|
|
При глубоком бурении, в частности
в горном деле, производительность бура в значительной мере определяется
стойкостью лезвия использземого инструмента. Повышение стойкости лезвия,
следовательно, в любом случае значительно увеличивает скорость бурения. Таким
образом, применение износостойких твердых сплавов здесь особенно экономично.
Крупногабаритные буровые инструменты для глубокого бурения
(долота типа «рыбий хвост», долота ударного бурения, долота типа «ротари»,
крупные буровые коронки, крыльчатые и шарошечные коронки и т.д.) напаивать
твердосплавными пластинками невозможно. Для этих, а также для других
инструментов и различного оборудования, например ножей и зубьев экскаваторов,
щек дробилок, костылей самолетов, углепомольных мелышц, зубцов скребковых
транспортеров, мельничных вальцев, шнековых бетономешалок, кулачковых валов,
лопастей мешалок, ударных молотков, молотковых мель- риц (дробилок)
скреперов, шнековых транспортеров для цементных мельниц и т. д. очень хорошо
себя оправдала наплавка твердых сплавов. Подобно наплавке стеллита на гнезда
клапана карбидом вольфрама с добавкой более легкоплавких сплавов наплавляют
места, в наибольшей мере подвергающиеся износу, например концы долота «рыбий
хвост» с обеих сторон. Карбид вольфрама, применяемый в виде крупки различной
зернистости или же в виде кусочков неправильной формы, обычно получают в
литом виде (см. книгу «Твердые материалы»). Этот карбид, представляющий собой
по существу эвтектический сплав W2C—WC, значительно более хрупок, чем
монокарбид вольфрама, но в то же время превосходит его по твердости и
износостойкости.
Наплавку твердыми сплавами можно проводить различными
способами в зависимости от области применения и назначения. Так, например,
можно наносить несколько слоев мелкозернистого или крупнозернистого карбида
вольфрама на соответствующую деталь с помощью электрической дуги с угольными
электродами. Получаемое покрытие в основном состоит из чистого литого карбида
вольфрама и обладает высокой твердостью, но незначительной вязкостью.
Армировать таким путем, следовательно, можно только те инструменты, которые
подвержены абразивному износу.
Для наплавки инструментов, подвергающихся толчкам и
ударам, в настоящее время применяют наплавочные прутки, представляющие собой
трубки из листового железа, в которые насыпается гранулированная смесь
вольфрам — углерод или же крупка карбида вольфрама различной зернистости с
добавочными металлами, в большинстве случаев ферросплавами
Делались попытки также наносить мелкозернистый порошок с
добавкой ферросплавов путем пластической экструзии наплавочных прутков
Прутки наплавляют на соответствующую поверхность
слабовосстановительным газосварочным пламенем. При этом получается
износостойкое покрытие, в котором твердые зерна карбида вольфрама с острыми гранями
вкраплены в пластичную матрицу сплава на основе железа. Зернистость
наполнителя — карбида вольфрама выбирают в зависимости от конкретного
назначения. На практике применяют наполнители от равномерно мелкозернистого
порошка карбида вольфрама до кусочков литого или спеченного карбида с
размерами зерен до 10 мм
Мелкозернистый карбид подходит для наплавки инструмента
ударного бурения, а также для деталей машин и приборов, у которых
поверхностный слой должен быть гладким и точно соответствовать заданным
размерам детали, обладая в то же время достаточной пластичностью.
Среднезернистый карбид пригоден как для вращательного, так и для ударного
бурового инструмента. Область применения крупнозернистого карбида с размерами
зерен порядка 5 мм ограничена вращательными бурами. Таким путем армируют,
например, долота типа «рыбий хвост», крыльчатые коронки, буровые коронки и
т.д. Армированное твердым сплавом с помощью трубчатых прутков долото типа
«рыбий хвост» показано на 53, а армированная таким же путем буровая коронка
— на 54.
Эвери обстоятельно исследовал покрытия, наплавленные с
помощью прутков трубчатой формы. Он применял газопламенную и дуговую наплавку
и определял структуру наплавленного металла, а также его твердость в холодном
и горячем состоянии и сопротивление истиранию. Мелкозернистый карбид
вольфрама при дуговой наплавке особенно сильно растворим с образованием
двойного карбида железа, что уменьшает износостойкость. При наплавке газовым
пламенем происходит карбидизацня основной массы, что в свою очередь вызывает
охрупчивание. Тем не менее эти покрытия превосходят по износостойкости
покрытия, нанесенные дуговой наплавкой Отмечено, однако, что и дуговой
наплавкой можно получить качественные покрытия Для этого нужно применять
карбид вольфрама, защищенный поверхностной пленкой и имеющий соответствующий
размер зерен.
Несколько иначе поступают при армировании инструмента
глубокого бурения твердосплавными вставками. Эти вставки представляют собой
трех- или четырехгранные, округленные на ребрах, призмы либо пластинки
неправильной округлой формы, но с острыми кромками, состоящие из литого
карбида вольфрама или металлокерамического твердого сплава. Вставки
приваривают на определенном расстоянии друг от друга обычной стальной
сварочной проволокой в особо нагружаемых местах бура. Можно также выдолбить
или выфрезеровать углубление и закрепить в нем буровую вставку. Остающиеся
между буровыми вставками свободные рабочие поверхности заполняют
износостойким сплавом, например какой-либо сталью, стеллитом или легкоплавким
сплавом хром — железо — марганец. Если требуется еще более высокая
износостойкость, можно на всю поверхность нанести с помощью трубчатых
наплавочных прутков слой мелкозернистого карбида вольфрама .
Кроме того, приведены данные о стеллитах, износостойкость
которых также связана главным образом с высоким содержанием карбида. Эти
сплавы являются наплавочными средствами для буровых вставок.
Производительность при глубоком бурении наплавленными
буровыми инструментами в значительной степени зависит от характера породы. В
зависимости от способа изготовления и условий бурения производительность
бура, наплавленного твердым сплавом, в 5—20 раз выше производительности
стального бура. Армирование инструмента для глубокого бурения путем наплавки
твердым сплавом, следовательно, значительно увеличивает скорость бурения. В
настоящее время при бурении нефтеносных скважин эти инструменты незаменимы.
|