解析如何提高鉆探工具質(zhì)量
解析如何提高鉆探工具質(zhì)量
摘要：隨著地質(zhì)鉆探、工程勘察、巖土工程任務(wù)的增加，鉆探工具的大量使用，在鉆探工程中對(duì)鉆探工具提出更高要求，本文針對(duì)鉆探工具的工作條件和常見(jiàn)的損壞形式展開(kāi)分析，提出如何提高鉆探工具質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：鉆探工具；質(zhì)量提升
Abstract: with the geological drilling, engineering survey, geotechnical engineering tasks increases, the wide use of drilling, drilling project in put forward higher requirement of drilling tools, this article in view of the drilling tool working conditions and the damage of the common form was analysis, proposed how to improve the quality of drilling tools.
Keywords: drilling tools; Quality improvement
從上世紀(jì)60年代開(kāi)始，國(guó)內(nèi)有很多單位、工廠針對(duì)鉆桿、鉆桿接頭以及巖心管高頻表面淬火工藝開(kāi)展了相關(guān)的研究和推廣工作，在這種情況下，鉆探工具的使用壽命開(kāi)始有很大的提升。而在上世紀(jì)70年代的時(shí)候，金剛石鉆進(jìn)用鉆桿接頭也開(kāi)展了相應(yīng)的高頻表面淬火實(shí)驗(yàn)，最終得出的效果還是比較可觀的，迄今為止，針對(duì)這樣的產(chǎn)品還是有很多廠家在生產(chǎn)中，也獲得了很好的效果。繩索取心鉆桿接頭及鉆桿螺紋在提高其加工精度和光潔度的同時(shí)，各生產(chǎn)廠家利用自身的條件對(duì)鉆桿接頭進(jìn)行了高頻表面淬火、離子氮化、外表面鍍鉻等強(qiáng)化手段，對(duì)繩索取心鉆桿采用中頻調(diào)質(zhì)后強(qiáng)度大為提高。
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一、鉆具的工作條件和常見(jiàn)損壞形式
孔下鉆具種類(lèi)盡管不在少數(shù)，但是所處的工作條件和產(chǎn)生的破壞形式卻基本上是大同小異的。鉆桿、鉆桿接頭和巖心管的功能是向鉆頭傳遞破碎巖石的回轉(zhuǎn)力、軸向壓力以及由孔內(nèi)向孔底輸送泥漿的作用，鉆桿柱工作狀態(tài)如一根中間沒(méi)有支承且尤為細(xì)長(zhǎng)的空心軸，在幾百上千公斤壓力下，以每分幾百至千多轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，回轉(zhuǎn)于巖石孔中，驅(qū)動(dòng)著孔底鉆頭破碎巖石進(jìn)行鉆進(jìn)。工作中受到拉、壓、彎、扭、疲勞、沖擊、震動(dòng)、磨蝕、磨損等作用。不斷產(chǎn)生磨損、磨蝕、折斷等形式的破壞。此外還要受到拆卸、露天存放、搬遷中的人為損傷。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，正常情況下，鉆桿、接頭、巖心管多以外圓磨損報(bào)廢，約占報(bào)廢鉆具的90%以上。
繩索取心鉆桿接頭絕大多數(shù)也是在母扣外圓磨薄后疲勞折斷，公扣多為疲勞折斷，斷的部位多在絲扣根部的1~2扣處，少部分為它處折斷。鉆桿螺紋斷的部位也多在應(yīng)力集中最大的根部1~2扣。
二、提高鉆具質(zhì)量的途徑
鉆具使用中大量的為磨損破壞，外圓表面磨損和常拆卸絲扣的磨損。鉆進(jìn)中鉆桿柱在巖石孔中與巖石壁處于接觸摩擦磨損，泥漿中的固相顆粒，加劇了磨損作用，磨損到一定程度繼續(xù)使用可能造成折斷時(shí)，即判為報(bào)廢，給予更換。常拆卸絲扣的磨損(在應(yīng)用擰管機(jī)時(shí)更嚴(yán)重)，當(dāng)絲扣磨損到一定程度后報(bào)廢換下。對(duì)易磨損部位施局部表面硬化處理，就能大大提高該部位的硬度和耐磨性，提高使用壽命。許多情況下，由于磨損和疲勞折斷相伴發(fā)生，因而在對(duì)接頭、巖心管表面硬化處理時(shí)，要充分注意可能對(duì)接頭螺紋部位疲勞性能帶來(lái)的不利影響。從疲勞角度考慮，表面強(qiáng)化處理后，絲底及絲底尖角處若能形成壓應(yīng)力，將會(huì)提高該處的疲勞強(qiáng)度。高頻表面淬火工藝較難實(shí)現(xiàn)絲扣根的強(qiáng)化，但力求不要給絲底和螺紋根部1~2扣造成損害。氮化能使工件表面得到完整的硬化層，并使表面產(chǎn)生有利疲勞強(qiáng)度提高的壓應(yīng)力，從而對(duì)提高鉆具耐磨性和疲勞性能均有好處。鍍硬鉻能提高耐磨性，但對(duì)絲扣電鍍又會(huì)失去原尺寸精度。高頻表面淬火與氮化和鍍鉻相比，具有成本低、效率高、易操作等特點(diǎn)，但在均勻化強(qiáng)化方而不如氮化。
特別是在f=250kHz高頻電源上要實(shí)現(xiàn)如繩索取心鉆桿接頭0.15~0.3rnm的淺層硬化較困難，為此最好能選用超高頻。在一般高頻下，若能選用較大功率的電源，再配以合適的加熱感應(yīng)器，在較高單位功率的情況下實(shí)現(xiàn)快速連續(xù)加熱也可達(dá)到目的。鉆桿高頻淬火后抗磨性、抗彎曲性能，以及彈性都得到提高，壽命提高也十分顯著，但關(guān)鍵是淬火質(zhì)量的控制要嚴(yán)格;淬硬層要連續(xù)均勻;深度最好控制在0.5rnrn左右為宜;淬火時(shí)要防止發(fā)生彎曲。淬火冷卻劑采用0.05~0.2%濃度的聚乙烯醇水溶液，這就可以防止淬火中出現(xiàn)裂紋;冬季淬火后為防存放中開(kāi)裂，加一道低溫回火工藝較合適;淬火鉆桿使用、搬運(yùn)、存放中要防亂拋和重錘打擊，鉆桿表面淬火不少單位積累了許多成熟可貴的經(jīng)驗(yàn)，若將多年來(lái)鉆桿高頻淬火方面的經(jīng)驗(yàn)組織交流，必將促進(jìn)這一先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展和提高。巖心管正常鉆進(jìn)中多因磨損報(bào)廢，斷者少見(jiàn)。
三、結(jié)語(yǔ)
當(dāng)前，在我國(guó)已經(jīng)將鉆具質(zhì)量和壽命的提升作為重點(diǎn)研究的問(wèn)題。只有鉆探出現(xiàn)的孔內(nèi)事故得到有效的解決，成本才能降低，鉆進(jìn)的效率才會(huì)有所提升，使大量的優(yōu)質(zhì)管材節(jié)約下來(lái)，在這種情況下，經(jīng)濟(jì)效益必定會(huì)得到很大的提升。
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注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。
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