جمعه ، ۱۵ مهر ۱۴۰۱

سوراخ کاری زیر سطحی بخش های مسطح

کاربردهای سوراخ کاری شامل حفر چاه های نفت یا گاز و حفر سوراخ در لایه های مختلف می باشد. کارایی این ابزار به طور قابل توجهی به خواص کاربیدها و طراحی ابزار بستگی دارد. لبه های برشی باید در برابر سایش مقاوم باشد در حالی که تافنس آنها به حد کافی بالا باشد و بتواند در برابر ورقه ای شدن مقاومت کند. فاکتورهای مهم که بر روی کارایی ابزار اثر می گذارند، استحکام و مقاومت در برابر سایش سنگ می باشد. میزان برجهندگی یا پلاستیسیته که بر روی عمل برش اثر می گذارد، همچنین بر روی قابلیت سوراخ کنندگی آن نیز اثرگذار است. یک سنگ که بدون تکه شدن یا شکستن جدا گردد، ممکن است سخت تر از تکه سنگی است که به سادگی تکه تکه می شود.

در سوراخ کاری چرخشی از سرمته های سنگی استفاده می شود. این سرمته ها می توانند به صورت چنگالی و یا سه گوش باشند. سرمته های سه گوش برای استفاده در سنگ های سخت مورد استفاده قرار می گیرند. سرمته های برنجی ایجاد شده بر روی بدنه های فولادی مشکلاتی دارند زیرا در این مواد، تنش های کششی به دلیل وجود ضرایب انبساط حرارتی مختلف میان کاربیدها و فولاد ایجاد می شود. بنابراین، کاربیدهای مورد استفاده در این سری ها تافنس بالایی دارند و بنابراین مقاومت به سایش کمتری دارند. راه حل این مشکل تولید سرمته های میخی شکل شبه کروی می باشد. این سیلندرهای میخی شکل، به طور مکانیکی در بدنه ای فولادی قرار گرفته اند. هیچ پیوند متالورژیکی وجود ندارد و بنابراین تنش های کششی در بین این بخش ها ایجاد نمی شود.

همین طور، ما می توانیم از این مواد سخت تری برای ساخت این سری ها استفاده کنیم و بنابراین از ایجاد سایش در این قطعات جلوگیری کنیم. سرعت چرخشی می تواند از 100 دور بر دقیقه (برای سنگ) و 1500 دور بر دقیقه برای زغال سنگ متغیر باشد. سوراخ کاری چرخشی فرایندی مؤثر است و قدرت نفوذ قابل توجهی در سنگ های نرم دارد اما در سنگ های سخت، شرایط سایش بحرانی است.

برای سنگ های سخت، سوراخ کاری چرخشی با دقت بالا انجام می شود. در روش سوراخ کاری، وقتی از سری های کاربیدی استفاده می کنیم، به سنگ ها ضربه زده می شود. در این حالت در سنگ، موج های فشاری ایجاد می شود و انعکاس این موج ها موجب پدید آمدن موج های کششی می شود. با بوجود آمدن این موج ها در سنگ، نفوذ درسنگ ایجاد می شود. سپس، سری می چرخد و به سنگ ضربه می زند. اندازه ی سوراخ ایجاد شده در این روش به انرژی ضربه بستگی دارد. بیشتر سرمته های سنگی میزان مناسبی از نیرو را در فرکانس های 1500 تا 3000 ضربه بر دقیقه، ایجاد می کنند.

برای سنگ های سخت و سایشی، این پیشنهاد می شود که عملیات با اعمال نیروی بالا در هر ضربه و کاهش سرعت چرخش، انجام شود؛ در حالی که برای سنگ های ترد و نازک، باید در نیروهای متوسط و سرعت های چرخش بالا کار کرد. سرمته های سنگی که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند بصورت عمودی هستند یا زاویه اندکی با بستر دارند. نوآوری اصلی در زمینه ی توسعه ی ابزارهای دقیق که در سال 1960 انجام شده است، این صنعت را به سمت تولید سرمته هایی با شکل نیم کروی و با قابلیت خود تیز شونده، سوق داده است.

حفاری بر روی لایه های مسطح مانند منابع کربن، پتاس، سدیم کربنات، ژیپس و … با کمک ابزارهای برشی تحتانی انجام می شود. این ابزارها از یک سری کاربیدی تشکیل شده اند که به یک بخش فولادی جوشکاری شده است. لایه های مسطح معمولا از لایه های سخت و نرمی تشکیل شده اند که به طور متناوب قرار گرفته اند. از بین رفتن بخش های سخت قرار گرفته در برابر این سری ها موجب می شود تا لبه های برشی تحت یک سری شوک های مداوم قرار گیرند. این امکان وجود دارد که این شوک ها به 600 عدد بر دقیقه نیز برسند. دما نیز ممکن است در نقطه ی تماس به 800℃ نیز برسد. از این رو بخش جوشکاری شده ی این ابزارها ممکن است تحت خستگی گرمایی قرار گیرد.

نکته ی جالب توجه در زمینه ی حفاری های معدنی این است که با توسعه ی تکنولوژی های تولید سرمته ها، دستگاه های حفاری نیز پیشرفت کرده اند و در کمتر از یک قرن پیش، سرعت حفاری 100 برابر شده است. برای مثال، برخی از پیشرفت ها در زمینه ی ابزارهای برشی عبارتند از سال 1925، چکش های بادی، سال 1936، سرمته های مخروطی شکل پیچ دار با قابلیت تعویض شدن، سال 1940 تا 1945، تولید سرمته های کاربیدی، سال 1945، متداول شدن سرمتهه ای الماسی و … . مواد مورد استفاده در ساخت این بخش ها عمدتا از نوع گرید های دوتایی WC-Co با درصدهای متغیر کبالت از 5 تا 20 % و متوسط اندازه دانه ی WC بین 0.8 تا 25 میکرون، می باشند. برای دیدن ویژگی های مهم این گریدها به شکل 3 تا 9 بخش قبلی این مقاله مراجعه کنید. افزودن TiC در این کاربردها دارای اثر منفی بوده است زیرا مقاومت به سایش را کاهش می دهد. به طور مشابه پوشش های کاربیدی نیز در این کاربردها جایگاهی ندارند.

سایش این ابزارها عمده ترین فاکتوری است که انرژی و سرعت مورد نیاز برای حفاری را تعیین می کند. همچنین این فاکتور بر روی انتخاب روش سوراخ کاری و نوع کاربید مورد استفاده نیز اثر گذار است. رفتار سایشی فلزات سخت زینترشده به تعداد فاکتورهای معینی بستگی دارد. مهمترین این فاکتورها عبارتند از:

تخریب به دلیل ایجاد شوک: سایش با نیروهای ضربه ای قابل مقایسه است.

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.