Podczas wiercenia skał żerdzie wiertnicze poddawane są złożonym, zmiennym naprężeniom powodowanym uderzeniami, skręcaniem, zginaniem i innymi obciążeniami. Powierzchnia korpusu pręta ulega silnemu ścieraniu przez skały, podczas gdy centralny otwór ulega uderzeniom i korozji pod wpływem wody kopalnianej, co prowadzi do złożonych zachowań awaryjnych. Jako materiał eksploatacyjny do wiercenia skał, jakość żerdzi R32 ma istotny wpływ na koszty produkcji kopalni. Dlatego też stabilizacja i poprawa jakości produkcji żerdzi wiertniczych ma ogromne znaczenie.
I. Główne tryby awarii żerdzi wiertniczej R32
Podstawowe rodzaje uszkodzeń żerdzi wiertniczych R32 można podzielić na trzy kategorie: uszkodzenie spowodowane zużyciem gwintu (patrz rysunek 1), uszkodzenie pęknięcia w strefie przejściowej pomiędzy gwintem a korpusem żerdzi (patrz rysunek 2) i uszkodzenie korpusu żerdzi (patrz rysunek 3, mniej powszechny przypadek).
II. Analiza problemów jakościowych żerdzi wiertniczej R32
1. Wady materiałowe pustej stali stosowanej na żerdzie wiertnicze R32.
2. Wady obejmujące słabą prostoliniowość i niską dokładność wymiarową korpusu pręta.
3. Nieuzasadniona konstrukcja powierzchni czołowych żerdzi wiertniczych i niestandardowa obróbka , skutkująca złym dopasowaniem pomiędzy sąsiadującymi powierzchniami końcowymi żerdzi wiertniczej.
4. Braki w projektowaniu lub obróbce stref przejściowych, które prowadzą do małej precyzji gwintów, nasady gwintów i stref przejściowych, zarysowań powierzchniowych i dużej koncentracji naprężeń w strefach przejściowych.
5. Słabe pasowanie przejściowe pomiędzy gwintami w kształcie fali i łukami przejściowymi, prowadzące do koncentracji naprężeń.
6. Po obróbce cieplnej mikrostruktura i twardość warstwy powierzchniowej i rdzenia żerdzi wiertniczej nie spełniają specyfikacji, co skutkuje gorszymi kompleksowymi właściwościami mechanicznymi.
7. Ze względu na ograniczenia sprzętowe nie można zastosować obróbki powierzchniowej, takiej jak śrutowanie i obróbka antykorozyjna , co pogarsza ogólne właściwości mechaniczne żerdzi wiertniczych.
III. Środki mające na celu poprawę jakości żerdzi wiertniczych R32
1. Struktura korpusu pręta
Forma konstrukcyjna powierzchni czołowych i rowków przejściowych jest istotnym czynnikiem wpływającym na jakość i żywotność żerdzi wiertniczych. Ścisłe projektowanie i obróbka powierzchni czołowych i rowków przejściowych zgodnie z normami to skuteczny sposób zapobiegania przedwczesnemu pękaniu żerdzi wiertniczych R32.
2. Proces obróbki
Kontrolowanie prostości korpusu żerdzi i standaryzacja obróbki powierzchni czołowych gwintów, a także fazowanie wewnętrznych i zewnętrznych powierzchni czołowych to podstawowe środki gwarantujące trwałość żerdzi. Głębokość rowków przejściowych i promień krzywizny na dnie rowków mają największy wpływ na współczynnik koncentracji naprężeń i muszą być ściśle regulowane. Poza tym pełność gwintów w kształcie fali jest również głównym wyznacznikiem trwałości użytkowej; nici faliste o niewystarczającej pełni mają małą objętość i szybko się zużywają.
3. Proces obróbki cieplnej
Typowym procesem obróbki cieplnej żerdzi wiertniczych R32 jest nawęglanie + chłodzenie powietrzem + odpuszczanie. Jako technika chemicznej obróbki cieplnej, nawęglanie umożliwia określonym pierwiastkom atmosfery infiltrację powierzchni stali poprzez ogrzewanie i izolację termiczną, modyfikując skład chemiczny warstwy powierzchniowej i tworząc odrębne mikrostruktury i właściwości mechaniczne pomiędzy rdzeniem a warstwą powierzchniową. Podczas nawęglania wyższa temperatura, potencjał węglowy i prędkość nawęglania przyspieszają proces nawęglania, natomiast niższe parametry go spowalniają. Nadmiernie wysoka zawartość węgla w warstwie nawęglonej powoduje powstawanie węglików sieciowych, zwiększających kruchość i wrażliwość na karb. Po hartowaniu tworzy się gruboziarnisty martenzyt i nadmierny austenit; austenit powierzchniowy w warstwie nawęglonej pogarsza twardość powierzchni i odporność na zużycie żerdzi wiertniczych. W związku z tym właściwy dobór parametrów nawęglania i obróbki cieplnej jest najważniejszym czynnikiem wpływającym na jakość żerdzi.
4. Śrutowanie i obróbka antykorozyjna
Śrutowanie i obróbka antykorozyjna należą do kluczowych działań poprawiających jakość żerdzi wiertniczych udarowych, ponieważ znacznie wydłużają trwałość zmęczeniową i są procedurami niezbędnymi. Obecnie niewielu krajowych producentów prowadzi obróbkę powierzchniową żerdzi wiertniczych, co jest główną przyczyną znacznej różnicy jakościowej pomiędzy żerdziami krajowymi i zagranicznymi.
IV. Wniosek
Narzędzia do wiercenia skał XTC wymuszają ścisłą kontrolę kluczowych procesów produkcyjnych, w tym obróbki skrawaniem, obróbki cieplnej i obróbki powierzchni, aby zapewnić jakość produkcji. Naszym celem jest dostarczanie klientom narzędzi do wiercenia skał o wysokiej odporności na zużycie, uderzenia i długiej żywotności , przyczyniając się do efektywnego rozwoju światowego przemysłu wydobywczego.