Madencilik PDC matkap uçları: yaygın arıza modları ve temel neden analizi
Günümüzde madencilikte kullanılan PDC matkaplar çoğunlukla matkap gövdesi, PDC kesici uçlar ve mastar koruma alaşımından oluşmaktadır. PDC kesici uçlar ve mastar koruma alaşımı matkap gövdesine lehimlenmiştir. Normal delme işlemi sırasında, sondaj kulesi torku ve besleme basıncını matkap dizisi aracılığıyla matkaba iletir; PDC kesici uçlar deliğin dibindeki kayayı keserken, mastar koruma alaşımı hızlı aşınmayı önlemek için matkap gövdesini çevresel olarak korur. Kaya kesme işlemi sırasında, matkap yüzündeki PDC kesicilere binen yük oldukça karmaşıktır. Oluşum, yapım yöntemi ve ekipman seçimi, operatör uygulamaları ve matkap kalite kontrolündeki farklılıklar performansı etkileyebilir ve farklı arıza türlerine yol açabilir. Kömür madeni sondaj sahalarında yapılan saha araştırmalarına dayanarak, arızalı maden PDC matkapları özetlenmiş ve analiz edilmiştir; aşağıdaki tipik arıza türleri ve ana nedenleri belirlenmiştir.
1.1 PDC kesici uç arızaları PDC, yüksek sıcaklık ve yüksek basınç altında sinterlenir. Bir PDC kompoziti genellikle bir elmas tabakası ve bir tungsten karbür (WC) alt tabakadan oluşur.
PDC kesici uçların başlıca arıza tipleri normal aşınma, uç kaybı (çekilme), talaşlanma ve delaminasyondur.
(1) Normal aşınma Normal aşınma, kaya kesme sırasında PDC kesicilerin beklenen bozulmasıdır. Elmas tabakasının ve WC alt tabakasının makroskobik aşındırıcı kaybı olarak ortaya çıkar; aşınmış yüzeyde belirgin bir kırılma veya kırılma izi görülmez.
(2) Uç kaybı (çıkma) Uç kaybı, bir PDC uç gövdesinden tamamen ayrıldığında ve uç arızasına neden olduğunda meydana gelir. Karakteristik özelliği, uç gövdesindeki lehim cebinde artık alaşım kalmaması ve uç ile uç arasında tamamen bir ayrılma olmasıdır.
Ekleme kaybının başlıca nedenleri:
Aşırı dip deliği sıcaklığı: Kuru delme kullanıldığında veya matkap ucu su kanalları tıkalı olduğunda, yüksek hızlı dönüş ve kesme, giderilemeyen bir ısı üretir ve bu da dip deliği sıcaklığının aniden yükselmesine neden olur. Sıcaklık, lehim dolgu metalinin kritik sıcaklığını aşarsa, lehim erir ve uç düşer.
Lehimleme işleminin yetersiz kontrolü: yetersiz kaynak öncesi temizlik, eksik veya gözenekli lehimler, yetersiz gaz giderme veya lehimleme sonrası uygun olmayan tutma sıcaklığı/süresi, ek parçanın çekilmesine yol açabilir.
Karşı önlemler:
Üreticilerin, tam ve sağlam kaynak sonuçlarını garanti altına almak için özellikle lehimleme olmak üzere üretim süreçlerini sıkı bir şekilde kontrol etmeleri gerekir.
Mümkünse, sahada kuru delme yerine ıslak delme (yeterli yıkama) yöntemini kullanın; derin delme sırasında, matkap borusu eklemeden önce geri akış sağlanana kadar bekleyin; yerel aşırı ısınmayı önlemek için, matkap ucunu deliğe sokmadan önce matkap ucunun su kanallarının tıkanık olup olmadığını kontrol edin.
(3) Çentiklenme (kenar kırılması) Çentiklenme, genellikle lokal olarak PDC elmas tabakasının kırılması ve kaybı anlamına gelir; ciddi durumlarda elmas tabakası, WC alt tabakasının bazı kısımlarıyla birlikte kopabilir.
Kırılmanın başlıca nedenleri:
Kesici malzeme özellikleri: Seçilen kesiciler düşük darbe direncine sahip olabilir veya WC alt tabakası ile elmas grit arasında yetersiz bağ mukavemetine sahip olabilir, bu da onları darbe altında kırılmaya eğilimli hale getirir.
İşletme parametreleri: Yüzeydeki aşırı besleme basıncı/bit üzerindeki ağırlık (WOB), kesicileri mukavemet sınırlarının ötesinde aşırı yükleyebilir ve elmas tabakasının dökülmesine ve kırılmasına neden olabilir.
Karmaşık formasyon: Sert kırılmış formasyonlarda darbe yükleri kesicilerin darbe tokluğunu aşabilir ve kırılmaya neden olabilir.
Uç tasarımı: Uygun olmayan bir kesici eğimi/kesme açısı (örneğin, sert formasyonlar için çok küçük bir kesme açısı), kesici yükünü artırır ve talaş oluşumunu teşvik eder. Genel kural, daha sert formasyonların genellikle daha büyük kesme açıları gerektirdiğidir.
Dış engeller: Yer altı çalışmalarında çatı cıvataları veya kablo cıvataları gibi kaya güçlendirme elemanlarıyla karşılaşmak kesici parçalanmasına kolaylıkla neden olabilir.
Karşı önlemler:
Bit üreticisinin önerdiği çalışma parametrelerine uyun.
Formasyon koşullarına yönelik uçları seçin ve tasarlayın: sert formasyonlar için agresifliği azaltmak ve kesicileri korumak amacıyla kesici eğimini/kesme açısını artırın; sert parçalı formasyonlar için daha yüksek darbe tokluğuna sahip PDC kesicileri seçin veya darbe direncini artırmak için kesicinin dış geometrisini değiştirin (örneğin, dışbükey-eğri yüzeyler, karşılaştırılabilir üretim süreçlerinde düz yüzeylere göre daha iyi darbe performansına sahiptir).
Mümkün olduğunca bilinen ankraj veya cıvatalardan kaçınmak için delik yörüngelerini planlayın.
(4) Delaminasyon Delaminasyon, PDC kompozitinin elmas tabakası ile WC alt tabakası arasındaki ayrılmayı ifade eder.
Delaminasyonun ana nedeni: Elmas tabakası ile WC alt tabakası arasındaki önemli kalıntı gerilmeler, termal genleşme katsayılarındaki farkla birleşerek, sondaj sıvısının sürtünme ve soğutmadan kaynaklanan dönüşümlü ısıtması altında uyumsuz bir büzülmeye yol açar. Darbe yükü ve kalıntı gerilmenin birleşik etkileri, elmas tabakasının alt tabakadan soyulmasına neden olabilir.
Karşı önlemler:
Üretim sırasında, elmas tabakası ile WC alt tabakası arasındaki artık gerilimi en aza indirmek için uygun bağlama malzemelerini ve işleme parametrelerini seçin.
Elmas tabakası ile alt tabaka arasındaki mekanik kilitlemeyi ve bağlanma gücünü artırmak için alt tabaka-arayüz geometrisini (örneğin, yeni arayüz şekilleri) optimize edin.
1.2 Matkap gövdesi arızaları Matkap gövdesi arızaları çoğunlukla matkap kanatlarının (matkap bıçaklarının) kırılması şeklinde ortaya çıkar.
Kanat kırıkları çoğunlukla sinterlenmiş/matris uçlarda meydana gelirken, çelik gövdeli uçlarda nadir görülür.
Matris uçlarında kanat kırılmasının nedenleri:
Yapım veya söküm sırasında uç kanatlarına darbe: Matris uç taçları genellikle toz metalurjisi ile üretilir ve tek parça halinde sinterlenir. Standart çelik gövdeli uçlara kıyasla, sinterlenmiş matris uçlar daha yüksek aşınma direncine ancak daha düşük tokluğa sahiptir; çıkarma sırasında uç kanatlarına çarpmak, kolayca kanat kırılmasına neden olabilir.
Sinterleme sürecinin zayıf kontrolü: Eksik sinterleme veya kapanımlar (sinterlenmemiş toz adacıkları), tozun homojen bir matrise tam olarak konsolide olmadığı anlamına gelir.
Karşı önlemler:
Yapım ve söküm sırasında operatörler, uç kanatlarına çekiçle vurmaktan kaçınmak ve yardımcı olmak için uygun aletleri (örneğin boru maşası veya anahtar) kullanmalıdır.
Üreticiler sinterleme kalitesini sıkı bir şekilde kontrol etmelidir: sinterleme sürecini sıkı bir şekilde kontrol etmeli ve metal tozu hammaddesinin süreç spesifikasyonlarını karşıladığından emin olmak için periyodik kontroller yapmalıdır.
