Файл: Циклическая прочность и долговечность бурового инструмента..pdf

Главное свойство фосфатированного покрытия—большая спо­ собность смачивания эмалями и лаками, способность увеличения адгезии покрытий и, что очень ценно, простота и экономичность процесса.

Подготовка поверхности перед фосфатированием имеет ре­ шающее значение для качества получаемой фосфатной пленки. В связи с этим для подготовки поверхности канала штанг при­ менялся способ гидроабразивной очистки. Гидроабразивная обработка экспериментальных штанг осуществлялась на уста­ новке (ПА-1) колокольного типа. Мокрая абразивная пульпа, состоящая из воды и мелкого кварцевого песка, через специаль­ ный ниппель и резиновый шланг пропускалась под давлением сжатого воздуха (5,5—6 ати) в промывочное отверстие с хво­ стовой части штанги и выбрасывалась через противоположный ее конец.

Фосфатирование штанг с подготовленной поверхностью осу­ ществлялось по следующей технологической схеме:

1. Обезжиривание поверхности.

Состав ванны: серная кислота—200 г/л, ингибиторная присадка КС-16 г/л, температура раствора +50oC.

2.Промывка в холодной воде.

3.Нейтрализация.

Состав ванны: каустическая сода—100 г/л, температура раствора +90°C.

4.Промывка в горячен воде с температурой +90°C.

5.Фосфатирование.

Состав ванны: препарат «Мажеф» — 35 г/л температура раствора +95oC.

6. Промывка в горячем воде с температурой +(80 — 90’С).

7.Промывка в холодной воде.

8.Сушка на воздухе.

После осуществления данных операций на поверхность про­ мывочного капала данной партии буровых штанг специальным !пневматическим пульверизатором наносилась эмаль ПФ-28. Эмаль ПФ-28, изготовленная на основе пентафталевых смол 1151, 152], выбиралась на основании того, что она обладает вы­ сокой адгезией к металлам и высокой механической прочностью, стойкая к периодическому воздействию масел, бензина, слабых кислот и воды. После покрытия производилась сушка штанг при комнатной температуре также в течение двух часов.

Взрывание взрывчатого вещества в канале буровых штанг осуществлялось с целью наклепа поверхности стенок канала, создания сжимающих остаточных напряжений и возможного заваривания имеющихся микродефектов. Взрывание производи­ лось детонирующим шнуром ДШ (скорость детонации 7000 м/сек) диаметром 6 мм, который пропускался в канал штанги на всю

125

126

длину. Количество одновременно взрываемого BB составляло 15 г. Подготовленные к взрыву штанги помещались (по две) в специальную камеру (толстостенную трубу диаметром 300 мм)

вгоризонтальном положении. К одному из концов детонирующе­ го шнура прикреплялся электродетонатор, с помощью которого производился взрыв. Результаты ударно-усталостных испытаний всех трех экспериментальных партий буровых штанг приведены

втаблице 6. Из таблицы 6 видно, что наибольшую стойкость до первой поломки имеют штанги, промывочный канал которых подвергался гидроабразивной обработке с последующим фосфа­ тированием и покрытием эмалью.

Их стойкость оказалась в 1,5—2 раза выше стойкости двух других партий штанг, а также ранее испытанных аналогичных штанг, промывочный канал которых не подвергался какой-либо обработке (таблица 1, партия 6) и штанг, испытанных без дос­ тупа воды (таблица 5. партия 2). Характерной особенностью поломок буровых штанг-, канал которых подвергался гидроабра­ зивной обработке, фосфатированию и эмалевому покрытию яв­ ляется то, что у них прекратились поломки стержня. Разрезка

Основная доля поломок произошла в зоне хвостовика и кону­ са с развитием усталостных трещин от внешней поверхности, что объясняется'значительно возросшим - общим ресурсом времени нагружения штанги, в период которого и стало возможным по­ явление очагов усталости в данных местах.

объясняется, во-первых, значительным повышением чистоты по­

стенок промывочного канала достигается абразивной обработ­

пульпой значительно уменьшается глубина, а также изменяется

127

Данный слой имеет достаточно прочное молекулярное сцепление с металлом и обеспечивает высокую адгезию при последующем нанесении эмали. В результате такой обработки поверхность промывочного канала как бы облицовывается эластичной обо­ лочкой, не допускающей проникновения воды к металлу. Такое покрытие не нарушается при эксплуатации штанг. Кроме того, при длительном хранении и транспортировке штанги, подверг­ нутые указанной обработке, гораздо меньше подвержены влия­ нию атмосферной коррозии.

Результаты статистической обработки партий буровых штанг с обработанным каналом приведены в виде графика на рис. 46. Для сравнения на графике также приведены резуль­ таты статистической обработки данных стойкости штанг, испы­ танных без доступа воды (табл. 5, партия 2). Из графика можно представить темп выхода из строя каждой из четырех партий штанг. Так, например, вероятность разрушения буровых штанг за 3,5 часа работы составит 55% для штанг, канал которых подвергался гидроабразивной очистке, фосфатированию и эма­ левому покрытию, за это же время штанги оставшихся партий (упрочнение канала взрывом, эмалевая консервация обезжирен­ ной поверхности) выйдут из строя полностью.

ги, испытанные без досту­ па воды; 4 — гидроабра­ зивная обработка канала с последующим фосфати­ рованием и покрытием эмалью.

Из всех опытных партий штанг, промывочный канал кото­ рых подвергается обработке, наименьшую долговечность пока­ зали штанги с взрывным упрочнением канала. Как показал анализ, поломки указанных штанг на 70% произошли по стержню с развитием усталостных трещин изнутри канала. Вид,

испытаний которых приведены в таблице 1.

Осуществляя замер микротвердости на упрочненной взрывом поверхности канала штанг прибором ПМТ-3 (нагрузка 20 г),

128

участках поверхности канала штанг выявлена разрыхленность и

мывочного канала в местах выхода на поверхность прокатных рисок. Длина таких трещин достигает 20—50 мм. Объясняется это, по-видимому, тем, что вызванная взрывом волна напряже­ ний распространяется к внешней поверхности штанги. При рас­ пространении волны по сечению штанги движение частиц уплот­ няемого металла направлено перпендикулярно фронту волны, т. е. так же, как и при взрыве заряда в отверстии толстостенного

цессе взрыва мгновенно подвергаются воздействию значитель­

1,5—2 мм, что свидетельствует о пластической деформации по всему сечению шестигранника. Вопреки предположению завари­

поломки оказалась на уровне со штангами, у'которых капал никакой упрочняющей и антикоррозионной обработке не под­ вергался (таблица 1, партия 6). Слабые защитные свойства

процессе нагружения штанг. Поскольку поверхность канала была не обработана и, следовательно, неровная, при нанесении эмали могла образоваться пористая пленка, которая при даль­