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      金剛石復合片鉆頭失效的原因有哪些

      金剛石復合片鉆頭失效的原因有哪些

      發布日期:2015-6-11 14:12:47  信息來源:本站原創

          1、平滑磨損
          PDC切削齒的平滑磨損的特征是磨損面宏觀上表現為較為平整,其金剛石層和WC基托均在切削過程中被磨損而形成磨損平面。在切削過程中,因為WC硬度要比金剛石低,所以WC基托會***早遭受磨損,一旦WC基托被磨損之后臨近WC基托的金剛石***失去了有效支撐,容易形成唇邊. 在唇邊生成之后又在頻繁的切削力作用下,唇邊承受著拉應力,并導致拉應力裂紋出現并逐漸擴展,***終唇邊斷裂,唇邊破裂之后會導致未破裂的金剛石層與巖石接觸面積減少,承受應力更大,惡性循環之后又加速導致金剛石片的破裂,一旦金剛石片整個接觸面均遭到破壞,***又會造成基托重新有效地接觸巖石,平滑磨損過程是緩慢的,屬正常的失效形式。由于唇邊的出現,容易使單位面積的切削力增大,而形成自銳效應。自銳效應有利于保持鉆頭的有效切削能力。

          2、微斷屑
          微斷屑的具體表現為金剛石片近似地沿切削方向形成微尺度的片狀斷裂,微斷屑常常在鉆頭工作一定時間之后發生,由于鉆頭工作時,承受的負荷的交替變化以及表面局部的高溫與冷卻的交替,同時承受機械疲勞與冷熱疲勞的作用,到達一定程度之后***會導致裂紋的產生,繼而會擴展導致微斷屑斷裂。

          3、宏觀破裂
          表現為大尺寸的金剛石層的破斷,鉆頭在鉆進過程中會有很多情況,在遇到硬質巖石或者巖層巖性變化很大的時候,鉆頭容易受到較大的沖擊負荷,其中尤其是PDC切削齒與巖石接觸面較小時,容易造成切削齒在短時間內承受超負荷而導致發生大尺度的宏觀破裂,導致鉆頭的報廢.通過研究和總結我們可以得出,不止以上原因,當井底剛性物比如破損的鉆頭等沒有及時清理的情況下,也會造成工作中的鉆頭受到沖擊,使鉆頭發生宏觀斷裂。通過研究我們得出,在工作中保持穩定的鉆壓,鉆速,盡力避免大的沖擊,也是減少發生宏觀破裂的措施。

          4、剝離
          由于鉆頭是由不同的材料構成,一旦金剛石層與碳化鎢基托的粘接破壞***容易造成剝離. 剝離現象出現之后***會使刃口不復存在之后失去切削能力。在切削過程中,切削齒因磨擦熱而逐漸升溫,當溫度達到一定程度之后可能會由于鉆頭因振動等短時脫離又與巖層接觸時,瞬間被泥漿冷卻,在巨大的溫差瞬變中,由于PDC各層間熱膨脹系數的差異,造成極大的內應力,一旦其超過粘結層結合強度時***會導致剝離現象的出現.通過剝離的產生機理,我們可以從材料制造過程中***提高各層間的結合力來預防剝離,同時可以采用改善材料間的熱脹系數的匹配,避免沖擊載荷發生等。

          5、熱龜裂
          熱龜裂具體表現為PDC材料表面形成一定深度的網狀龜裂紋,它是冷熱應力的交變作用的結果,在WC基托層及金剛石層均會發生熱龜裂.,尤其是材料表面,由于材料表面冷熱應力***高,由此可以推斷得出,熱龜裂的產生機理,首先要形成大面積的磨損平面而產生足夠的熱量,接著才會在多次冷熱循環中,因熱應力足夠大導致材料表面熱龜裂的發生。通過分析我們可以得出,熱龜裂是磨損失效的必然結果。

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