Por que as brocas de botão quebram: causas e prevenção de falhas em brocas de carboneto
As brocas de metal duro com pastilhas são amplamente utilizadas em perfuração com martelo de topo e perfuração com martelo de fundo, pois combinam alta capacidade de penetração com forte resistência ao desgaste. No entanto, mesmo uma broca com pastilhas bem projetada pode falhar prematuramente quando as pastilhas de metal duro lascam, racham, quebram, se soltam ou se deformam com o desgaste.
Compreender o padrão de falhas é o primeiro passo para melhorar a vida útil da broca. As falhas do botão raramente são causadas por um único fator. Geralmente resultam da interação entre as condições da rocha, o tipo de carboneto, a geometria do botão, o suporte do corpo da broca, a qualidade de fabricação e as práticas de perfuração.
Os quatro principais modos de falha do botão bit
A maioria das falhas em bits de botão se enquadra em quatro categorias:
Vestir
Os botões de carboneto se achatam gradualmente, perdem espessura ou ficam irregulares durante a perfuração normal. O desgaste excessivamente rápido pode indicar uma classe de carboneto inadequada, rocha altamente abrasiva, lavagem insuficiente ou seleção incorreta da broca.Quebra de botão
Os botões de carboneto podem lascar, rachar ou fraturar sob impactos repetidos e cargas de flexão. Os botões de borda são particularmente vulneráveis porque geralmente sofrem cargas mais complexas do que os botões frontais.Perda de botão
Um botão pode se soltar ou cair quando o processo de retenção do botão, a geometria do furo, o ajuste por interferência ou o suporte do corpo da broca são inadequados. Superaquecimento, corrosão e impactos severos também podem contribuir para isso.dano no corpo do bit
O corpo de aço pode rachar, deformar ou sofrer desgaste excessivo. Isso pode reduzir o suporte do botão e, eventualmente, causar falha do carboneto, mesmo quando o próprio carboneto for de boa qualidade.
Cada tipo de falha requer uma ação corretiva diferente. Substituir a classe de metal duro pode ajudar a reduzir o desgaste prematuro, mas não resolverá um problema de retenção. Melhorar o ajuste por interferência pode evitar a perda do botão, mas não corrigirá a curvatura excessiva causada por um alinhamento inadequado da furação.
Por que os botões laterais quebram com mais frequência?
Os botões de medição e outros botões de borda são frequentemente os primeiros a quebrar. Eles ajudam a manter o diâmetro do furo e entram em contato com a rocha em um ângulo, portanto, podem sofrer uma combinação de compressão, flexão e carga lateral.
Os botões de face geralmente são submetidos a cargas mais diretamente ao longo do eixo de perfuração. Os botões de borda, por outro lado, são mais propensos a encontrar superfícies rochosas irregulares, solo fraturado, contato com a parede do furo e cargas fora do eixo. Se a broca estiver desgastada além da bitola ou o furo estiver desalinhado, a carga nesses botões pode aumentar significativamente.
Uma fratura na borda de um botão geralmente revela evidências úteis. Características suaves ou radiantes podem indicar uma fratura por tração, enquanto fissuras transversais podem refletir compressão e flexão. Uma análise cuidadosa pode ajudar a determinar se a fratura ocorreu devido a defeitos no material, suporte inadequado, interferência excessiva, carga operacional ou folga ao redor do assento do botão.
A importância do suporte de botões
O carboneto é extremamente duro, mas relativamente quebradiço em comparação com o aço. Seu desempenho é melhor quando está uniformemente apoiado pelo corpo da broca. Se o assento do botão não segurar o carboneto firmemente em toda a sua circunferência, a tensão de flexão local pode aumentar drasticamente.
Folgas próximas ao encaixe do botão são especialmente prejudiciais. Elas permitem que o botão se mova ou dobre sob impacto, em vez de transferir a carga uniformemente para o corpo de aço. Isso pode criar uma rachadura na parte embutida do botão e, eventualmente, causar uma fratura.
A fabricação de brocas de alta qualidade exige, portanto, uma geometria precisa do orifício do botão, um ajuste por interferência correto, métodos de inserção controlados e suporte de aço suficiente ao redor de cada botão. O objetivo é manter a pastilha de metal duro firmemente encaixada sem introduzir tensão excessiva durante a instalação.
Qualidade do material e seleção de carboneto
A classe de carboneto deve ser adequada à formação rochosa e ao método de perfuração. Classes mais duras geralmente oferecem maior resistência ao desgaste, enquanto classes mais tenazes são mais capazes de suportar impactos e choques. Uma classe de carboneto com bom desempenho em rochas abrasivas e competentes pode não ser a melhor escolha em terrenos altamente fraturados ou variáveis.
A quebra prematura do botão pode estar associada à baixa qualidade do metal duro, à seleção incorreta da classe, a defeitos internos ou a uma microestrutura inadequada. No entanto, nem toda quebra de botão é um problema do material do metal duro. Todo o sistema de perfuração deve ser analisado antes de se chegar a conclusões.
Os fatores relevantes incluem:
Dureza e abrasividade da rocha.
Grau de fraturamento e variação geológica.
Potência de impacto e velocidade de rotação da broca.
Pressão de alimentação e alinhamento da broca.
Design da face do bit e disposição dos botões.
Qualidade, tamanho e exposição do botão.
Precisão do furo de retenção e qualidade do corpo da broca.
Eficiência da descarga.
Prevenindo a quebra prematura de botões
A abordagem mais eficaz é o controle preventivo, desde a fabricação até a operação em campo.
Os fabricantes devem manter uma qualidade consistente do metal duro, controlar as dimensões dos botões e inspecionar a geometria dos orifícios dos botões. O corpo da broca deve fornecer suporte suficiente, especialmente ao redor dos botões de referência. Os processos de retenção devem ser validados por meio de verificações dimensionais e testes de produção.
As equipes de perfuração devem selecionar as brocas de acordo com as condições reais da rocha, em vez de se basearem apenas no diâmetro e no tipo de rosca. A força de avanço, a rotação e a lavagem adequadas reduzem o estresse prejudicial na broca. Os operadores devem evitar o uso de força excessiva quando a broca encontrar solo fraturado, formações irregulares ou condições de rocha variáveis.
A inspeção de rotina também é essencial. A broca deve ser removida para manutenção quando os botões ficarem muito achatados, apresentarem rachaduras, perderem a espessura ou desenvolverem danos visíveis. Continuar a perfurar com um botão danificado pode transferir a carga para os botões vizinhos e causar uma série de falhas.
Utilize padrões de falha para aprimorar o sistema.
Cada broca com defeito contém informações. Onde ocorreu a primeira quebra? Foi em um botão de borda ou em um botão de face? O metal duro lascou, rachou, se soltou ou desgastou? A broca estava operando em rocha abrasiva, rocha fraturada ou formação mista?
Responder a essas perguntas ajuda a identificar a melhoria correta. Uma fratura persistente na borda do botão pode indicar suporte de aço insuficiente, projeto inadequado da broca, classe de metal duro inadequada ou perfuração fora do eixo. Perda repetida do botão pode indicar um problema no processo de retenção. Desgaste plano rápido pode exigir retificação mais precoce ou uma classe de metal duro diferente.
Uma broca de botão confiável é o resultado de um projeto equilibrado, fabricação de qualidade e operação correta. Ao tratar o carboneto, o corpo da broca, os parâmetros de perfuração e as condições da rocha como um sistema integrado, as equipes de perfuração podem reduzir a quebra do botão, prolongar a vida útil da broca e diminuir o custo total da perfuração.
