Üç konili matkap uçları , aşındırıcı aşınma, darbe yüklemesi, sürtünme, yüksek temas gerilimi ve sondaj sıvısı erozyonu gibi şiddetli koşullar altında çalışır . Bu nedenle, koninin etrafındaki kritik yüzeyler, yatak ve bitişik fonksiyonel alanlar, zorlu sondaj işlemleri sırasında hızlı bir şekilde bozulabilir.

Lazer kaplama, aşınmaya dayanıklı metalik malzemenin özellikle bu yüksek yük bölgelerine kontrollü bir şekilde uygulanmasını sağlayan bir yöntemdir.

Lazer kaplama yöntemi , matkap ucunun tamamını değiştirmek yerine, gereksiz ısı girişini ve malzeme tüketimini en aza indirirken seçilen yüzeyleri güçlendirir ; bu da onu hem yeni bileşen yüzey iyileştirmesi hem de seçilmiş yeniden üretim uygulamaları için uygun hale getirir.

Üç konili matkap uçlarının neden bölgesel yüzey korumasına ihtiyaç duyduğu

Sondaj sırasında, koniler sürekli olarak formasyona karşı dönerken, matkap ucu önemli ölçüde eksenel yüke, titreşime ve darbeye maruz kalır.

Oluşum ve çalışma koşullarına bağlı olarak, bileşen yüzeylerinde şunlar görülebilir:

• Aşındırıcı aşınma
• Metalden metale sürtünme
• Yapışkan aşınma ve sürtünme
• Darbe hasarı
• Sondaj sıvısı erozyonu
• Yerel yüzey malzeme kaybı
• Aşınma ve korozyonun birleşimi

Bu mekanizmaların şiddeti, bileşenin tamamında aynı değildir.

Bazı fonksiyonel yüzeyler, çevre bölgelere göre önemli ölçüde daha yüksek temas ve aşınma yüklerine maruz kalır. Bu durum, hedefli yüzey mühendisliğini özellikle değerli kılmaktadır.

Kritik Aşınma Alanlarının Lazer Kaplaması

Lazer kaplama işlemi sırasında, metal alaşım tozu, hassas bir şekilde kontrol edilen lazerle oluşturulmuş bir erime havuzuna verilir.

Alt tabakanın ince bir bölgesi ve enjekte edilen toz birlikte eriyerek, temel malzemeye metalurjik bağ ile yoğun bir birikim tabakası oluşturur.

Üç konik uçlu matkap ucu uygulamalarında, lazer yolu seçilen aşınma bölgelerinin etrafında özel olarak programlanabilir.

Amaç şunları elde etmektir:

Güçlü metalurjik bağ + kontrollü seyreltme + yüksek aşınma direnci + sınırlı ısı girişi + hassas lokalize biriktirme.

Bu, bileşenin tamamına kalın bir kaplama uygulamaktan farklıdır. İşlem, kritik bölgenin gerçek aşınma mekanizması ve geometrisi göz önünde bulundurularak tasarlanmıştır.

Tipik Cephe Kaplama Alanları

Matkap ucunun tasarımına ve arıza mekanizmasına bağlı olarak, lazer kaplama aşağıdaki gibi belirli bölgeler için düşünülebilir:

• Koni ile ilgili aşınma yüzeyleri
• Yataklama-bitişik yüzeyler
• Dergi ve destek bölgeleri
• Yüksek sürtünmeli temas alanları
• Yerel erozyon bölgeleri
• Ek aşınma koruması gerektiren diğer yüzeyler

Kaplamanın tam konumu, bileşen çizimine, çalışma koşullarına ve gerçek aşınma şekline göre belirlenmelidir.

Karmaşık sondaj bileşenlerinde gereksiz birikimden kaçınılmalıdır. Malzeme, ek yüzey performansının ölçülebilir bir değer sağladığı yerlerde yoğunlaştırılmalıdır.

Aşınmaya Dayanıklı Kaplama Malzemeleri

Stellite 6 gibi kobalt bazlı alaşımlar, aşınmaya, sürtünmeden kaynaklanan hasara ve yüksek sıcaklık bozulmasına karşı direnç gerektiren belirli sondaj aleti uygulamalarında kullanılabilir.

Stellite 6, sertliği nispeten iyi toklukla birleştirir ve genellikle kayma aşınmasına ve şiddetli temas koşullarına maruz kalan bileşenler için tercih edilir.

Ancak alaşım seçimi her zaman asıl kullanım alanına bağlı olmalıdır.

Diğer kobalt, nikel veya demir bazlı sistemler, aşağıdakilere bağlı olarak daha uygun olabilir:

• Temel malzeme
• Aşınma mekanizması
• Darbe yüklemesi
• Çalışma sıcaklığı
• Aşındırıcı ortam
• Gerekli sertlik
• İşleme gereksinimleri

Aşırı aşındırıcı koşullar için, sert faz takviyeli malzeme sistemleri de değerlendirilebilir.

Dolayısıyla en uygun malzeme, en yüksek sertliğe sahip alaşım değil, aşınma direnci, tokluk, çatlama direnci ve metalurjik uyumluluk arasında uygun dengeyi sağlayan alaşımdır.

Ön Isıtma ve Çatlak Kontrolü

Sondaj ekipmanlarında kullanılan bileşenler genellikle yüksek mukavemetli alaşımlı çeliklerden üretilir. Bu alt tabakalar nispeten sert kaplama malzemeleriyle birleştirildiğinde, termal gerilim ve çatlama dikkatlice kontrol edilmelidir.

Bu nedenle ön ısıtma, lazer kaplama işleminin önemli bir parçasını oluşturabilir.

Üç konik uçlu bir uygulama örneğinde, bileşen Stellite 6 ile kaplama işleminden önce yaklaşık 300°C'ye kadar önceden ısıtılmıştır.

Bu değer, evrensel bir parametre yerine projeye özgü bir süreç koşulu olarak ele alınmalıdır.

Uygun ön ısıtma sıcaklığı şunlara bağlıdır:

Alt tabaka bileşimi + bileşen geometrisi + kaplama alaşımı + kaplama kalınlığı + ısı girişi + soğutma koşulları.

Zorlu malzeme kombinasyonları için ara katman sıcaklığı ve kaplama sonrası soğutma stratejisinin de kontrol edilmesi gerekebilir.

Karmaşık Geometri Kontrollü Hareket Gerektirir

Üç konili matkap ucu bileşenleri, basit doğrusal hareketle her zaman etkili bir şekilde işlenemeyen kavisli, eğimli ve kesintili yüzeyler içerir.

Kaplama başlığı, kaplama işlemi devam ederken hedef yüzeyle uygun bir ilişkiyi korumalıdır.

Bileşen geometrisine bağlı olarak, işleme sistemi aşağıdaki hususların koordine edilmesini gerektirebilir:

• döner hareket
• Doğrusal konumlandırma
• Çok eksenli enterpolasyon
• Lazer başlığı yönlendirmesi
• İş parçası konumlandırma

Ayrıca, parçayı uygun bir açıda tutmak ve ulaşılması zor kaplama bölgelerine erişim sağlamak için özel bağlantı elemanları da tasarlanabilir.

Bu tür uygulamalar için, fikstür tasarımı ve hareket kontrolü, lazer kaplama işleminin ayrılmaz parçalarıdır.

Proses parametreleri, bileşen etrafında geliştirilmelidir.

Başarılı lazer kaplama, yalnızca lazer gücüne güvenmek yerine, birden fazla değişkenin koordinasyonunu gerektirir.

Önemli parametreler şunlardır:

• Lazer gücü
• Işın boyutu
• Seyahat hızı
• Toz besleme hızı
• İz örtüşmesi
• Biriken kalınlık
• Koruyucu gaz
• Ön ısıtma sıcaklığı
• Ara geçiş sıcaklığı
• Lazer geliş açısı

Bu parametreler seyreltmeyi, kaplama geometrisini, metalurjik bağlamayı, sertliği, çatlama eğilimini ve ısı girdisini etkiler.

Bu nedenle, delme aletleri için süreç geliştirme , öncelikle alt tabaka, kaplama malzemesi ve bileşen geometrisinden başlamalıdır.

Delme Bileşenleri İçin Başlıca Avantajlar

Doğru şekilde tasarlandığında, lazer kaplama üç konik uçlu matkap uçları ve benzeri sondaj bileşenleri için çeşitli avantajlar sağlayabilir.

Bölgesel aşınma koruması: Malzeme, parçanın tamamını kaplamak yerine, özellikle kritik yüzeylere uygulanır.

Metalurjik bağ: Biriktirilen katman, alt tabaka ile metalurjik bir arayüz oluşturur.

Kontrollü ısı girişi: Lokalize lazer enerjisi, çevredeki alanlar üzerindeki gereksiz termal etkiyi azaltır.

Malzeme verimliliği: Yüksek performanslı alaşım tozu, işlevsel olarak gerekli olan yerde yoğunlaştırılır.

Yüzey performansının iyileştirilmesi: Uygun alaşımlar, aşındırıcı aşınmaya, sürtünme kaynaklı erozyona ve diğer ciddi yüzey bozulma mekanizmalarına karşı direnci artırabilir.

Geometrik esneklik: CNC ve çok eksenli hareket, karmaşık aşınma alanlarının kontrollü kaplama yollarıyla işlenmesine olanak tanır.

Yeni Bileşen Takviyesi ve Yeniden Üretimi

Lazer kaplama, bir sondaj bileşeninin yaşam döngüsünün farklı aşamalarında düşünülebilir.

Yeni parçalar için , zorlu çalışma koşullarına karşı dirençlerini artırmak amacıyla, aşınmaya en yatkın yüzeyler hizmet öncesinde güçlendirilebilir.

Kullanım sırasında hasar görmüş parçalar için , alttaki parça yeniden üretilmeye uygun durumda kaldığı sürece, seçilen aşınmış yüzeyleri onarmak amacıyla lazer kaplama kullanılabilir.

Kullanılmış bir matkap parçasının onarıma uygun olup olmadığı, işleme başlamadan önce muayene yoluyla belirlenmelidir. Yapısal çatlaklar, ciddi deformasyon veya kabul edilemez yüzey hasarı olan parçalar, sadece yüzeyine malzeme kaplanabiliyor diye otomatik olarak onarılabilir olarak değerlendirilmemelidir.

Üç Konik Uçların Ötesindeki Uygulamalar

Aynı yerelleştirilmiş yüzey mühendisliği prensibi, aşağıdakiler de dahil olmak üzere, şiddetli aşınmaya maruz kalan diğer sondaj ve petrol sahası bileşenlerine de genişletilebilir:

• Makaralı konik delme bileşenleri
• Stabilizatörler
• kollu giymek
• Kuyu içi alet yüzeyleri
• Sondaj borusu aşınma bileşenleri
• Petrol sahasındaki diğer yüksek yük taşıyan bileşenler

Her uygulama, aşınma mekanizması, alt tabaka, geometri ve çalışma ortamı açısından ayrı ayrı değerlendirilmeyi gerektirir.

GREENSTONE Sondaj Aletleri için Lazer Kaplama Çözümleri

GREENSTONE, bölgesel aşınmaya dayanıklı yüzey iyileştirmesi gerektiren sondaj aletleri ve diğer endüstriyel bileşenler için lazer kaplama prosesi ve ekipman çözümleri sunmaktadır.

Karmaşık delme bileşenleri için çözümler, hassas toz beslemesini, CNC veya çok eksenli hareketi, döner konumlandırmayı ve gerçek iş parçasının geometrisine göre özelleştirilmiş fikstürleri bir araya getirebilir .

Proses geliştirme, nihai ekipman konfigürasyonundan önce kaplama malzemesi seçimi, ön ısıtma stratejisi, parametre optimizasyonu ve numune testlerini de içerebilir.

Bir sondaj aleti lazer kaplama projesi için, bileşen çizimini veya fotoğraflarını, ana malzemeyi, gerekli kaplama konumunu, aşınma mekanizmasını, istenen kaplama kalınlığını, belirtilmişse tercih edilen alaşımı ve çalışma koşullarını sağlayın . Bu parametreler daha sonra uygun kaplama malzemesini, işleme stratejisini ve ekipman konfigürasyonunu değerlendirmek için kullanılabilir.