超硬ウォータージェットノズルの摩耗

ウォータージェット切断による硬質岩の掘削は、超硬ブレードの寿命を延ばす効率的な方法であると考えられています。この記事では、YG6 タングステン カーバイド ウォータージェット ノズルを石灰岩の掘削に使用した場合の摩耗に関する実験について簡単に説明します。実験結果は、ウォーター ジェットの圧力とノズルの直径がタングステン カーバイド ウォーター ジェット切断ノズルの摩耗に重要な影響を与えることを示します。

1. ウォータージェットの導入

ウォータージェットは、高速かつ高圧の液体ビームであり、切断、成形、またはケービングに使用されます。ウォータージェット方式はシンプルでコストも高くないため、金属加工や医療用として広く使用されています。超硬合金は、硬度、靭性、および安価な価格の独自の組み合わせにより、機械加工および採掘工具の主要な材料です。しかし、硬岩掘削で超硬工具が大破。ウォーター ジェットを使用してドリル ビットを補助する場合、岩石に衝突してブレードの力を減らし、熱交換してブレードの温度を下げることができるため、超硬ブレードの寿命を延ばす効果的な方法となります。ウォータージェットは揺動掘削に使用されます。

2. 材料と実験手順

2.1 資料

この実験で使用される材料は、YG6 超硬ウォータージェット ノズルと硬質材料の石灰岩です。

2.2 実験手順

この実験は室温で行われ、掘削速度を 120 mm/分、圧延速度を 70 ラウンド/分で 30 分間維持し、ジェット圧力、ノズル径、超硬ウォータージェット切断チューブの摩耗特性について。

3。結果と考察

3.1.超硬ブレードの摩耗率に対するウォータージェット圧力の影響

ウォーター ジェットの助けなしでは摩耗率が非常に高いことが示されていますが、ウォーター ジェットが加わると摩耗率は急激に減少します。ジェット圧力が増加すると摩耗率は減少します。それにもかかわらず、ジェット圧力が 10 MPa を超えると、摩耗率はゆっくりと減少します。

摩耗率は、ブレードの機械的応力と温度の影響を受けます。ウォーター ジェットは、機械的応力と温度を下げるのに役立ちます。

より高いジェット圧力はまた、熱交換効率を高めて作動温度を低下させる可能性があります。ウォータージェットがブレードの表面を流れるときに熱伝達が起こり、冷却効果があります。この冷却過程は、おおよそ平板の外側での対流熱伝達の過程とみなすことができます。

3.2.超硬ブレードの摩耗率に対するノズル径の影響

ノズルの直径が大きいということは、衝突面積が大きくなり、石灰岩への衝突力が大きくなることを意味します。これにより、ブレードにかかる機械的な力が減少し、摩耗が軽減されます。ドリルビットのノズル径が大きくなるにつれて摩耗率が低下することが示されています。

3.3.ウォータージェットによる超硬ブレードドリルロックの摩耗メカニズム

ウォーター ジェット掘削における超硬ブレードの破損タイプは、乾式掘削の場合と同じではありません。同じズーム スコープでウォーター ジェットを使用した掘削実験では深刻な破砕は検出されず、表面は主に摩耗形態を示します。

異なる結果を説明するには、主に 3 つの理由があります。まず、ウォーター ジェットは、表面温度と熱応力を効果的に下げることができます。第二に、ウォーター ジェットは石灰岩を割るための衝撃力を提供し、ブレードにかかる機械的な力を減少させるのに役立ちます。したがって、重大な脆性破壊を誘発する可能性のある熱応力と機械的応力の合計は、材料の強度よりも低くなる可能性があります。水で穴あけ中のブレード。第 3 に、高圧のウォーター ジェットは比較的低温の水層を形成してブレードを潤滑し、研磨機のように岩石中の硬い研磨粒子を押し流す可能性があります。したがって、ウォーター ジェット ドリルのブレードの表面はドライ ドリルよりもはるかに滑らかであり、ウォーター ジェットの圧力が増加すると摩耗率が低下します。

幅広い範囲の脆性破壊が回避されますが、ウォーター ジェットを使用した削岩では、ブレードに表面損傷が依然として存在します。

ウォータージェットによる石灰岩掘削における超硬ブレードの摩耗プロセスは、2 つの段階に分けることができます。最初に、水中のジェットアシスト条件では、おそらく局所的な機械的摩耗とフラッシュ温度によって引き起こされる熱応力が原因で、ブレードのエッジにマイクロクラックが現れます。 Co 相は WC 相よりもはるかに柔らかく、摩耗しやすいです。そのため、ブレードで岩石を粉砕すると、Co 相が最初に摩耗し、ウォーター ジェットによって粒子が洗い流されるため、粒子間の空隙率が大きくなり、ブレードの表面がより凹凸になります。

そして、このような微細な表面損傷は、ブレード表面のエッジから中心に向かって拡大します。そして、この研磨工程が刃先から刃面の中心まで続きます。ドリルビットが連続的に岩石に穴を開けると、エッジの研磨された表面に新しいマイクロクラックが形成され、機械的摩耗とフラッシュ温度による熱応力により、ブレード表面の中心にまで広がります。

そのため、この荒研ぎの工程を刃面の端から中心まで絶えず繰り返し、刃が使えなくなるまでどんどん薄くなっていきます。

4. 結論

4.1 ウォーター ジェットの圧力は、ウォーター ジェットによる削岩における超硬ドリル ビットの摩耗率に重要な役割を果たします。摩耗率は、ジェット圧の増加とともに減少します。しかし、摩耗率の低下速度は均一ではありません。ジェット圧が10MPaを超えると、ますますゆっくりと低下します。

4.2合理的なノズル構造により、超硬ブレードの耐摩耗性を向上させることができます。さらに、ジェットノズルの直径を大きくすると、ブレードの摩耗率が低下する可能性があります。

4.3 表面分析は、ウォータージェットによる石灰岩掘削における超硬ブレードが、材料除去プロセスを誘発する脆性破壊、粒子の引き抜き、および研磨の循環動作を示すことを示しました。

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