هر نیرویی که میله مته در زیر زمین احساس میکند (و چرا دانستن آنها نحوه خرید فولاد را تغییر میدهد)
بیشتر افرادی که میله مته میخرند، به آنها از این منظر نگاه میکنند که ددد... چند متر قبل از اینکه بشکند... این برای یک جدول خرید اشکالی ندارد. اما اگر میخواهید بفهمیدچرامیلهها خراب میشوند - و اینکه چرا میلههای گرانقیمت گاهی اوقات خراب نمیشوند و میلههای ارزانقیمت گاهی اوقات خراب میشوند - باید از نظر نیروها فکر کنید.
میله مته ساده به نظر میرسد. میلهای فولادی است که در دو سر آن رزوه وجود دارد. اما سی ثانیهای که برای سوراخ کردن یک متر طول لازم است، پروفیل باری را ایجاد میکند که کمتر اجزای ماشینی تا به حال دیدهاند. در اینجا تمام نیروهای مؤثر، به ترتیب برخورد با میله، آورده شده است.
فشار و کشش محوری - چرخه فشار-کشش
این واضحترین مورد است. پیستون به رابط میله برخورد میکند. میله به مته برخورد میکند. مته به سنگ برخورد میکند.
اما چیزی که خیلی از مردم از آن غافل میشوند این است: سنگ به سمتشان برمیگردد.
وقتی مته به سطح سنگ برخورد میکند، سنگ فقط ضربه را جذب نمیکند. بلکه یک موج تنشی منعکسشده را به سمت بالا و به سمت طناب میفرستد. این موج کششی است - میله را به جای هل دادن، میکشد. بنابراین در یک ضربه، میله از حالت فشرده به کشش و برعکس تغییر حالت میدهد. با ۵۰ ضربه در ثانیه، این یعنی ۵۰ چرخه کامل هل دادن-کشش در هر ثانیه، ۱۸۰۰۰۰ در ساعت.
هر ریشه رزوه، هر تغییر سطح مقطع، هر ناپیوستگی متالورژیکی در آن میله، سه هزار بار در دقیقه کشیده و فشرده میشود. میله زنده میماند زیرا سطح تنش پایینتر از حد خستگی فولاد عملیات حرارتی شده مناسب باقی میماند. اما اگر این حد کاهش یابد - از گرمای بیش از حد، از یک نقص سطحی، از یک نقطه ضعف در عملیات حرارتی - زمان شروع به کار میکند.
تنش خمشی - مسئله لاغری
میله حفاری یک ستون باریک است. میلههای R32 برای تونلسازی ممکن است سه متر طول و 32 میلیمتر قطر در قسمت رزوهدار داشته باشند. این نسبت ابعادی است که به 100:1 میرسد.
سه چیز باعث خم شدن آن ستون میشود. جاذبه به تنهایی یک میله بلند را خم میکند، به خصوص در یک رشته ده تایی یا بیشتر. نیروی تغذیه - فشاری که مته را به جلو هل میدهد - اگر کاملاً محوری نباشد، بیشتر میشود. و نیروی ضربه، اگر میله کاملاً صاف نباشد، با هر ضربه یک جزء خمشی ایجاد میکند زیرا مسیر انرژی از خط مرکزی منحرف میشود.
تنش خمشی اهمیت دارد زیرا افزایشی است. میلهای که تحت فشار محوری خالص است، ممکن است ۲۰۰ کیلونیوتن ضربه را تحمل کند. اگر یک گشتاور خمشی ناشی از یک کمان کوچک یا یک تغذیه ناهمتراز را اضافه کنید، حداکثر تنش در فیبر بیرونی خم ممکن است دو برابر بار محوری به تنهایی باشد. اینگونه است که میلهای که دددد باید جریمه میشدددد در نصف وزن نامی خود میشکند.
تنش پیچشی - پیچش
موتور چرخشی روی یک دریفتِر هیدرولیکی، گشتاوری را برای چرخاندن کل رشته حفاری - ساق، میلهها، کوپلینگها، مته - اعمال میکند. میلهها باید این گشتاور را منتقل کنند و همزمان ضربه محوری و هرگونه بار خمشی موجود را تحمل کنند.
تنش پیچشی به حالت تنش ترکیبی اضافه میشود. میلهای که تحت پیچش و خمش و ضربه محوری قرار دارد، در شرایط تنش سه محوری قرار دارد. پیشبینی شکست در آن شرایط ساده نیست - به بزرگی نسبی و پاسخ ماده به بارگذاری چند محوری بستگی دارد. آنچه عملاً اهمیت دارد این است که میلهای با سختی پیچشی بالا، بارگذاری ترکیبی را بهتر از میلهای که به راحتی میپیچد، تحمل میکند، زیرا انحراف زاویهای کمتر به معنای اتلاف انرژی کمتر در بدنه میله به جای انتقال به سنگ است.
سایش خارجی - اصطکاک، بریدگی و آب
همه نیروها از مته ناشی نمیشوند. خود سوراخ یک محیط ساینده است.
میله به دیواره سوراخ ساییده میشود، به خصوص وقتی که سوراخ از حالت مستقیم منحرف میشود. تراشههای سنگ در اطراف میله میچرخند و توسط آب جاری حمل میشوند و مانند کاغذ سنباده مرطوب به سطح ساییده میشوند. خود آب جاری که اغلب ذرات ساینده ریز را حمل میکند، به مرور زمان سطح میله را فرسایش میدهد. در شرایط خورنده آبهای زیرزمینی - به عنوان مثال آب اسیدی معدن - فولاد تحت حمله شیمیایی قرار میگیرد و در عین حال تحت بار مکانیکی نیز هست، ترکیبی که ترک خوردگی خستگی را از طریق مکانیسمهای خوردگی تنشی تسریع میکند.
به همین دلیل است که پرداخت سطح میله اهمیت دارد، و چرا میلههایی که در برگه مشخصات یکسان به نظر میرسند، میتوانند در زیر زمین رفتار متفاوتی داشته باشند. یک سطح صاف و با پرداخت خوب در برابر شروع ترک مقاومت میکند. یک سطح ناهموار با علائم ماشینکاری یا پوسته، زمینه را برای خوردگی و خستگی فراهم میکند.
کارتهای وحشی - عملیات ویژه
سپس کارهایی وجود دارد که میله هرگز برای انجام آنها طراحی نشده بود، اما به هر حال از آن خواسته میشود که انجام دهد.
کندن سنگهای سست با استفاده از رشته حفاری. بیرون کشیدن میله گیر کرده از یک سوراخ فروریخته. حفاری با مته خالی زمانی که فشار تغذیه کاهش مییابد و مته تماس خود را با سطح سنگ از دست میدهد. عبور دادن میله به داخل یک سوراخ محیطی صاف و له شده که دیوارههای آن شکسته و دارای شیار هستند. هر یک از این موارد، ترکیبات باری را روی میله اعمال میکند که خارج از محدوده طراحی قرار میگیرند.
میلهای که میتواند هزار متر حفاری معمولی انجام دهد، ممکن است در اولین مانور با دیلم از کار بیفتد. نیروها متفاوت هستند، تمرکز تنشها متفاوت است، و میله نمیداند یا اهمیتی نمیدهد که قرار بوده بیشتر دوام بیاورد.
چرا این موضوع هنگام خرید مهم است؟
نکتهی کاربردی این است: وقتی به دو میلهی مته با مشخصات مشابه - نوع رزوه یکسان، طول یکسان، درجهی فولاد یکسان - نگاه میکنید و یکی از آنها 30٪ گرانتر است، تقریباً همیشه تفاوت در نحوهی تحمل این محیط بار چند محوری توسط میله است.
میله ارزانتر ممکن است سختی سطحی مناسبی داشته باشد اما انتقال تیزی به هسته داشته باشد که آن را مستعد خستگی خمشی میکند. ممکن است استحکام کششی مناسبی داشته باشد اما سطح پرداخت ضعیفی داشته باشد و باعث خوردگی شود. ممکن است هندسه مناسبی داشته باشد اما صافی آن متناقض باشد، بنابراین هر میله در رشته، جزء خمشی خاص خود را اضافه میکند.
میلهای که گرانتر است و دوام بیشتری دارد، جادو نیست. این فقط فولادی است که برای تحمل هر پنج رژیم نیرو به طور همزمان پردازش شده است، نه فقط آن میلهای که مشخصاتش سادهتر است.
