खनन पीडीसी ड्रिल बिट्स: सामान्य विफलता मोड और मूल कारण विश्लेषण
वर्तमान में खनन पीडीसी बिट्स में मुख्य रूप से बिट बॉडी, पीडीसी कटिंग इंसर्ट और गेज-प्रोटेक्शन एलॉय शामिल होते हैं। पीडीसी कटिंग इंसर्ट और गेज-प्रोटेक्शन एलॉय को बिट बॉडी पर ब्रेज़ किया जाता है। सामान्य ड्रिलिंग के दौरान, रिग ड्रिल स्ट्रिंग के माध्यम से बिट तक टॉर्क और फीड प्रेशर पहुंचाता है; पीडीसी कटिंग इंसर्ट छेद के तल पर चट्टान को काटते हैं, जबकि गेज-प्रोटेक्शन एलॉय तेजी से घिसाव को रोकने के लिए बिट बॉडी को परिधिगत रूप से ढाल देता है। चट्टान काटने के दौरान बिट फेस पर पीडीसी कटर पर लोडिंग अत्यधिक जटिल होती है। गठन, निर्माण विधि और उपकरण चयन, ऑपरेटर अभ्यास और बिट गुणवत्ता नियंत्रण में भिन्नताएं सभी प्रदर्शन को प्रभावित कर सकती हैं और विभिन्न विफलता मोड का कारण बन सकती हैं।
1.1 पीडीसी कटिंग-इन्सर्ट विफलताएँ पीडीसी को उच्च तापमान और उच्च दबाव में सिंटर किया जाता है। एक पीडीसी कंपोजिट में आमतौर पर एक हीरे की परत और एक टंगस्टन-कार्बाइड (डब्ल्यूसी) सब्सट्रेट होता है।
पीडीसी कटिंग इन्सर्ट की मुख्य विफलता के तरीके सामान्य घिसाव, इन्सर्ट क्षति (पुल-आउट), चिपिंग और डिलेमिनेशन हैं।
(1) सामान्य घिसाव सामान्य घिसाव, चट्टान काटने के दौरान पीडीसी कटर का अपेक्षित क्षरण है। यह हीरे की परत और डब्ल्यूसी सब्सट्रेट के स्थूल अपघर्षण के रूप में प्रकट होता है; घिसी हुई सतह पर कोई स्पष्ट फ्रैक्चर या छिलने के निशान नहीं दिखाई देते हैं।
(2) इंसर्ट लॉस (पुल-आउट) इंसर्ट लॉस तब होता है जब पीडीसी इंसर्ट बिट बॉडी से पूरी तरह अलग हो जाता है, जिससे बिट फेल हो जाता है। इसका विशिष्ट लक्षण इंसर्ट का बिट से पूरी तरह अलग होना है, और बिट बॉडी में ब्रेज़िंग पॉकेट में कोई अवशिष्ट मिश्र धातु नहीं दिखाई देती।
सम्मिलन हानि के मुख्य कारण:
नीचे के छेद का अत्यधिक तापमान: जब सूखी ड्रिलिंग का उपयोग किया जाता है या बिट के जलमार्ग अवरुद्ध हो जाते हैं, तो तेज़ गति से घूमने और काटने से गर्मी उत्पन्न होती है जिसे हटाया नहीं जा सकता, जिससे नीचे के छेद का तापमान तेज़ी से बढ़ जाता है। यदि तापमान ब्रेज़िंग फिलर धातु के क्रांतिक तापमान से अधिक हो जाता है, तो ब्रेज़िंग पिघल जाती है और इंसर्ट बाहर गिर जाता है।
ब्रेज़िंग प्रक्रिया पर खराब नियंत्रण: अपर्याप्त पूर्व-वेल्ड सफाई, अपूर्ण या छिद्रयुक्त ब्रेज़, खराब डीगैसिंग, या अनुचित पोस्ट-ब्रेज़ तापमान/समय, ये सभी इंसर्ट पुल-आउट का कारण बन सकते हैं।
प्रतिउपाय:
पूर्ण, सुदृढ़ वेल्ड सुनिश्चित करने के लिए निर्माताओं को उत्पादन प्रक्रियाओं, विशेषकर ब्रेज़िंग, पर कड़ाई से नियंत्रण रखना चाहिए।
साइट पर, जहां तक संभव हो, सूखी ड्रिलिंग के स्थान पर गीली ड्रिलिंग (पर्याप्त फ्लशिंग) अपनाएं; गहरी ड्रिलिंग के दौरान ड्रिल पाइप जोड़ने से पहले वापसी प्रवाह स्थापित होने तक प्रतीक्षा करें; स्थानीय स्तर पर अत्यधिक गर्मी से बचने के लिए बिट को छेद में डालने से पहले बिट के जलमार्ग में अवरोध की जांच करें।
(3) चिपिंग (किनारे का टूटना) चिपिंग से तात्पर्य पीडीसी हीरे की परत के टूटने और नुकसान से है, जो अक्सर स्थानीय स्तर पर होता है; गंभीर मामलों में हीरे की परत डब्ल्यूसी सब्सट्रेट के कुछ हिस्सों के साथ टूट सकती है।
चिपिंग के मुख्य कारण:
कटर सामग्री के गुण: चुने गए कटर में कम प्रभाव प्रतिरोध या स्वागत सब्सट्रेट और हीरे की ग्रिट के बीच अपर्याप्त बंधन शक्ति हो सकती है, जिससे वे प्रभाव के तहत टूटने के लिए प्रवण हो सकते हैं।
परिचालन पैरामीटर: चेहरे पर अत्यधिक फीड दबाव/बिट पर भार (डब्ल्यूओबी) कटर को उनकी शक्ति सीमा से अधिक भार दे सकता है, जिससे हीरे की परत उखड़ सकती है और टूट सकती है।
जटिल संरचना: कठोर रूप से टूटी संरचनाओं में प्रभाव भार कटर की प्रभाव कठोरता से अधिक हो सकता है और टूटने का कारण बन सकता है।
बिट डिज़ाइन: एक अनुपयुक्त कटर रेक/कटिंग कोण (जैसे, कठोर संरचनाओं के लिए बहुत छोटा कटिंग कोण) कटर लोडिंग को बढ़ाता है और चिपिंग को बढ़ावा देता है। सामान्य नियम यह है कि कठोर संरचनाओं के लिए आमतौर पर बड़े कटिंग कोण की आवश्यकता होती है।
बाह्य बाधाएं: भूमिगत कार्य में छत बोल्ट या केबल बोल्ट जैसे चट्टान-सुदृढीकरण तत्वों का सामना करने से कटर आसानी से टूट सकता है।
प्रतिउपाय:
बिट निर्माता के अनुशंसित परिचालन मापदंडों का पालन करें।
संरचना की स्थितियों के लिए लक्षित बिट्स का चयन और डिजाइन करें: कठोर संरचनाओं के लिए आक्रामकता को कम करने और कटर की सुरक्षा के लिए कटर रेक/कटिंग कोण को बढ़ाएं; कठोर खंडित संरचनाओं के लिए उच्च प्रभाव कठोरता वाले पीडीसी कटर चुनें या प्रभाव प्रतिरोध में सुधार करने के लिए कटर की बाहरी ज्यामिति को बदलें (उदाहरण के लिए, उत्तल-वक्र वाले चेहरों का तुलनात्मक विनिर्माण प्रक्रियाओं के तहत फ्लैट चेहरों की तुलना में बेहतर प्रभाव प्रदर्शन होता है)।
जहां तक संभव हो, ज्ञात एंकरों या बोल्टों से बचने के लिए छेद पथ की योजना बनाएं।
(4) विघटन विघटन पीडीसी समग्र के हीरे की परत और डब्ल्यूसी सब्सट्रेट के बीच अलगाव को दर्शाता है।
विसंयोजन का मुख्य कारण: हीरे की परत और स्वागत सब्सट्रेट के बीच महत्वपूर्ण अवशिष्ट प्रतिबल, तापीय प्रसार गुणांकों में अंतर के साथ मिलकर, घर्षण से होने वाले तापन और ड्रिलिंग द्रव द्वारा होने वाले शीतलन के कारण बेमेल संकुचन का कारण बनते हैं। प्रभाव भार और अवशिष्ट प्रतिबल के संयुक्त प्रभाव से हीरे की परत सब्सट्रेट से अलग हो सकती है।
प्रतिउपाय:
निर्माण के दौरान, हीरे की परत और स्वागत सब्सट्रेट के बीच अवशिष्ट तनाव को न्यूनतम करने के लिए उपयुक्त बंधन सामग्री और प्रसंस्करण मापदंडों का चयन करें।
हीरा परत और सब्सट्रेट के बीच यांत्रिक इंटरलॉक और बंधन शक्ति में सुधार करने के लिए सब्सट्रेट-इंटरफ़ेस ज्यामिति (जैसे, नए इंटरफ़ेस आकार) को अनुकूलित करें।
1.2 बिट-बॉडी विफलताएं बिट-बॉडी विफलताएं मुख्य रूप से बिट विंग्स (बिट ब्लेड) के फ्रैक्चर के रूप में मौजूद होती हैं।
विंग फ्रैक्चर ज्यादातर सिंटर/मैट्रिक्स बिट्स में होते हैं और स्टील बॉडी वाले बिट्स में दुर्लभ होते हैं।
मैट्रिक्स बिट्स में विंग फ्रैक्चर के कारण:
मेक-अप या ब्रेक-आउट के दौरान बिट विंग्स पर प्रभाव: मैट्रिक्स बिट क्राउन अक्सर पाउडर धातुकर्म द्वारा निर्मित होते हैं और एक ही टुकड़े में सिंटर किए जाते हैं। मानक स्टील-बॉडी बिट्स की तुलना में, सिंटर किए गए मैट्रिक्स बिट्स में घिसाव का प्रतिरोध अधिक होता है, लेकिन कठोरता कम होती है; हटाते समय बिट विंग्स से टकराने से विंग आसानी से फ्रैक्चर हो सकता है।
सिंटरिंग प्रक्रिया पर खराब नियंत्रण: अपूर्ण सिंटरिंग या समावेशन (असिंटरित पाउडर द्वीप) का अर्थ है कि पाउडर पूरी तरह से एक सजातीय मैट्रिक्स में समेकित नहीं हुआ।
प्रतिउपाय:
मेक-अप और ब्रेक-आउट के दौरान, ऑपरेटरों को बिट विंग्स पर हथौड़ा मारने से बचने और सहायता के लिए उचित उपकरणों (जैसे, पाइप टोंग्स या स्पैनर) का उपयोग करना चाहिए।
निर्माताओं को सिंटरिंग की गुणवत्ता पर कड़ाई से नियंत्रण रखना चाहिए: सिंटरिंग प्रक्रिया पर कड़ाई से नियंत्रण रखना चाहिए तथा धातु पाउडर फीडस्टॉक की आवधिक जांच करनी चाहिए ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि यह प्रक्रिया विनिर्देशों को पूरा करता है।
