Phân tích lỗi và sử dụng đúng cách các công cụ khoan đá
Phân tích hư hỏng của dụng cụ khoan đá Trung Quốc hiện sản xuất một loạt dụng cụ khoan đá (RDT) với các đặc điểm riêng biệt—chẳng hạn như mũi khoan cột/răng chèn, mũi khoan tích hợp cacbua xi măng, mũi khoan đá siêu bền và cacbua K610—với chất lượng và tuổi thọ đã được cải thiện nhưng vẫn chưa ổn định. Các hư hỏng ban đầu chủ yếu là do vấn đề ở mũi khoan và thanh khoan.
Mũi khoan hỏng do hao mòn bất thường và bình thường: vỡ mảnh, gãy răng, mất răng, sứt mẻ và gãy. Mũi khoan kiểu đục thường hỏng do cánh cắt quá mỏng, mòn nhanh, độ ổn định hình học kém và kẹp chặt miếng chèn cacbua không đủ - dẫn đến mất miếng chèn và mòn nhanh hơn. Mũi khoan hình cầu/nút thường bị bong tróc cạnh, răng cạnh bị gãy, nứt ở váy, mất nắp và gãy eo (thân). Một nghiên cứu thực địa sử dụng máy khoan khí nén 7655 trên đá granit cứng đã phát hiện ra rằng mũi khoan răng chèn ∅40–∅42 trong nước: bong tróc răng cạnh 22,7%, gãy răng cạnh 35,4% và mất mảnh 26,4% - cho thấy rằng hư hỏng răng cạnh là chế độ hỏng hóc chủ yếu. Nguyên nhân bao gồm ứng suất lệch tâm và không đều trên răng cạnh, áp suất xuyên tâm khác nhau, biến dạng dẻo tăng của thành lỗ răng (dẫn đến miệng chuông và lực kẹp giảm), độ khít không đủ giữa răng và lỗ và độ cứng thân mũi khoan thấp. Độ cứng thân mũi khoan cao hơn mang lại lợi ích cho vật liệu carbide nhiều hơn so với vật liệu có độ cứng trung bình/thấp. Chất lượng hàn, hiệu suất thông lượng, kỹ thuật hàn và cách sử dụng cũng ảnh hưởng đến hư hỏng. Hơn 80% các vết nứt thân mũi khoan xảy ra ở điểm giao giữa mặt mũi khoan và chân đế; các vết nứt cục bộ của mũi khoan răng chèn lan truyền dọc theo đáy lỗ răng. Việc lựa chọn thép kém, hình dạng không phù hợp, sản xuất không đúng cách hoặc sử dụng không đúng cách cũng làm trầm trọng thêm tình trạng nứt.
Thanh khoan chịu ứng suất xen kẽ—va đập, uốn và ăn mòn—do đó chúng yêu cầu độ bền mỏi cao, độ dẻo dai va đập, khả năng chống ăn mòn và độ nhạy khía thấp và tốc độ lan truyền vết nứt. Các hỏng hóc của thanh bao gồm biến dạng ở đầu cán thanh nhỏ do độ cứng thấp, vỡ các đầu có độ cứng cao, mòn ren tại các khớp nối, gãy mỏi và gãy giòn. Các gãy mỏi bắt đầu và lan truyền từ các khuyết tật vật liệu (tạp chất phi kim loại, độ xốp, đốm trắng, vết xước, khử cacbon, vết nứt do ăn mòn) hoặc từ xử lý vật liệu/nhiệt kém (lõi quá cứng do thấm cacbon, làm nguội kém gây ra vết nứt đuôi, vết nứt do làm nguội). Các lỗi thiết kế và khớp nối kém có thể gây ra các vết nứt; sử dụng sai (vết búa, bôi trơn mối nối kém, ăn mòn) cũng gây ra vết nứt và gãy. Một số vết gãy thanh không biểu hiện đặc điểm mỏi và biểu hiện dưới dạng các vết nứt giòn sáng, kết tinh—thường là do các khuyết tật, thay đổi tiết diện nghiêm trọng, chồng lớp rèn hoặc xử lý nhiệt không đúng cách tạo ra độ bền thấp hoặc tập trung ứng suất cao và vết nứt lan truyền nhanh.
Sử dụng đúng và hợp lý các dụng cụ khoan đá 2.1 Cải thiện chất lượng thiết kế Xác định các thông số cấu trúc hợp lý và phát triển các loại mới là điều kiện tiên quyết để kéo dài tuổi thọ. Đối với mũi khoan răng chèn/răng cột, mão hình bán cầu mang lại tốc độ khoan cao và khả năng chịu nén bền. Đường kính răng phải đảm bảo độ bền kéo và độ bền kẹp. Để giảm hư hỏng răng cạnh và kéo dài tuổi thọ: (1) gia cố răng cạnh bằng cách chọn hình dạng răng, đường kính và chiều cao tiếp xúc thích hợp; (2) giảm góc trước răng cạnh để cải thiện phân bổ tải và khả năng chống va đập; (3) chọn khe hở hàn và khớp nối can thiệp chính xác để tăng lực giữ; (4) sử dụng cacbua cứng hơn, đã qua xử lý nhiệt cho răng cạnh để ngăn ngừa phân mảnh; (5) gia cố thân mũi khoan để cải thiện khả năng chống mài mòn; (6) tối ưu hóa bố trí răng, tăng số lượng răng cạnh khi có thể và cải thiện khả năng xả nước—giữ lại các lỗ nước trên mặt và hệ thống xả ba rãnh/hai lỗ có khe hở lớn để tăng lượng cắt bỏ, giảm việc mài lại cắt, giảm mức tiêu thụ năng lượng và kéo dài tuổi thọ mũi khoan.
Cải thiện hình dạng thanh: ví dụ, thanh ren toàn phần của Ingersoll-Rand được sản xuất bằng phương pháp cán định hình với bề mặt được tôi cứng, góc xoắn ốc lớn hơn và khả năng tự khóa tốt giúp cải thiện độ bền, khả năng chống mài mòn và dễ dàng lắp ráp/tháo rời. Cải thiện hình thức và thiết kế bao bì để bảo vệ dụng cụ và kéo dài tuổi thọ.
2.2 Chọn vật liệu chất lượng cao Vật liệu dụng cụ phải bền và chống mài mòn, có độ cứng tốt, độ bền mỏi cao, độ nhạy khía thấp, khả năng giữ cacbua mạnh và có khả năng chống ăn mòn. Các loại thép được khuyến nghị bao gồm: 24SiMnNi2CrMo (tương tự như FF710 của Thụy Điển) với các đặc tính cơ học và chống gãy kết hợp tuyệt vời; 40SiMnMoV cho thanh (độ xuyên thấu trung bình ~1225,4 m, gần với mức nước ngoài); 55SiMnMo cho thanh nhỏ gần bằng tuổi thọ thanh nhỏ 95CrMo của Thụy Điển (~250 m); 35SiMnMoV đạt ~300 m cho mỗi thanh. Các loại thép này, sau khi tôi-ram, tạo thành các vi cấu trúc bainit có độ bền mỏi cao. Đối với các mũi khoan nhỏ và vừa được liên kết chèn, 40MnMoV phù hợp với thân mũi khoan; đối với các mũi khoan chèn lắp nóng, 45NiCrMoV là ưu tiên. Lựa chọn cacbua phải phù hợp với cơ học đá và loại mũi khoan.
2.3 Áp dụng công nghệ sản xuất tiên tiến: Sử dụng gia công để sản xuất mũi khoan—thay thế rèn truyền thống—là một bước phát triển quan trọng. Đối với mũi khoan hàn, hãy sử dụng thiết bị gia nhiệt phù hợp (lò cảm ứng siêu âm hoặc trung tần) hoặc gia nhiệt cảm ứng toàn phần để ngăn ngừa oxy hóa và khử cacbon, đảm bảo thời gian gia nhiệt ngắn có thể kiểm soát được, dễ dàng hàn và tránh ứng suất dập tắt bằng cách kiểm soát quá trình làm nguội. Tăng kích thước mối hàn một cách thích hợp, chọn đá mài phân cấp và làm sạch kỹ lưỡng bề mặt hàn bằng dung môi hữu cơ để cải thiện chất lượng hàn.
Đối với việc cố định chèn, phương pháp lắp nóng được khuyến nghị cho các đường kính trung bình và lớn: phương pháp này ít ảnh hưởng đến đặc tính thân mũi khoan và carbide, bảo toàn chất lượng bề mặt, tạo ra trạng thái ứng suất nén hai trục tại mối nối, giữ chặt tốt và giảm thất thoát mảnh vụn, đồng thời cho phép xử lý nhiệt thép tối ưu. Chèn ép nguội đòi hỏi độ chính xác gia công cao—sử dụng dụng cụ có độ chính xác cao, chuỗi kích thước ngắn để tăng cường độ cứng tiếp xúc và chất lượng bề mặt lỗ răng. Hình dạng dụng cụ nên cho phép biến dạng cắt lớn hơn và gia cường đùn để thành lỗ có được ứng suất nén dư có lợi và lớp bề mặt cứng chắc do biến dạng.
Để tăng tuổi thọ thanh truyền, hãy chế tạo khuôn rèn và gia công chính xác để ngăn ngừa hiện tượng miệng chuông, vết nứt hoặc vết loang. Cải thiện chất lượng cán thép rỗng để loại bỏ vết lõm, vết xước, nếp gấp và hiện tượng thoát cacbon.
Kết luận Bài báo này đã phân tích các chế độ hỏng hóc RDT và kiểm tra cấu trúc mũi khoan cũng như các dạng hư hỏng, chứng minh nguyên nhân hỏng hóc và đề xuất các biện pháp kéo dài tuổi thọ: các thông số cấu trúc phù hợp, lựa chọn vật liệu chất lượng và kỹ thuật sản xuất tiên tiến. Tuy nhiên, tuổi thọ của dụng cụ phụ thuộc vào chất lượng vốn có và cách sử dụng khoa học. Các điểm thực tế bổ sung: sử dụng dụng cụ kéo thay vì đóng búa bằng tay khi tháo mũi khoan; mài lại mũi khoan để giảm sự hình thành và phát triển vết nứt bề mặt và cải thiện tốc độ khoan; thực hiện đúng thao tác—tiến chậm cho đến khi mũi khoan đi vào đá trước khi khoan tốc độ tối đa; đảm bảo các khớp nối thanh đồng tâm và ren ăn khớp hoàn toàn; nếu mũi khoan bị kẹt, tránh đóng búa—đóng van đầu vào, mở nước, tiến chậm và sử dụng các chuyển động qua lại để làm phẳng thành lỗ khoan và giải phóng dụng cụ, ngăn ngừa vỡ cacbua, gãy chuôi hoặc gãy thanh.
Tóm lại, việc sử dụng máy khoan phù hợp, dụng cụ chuyên dụng và máy móc phù hợp trong nhiều điều kiện khác nhau sẽ giúp RDT đạt được hiệu suất tiềm năng.
