Trikonični svedri delujejo v hudih kombinacijah abrazivne obrabe, udarnih obremenitev, trenja, visokih kontaktnih napetosti in erozije zaradi vrtalne tekočine . Kritične površine okoli stožca, ležaja in sosednjih funkcionalnih območij se zato lahko med zahtevnimi vrtalnimi operacijami hitro obrabijo.

Lasersko oblaganje zagotavlja nadzorovano metodo za nanašanje kovinskega materiala, odpornega proti obrabi, posebej na ta območja z visoko obremenitvijo.

Namesto spreminjanja celotnega svedra lokalizirano lasersko oblaganje ojača izbrane površine, hkrati pa zmanjša nepotreben vnos toplote in porabo materiala , zaradi česar je primerno tako za izboljšanje površin novih komponent kot za izbrane aplikacije predelave.

Zakaj trikonični svedri zahtevajo lokalno zaščito površine

Med vrtanjem se stožci neprekinjeno vrtijo proti formaciji, medtem ko je sveder izpostavljen znatni aksialni obremenitvi, vibracijam in udarcem.

Glede na obliko in obratovalne pogoje lahko površine komponent doživijo:

• Abrazivna obraba
• Trenje kovine ob kovino
• Obraba zaradi lepljenja in odrgnine
• Poškodbe zaradi udarca
• Erozija vrtalne tekočine
• Lokalizirana izguba površinskega materiala
• Kombinirana obraba in korozija

Resnost teh mehanizmov ni enotna za celotno komponento.

Določene funkcionalne površine so podvržene bistveno večjim kontaktnim in obrabnim obremenitvam kot okoliške površine. Zaradi tega je ciljno usmerjeno površinsko inženirstvo še posebej dragoceno.

Lasersko oblaganje kritičnih območij obrabe

Med laserskim oblaganjem se prah kovinske zlitine dovaja v natančno nadzorovano lasersko ustvarjeno talino.

Tanko območje substrata in vbrizgani prah se stopita skupaj, kar ustvari gosto naneseno plast z metalurško vezjo z osnovnim materialom.

Pri uporabi trikoničnih svedrov je mogoče lasersko pot programirati posebej okoli izbranih območij obrabe.

Cilj je pridobiti:

Močna metalurška vez + nadzorovano redčenje + visoka odpornost proti obrabi + omejen vnos toplote + natančno lokalizirano nanašanje.

To se razlikuje od preprostega nanašanja debelega premaza na celotno komponento. Postopek je zasnovan glede na dejanski mehanizem obrabe in geometrijo kritičnega območja.

Tipična območja oblog

Glede na zasnovo svedra in mehanizem odpovedi se lahko za izbrana območja, kot so:

• Obrabe, povezane s stožci
• Površine, ki so priležne ležaju
• Revija in podporne regije
• Kontaktne površine z visokim trenjem
• Lokalizirana območja erozije
• Druge površine, ki zahtevajo dodatno zaščito pred obrabo

Natančen položaj obloge je treba določiti na podlagi risbe komponente, obratovalnih pogojev in dejanskega vzorca obrabe.

Pri kompleksnih vrtalnih komponentah se je treba izogibati nepotrebnemu odlaganju. Material je treba koncentrirati tam, kjer dodatna površinska zmogljivost zagotavlja merljivo vrednost.

Obloge, odporne proti obrabi

Zlitine na osnovi kobalta, kot je Stellite 6, se lahko uporabljajo v izbranih aplikacijah vrtalnih orodij, kjer je potrebna odpornost proti obrabi, draženju in degradaciji pri povišanih temperaturah.

Stelit 6 združuje trdoto z relativno dobro žilavostjo in se pogosto uporablja za komponente, ki so izpostavljene drsni obrabi in težkim kontaktnim pogojem.

Vendar pa mora biti izbira zlitine vedno odvisna od dejanske uporabe.

Drugi sistemi na osnovi kobalta, niklja ali železa so lahko primernejši, odvisno od:

• Osnovni material
• Mehanizem obrabe
• Udarna obremenitev
• Delovna temperatura
• Korozivno okolje
• Zahtevana trdota
• Zahteve glede obdelave

Za hude abrazivne pogoje se lahko ocenijo tudi sistemi materialov, ojačanih s trdo fazo.

Optimalni material torej ni nujno zlitina z najvišjo trdoto, temveč tista, ki zagotavlja ustrezno ravnovesje med odpornostjo proti obrabi, žilavostjo, odpornostjo proti razpokam in metalurško združljivostjo.

Predgrevanje in nadzor razpok

Vrtalne komponente so pogosto izdelane iz visokotrdnostnih legiranih jekel. Ko so te podlage kombinirane z relativno trdimi materiali za oblaganje, je treba toplotne napetosti in razpoke skrbno nadzorovati.

Predgretje je zato lahko pomemben del postopka laserskega oblaganja.

V eni reprezentativni aplikaciji s trikoničnim svedrom je bila komponenta pred nanašanjem s Stellite 6 predhodno segreta na približno 300 °C.

To vrednost je treba obravnavati kot pogoj procesa, specifičen za projekt, in ne kot univerzalni parameter.

Ustrezna temperatura predgrevanja je odvisna od:

sestava substrata + geometrija komponente + zlitina obloge + debelina nanosa + vnos toplote + pogoji hlajenja.

Pri zahtevnih kombinacijah materialov lahko zahtevata nadzor tudi medplastna temperatura in strategija hlajenja po oblaganju.

Kompleksna geometrija zahteva nadzorovano gibanje

Komponente trikoničnih svedrov vsebujejo ukrivljene, nagnjene in prekinjene površine, ki jih ni vedno mogoče učinkovito obdelati z enostavnim linearnim gibanjem.

Glava za oblaganje mora med nanašanjem vzdrževati ustrezen odnos s ciljno površino.

Glede na geometrijo komponente lahko sistem za obdelavo zahteva usklajeno:

• Rotacijsko gibanje
• Linearno pozicioniranje
• Večosna interpolacija
• Orientacija laserske glave
• Pozicioniranje obdelovanca

Namenske vpenjalne naprave so lahko zasnovane tudi tako, da držijo komponento pod ustreznim kotom in omogočajo dostop do težko dostopnih območij obloge.

Za to vrsto uporabe sta zasnova vpenjala in nadzor gibanja sestavni del postopka laserskega oblaganja.

Procesne parametre je treba razviti glede na komponento

Uspešno lasersko oblaganje zahteva usklajevanje več spremenljivk in ne le zanašanje na lasersko moč.

Pomembni parametri vključujejo:

• Laserska moč
• Velikost žarka
• hitrost vožnje
• Hitrost dovajanja prahu
• Prekrivanje sledi
• Debelina nanosa
• Zaščitni plin
• Temperatura predgrevanja
• Medprehodna temperatura
• Kot vpada laserja

Ti parametri vplivajo na redčenje, geometrijo prevleke, metalurško vezavo, trdoto, nagnjenost k razpokam in vnos toplote.

Pri vrtalnih orodjih se mora razvoj postopka zato začeti z dejansko podlago, materialom obloge in geometrijo sestavnih delov.

Ključne prednosti vrtalnih komponent

Ob pravilni konstrukciji lahko lasersko oblaganje nudi več prednosti za trikonične svedre in podobne vrtalne komponente.

Lokalizirana zaščita pred obrabo: Material se nanaša posebej na kritične površine, namesto da bi prekrival celotno komponento.

Metalurška vezava: Nanesena plast tvori metalurški vmesnik s podlago.

Nadzorovan vnos toplote: Lokalizirana laserska energija zmanjšuje nepotreben toplotni vpliv na okoliška območja.

Učinkovitost materiala: Visokozmogljiv legiran prah je koncentriran tam, kjer je funkcionalno potreben.

Izboljšanje površinske učinkovitosti: Ustrezne zlitine lahko izboljšajo odpornost proti abrazivni obrabi, draženju, eroziji in drugim hudim mehanizmom degradacije površine.

Geometrična fleksibilnost: CNC in večosno gibanje omogočata obdelavo kompleksnih območij obrabe z nadzorovanimi potmi nanašanja.

Ojačitev in predelava novih komponent

Lasersko oblaganje je mogoče upoštevati v različnih fazah življenjskega cikla vrtalne komponente.

Pri novih komponentah je mogoče izbrane površine, ki so zelo odporne na obrabo, pred servisiranjem ojačati, da se izboljša njihova odpornost na zahtevne obratovalne pogoje.

Za komponente, poškodovane med uporabo , se lahko za obnovitev izbranih obrabljenih površin uporabi lasersko oblaganje, če je osnovni del še vedno primeren za obnovo.

Primernost rabljene vrtalne komponente za popravilo je treba ugotoviti s pregledom pred obdelavo. Komponente s strukturnimi razpokami, hudimi deformacijami ali nesprejemljivimi poškodbami podlage se ne smejo samodejno šteti za popravljive zgolj zato, ker se material lahko odloži na površino.

Uporaba onkraj trikoničnih bitov

Isto načelo lokaliziranega površinskega inženiringa je mogoče razširiti na druge komponente vrtanja in naftnih polj, ki so izpostavljene hudi obrabi, vključno z:

• Komponente za valjčno-stožčasto vrtanje
• Stabilizatorji
• Nosite rokave
• Površine orodja za vrtino
• Obrabne komponente vrtalne kolone
• Druge komponente naftnih polj z visokimi obremenitvami

Vsaka uporaba zahteva individualno oceno mehanizma obrabe, podlage, geometrije in delovnega okolja.

GREENSTONE rešitve za lasersko oblaganje vrtalnih orodij

GREENSTONE ponuja rešitve za lasersko oblaganje in opremo za vrtalna orodja in druge industrijske komponente, ki zahtevajo lokalno izboljšanje površine, odporne proti obrabi.

Za kompleksne vrtalne komponente lahko rešitve združujejo natančno dovajanje prahu, CNC ali večosno gibanje, rotacijsko pozicioniranje in prilagojene vpenjalne naprave glede na geometrijo dejanskega obdelovanca.

Razvoj procesa lahko vključuje tudi izbiro materiala za oblogo, strategijo predgrevanja, optimizacijo parametrov in testiranje vzorcev pred končno konfiguracijo opreme.

Za projekt laserskega oblaganja z vrtalnim orodjem predložite risbo ali fotografije sestavnih delov, osnovni material, zahtevani položaj oblaganja, mehanizem obrabe, želeno debelino prevleke, prednostno zlitino, če je določena, in obratovalne pogoje . Te parametre je nato mogoče uporabiti za oceno ustreznega materiala za oblaganje, strategije obdelave in konfiguracije opreme.