مته‌های پی دی سی معدن: حالت‌های خرابی رایج و تحلیل ریشه‌ای علت
در حال حاضر مته‌های پی دی سی معدنکاری عمدتاً از بدنه مته، تیغه‌های برش پی دی سی و آلیاژ محافظ گیج تشکیل شده‌اند. تیغه‌های برش پی دی سی و آلیاژ محافظ گیج بر روی بدنه مته لحیم می‌شوند. در حین حفاری معمولی، دکل، گشتاور و فشار تغذیه را از طریق رشته حفاری به مته منتقل می‌کند. تیغه‌های برش پی دی سی سنگ را در انتهای سوراخ برش می‌دهند، در حالی که آلیاژ محافظ گیج، بدنه مته را به صورت محیطی محافظت می‌کند تا از سایش سریع جلوگیری شود. در حین برش سنگ، بارگذاری روی تیغه‌های پی دی سی در سطح مته بسیار پیچیده است. تغییرات در شکل‌گیری، روش ساخت و انتخاب تجهیزات، عملکرد اپراتور و کنترل کیفیت مته، همگی می‌توانند بر عملکرد تأثیر بگذارند و منجر به حالت‌های مختلف خرابی شوند. بر اساس تحقیقات میدانی در سایت‌های حفاری معادن زغال سنگ، مته‌های پی دی سی معدنکاری ناموفق خلاصه و تجزیه و تحلیل شدند. حالت‌های معمول خرابی و علل اصلی زیر شناسایی شدند.
۱.۱ خرابی‌های برش-سوراخ پی دی سی پی دی سی تحت دما و فشار بالا تف‌جوشی می‌شود. یک کامپوزیت پی دی سی معمولاً شامل یک لایه الماس و یک زیرلایه تنگستن-کاربید (توالت فرنگی) است.
حالت‌های اصلی خرابی اینسرت‌های برش پی دی سی عبارتند از سایش طبیعی، از دست دادن اینسرت (بیرون کشیدن)، لب‌پریدگی و لایه‌لایه شدن.
(1) سایش عادی سایش عادی، تخریب مورد انتظار تیغه‌های برش پی دی سی در حین برش سنگ است. این تخریب به صورت از بین رفتن سایش ماکروسکوپی لایه الماس و زیرلایه توالت فرنگی ظاهر می‌شود؛ سطح ساییده شده هیچ گونه شکستگی یا لب‌پریدگی مشخصی نشان نمی‌دهد.
(2) از دست دادن قطعه کار (بیرون کشیدن) از دست دادن قطعه کار زمانی اتفاق می‌افتد که قطعه کار پی دی سی به طور کامل از بدنه مته جدا شود و باعث خرابی مته شود. علامت مشخصه، جدایی کامل قطعه کار از مته است، به طوری که هیچ آلیاژ باقیمانده‌ای در حفره لحیم‌کاری شده بدنه مته دیده نشود.
علل اصلی از دست دادن اینسرت:
دمای بیش از حد ته چاه: وقتی از حفاری خشک استفاده می‌شود یا مجاری آب مته مسدود می‌شود، چرخش و برش با سرعت بالا گرمایی تولید می‌کند که قابل حذف نیست و باعث افزایش شدید دمای ته چاه می‌شود. اگر دما از دمای بحرانی فلز پرکننده لحیم‌کاری سخت بیشتر شود، لحیم‌کاری سخت ذوب می‌شود و قطعه کار بیرون می‌افتد.
کنترل ضعیف فرآیند لحیم‌کاری سخت: تمیزکاری ناکافی قبل از جوشکاری، لحیم‌کاری ناقص یا متخلخل، گاززدایی ضعیف یا دما/زمان نامناسب نگهداری پس از لحیم‌کاری سخت، همگی می‌توانند منجر به بیرون کشیدن قطعه کار شوند.
اقدامات متقابل:
تولیدکنندگان باید فرآیندهای تولید، به ویژه لحیم‌کاری سخت، را به شدت کنترل کنند تا جوش‌های کامل و بی‌نقصی را تضمین کنند.
در محل، در صورت امکان، به جای حفاری خشک، از حفاری مرطوب (شستشوی کافی) استفاده کنید؛ در حین حفاری عمیق، قبل از اضافه کردن لوله حفاری، صبر کنید تا جریان برگشتی برقرار شود؛ قبل از وارد کردن مته به داخل سوراخ، مجاری آب مته را از نظر انسداد بررسی کنید تا از گرمای بیش از حد موضعی جلوگیری شود.
(3) لب پریدگی (شکستگی لبه) لب پریدگی به شکستگی و از بین رفتن لایه الماس پی دی سی، اغلب به صورت موضعی، اشاره دارد؛ در موارد شدید، لایه الماس ممکن است به همراه بخش‌هایی از زیرلایه توالت فرنگی جدا شود.
علل اصلی ترک خوردگی:
خواص مواد برش: برش‌های انتخاب شده ممکن است مقاومت ضربه‌ای پایینی داشته باشند یا استحکام پیوند کافی بین زیرلایه توالت فرنگی و دانه‌های الماس نداشته باشند، که آنها را مستعد لب‌پر شدن در اثر ضربه می‌کند.
پارامترهای عملیاتی: فشار/وزن بیش از حد تغذیه روی مته (ووب) در سطح مقطع می‌تواند تیغه‌ها را بیش از حد مجاز تحت بار اضافی قرار دهد و باعث پوسته پوسته شدن و لب پر شدن لایه الماس شود.
تشکیل پیچیده: در سازندهای سخت و شکسته، بارهای ضربه‌ای می‌توانند از چقرمگی ضربه‌ای تیغه‌های برش تجاوز کرده و باعث لب‌پریدگی شوند.
طراحی مته: زاویه نامناسب براده/برش ابزار (مثلاً زاویه برش خیلی کوچک برای سازندهای سخت) باعث افزایش بارگذاری ابزار و افزایش لب‌پریدگی می‌شود. قاعده کلی این است که سازندهای سخت‌تر معمولاً به زوایای برش بزرگتری نیاز دارند.
موانع خارجی: برخورد با عناصر تقویت‌کننده سنگ مانند پیچ‌های سقف یا پیچ‌های کابل در کارهای زیرزمینی می‌تواند به راحتی باعث لب‌پریدگی تیغه شود.
اقدامات متقابل:
به پارامترهای عملیاتی توصیه شده توسط سازنده مته پایبند باشید.
مته‌ها را متناسب با شرایط سازند انتخاب و طراحی کنید: برای سازندهای سخت، زاویه برش/برش تیغه را افزایش دهید تا میزان ضربه را کاهش داده و از تیغه‌ها محافظت کنید؛ برای سازندهای سخت و تکه‌تکه، تیغه‌های پی دی سی با چقرمگی ضربه بالاتر را انتخاب کنید یا هندسه خارجی تیغه را برای بهبود مقاومت در برابر ضربه تغییر دهید (به عنوان مثال، سطوح منحنی محدب در فرآیندهای تولید مشابه، عملکرد ضربه بهتری نسبت به سطوح صاف دارند).
مسیرهای سوراخ را طوری برنامه‌ریزی کنید که در صورت امکان از لنگرها یا پیچ‌های شناخته‌شده اجتناب شود.
(4) لایه لایه شدن لایه لایه شدن به جدایی بین لایه الماس و زیرلایه توالت فرنگی کامپوزیت پی دی سی اشاره دارد.
علت اصلی لایه لایه شدن: تنش‌های پسماند قابل توجه بین لایه الماس و زیرلایه توالت فرنگی، همراه با تفاوت در ضرایب انبساط حرارتی، منجر به انقباض ناهماهنگ تحت گرمایش متناوب ناشی از اصطکاک و سرمایش توسط سیال حفاری می‌شود. اثرات ترکیبی بارگذاری ضربه‌ای و تنش پسماند می‌تواند باعث جدا شدن لایه الماس از زیرلایه شود.
اقدامات متقابل:
در طول ساخت، مواد اتصال‌دهنده و پارامترهای پردازش مناسب را انتخاب کنید تا تنش پسماند بین لایه الماس و زیرلایه توالت فرنگی به حداقل برسد.
هندسه‌ی سطح مشترک-زیرلایه (مثلاً شکل‌های جدید سطح مشترک) را بهینه کنید تا قفل و بست مکانیکی و استحکام پیوند بین لایه‌ی الماس و زیرلایه بهبود یابد.
۱.۲ خرابی بدنه مته خرابی بدنه مته عمدتاً به صورت شکستگی بال‌های مته (تیغه‌های مته) بروز می‌کند.
شکستگی‌های بال بیشتر در مته‌های متخلخل/ماتریسی رخ می‌دهد و در مته‌های با بدنه فولادی نادر است.
علل شکستگی بال در مته‌های ماتریسی:
ضربه به بال‌های مته در حین آماده‌سازی یا جدا کردن: تاج‌های مته ماتریسی اغلب با متالورژی پودر تولید می‌شوند و به صورت یکپارچه تف‌جوشی می‌شوند. در مقایسه با مته‌های استاندارد با بدنه فولادی، مته‌های ماتریسی تف‌جوشی شده مقاومت سایشی بالاتری دارند اما چقرمگی کمتری دارند؛ ضربه به بال‌های مته در حین برداشتن می‌تواند به راحتی باعث شکستگی بال شود.
کنترل ضعیف فرآیند پخت: پخت ناقص یا وجود آخال (جزایر پودر پخت نشده) به این معنی است که پودر به طور کامل در یک ماتریس همگن تثبیت نشده است.
اقدامات متقابل:
در طول آماده‌سازی و جداسازی، اپراتورها باید از ابزارهای مناسب (مانند انبر لوله یا آچار) برای کمک و جلوگیری از ضربه زدن به بال‌های مته استفاده کنند.
تولیدکنندگان باید کیفیت تف‌جوشی را به شدت کنترل کنند: فرآیند تف‌جوشی را به شدت کنترل کنند و بررسی‌های دوره‌ای روی مواد اولیه پودر فلز انجام دهند تا از مطابقت آن با مشخصات فرآیند اطمینان حاصل شود.
