Vanliga fellägen för PDC-borrkronor och orsaksanalys
Översikt En PDC-borrkrona (polykristallin diamantkompakt) för gruvdrift består av borrkronans kropp, PDC-skärande skär och tjocklekskyddande hårdmetall. Både PDC-skären och den tjocklekskyddande hårdmetallen är lödda till borrkronans kropp. Under borrning överförs vridmoment och nedåtriktad kraft från riggen genom borrsträngen till borrkronan; bergfragmentering utförs av PDC-skären medan den tjocklekskyddande hårdmetallen skyddar borrkronans kropp runt dess omkrets för att långsamt minska slitage. Eftersom spänningstillståndet vid borrytan är mycket komplext kan flera faktorer – formationsförhållanden, borrprocedur och utrustningsval, operatörens skicklighet och kvalitetskontroll av själva borrkronan – påverka prestandan och producera olika fellägen. Baserat på fältundersökningar och systematisk analys av havererade borrkronor sammanfattar följande de viktigaste feltyperna och deras orsaker.
I. Fel på PDC-skärare PDC-skärare är borkronans centrala bergfragmenteringselement och kan fallera på flera sätt:
Normalt slitage Normalt slitage är den förväntade materialförlusten från långvarig bergbrytning. Det visar sig som gradvis abrasivt slitage av diamantbordet och hårdmetallsubstratet. Den slitna ytan är slät utan uppenbar sprickbildning eller splittring och anses vara acceptabelt slitage vid slutet av livscykeln.
Skärbortfall (fullständig lossning) Skärbortfall avser ett skär som helt lossnar från borrkroppen, vilket lämnar lödfickan tom och orsakar borrfel.
Huvudorsaker
Termisk skada på borrspetsens yta (brännskada): Torrborrning eller blockerade vattenkanaler i borrspetset förhindrar tillräcklig kylning vid höghastighetsbearbetning, vilket snabbt höjer temperaturen på borrspetsens yta. Om temperaturen överstiger lödfyllmedlets smält- eller nedbrytningströskel, faller lödfogen och skäret faller ut.
Otillräcklig kontroll av lödprocessen: Dålig förrengöring, kalla eller porösa lödfogar, felaktig avgasning eller otillräcklig värmebehandling/blötläggningstid efter lödning kan alla minska foghållfastheten och leda till att skäret lossnar.
Motåtgärder
Produktionssidan: tillämpa strikt processkontroll för lödning — säkerställa rena ytor, korrekt lödningsfiléer och konsekvent värmebehandling efter lödning för att producera robusta fogar.
Fältborrning: Använd våtborrning med rent vatten och undvik torrborrning; innan du borrar långa hål eller lägger till borrör, kontrollera att returflödet vid kragen och att vattenpassagerna för borrkronan är fria för att förhindra kylförlust.
Flisning/brott i diamantbordet Flisning är ett högfrekvent fel där diamantbordet flagas eller spricker; i allvarliga fall bryts diamantbordet och hårdmetallsubstratet loss tillsammans, vilket orsakar omedelbar förlust av skärförmåga.
Huvudorsaker
Otillräcklig skärseghet eller bindning: fräsar med låg slagtålighet eller svag bindning mellan diamantbordet och hårdmetallsubstratet är benägna att flisa av under stötbelastningar.
Felaktiga borrparametrar: för hög matning/nedåtkraft gör att fräsarna utsätts för belastningar som överstiger deras hållfasthetsgränser.
Hårda formationsförhållanden: mycket hårda, mycket fragmenterade formationer påför höga slagbelastningar som överstiger skärståligheten.
Felaktig borrkonstruktion: om principen "hårdare formation → större skär-/spånvinkel" inte följs kan fräsarna få en alltför aggressiv geometri för hårda formationer, vilket ökar spänningen och främjar urflisning.
Externa hinder: att stöta på ankare, bergbultar eller armering i hålet kan orsaka plötsliga stötar som skär sönder flisor.
Motåtgärder
Följ tillverkarens rekommendationer för driftsparametrar och ställ in matning och rotation så att de matchar formationens hårdhet.
Välj skärverktyg och borrgeometri anpassade till formationen: öka skär-/spånvinkeln i hårdare formationer för att minska attackaggressiviteten och lägre stötbelastningar.
Använd fräsar med högre slagtålighet eller modifiera diamantbordets yttre form (t.ex. konvexa/böjda profiler erbjuder ofta bättre slagtålighet än plana bord under jämförbara tillverkningsförhållanden).
Planera borrbanor för att undvika kända hinder som bergbultar eller ankare.
Delaminering mellan diamantbord och substrat Delaminering är separation av diamantbordet från hårdmetallsubstratet, vilket leder till förlust av skärets integritet.
Huvudorsaker
Stora kvarvarande gränsytspänningar och skillnader i värmeutvidgningskoefficienter mellan diamantbordet och hårdmetallsubstratet. Värme som genereras vid skärning och snabb kylning från spolvätska producerar termiska spänningar; i kombination med kvarvarande spänningar från tillverkning och applicerade slagbelastningar kan dessa orsaka att diamantbordet lossnar.
Motåtgärder
Vid tillverkning, välj kompatibla bindnings-/lödmaterial och processparametrar för att minimera kvarvarande spänningar. Optimera sintrings-/lödningsprocedurer för att lindra eller kompensera gränsytspänningar.
Förbättra den mekaniska sammankopplingen genom att omforma substratgränssnittets geometri (t.ex. stegade eller nycklade gränssnitt) för att förbättra bindningsstyrkan och strukturell stabilitet.
II. Borrkroksbrott Borrkroksbrott uppträder vanligtvis som bladbrott (gauge wing). Dessa brott uppstår huvudsakligen i matris- (sintrade) borrkronor; stålborrkronor är, på grund av högre materialseghet, mindre benägna att bladbrotta.
Huvudorsaker
Felaktiga metoder för sammansättning/avtagning: Matriskronborrar formas ofta genom pulvermetallurgi i ett enda sintringssteg. Även om de är slitstarka är matrismaterial mindre duktila. Att slå mot bladen under sammansättning eller borttagning av borren (till exempel att hamra på bladen) kan lätt orsaka spräckningar i vingarna.
Dålig sintringskontroll: ofullständig sintring eller "kalla" punkter där metallpulvret inte helt konsoliderat producerar svaga zoner eller inneslutningar i matrisen, vilket minskar den strukturella hållfastheten och gör bladbrott sannolikt under användning.
Motåtgärder
Operativt: standardisera procedurer för sammansättning och borttagning. Använd lämpliga verktyg (skiftnycklar, lyfttänger eller utdragningsanordningar) för att hantera borren och undvik att träffa bladen direkt.
Produktionskvalitet: kräv strikt kontroll av sintringsprocessen och utför regelbunden testning av metallpulverråvara för att säkerställa pulverkvalitet och fullständig konsolidering, vilket förhindrar osintrade inneslutningar och svaga zoner.
Slutkommentar Effektivt förebyggande och begränsning av PDC-borrkronfel kräver samordnad kontroll över design, tillverkning, borrparametrar och verksamhet på plats. Att matcha borrkrondesign och val av skärverktyg till formationsförhållandena, upprätthålla rigorös kvalitetskontroll av lödning och sintring, säkerställa korrekt kylning och spolning under borrning, och följa standardiserade hanteringsprocedurer kommer avsevärt att minska felfrekvensen och förlänga borrkronans livslängd.
