1 Análisis de fallas de las herramientas de perforación

En China, las herramientas de perforación se han convertido en una serie de productos con características propias, como brocas de dientes columnares, brocas de carburo sólido, brocas para rocas extremadamente resistentes, K610 aleaciones de carburo, etc. Su calidad y vida útil han mejorado continuamente, pero su rendimiento no es estable. Las principales causas del fallo prematuro de las herramientas deben analizarse desde la broca y la barra de perforación.

Las formas de destrucción de la broca son principalmente la fragmentación, la rotura de los dientes, la pérdida de dientes, la caída de dientes, la rotura, etc., así como el desgaste anormal y el desgaste normal. La principal causa de fallo de las brocas en forma de cuña es que las alas de la broca son demasiado finas, no son resistentes al desgaste, el desgaste radial es rápido, la estabilidad de la forma geométrica es deficiente, la fuerza de sujeción de la pieza de acero de las alas sobre la placa de aleación es insuficiente, lo que provoca la separación de la placa, el orificio de disparo no es redondo, la resistencia a la rotación no es grande, lo que agrava el desgaste del filo de la broca. Las principales formas de daño de la broca de dientes esféricos son la pérdida de dientes de borde, la pérdida de dientes fragmentados, la rotura, la pérdida del casquillo y la rotura de la cintura. 7655  La Universidad de Geología de China, mediante ∅ 40、 ∅ 42 las estadísticas de fallos de las brocas de dientes columnares realizadas con : La pérdida de dientes de borde representa 22.7% ，la rotura de dientes de borde representa 35.4% ，la pérdida de dientes fragmentados representa 26.4% 。Los ensayos in situ muestran : que la pérdida de dientes de borde y la rotura de dientes de borde son los principales tipos de daño. Esto se debe a que los dientes de borde están sometidos a una tensión excéntrica, que se distribuye de forma muy desigual, y a la acción de la presión radial diferente sobre los dientes, lo que hace que las condiciones de tensión de los dientes de borde sean desfavorables y provoque la rotura de los dientes. A medida que aumenta el impacto en la broca de dientes columnares, la cantidad de deformación plástica de la pared del orificio del diente aumenta continuamente, lo que hace que el orificio del diente presente una forma de embudo, lo que provoca una disminución de la fuerza de fijación del diente. Además, debido a que la holgura entre los orificios de los dientes es demasiado pequeña y la dureza del cuerpo de la broca es demasiado baja, también se agrava la pérdida de dientes. La influencia del cuerpo de la broca de alta dureza en los dientes de carburo es mucho mayor que la del cuerpo de la broca de dureza media y baja. Además, está relacionada con la soldadura, las propiedades del fundente y las operaciones de soldadura, así como con los métodos de uso. 80% Las roturas del cuerpo de acero de la broca

se producen principalmente en la zona de unión entre la superficie frontal de la punta de la broca y la parte inferior de la camisa, y las roturas parciales de la broca de dientes columnares se producen a lo largo del límite inferior del orificio del diente. Además, la rotura se ve agravada a menudo por factores como la elección inadecuada del tipo de acero, el diseño poco razonable de los parámetros de la estructura geométrica, la elección inadecuada del proceso de fabricación y el uso inadecuado. : La barra de perforación está sometida a una tensión alterna compleja compuesta principalmente por tensión de impacto, tensión de flexión y tensión de corrosión durante el funcionamiento. Por lo tanto, se requiere que la barra de perforación tenga una alta resistencia a la fatiga, una alta tenacidad al impacto, una buena resistencia a la corrosión y una baja sensibilidad a las muescas y una velocidad de propagación de las grietas. Las formas de destrucción de la barra de perforación son la insuficiencia de dureza en el extremo del mango de la barra de perforación pequeña, lo que provoca la acumulación de material : una dureza excesiva que provoca la explosión de la parte superior; el desgaste de la rosca de conexión y la rotura por fatiga y la rotura frágil resultantes. La rotura de la barra de perforación es la principal forma de fallo. La rotura por fatiga, bajo la acción de tensiones repetidas, produce grietas debido a la acumulación de daños, que suelen originarse en las partes débiles del material, como las inclusiones no metálicas, las burbujas, los puntos blancos, las marcas, la descarburación, las grietas de corrosión

2 El uso correcto y razonable de las herramientas de perforación

2.1 Mejorar la calidad del diseño

La determinación de parámetros estructurales razonables y el desarrollo continuo de nuevos tipos son requisitos previos para mejorar la vida útil de las herramientas. La forma de la corona de los dientes columnares de las brocas de dientes columnares es en su mayoría hemisférica, la velocidad de perforación es alta, cuando se presiona en la roca, la superficie del diente soporta una presión de compresión relativamente sólida y duradera. El tamaño del diámetro del diente debe considerar la suficiente tensión de tracción, la fuerza de fijación del diente. A partir del análisis de fallos, las condiciones de tensión de los dientes de borde son desfavorables, y la pérdida de dientes de borde y la rotura de dientes de borde son las principales formas de daño de la broca. Se pueden adoptar las siguientes medidas para reducir el daño de los dientes de borde y prolongar la vida útil de las brocas de dientes columnares : ① Reforzar los dientes de borde, seleccionar correctamente la forma, el diámetro y la altura de los dientes expuestos; ② Reducir adecuadamente el ángulo de inclinación de los dientes de borde, lo que es beneficioso para mejorar las condiciones de tensión y mejorar la capacidad de los dientes de borde para resistir los impactos; ③ Seleccionar correctamente la holgura de la soldadura y la holgura de fijación de los dientes, para aumentar la fuerza de fijación de los dientes columnares; ④ Seleccionar carburo de alta tenacidad para los dientes de borde y someterlo a tratamiento térmico para evitar eficazmente la rotura de los dientes. Reforzar el cuerpo de acero de la broca y aumentar la resistencia a la abrasión del cuerpo de acero; ⑤ Distribución razonable de los dientes, aumentar en la medida de lo posible el número de dientes de borde, mejorar el sistema de eliminación de polvo, conservar el orificio de agua frontal y el sistema de eliminación de polvo de tres ranuras y dos orificios con gran espacio, alta eficiencia de eliminación de polvo, reducir la rotura repetida del polvo de roca, reducir el consumo de energía y prolongar la vida útil de la broca.

Mejorar la estructura de la barra de perforación, como la barra de perforación totalmente roscada propuesta por la empresa Ingersoll-Rand de Estados Unidos, procesada mediante el método de conformado por laminación, tratamiento de endurecimiento superficial, mejora de la tenacidad y la resistencia al desgaste, gran ángulo de hélice, buena autobloqueo, fácil desmontaje e instalación. Mejorar la calidad de la apariencia y el embalaje de las herramientas, un buen diseño de la forma y la estructura del embalaje puede proteger eficazmente las herramientas, embellecer las herramientas y prolongar la vida útil de las herramientas.

2.2  Seleccionar materiales de alta calidad

La selección de materiales para las herramientas debe considerar la tenacidad, la resistencia al desgaste, una buena rigidez y resistencia al desgaste, una resistencia a la fatiga suficientemente alta, una baja sensibilidad a las muescas de fatiga, una alta capacidad de sujeción de las placas de aleación y una cierta resistencia a la corrosión. : ① 24SiMnNi₂ CrMo El acero es una imitación de Suecia FF710 Un nuevo tipo de acero con las mejores propiedades mecánicas generales y resistencia a la fractura; ② 40SiMnMoV Avance acumulado promedio de la varilla de soldadura fabricada con acero 1225.4m que se acerca a los niveles internacionales; ③ 55SiMnMo La vida útil de las pequeñas varillas de soldadura se acerca a la de Suecia 95CrMo Varillas de soldadura pequeñas 250m niveles internacionales; ④ 35SiMnMoV La vida útil promedio de las varillas de soldadura puede alcanzar 300m/ piezas. Los aceros mencionados, después de tratamientos térmicos como temple, revenido, recocido y normalizado, forman un acero de bainita, con alta resistencia a la fatiga y tenacidad. Para la soldadura por inducción de placas y dientes pequeños, se selecciona 40MnMoV como material para el cuerpo de la punta de soldadura; para las puntas de soldadura con dientes encajados en caliente, se utiliza 45NiCrMoV es la mejor opción. La selección de materiales de metal duro debe adaptarse a las propiedades mecánicas de la roca y al tipo de máquina perforadora.

2.3  Se deben utilizar tecnologías de fabricación avanzadas

El uso del método de corte para producir puntas de soldadura, reemplazando el conformado tradicional de forja con mecanizado completamente automático, representa un nuevo desarrollo en la tecnología de fabricación de herramientas de soldadura. La soldadura de las puntas de soldadura de cuchilla debe utilizar equipos de calentamiento adecuados, como ultrasonido; los hornos de inducción de media frecuencia pueden utilizar calentamiento por inducción integral para evitar la oxidación y descarburación de la pieza, facilitando el control de la temperatura, acortando el tiempo de calentamiento y facilitando la operación de soldadura. Se debe controlar estrictamente el enfriamiento por aire o por aire forzado para evitar la aparición de tensiones de soldadura. Aumentar adecuadamente la soldadura, seleccionar las placas de molienda por niveles, y limpiar cuidadosamente la superficie de soldadura del acero del cuerpo de la punta de soldadura y las placas de metal duro con gasolina u otros disolventes orgánicos para mejorar la calidad de la soldadura.

Para el proceso de fijación de dientes de columna en puntas de soldadura de diámetro medio y grande, se recomienda el proceso de fijación en caliente, que tiene las ventajas de una pequeña influencia en las propiedades del cuerpo de la punta de soldadura y del metal duro, una superficie de dientes y agujeros que no es fácil de dañar, una calidad estable, una buena calidad de fijación con una superficie de contacto en estado de tensión bidireccional después del montaje de los dientes y los agujeros, una reducción de dientes rotos, la posibilidad de lograr las mejores especificaciones de tratamiento térmico del cuerpo de acero, el pleno desarrollo del potencial de uso del acero y una buena apariencia sin fugas de soldadura.

El prensado en frío de los dientes requiere una alta precisión en el mecanizado de los agujeros, por lo que se utilizan equipos de mecanizado de alta precisión; el diseño de los útiles utiliza la cadena de dimensiones más corta, aumenta la rigidez de contacto y mejora la calidad de la superficie de los agujeros de los dientes; en el diseño de las herramientas, se seleccionan parámetros geométricos de deformación de corte aumentados y una estructura de herramienta de superficie de procesamiento de refuerzo por extrusión, utilizando un corte de alta fuerza para formar tensiones de compresión residuales y una capa de endurecimiento por trabajo en frío en la superficie de la pared del agujero.

Para mejorar la vida útil de las varillas de soldadura, es necesario fabricar moldes de procesamiento precisos para evitar la formación de rebabas, bordes irregulares y grietas durante la forja. Mejorar la calidad del laminado de acero hueco, eliminando o reduciendo las diversas imperfecciones superficiales como abolladuras, costras, pliegues y descarburación.

3 Conclusión

Este artículo, a través del análisis de fallas de las herramientas de perforación y el estudio y la observación de las diversas formas estructurales de las puntas de soldadura y sus correspondientes formas de falla, demuestra las formas y causas de falla de las herramientas de perforación, y describe las medidas para mejorar la vida útil de las herramientas de perforación desde los aspectos de cómo determinar los parámetros estructurales razonables, seleccionar materiales de alta calidad y cómo utilizar tecnologías de fabricación avanzadas. Sin embargo, la vida útil de las herramientas depende de su propia calidad intrínseca y del uso científico; por lo tanto, también se debe prestar atención a los siguientes aspectos: : ① Al desmontar la punta de soldadura, evitar golpearla con un martillo; el uso de un extractor de puntas de soldadura ayuda a mejorar la vida útil de la herramienta; ② El afilado de la punta de soldadura ayuda a reducir la aparición y expansión de grietas superficiales y a aumentar la velocidad de perforación; ③ Operación y uso correctos, como el avance lento al abrir el orificio, esperando que la punta de soldadura entre en la roca antes de trabajar a toda velocidad, y al conectar las varillas, la tubería de la varilla de soldadura debe mantenerse concéntrica con la cola de la varilla, y las roscas deben estar bien apretadas; al atascar la varilla, no golpear la herramienta, sino utilizar la válvula de admisión de aire pequeña, abrir la válvula de agua grande y avanzar lentamente, moviéndose hacia adelante y hacia atrás continuamente para que la pared del orificio sea lisa y la herramienta pueda entrar y salir libremente, para evitar la rotura de las placas de metal duro, la rotura de la cola de la varilla, la rotura de la varilla y la eliminación de atascos.

En resumen, en diversas condiciones, el uso de máquinas perforadoras, herramientas de perforación especiales y herramientas correspondientes, podrá desarrollar su potencial.