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          金刚石复合片钻头失效的原因有哪些

          金刚石复合片钻头失效的原因有哪些

          发布日期:2015-6-11 14:12:47  信息来源:本站原创

              1、平滑磨损
              PDC切削齿的平滑磨损的特征是磨损面宏观上表现为较为平整,其金刚石层和WC基托均在切削过程中被磨损而形成磨损平面。在切削过程中,因为WC硬度要比金刚石低,所以WC基托会***早遭受磨损,一旦WC基托被磨损之后临近WC基托的金刚石***失去了有效支撑,容易形成唇边. 在唇边生成之后又在频繁的切削力作用下,唇边承受着拉应力,并导致拉应力裂纹出现并逐渐扩展,***终唇边断裂,唇边破裂之后会导致未破裂的金刚石层与岩石接触面积减少,承受应力更大,恶性循环之后又加速导致金刚石片的破裂,一旦金刚石片整个接触面均遭到破坏,***又会造成基托重新有效地接触岩石,平滑磨损过程是缓慢的,属正常的失效形式。由于唇边的出现,容易使单位面积的切削力增大,而形成自锐效应。自锐效应有利于保持钻头的有效切削能力。

              2、微断屑
              微断屑的具体表现为金刚石片近似地沿切削方向形成微尺度的片状断裂,微断屑常常在钻头工作一定时间之后发生,由于钻头工作时,承受的负荷的交替变化以及表面局部的高温与冷却的交替,同时承受机械疲劳与冷热疲劳的作用,到达一定程度之后***会导致裂纹的产生,继而会扩展导致微断屑断裂。

              3、宏观破裂
              表现为大尺寸的金刚石层的破断,钻头在钻进过程中会有很多情况,在遇到硬质岩石或者岩层岩性变化很大的时候,钻头容易受到较大的冲击负荷,其中尤其是PDC切削齿与岩石接触面较小时,容易造成切削齿在短时间内承受超负荷而导致发生大尺度的宏观破裂,导致钻头的报废.通过研究和总结我们可以得出,不止以上原因,当井底刚性物比如破损的钻头等没有及时清理的情况下,也会造成工作中的钻头受到冲击,使钻头发生宏观断裂。通过研究我们得出,在工作中保持稳定的钻压,钻速,尽力避免大的冲击,也是减少发生宏观破裂的措施。

              4、剥离
              由于钻头是由不同的材料构成,一旦金刚石层与碳化钨基托的粘接破坏***容易造成剥离. 剥离现象出现之后***会使刃口不复存在之后失去切削能力。在切削过程中,切削齿因磨擦热而逐渐升温,当温度达到一定程度之后可能会由于钻头因振动等短时脱离又与岩层接触时,瞬间被泥浆冷却,在巨大的温差瞬变中,由于PDC各层间热膨胀系数的差异,造成极大的内应力,一旦其超过粘结层结合强度时***会导致剥离现象的出现.通过剥离的产生机理,我们可以从材料制造过程中***提高各层间的结合力来预防剥离,同时可以采用改善材料间的热胀系数的匹配,避免冲击载荷发生等。

              5、热龟裂
              热龟裂具体表现为PDC材料表面形成一定深度的网状龟裂纹,它是冷热应力的交变作用的结果,在WC基托层及金刚石层均会发生热龟裂.,尤其是材料表面,由于材料表面冷热应力***高,由此可以推断得出,热龟裂的产生机理,首先要形成大面积的磨损平面而产生足够的热量,接着才会在多次冷热循环中,因热应力足够大导致材料表面热龟裂的发生。通过分析我们可以得出,热龟裂是磨损失效的必然结果。

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