mga aparato sa pagbunot) upang hawakan ang mga piraso at iwasan ang direktang pagtama sa mga talim.
Kalidad ng Produksyon: ipatupad ang mahigpit na pagkontrol sa proseso ng sintering at magsagawa ng regular na pagsusuri sa feedstock ng metal powder upang matiyak ang kalidad ng pulbos at kumpletong pagkonsolida, na pumipigil sa mga unsintered inclusions at mga mahihinang sona.
Pangwakas na Pahayag Ang mabisang pag-iwas at pagpapagaan ng mga pagkabigo ng PDC bit ay nangangailangan ng koordinadong kontrol sa disenyo, pagmamanupaktura, mga parameter ng pagbabarena, at mga operasyon sa lugar. Ang pagtutugma ng disenyo ng bit at pagpili ng pamutol sa mga kondisyon ng pormasyon, pagpapanatili ng mahigpit na kontrol sa kalidad ng pagpapatigas at sintering, pagtiyak ng wastong paglamig at pag-flush habang nagbabarena, at pagsunod sa mga pamantayang pamamaraan sa paghawak ay makabuluhang magbabawas sa mga rate ng pagkabigo at magpapahaba sa buhay ng bit.
