I. Varma slit og fjarlæging kóbalts úr PDC
Í háþrýstings sintunarferli PDC virkar kóbalt sem hvati til að stuðla að beinni samsetningu demants og demants og gera demantslagið og wolframkarbíðfylkið að einni heild, sem leiðir til PDC skurðartanna sem henta fyrir jarðfræðilega borun á olíusvæðum með mikilli seiglu og framúrskarandi slitþol.
Hitaþol demanta er frekar takmarkað. Undir loftþrýstingi getur yfirborð demants umbreyst við hitastig um 900°C eða hærra. Við notkun hafa hefðbundnir demantshlutar tilhneigingu til að brotna niður við um 750°C. Þegar borað er í gegnum hörð og slípandi berglög geta demantshlutar auðveldlega náð þessum hita vegna núningshita og augnablikshitastigið (þ.e. staðbundið hitastig á smásjárstigi) getur verið enn hærra, langt umfram bræðslumark kóbalts (1495°C).
Í samanburði við hreinan demant, vegna nærveru kóbalts, breytist demantur í grafít við lægra hitastig. Þar af leiðandi er slit á demantinum vegna grafítmyndunar sem stafar af staðbundnum núningshita. Að auki er varmaþenslustuðull kóbalts mun hærri en demants, þannig að við upphitun getur tengingin milli demantkorna rofnað vegna þenslu kóbalts.
Árið 1983 framkvæmdu tveir vísindamenn demantsfjarlægingarmeðferð á yfirborði hefðbundinna PDC demantlaga, sem jók verulega afköst PDC tanna. Þessi uppfinning fékk þó ekki þá athygli sem hún verðskuldaði. Það var ekki fyrr en eftir árið 2000 að, með dýpri skilningi á PDC demantlögum, fóru borframleiðendur að nota þessa tækni á PDC tennur sem notaðar eru í bergborunum. Tennur sem meðhöndlaðar eru með þessari aðferð henta fyrir mjög slípandi myndanir með verulegu varmafræðilegu vélrænu sliti og eru almennt kallaðar „kóbalthreinsaðar“ tennur.
Svokölluð „afkóbalt“ er gerð á hefðbundinn hátt til að búa til PDC, og síðan er yfirborð demantslagsins dýft í sterka sýru til að fjarlægja kóbaltfasann með sýruetsunarferlinu. Dýpt kóbaltfjarlægingarinnar getur náð um 200 míkronum.
Slitpróf var framkvæmt á tveimur eins PDC-tönnum (önnur þeirra hafði gengist undir meðferð til að fjarlægja kóbalt á yfirborði demantslagsins). Eftir að hafa skorið 5000 m af graníti kom í ljós að slithraði PDC-sins án kóbalts fór að aukast hratt. Þvert á móti hélt PDC-inn án kóbalts tiltölulega stöðugum skurðhraða þegar hann skoraði um það bil 15000 m af bergi.
2. Aðferð til að greina PDC
Það eru tvær aðferðir til að greina PDC-tennur, þ.e. eyðileggjandi prófun og óeyðileggjandi prófun.
1. Eyðileggjandi prófanir
Þessum prófunum er ætlað að herma eftir aðstæðum niðri í borholu eins raunverulega og mögulegt er til að meta frammistöðu skurðtanna við slíkar aðstæður. Tvær helstu gerðir eyðileggjandi prófana eru slitþolsprófanir og höggþolsprófanir.
(1) Slitþolspróf
Þrjár gerðir búnaðar eru notaðar til að framkvæma slitþolsprófanir á PDC:
A. Lóðrétt rennibekkur (VTL)
Í prófuninni skal fyrst festa PDC-borinn við VTL-rennibekkinn og setja bergsýni (venjulega granít) við hliðina á PDC-borinu. Snúið síðan bergsýninu um rennibekkásinn á ákveðnum hraða. PDC-borinn sker í bergsýnið með ákveðinni dýpt. Þegar granít er notað til prófunar er þessi skurðardýpt almennt minni en 1 mm. Þessi prófun getur verið annað hvort þurr eða blaut. Í „þurri VTL-prófun“ þegar PDC-borinn sker í gegnum bergið er engin kæling beitt; allur núningshitinn sem myndast fer inn í PDC-borinn og flýtir fyrir grafítmyndunarferli demantsins. Þessi prófunaraðferð gefur framúrskarandi niðurstöður þegar PDC-borar eru metnir við aðstæður sem krefjast mikils borþrýstings eða mikils snúningshraða.
„Blaut VTL prófið“ greinir endingartíma PDC við miðlungs hitaskilyrði með því að kæla PDC tennurnar með vatni eða lofti meðan á prófun stendur. Þess vegna er helsta slitorsök þessa prófs mölun bergsýnisins frekar en hitunarþátturinn.
B, lárétt rennibekkur
Þessi prófun er einnig framkvæmd með graníti og meginreglan er í grundvallaratriðum sú sama og VTL. Prófunartíminn er aðeins nokkrar mínútur og hitaáfallið milli granítsins og PDC-tanna er mjög takmarkað.
Prófunarbreyturnar fyrir granít sem birgjar PDC-gírbúnaðar nota eru mismunandi. Til dæmis eru prófunarbreyturnar sem Synthetic Corporation og DI Company nota í Bandaríkjunum ekki nákvæmlega þær sömu, en þau nota sama granítefnið fyrir prófanir sínar, gróft til meðalstórt fjölkristallað storkuberg með mjög litla gegndræpi og þrýstiþol upp á 190 MPa.
C. Mælitæki fyrir núninghlutfall
Við tilgreindar aðstæður er demantslag PDC notað til að snyrta kísilkarbíð slípihjól og hlutfall slithraða slípihjólsins og slithraða PDC er tekið sem slitstuðull PDC, sem kallast slithlutfall.
(2) Prófun á höggþoli
Aðferðin við höggprófun felst í því að setja PDC-tennur í 15-25 gráðu horn og síðan láta hlut falla úr ákveðinni hæð til að hitta demantslagið á PDC-tennurnar lóðrétt. Þyngd og hæð fallandi hlutarins gefa til kynna höggorkustigið sem prófunartönnin verður fyrir, sem getur smám saman aukist upp í 100 joule. Hægt er að höggva 3-7 sinnum á hverja tönn þar til ekki er hægt að prófa hana frekar. Almennt eru að minnsta kosti 10 sýni af hverri tanntegund prófuð á hverju orkustigi. Þar sem það er breytilegt viðnám tanna gegn höggi, eru niðurstöður prófunarinnar á hverju orkustigi meðalflatarmál demants sem flagnar eftir högg fyrir hverja tönn.
2. Óeyðileggjandi prófanir
Algengasta aðferðin til að prófa án eyðileggingar (fyrir utan sjónræna og smásjárskoðun) er ómskoðun (Cscan).
C-skönnunartækni getur greint litla galla og ákvarðað staðsetningu og stærð galla. Þegar þetta próf er framkvæmt skal fyrst setja PDC-tönnina í vatnstank og síðan skanna með ómskoðunarmæli;
Þessi grein er endurprentuð úr „Alþjóðlegt málmvinnslunet„
Birtingartími: 21. mars 2025
