碳化钨水刀喷嘴的磨损

使用水刀切割钻进硬岩被认为是提高硬质合金刀片工作寿命的有效方法。本文就YG6碳化钨水刀喷嘴在石灰岩钻孔中的磨损试验做简要介绍。实验结果表明，水刀压力和喷嘴直径对碳化钨水刀切割喷嘴的磨损有重要影响。

一、水刀简介

水射流是一种具有高速和压力的液体束，用于切割、整形或开孔。由于水刀系统简单，成本也不是很昂贵，因此被广泛用于金属加工和医疗手术。硬质合金以其独特的硬度、韧性和低廉的价格组合成为机械加工和采矿工具中的主要材料。然而，硬质合金刀具在硬岩钻孔中损坏严重。如果使用水射流辅助钻头，它可以冲击岩石以减少刀片力并交换热量以冷却刀片温度，因此，这将是提高硬质合金刀片使用寿命的有效方法。水射流用于岩石钻井。

二、材料及实验步骤

2.1 材料

本实验所用材料为YG6硬质合金水刀喷嘴和硬质材料石灰石。

2.2 实验步骤

本实验在室温下进行，实验中钻孔速度为120 mm/min，滚压速度为70转/min，持续时间为30 min，旨在研究射流压力、喷嘴直径、硬质合金水刀切割管磨损特性研究

3。结果与讨论

3.1.水射流压力对硬质合金刀片磨损率的影响

结果表明，在没有水射流的情况下，磨损率很高，但当水射流加入后，磨损率急剧下降。随着射流压力的增加，磨损率降低。然而，当射流压力超过 10 MPa 时，磨损率缓慢下降。

磨损率受叶片的机械应力和温度的影响，水射流有助于降低机械应力和温度。

较高的喷射压力还可以提高热交换效率以降低工作温度。当水射流流过叶片表面时发生热传递，具有冷却效果。这个冷却过程可以近似地看成是平板外的对流换热过程。

3.2.喷嘴直径对硬质合金刀片磨损率的影响

喷嘴直径越大，意味着冲击面积越大，对石灰石的冲击力越大，有助于减小叶片所受的机械力，减轻叶片的磨损。结果表明，磨损率随着钻头喷嘴直径的增加而降低。

3.3.水射流硬质合金刀片钻岩磨损机理

硬质合金刀片在水射流钻孔中的失效类型与在干式钻孔中的失效类型不同。同一倍率范围内水射流钻孔实验未发现严重裂隙，表面主要表现为磨损形貌。

主要有三个原因可以解释不同的结果。首先，水射流可以有效降低表面温度和热应力。其次，水射流提供冲击力使石灰石破碎，有助于减小刀片上的机械力。因此，可引起严重脆性断裂的热应力和机械应力之和可能低于材料强度刀片在用水钻孔。第三，更高压力的水射流可以形成相对较冷的水层来润滑刀片，并可以像抛光机一样冲走岩石中的坚硬磨料颗粒。因此，水刀钻削的刀片表面比干式钻削的刀片表面光滑得多，随着水刀压力的增加，磨损率会降低。

尽管避免了大范围的脆性断裂，但在用水射流凿岩中，刀片仍会出现表面损坏。

硬质合金刀片在石灰岩水刀钻孔中的磨损过程可分为两个阶段。最初，在水下射流辅助条件下，叶片边缘出现微裂纹，这可能是由局部机械磨损和闪蒸温度引起的热应力引起的。 Co相比WC相软很多，容易磨损。所以当刀片碾磨岩石时，Co相首先被磨损，随着颗粒被水射流冲走，颗粒之间的孔隙率变大，刀片表面变得更加不平整。

然后，这种微表面损伤从边缘向叶片表面中心扩展。并且这种抛光过程从刃面的边缘一直持续到中心。当钻头连续钻入岩石时，由于闪蒸温度引起的机械磨损和热应力，边缘的抛光表面会形成新的微裂纹，然后延伸到刀片表面的中心。

因此，这种粗磨-抛光过程不断地从刀面的边缘向中心重复，刀片会越来越薄，直到无法工作。

4。结论

4.1 水刀压力对硬质合金钻头在水刀凿岩中的磨损率有重要影响。磨损率随着射流压力的增加而降低。但磨损率的下降速度并不均匀。当射流压力超过 10 MPa 时，下降越来越慢。

4.2 合理的喷嘴结构可以提高硬质合金刀片的耐磨性。此外，增加喷嘴的直径可以降低叶片的磨损率。

4.3 表面分析表明，硬质合金刀片在石灰岩水射流钻孔中表现出脆性断裂、晶粒拔出和抛光的循环作用，从而引起材料去除过程。

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