Τα τρυπάνια τρικώνου λειτουργούν υπό σοβαρούς συνδυασμούς φθοράς από λειαντικά, φόρτισης από κρούση, τριβής, υψηλής τάσης επαφής και διάβρωσης από το υγρό γεώτρησης . Συνεπώς, οι κρίσιμες επιφάνειες γύρω από τον κώνο, το έδρανο και τις παρακείμενες λειτουργικές περιοχές μπορούν να υποστούν ταχεία φθορά κατά τη διάρκεια απαιτητικών εργασιών γεώτρησης.

Η επένδυση με λέιζερ παρέχει μια ελεγχόμενη μέθοδο για την εφαρμογή μεταλλικού υλικού ανθεκτικού στη φθορά, ειδικά σε αυτές τις περιοχές υψηλού φορτίου.

Αντί να τροποποιεί ολόκληρο το τρυπάνι, η τοπική επένδυση με λέιζερ ενισχύει επιλεγμένες επιφάνειες, ελαχιστοποιώντας παράλληλα την περιττή εισροή θερμότητας και την κατανάλωση υλικού , καθιστώντας την κατάλληλη τόσο για βελτίωση επιφανειών με νέα εξαρτήματα όσο και για επιλεγμένες εφαρμογές ανακατασκευής.

Γιατί τα τρυπάνια Tricone απαιτούν τοπική προστασία επιφάνειας

Κατά τη διάρκεια της διάτρησης, οι κώνοι περιστρέφονται συνεχώς αντίθετα προς τον σχηματισμό, ενώ το τρυπάνι υπόκειται σε σημαντικό αξονικό φορτίο, δονήσεις και κρούσεις.

Ανάλογα με τις συνθήκες σχηματισμού και λειτουργίας, οι επιφάνειες των εξαρτημάτων ενδέχεται να παρουσιάσουν:

• Λειαντική φθορά
• Τριβή μετάλλου με μέταλλο
• Φθορά και ερεθισμός της κόλλας
• Ζημιά από κρούση
• Διάβρωση υγρού γεώτρησης
• Τοπική απώλεια υλικού επιφάνειας
• Συνδυασμένη φθορά και διάβρωση

Η σοβαρότητα αυτών των μηχανισμών δεν είναι ομοιόμορφη σε ολόκληρο το στοιχείο.

Ορισμένες λειτουργικές επιφάνειες υφίστανται σημαντικά υψηλότερα φορτία επαφής και φθοράς από τις γύρω περιοχές. Αυτό καθιστά την στοχευμένη μηχανική επιφανειών ιδιαίτερα πολύτιμη.

Επένδυση με λέιζερ σε κρίσιμες περιοχές φθοράς

Κατά την επένδυση με λέιζερ, η μεταλλική σκόνη κράματος διοχετεύεται σε μια επακριβώς ελεγχόμενη δεξαμενή τήξης που παράγεται με λέιζερ.

Μια λεπτή περιοχή του υποστρώματος και η εγχυμένη σκόνη λιώνουν μαζί, παράγοντας ένα πυκνό εναποτιθέμενο στρώμα με μεταλλουργική σύνδεση με το βασικό υλικό.

Για εφαρμογές τρικωνικών κομματιών, η διαδρομή λέιζερ μπορεί να προγραμματιστεί ειδικά γύρω από επιλεγμένες περιοχές φθοράς.

Στόχος είναι η απόκτηση:

Ισχυρή μεταλλουργική σύνδεση + ελεγχόμενη αραίωση + υψηλή αντοχή στη φθορά + περιορισμένη εισροή θερμότητας + ακριβής εντοπισμένη εναπόθεση.

Αυτό διαφέρει από την απλή εφαρμογή μιας παχιάς επίστρωσης σε ολόκληρο το εξάρτημα. Η διαδικασία σχεδιάζεται γύρω από τον πραγματικό μηχανισμό φθοράς και τη γεωμετρία της κρίσιμης περιοχής.

Τυπικές περιοχές επένδυσης

Ανάλογα με τον σχεδιασμό του τρυπανιού και τον μηχανισμό αστοχίας, η επένδυση με λέιζερ μπορεί να ληφθεί υπόψη για επιλεγμένες περιοχές όπως:

• Επιφάνειες φθοράς που σχετίζονται με τον κώνο
• Επιφάνειες γειτονικές με ρουλεμάν
• Περιοχές περιοδικού και υποστήριξης
• Επιφάνειες επαφής υψηλής τριβής
• Τοπικές ζώνες διάβρωσης
• Άλλες επιφάνειες που απαιτούν πρόσθετη προστασία από τη φθορά

Η ακριβής θέση της επένδυσης θα πρέπει να προσδιορίζεται από το σχέδιο του εξαρτήματος, τις συνθήκες λειτουργίας και το πραγματικό μοτίβο φθοράς.

Για σύνθετα εξαρτήματα γεώτρησης, θα πρέπει να αποφεύγεται η περιττή εναπόθεση. Το υλικό θα πρέπει να συγκεντρώνεται σε σημεία όπου η πρόσθετη επιφανειακή απόδοση παρέχει μετρήσιμη αξία.

Υλικά επένδυσης ανθεκτικά στη φθορά

Τα κράματα με βάση το κοβάλτιο, όπως το Stellite 6, μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε επιλεγμένες εφαρμογές εργαλείων διάτρησης όπου απαιτείται αντοχή στη φθορά, την τριβή και την υποβάθμιση σε υψηλές θερμοκρασίες.

Ο στελίτης 6 συνδυάζει σκληρότητα με σχετικά καλή ανθεκτικότητα και χρησιμοποιείται συνήθως για εξαρτήματα που υπόκεινται σε φθορά ολίσθησης και σοβαρές συνθήκες επαφής.

Ωστόσο, η επιλογή του κράματος θα πρέπει πάντα να εξαρτάται από την πραγματική εφαρμογή.

Άλλα συστήματα με βάση το κοβάλτιο, το νικέλιο ή τον σίδηρο μπορεί να είναι καταλληλότερα ανάλογα με:

• Βασικό υλικό
• Μηχανισμός φθοράς
• Κρουστική φόρτωση
• Θερμοκρασία λειτουργίας
• Διαβρωτικό περιβάλλον
• Απαιτούμενη σκληρότητα
• Απαιτήσεις κατεργασίας

Για σοβαρές συνθήκες τριβής, μπορούν επίσης να αξιολογηθούν συστήματα υλικών ενισχυμένων με σκληρή φάση.

Συνεπώς, το βέλτιστο υλικό δεν είναι απαραίτητα το κράμα με την υψηλότερη σκληρότητα, αλλά αυτό που παρέχει την κατάλληλη ισορροπία αντοχής στη φθορά, σκληρότητας, αντοχής σε ρωγμές και μεταλλουργικής συμβατότητας.

Προθέρμανση και έλεγχος ρωγμών

Τα εξαρτήματα γεώτρησης κατασκευάζονται συχνά από κράματα χάλυβα υψηλής αντοχής. Όταν αυτά τα υποστρώματα συνδυάζονται με σχετικά σκληρά υλικά επένδυσης, η θερμική καταπόνηση και οι ρωγμές πρέπει να ελέγχονται προσεκτικά.

Η προθέρμανση μπορεί επομένως να αποτελέσει σημαντικό μέρος της διαδικασίας επένδυσης με λέιζερ.

Σε μία αντιπροσωπευτική εφαρμογή τρικωνικής κοπής, το εξάρτημα προθερμάνθηκε στους περίπου 300°C πριν από την εναπόθεση με Stellite 6.

Αυτή η τιμή θα πρέπει να αντιμετωπίζεται ως μια συνθήκη διεργασίας που αφορά συγκεκριμένα το έργο και όχι ως μια καθολική παράμετρος.

Η κατάλληλη θερμοκρασία προθέρμανσης εξαρτάται από:

σύνθεση υποστρώματος + γεωμετρία εξαρτήματος + κράμα επένδυσης + πάχος εναπόθεσης + εισερχόμενη θερμότητα + συνθήκες ψύξης.

Η θερμοκρασία μεταξύ των περασμάτων και η στρατηγική ψύξης μετά την επένδυση ενδέχεται επίσης να απαιτούν έλεγχο για απαιτητικούς συνδυασμούς υλικών.

Η σύνθετη γεωμετρία απαιτεί ελεγχόμενη κίνηση

Τα εξαρτήματα τρυπανιών Tricone περιέχουν καμπύλες, κεκλιμένες και διακεκομμένες επιφάνειες που δεν μπορούν πάντα να υποστούν αποτελεσματική επεξεργασία χρησιμοποιώντας απλή γραμμική κίνηση.

Η κεφαλή επένδυσης πρέπει να διατηρεί μια κατάλληλη σχέση με την επιφάνεια-στόχο κατά την εξέλιξη της εναπόθεσης.

Ανάλογα με τη γεωμετρία των εξαρτημάτων, το σύστημα επεξεργασίας ενδέχεται να απαιτεί συντονισμένο:

• Περιστροφική κίνηση
• Γραμμική τοποθέτηση
• Πολυαξονική παρεμβολή
• Προσανατολισμός κεφαλής λέιζερ
• Τοποθέτηση τεμαχίου εργασίας

Μπορούν επίσης να σχεδιαστούν ειδικά εξαρτήματα για να συγκρατούν το εξάρτημα σε κατάλληλη γωνία και να παρέχουν πρόσβαση σε δύσκολες περιοχές επένδυσης.

Για αυτόν τον τύπο εφαρμογής, ο σχεδιασμός των εξαρτημάτων και ο έλεγχος κίνησης αποτελούν αναπόσπαστα μέρη της διαδικασίας επένδυσης με λέιζερ.

Οι παράμετροι διεργασίας πρέπει να αναπτυχθούν γύρω από το στοιχείο

Η επιτυχημένη επένδυση με λέιζερ απαιτεί συντονισμό πολλαπλών μεταβλητών αντί να βασίζεται μόνο στην ισχύ του λέιζερ.

Σημαντικές παράμετροι περιλαμβάνουν:

• ισχύς του λέιζερ
• Μέγεθος δοκού
• ταχύτητα ταξιδιού
• Ρυθμός τροφοδοσίας σκόνης
• Επικάλυψη κομματιού
• Πάχος εναπόθεσης
• Αέριο θωράκισης
• Θερμοκρασία προθέρμανσης
• Θερμοκρασία μεταξύ των περασμάτων
• Γωνία πρόσπτωσης λέιζερ

Αυτές οι παράμετροι επηρεάζουν την αραίωση, τη γεωμετρία της επίστρωσης, τη μεταλλουργική συγκόλληση, τη σκληρότητα, την τάση ρωγμάτωσης και την εισροή θερμότητας.

Για τα εργαλεία διάτρησης, η ανάπτυξη της διαδικασίας θα πρέπει επομένως να ξεκινά με το πραγματικό υπόστρωμα, το υλικό επένδυσης και τη γεωμετρία των εξαρτημάτων.

Βασικά πλεονεκτήματα για εξαρτήματα γεώτρησης

Όταν κατασκευαστεί σωστά, η επένδυση με λέιζερ μπορεί να προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα για τρικωνικά τρυπάνια και παρόμοια εξαρτήματα γεώτρησης.

Τοπική προστασία από φθορά: Το υλικό εναποτίθεται ειδικά σε κρίσιμες επιφάνειες αντί να καλύπτει ολόκληρο το εξάρτημα.

Μεταλλουργική σύνδεση: Το εναποτιθέμενο στρώμα σχηματίζει μια μεταλλουργική διεπαφή με το υπόστρωμα.

Ελεγχόμενη είσοδος θερμότητας: Η εντοπισμένη ενέργεια λέιζερ μειώνει την περιττή θερμική επίδραση στις γύρω περιοχές.

Αποδοτικότητα υλικού: Η σκόνη κράματος υψηλής απόδοσης συμπυκνώνεται όπου απαιτείται λειτουργικά.

Βελτίωση της απόδοσης της επιφάνειας: Τα κατάλληλα κράματα μπορούν να βελτιώσουν την αντοχή στη φθορά από λειαντικά, τη φθορά, τη διάβρωση και άλλους σοβαρούς μηχανισμούς υποβάθμισης της επιφάνειας.

Γεωμετρική ευελιξία: Η τεχνολογία CNC και η κίνηση πολλαπλών αξόνων επιτρέπουν την επεξεργασία πολύπλοκων περιοχών φθοράς με ελεγχόμενες διαδρομές εναπόθεσης.

Ενίσχυση και Ανακατασκευή Νέων Εξαρτημάτων

Η επένδυση με λέιζερ μπορεί να ληφθεί υπόψη σε διαφορετικά στάδια του κύκλου ζωής ενός εξαρτήματος γεώτρησης.

Για τα νέα εξαρτήματα , επιλεγμένες επιφάνειες υψηλής φθοράς μπορούν να ενισχυθούν πριν από τη συντήρηση, ώστε να βελτιωθεί η αντοχή τους σε απαιτητικές συνθήκες λειτουργίας.

Για εξαρτήματα που έχουν υποστεί ζημιά από τη συντήρηση , μπορεί να χρησιμοποιηθεί επένδυση με λέιζερ για την αποκατάσταση επιλεγμένων φθαρμένων επιφανειών όταν το υποκείμενο εξάρτημα παραμένει κατάλληλο για ανακατασκευή.

Το κατά πόσον ένα χρησιμοποιημένο εξάρτημα γεώτρησης είναι κατάλληλο για επισκευή θα πρέπει να καθορίζεται μέσω ελέγχου πριν από την επεξεργασία. Τα εξαρτήματα με δομικές ρωγμές, σοβαρή παραμόρφωση ή μη αποδεκτή ζημιά στο υπόστρωμα δεν θα πρέπει αυτόματα να θεωρούνται επισκευάσιμα απλώς και μόνο επειδή υλικό μπορεί να εναποτεθεί στην επιφάνεια.

Εφαρμογές πέρα ​​από τα Tricone Bits

Η ίδια τοπική αρχή επιφανειακής μηχανικής μπορεί να επεκταθεί και σε άλλα εξαρτήματα γεωτρήσεων και πετρελαϊκών κοιτασμάτων που υπόκεινται σε σοβαρή φθορά, όπως:

• Εξαρτήματα κυλινδρικής διάτρησης με κώνο
• Σταθεροποιητές
• Φορέστε μανίκια
• Επιφάνειες εργαλείων γεώτρησης
• Εξαρτήματα φθοράς χορδών τρυπανιού
• Άλλα εξαρτήματα πετρελαιοπηγών υψηλού φορτίου

Κάθε εφαρμογή απαιτεί ξεχωριστή αξιολόγηση του μηχανισμού φθοράς, του υποστρώματος, της γεωμετρίας και του περιβάλλοντος λειτουργίας.

Λύσεις επένδυσης με λέιζερ GREENSTONE για εργαλεία διάτρησης

Η GREENSTONE παρέχει λύσεις επεξεργασίας και εξοπλισμού επένδυσης με λέιζερ για εργαλεία διάτρησης και άλλα βιομηχανικά εξαρτήματα που απαιτούν τοπική ενίσχυση επιφάνειας ανθεκτική στη φθορά.

Για σύνθετα εξαρτήματα διάτρησης, οι λύσεις μπορούν να συνδυάσουν τροφοδοσία ακριβείας σκόνης, κίνηση CNC ή κίνηση πολλαπλών αξόνων, περιστροφική τοποθέτηση και προσαρμοσμένα εξαρτήματα ανάλογα με τη γεωμετρία του πραγματικού τεμαχίου εργασίας.

Η ανάπτυξη διεργασιών μπορεί επίσης να περιλαμβάνει την επιλογή υλικού επένδυσης, τη στρατηγική προθέρμανσης, τη βελτιστοποίηση παραμέτρων και τη δοκιμή δειγμάτων πριν από την τελική διαμόρφωση του εξοπλισμού.

Για ένα έργο επένδυσης με λέιζερ εργαλείου γεώτρησης, παρέχετε το σχέδιο ή φωτογραφίες των εξαρτημάτων, το υλικό βάσης, την απαιτούμενη θέση επένδυσης, τον μηχανισμό φθοράς, το επιθυμητό πάχος επίστρωσης, το προτιμώμενο κράμα, εάν ορίζεται, και τις συνθήκες λειτουργίας . Αυτές οι παράμετροι μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν για την αξιολόγηση του κατάλληλου υλικού επένδυσης, της στρατηγικής επεξεργασίας και της διαμόρφωσης του εξοπλισμού.