Usure de la buse à jet d'eau en carbure de tungstène

Le forage de roche dure avec la découpe au jet d'eau est considéré comme un moyen efficace d'améliorer la durée de vie des lames en carbure cémenté. Cet article parlera brièvement de l'expérience sur l'usure de la buse à jet d'eau en carbure de tungstène YG6 lorsqu'elle est utilisée dans le forage de calcaire. Le résultat de l'expérience montrera que la pression du jet d'eau et le diamètre de la buse jouent une influence importante sur l'usure de la buse de coupe au jet d'eau en carbure de tungstène.

1. Introduction du jet d'eau

Un jet d'eau est un faisceau liquide à haute vitesse et pression et est utilisé pour la découpe, la mise en forme ou la spéléologie. Étant donné que le système à jet d'eau est simple et que son coût n'est pas très élevé, il est largement utilisé pour l'usinage des métaux et les opérations médicales. Le carbure cémenté est le matériau dominant dans les outils d'usinage et d'exploitation minière pour sa combinaison unique de dureté, de ténacité et de prix bon marché. Cependant, l'outil en carbure cémenté a été gravement endommagé lors du forage dans la roche dure. Si un jet d'eau est utilisé pour assister le foret, il pourrait avoir un impact sur la roche pour réduire la force de la lame et échanger la chaleur pour refroidir la température de la lame, ce serait donc un moyen efficace d'améliorer la durée de vie de la lame en carbure cémenté lorsque le jet d'eau est utilisé dans le forage à bascule.

2. Matériels et procédures expérimentales

2.1 Matériaux

Les matériaux utilisés dans cette expérience sont la buse à jet d'eau en carbure cémenté YG6 et le calcaire dur.

2.2 Procédures expérimentales

Cette expérience a été réalisée à température ambiante et a maintenu la vitesse de forage à 120 mm/min et la vitesse de roulement à 70 tours/min pendant 30 min dans les expériences, visant à étudier l'influence de différents paramètres de jet d'eau, y compris la pression du jet, le diamètre de la buse, sur les caractéristiques d'usure du tube de coupe au jet d'eau en carbure cémenté.

3. Résultats et discussion

3.1. Effet de la pression du jet d'eau sur les taux d'usure des lames en carbure cémenté

Il est démontré que le taux d'usure est assez élevé sans l'aide du jet d'eau, mais les taux d'usure diminuent fortement lorsque le jet d'eau se joint à lui. Les taux d'usure diminuent lorsque la pression du jet augmente. Néanmoins, le taux d'usure diminue lentement lorsque la pression du jet est supérieure à 10 MPa.

Les taux d'usure sont affectés par les contraintes mécaniques et la température des aubes, et le jet d'eau est utile pour réduire les contraintes mécaniques et la température.

Une pression de jet plus élevée pourrait également augmenter l'efficacité de l'échange thermique pour réduire la température de travail. Le transfert de chaleur a lieu lorsque le jet d'eau traverse la surface de la lame, avec un effet de refroidissement. Ce processus de refroidissement peut approximativement être considéré comme le processus de transfert de chaleur par convection à l'extérieur d'une plaque plane.

3.2. Effet du diamètre de la buse sur les taux d'usure des lames en carbure cémenté

Un diamètre de buse plus grand signifie une plus grande zone d'impact et plus de force d'impact sur le calcaire, ce qui aide à réduire la force mécanique sur la lame et à en réduire l'usure. Il est démontré que les taux d'usure diminuent avec l'augmentation du diamètre de la buse du trépan.

3.3. Mécanisme d'usure de la roche de forage à lame de carbure cémenté avec un jet d'eau

Le type de défaillance des lames en carbure cémenté dans le forage au jet d'eau n'est pas le même que celui du forage à sec. Aucune fracture grave n'est détectée dans les expériences de forage au jet d'eau sous le même zoom et les surfaces montrent principalement une morphologie d'usure.

Il y a principalement trois raisons pour expliquer les différents résultats. Premièrement, un jet d'eau peut réduire efficacement la température de surface et le stress thermique. Deuxièmement, le jet d'eau fournit une force d'impact pour fissurer le calcaire, et il aide à diminuer la force mécanique sur la lame. Ainsi, la somme des contraintes thermiques et des contraintes mécaniques qui peuvent induire des ruptures fragiles graves pourrait être inférieure à la résistance du matériau dela lame dans le forage avec de l'eau. En troisième lieu, le jet d'eau avec une pression plus élevée pourrait former une couche d'eau relativement plus froide pour lubrifier la lame et pourrait précipiter les particules abrasives dures dans la roche comme un polisseur. Par conséquent, la surface de la lame dans le forage au jet d'eau est beaucoup plus lisse que celle du forage à sec, et le taux d'usure diminue lorsque la pression du jet d'eau augmente.

Bien qu'une large gamme de fractures fragiles soit évitée, il y aura toujours des dommages de surface sur les aubes lors du forage de roche avec un jet d'eau.

Le processus d'usure des lames en carbure cémenté dans le forage du calcaire avec un jet d'eau pourrait être divisé en deux étapes. Initialement, dans des conditions sous-marines assistées par jet, des micro-fissures apparaissent sur le bord de la pale, probablement causées par une abrasion mécanique locale et une contrainte thermique induite par la température du flash. La phase Co est beaucoup plus douce que la phase WC et elle est facile à porter. Ainsi, lorsque la lame fraise la roche, la phase Co s'use en premier, et avec les particules emportées par le jet d'eau, la porosité entre les grains est plus grande et la surface de la lame devient plus inégale.

Ensuite, ce type de dommage de micro-surface s'étend du bord au centre de la surface de la lame. Et ce processus de polissage se poursuit du bord au centre de la surface de la lame. Lorsque le trépan perce la roche en continu, la surface polie sur les bords forme de nouvelles microfissures qui s'étendent ensuite jusqu'au centre de la surface de la lame en raison de l'abrasion mécanique et des contraintes thermiques causées par la température d'éclair.

Par conséquent, ce processus de dégrossissage-polissage est répété constamment du bord au centre de la surface de la lame, et la lame deviendra de plus en plus fine jusqu'à ce qu'elle ne puisse plus fonctionner.

4. Conclusion

4.1 La pression du jet d'eau joue un rôle important dans les taux d'usure des trépans en carbure cémenté lors du forage de roches au jet d'eau. Les taux d'usure diminuent avec l'augmentation de la pression du jet. Mais la vitesse de déclin des taux d'usure n'est pas égale. Elle diminue de plus en plus lentement lorsque la pression du jet est supérieure à 10 MPa.

4.2 Une structure de buse raisonnable peut améliorer la résistance à l'usure des lames en carbure cémenté. De plus, l'augmentation du diamètre de la tuyère pourrait diminuer les taux d'usure des aubes.

4.3 L'analyse de surface a démontré que les lames en carbure cémenté dans le forage de calcaire avec un jet d'eau montrent une action circulaire de rupture fragile, d'arrachement de grain et de polissage, ce qui induit le processus d'enlèvement de matière.

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