解析如何提高鉆探工具質量
解析如何提高鉆探工具質量
摘要：隨著地質鉆探、工程勘察、巖土工程任務的增加，鉆探工具的大量使用，在鉆探工程中對鉆探工具提出更高要求，本文針對鉆探工具的工作條件和常見的損壞形式展開分析，提出如何提高鉆探工具質量。
關鍵詞：鉆探工具；質量提升
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60年代開始，國內有很多單位、工廠針對鉆桿、鉆桿接頭以及巖心管高頻表面淬火工藝開展了相關的研究和推廣工作，在這種情況下，鉆探工具的使用壽命開始有很大的提升。而在上世紀70年代的時候，金剛石鉆進用鉆桿接頭也開展了相應的高頻表面淬火實驗，最終得出的效果還是比較可觀的，迄今為止，針對這樣的產品還是有很多廠家在生產中，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，各生產廠家利用自身的條件對鉆桿接頭進行了高頻表面淬火、離子氮化、外表面鍍鉻等強化手段，對繩索取心鉆桿采用中頻調質后強度大為提高。
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一、鉆具的工作條件和常見損壞形式
孔下鉆具種類盡管不在少數，但是所處的工作條件和產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力、軸向壓力以及由孔內向孔底輸送泥漿的作用，鉆桿柱工作狀態(tài)如一根中間沒有支承且尤為細長的空心軸，在幾百上千公斤壓力下，以每分幾百至千多轉的轉速，回轉于巖石孔中，驅動著孔底鉆頭破碎巖石進行鉆進。工作中受到拉、壓、彎、扭、疲勞、沖擊、震動、磨蝕、磨損等作用。不斷產生磨損、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。根據調查統(tǒng)計，正常情況下，鉆桿、接頭、巖心管多以外圓磨損報廢，約占報廢鉆具的90%以上。
繩索取心鉆桿接頭絕大多數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力集中最大的根部1~2扣。
二、提高鉆具質量的途徑
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，即判為報廢，給予更換。常拆卸絲扣的磨損(在應用擰管機時更嚴重)，當絲扣磨損到一定程度后報廢換下。對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，因而在對接頭、巖心管表面硬化處理時，要充分注意可能對接頭螺紋部位疲勞性能帶來的不利影響。從疲勞角度考慮，表面強化處理后，絲底及絲底尖角處若能形成壓應力，將會提高該處的疲勞強度。高頻表面淬火工藝較難實現(xiàn)絲扣根的強化，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，并使表面產生有利疲勞強度提高的壓應力，從而對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，但對絲扣電鍍又會失去原尺寸精度。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，但在均勻化強化方而不如氮化。
特別是在f=250kHz高頻電源上要實現(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器，在較高單位功率的情況下實現(xiàn)快速連續(xù)加熱也可達到目的。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，但關鍵是淬火質量的控制要嚴格;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裂，加一道低溫回火工藝較合適;淬火鉆桿使用、搬運、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驗，若將多年來鉆桿高頻淬火方面的經驗組織交流，必將促進這一先進技術的發(fā)展和提高。巖心管正常鉆進中多因磨損報廢，斷者少見。
三、結語
當前，在我國已經將鉆具質量和壽命的提升作為重點研究的問題。只有鉆探出現(xiàn)的孔內事故得到有效的解決，成本才能降低，鉆進的效率才會有所提升，使大量的優(yōu)質管材節(jié)約下來，在這種情況下，經濟效益必定會得到很大的提升。
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注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。
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