Analisis Kegagalan dan Penggunaan Alat Pengeboran Batuan yang Tepat
Analisis kegagalan alat bor batu. Tiongkok kini memproduksi berbagai macam alat bor batu (RDT) dengan fitur-fitur unik—seperti mata bor kolom/gigi sisipan, mata bor integral karbida semen, mata bor batu ultra-tangguh, dan karbida K610—yang kualitas dan masa pakainya telah meningkat tetapi masih belum konsisten. Kegagalan awal terutama disebabkan oleh masalah mata bor dan batang bor.
Mata bor rusak akibat keausan normal dan abnormal: fragmentasi, patah gigi, kehilangan gigi, terkelupas, dan fraktur. Mata bor tipe pahat sering rusak karena sayap pemotongnya terlalu tipis, cepat aus, stabilitas geometrisnya buruk, dan penjepitan sisipan karbida yang tidak memadai—yang menyebabkan hilangnya sisipan dan percepatan keausan. Mata bor bulat/button biasanya mengalami spalling tepi, gigi tepi yang patah, retak pada skirt, kehilangan tutup, dan fraktur pinggang (badan). Sebuah studi lapangan menggunakan bor pneumatik 7655 pada granit keras menemukan bahwa untuk mata bor gigi sisipan domestik ∅40–∅42: spalling gigi tepi 22,7%, patah gigi tepi 35,4%, dan kehilangan fragmen 26,4%—menunjukkan bahwa kerusakan gigi tepi merupakan mode kegagalan yang dominan. Penyebabnya meliputi tekanan eksentrik dan tidak merata pada gigi tepi, tekanan radial yang berbeda, peningkatan deformasi plastis dinding lubang gigi (menyebabkan mulut lonceng dan berkurangnya gaya penjepitan), kesesuaian interferensi yang tidak memadai antara gigi dan lubang, serta kekerasan badan mata bor yang rendah. Kekerasan badan mata bor yang lebih tinggi jauh lebih menguntungkan karbida daripada badan dengan kekerasan sedang/rendah. Kualitas pengelasan, kinerja fluks, praktik pengelasan, dan penggunaan juga memengaruhi kegagalan. Lebih dari 80% fraktur badan mata bor terjadi pada sambungan permukaan mata bor dan skirt; fraktur parsial mata bor gigi sisipan menjalar di sepanjang dasar lubang gigi. Pemilihan baja yang buruk, geometri yang tidak tepat, manufaktur yang tidak tepat, atau penggunaan yang tidak tepat juga memperparah fraktur.
Batang bor menahan tekanan bolak-balik—impaksi, tekukan, dan korosi—sehingga membutuhkan kekuatan fatik yang tinggi, ketangguhan impaksi, ketahanan korosi, serta sensitivitas takik dan laju perambatan retak yang rendah. Kegagalan batang bor meliputi deformasi pada ujung batang kecil akibat kekerasan rendah, pecahnya ujung-ujung dengan kekerasan tinggi, keausan ulir pada kopling, patah lelah, dan patah getas. Patah lelah dimulai dan menjalar dari cacat material (inklusi non-logam, porositas, bintik putih, goresan, dekarburisasi, retak korosi) atau dari material/perlakuan panas yang buruk (inti yang terlalu keras akibat karburisasi, pendinginan yang buruk menyebabkan retak ekor, retak pendinginan). Cacat desain dan kecocokan kopling yang buruk dapat menyebabkan retakan; penyalahgunaan (bekas palu, pelumasan sambungan yang buruk, korosi) juga menyebabkan retakan dan patah. Beberapa patahan batang tidak menunjukkan ciri fatik dan muncul sebagai patah getas kristal yang terang—biasanya akibat cacat, perubahan penampang yang parah, tumpang tindih penempaan, atau perlakuan panas yang tidak tepat yang menghasilkan kekuatan rendah atau konsentrasi tegangan tinggi dan perambatan retak yang cepat.
Penggunaan alat bor batu yang benar dan rasional 2.1 Meningkatkan kualitas desain Menentukan parameter struktural yang wajar dan mengembangkan jenis baru merupakan prasyarat untuk masa pakai yang lebih lama. Untuk bit gigi sisipan/kolom, mahkota hemispherical memberikan kecepatan pengeboran yang tinggi dan ketahanan tekan yang tahan lama. Diameter gigi harus memastikan kekuatan tarik dan kekuatan penjepit. Untuk mengurangi kerusakan gigi tepi dan memperpanjang masa pakai: (1) perkuat gigi tepi dengan memilih bentuk gigi, diameter, dan tinggi paparan yang tepat; (2) kurangi sudut rake gigi tepi untuk meningkatkan distribusi beban dan ketahanan benturan; (3) pilih celah las dan kecocokan interferensi yang benar untuk meningkatkan gaya retensi; (4) gunakan karbida yang lebih kuat dan diberi perlakuan panas untuk gigi tepi untuk mencegah fragmentasi; (5) perkuat badan bit untuk meningkatkan ketahanan aus; (6) optimalkan tata letak gigi, tingkatkan jumlah gigi tepi jika memungkinkan, dan tingkatkan pembilasan—pertahankan lubang air muka dan sistem pembilasan tiga alur/dua lubang celah besar untuk meningkatkan pembuangan pemotongan, mengurangi penggilingan ulang pemotongan, menurunkan konsumsi energi, dan memperpanjang masa pakai bit.
Memperbaiki geometri batang: misalnya, batang ulir penuh Ingersoll-Rand yang diproduksi melalui proses roll-forming dengan pengerasan permukaan, sudut heliks yang lebih besar, dan self-locking yang baik meningkatkan ketangguhan, ketahanan aus, dan kemudahan perakitan/pembongkaran. Meningkatkan tampilan dan desain kemasan untuk melindungi peralatan dan memperpanjang masa pakai.
2.2 Pilih material berkualitas tinggi Material perkakas harus kuat dan tahan aus, dengan kekakuan yang baik, kekuatan fatik yang tinggi, sensitivitas takik yang rendah, retensi karbida yang kuat, dan ketahanan korosi yang baik. Baja yang direkomendasikan meliputi: 24SiMnNi2CrMo (mirip dengan FF710 Swedia) dengan sifat mekanik dan fraktur gabungan yang sangat baik; 40SiMnMoV untuk batang (penetrasi rata-rata ~1225,4 m, mendekati level asing); 55SiMnMo untuk batang kecil yang mendekati umur batang kecil 95CrMo Swedia (~250 m); 35SiMnMoV mencapai ~300 m per batang. Baja-baja ini, setelah proses quench-tempering, membentuk struktur mikro bainitik dengan ketangguhan fatik yang tinggi. Untuk mata bor kecil dan menengah yang terikat sisipan, 40MnMoV cocok untuk badan mata bor; untuk mata bor sisipan yang dipasang panas, 45NiCrMoV lebih disukai. Pemilihan karbida harus sesuai dengan mekanika batuan dan jenis bor.
2.3 Mengadopsi teknologi manufaktur canggih. Menggunakan pemesinan untuk memproduksi mata bor—menggantikan penempaan tradisional—merupakan perkembangan penting. Untuk mata bor sisipan yang dilas, gunakan peralatan pemanas yang tepat (tungku induksi frekuensi ultrasonik atau frekuensi menengah) atau pemanasan induksi penuh untuk mencegah oksidasi dan dekarburisasi, memastikan waktu pemanasan singkat yang terkendali, memudahkan proses penyolderan, dan menghindari tegangan pendinginan dengan mengendalikan pendinginan. Tingkatkan ukuran las dengan tepat, pilih roda gerinda bergradasi, dan bersihkan permukaan las secara menyeluruh dengan pelarut organik untuk meningkatkan kualitas penyolderan.
Untuk fiksasi insert, pemasangan panas direkomendasikan untuk diameter sedang dan besar: hal ini meminimalkan pengaruh pada sifat badan bit dan karbida, menjaga kualitas permukaan, menghasilkan tegangan tekan dua sumbu pada sambungan, memberikan retensi yang baik dan mengurangi kehilangan fragmen, serta memungkinkan perlakuan panas baja yang optimal. Insert tekan dingin membutuhkan akurasi pemesinan yang tinggi—gunakan perkakas presisi tinggi dan rantai dimensi pendek untuk meningkatkan kekakuan kontak dan kualitas permukaan lubang gigi. Geometri perkakas harus memungkinkan deformasi pemotongan dan penguatan ekstrusi yang lebih besar sehingga dinding lubang memperoleh tegangan sisa tekan yang menguntungkan dan lapisan permukaan yang diperkeras regangan.
Untuk memperpanjang umur batang, buat cetakan tempa dan pemesinan presisi untuk mencegah mulut lonceng, kilasan, atau retakan. Tingkatkan kualitas penggulungan baja berongga untuk menghilangkan penyok, keropeng, lipatan, dan dekarburisasi.
Kesimpulan Makalah ini menganalisis mode kegagalan RDT dan memeriksa struktur mata bor serta bentuk kerusakannya, menunjukkan penyebab kegagalan dan mengusulkan langkah-langkah perpanjangan masa pakai: parameter struktural yang tepat, pemilihan material berkualitas, dan teknik manufaktur canggih. Namun, masa pakai alat bergantung pada kualitas inheren dan penggunaan ilmiah. Poin praktis tambahan: gunakan penarik daripada palu tangan saat melepas mata bor; gerinda ulang mata bor untuk mengurangi inisiasi dan pertumbuhan retakan permukaan serta untuk meningkatkan kecepatan pengeboran; ikuti operasi yang benar—maju perlahan hingga mata bor memasuki batuan sebelum pengeboran kecepatan penuh; pastikan sambungan batang konsentris dan ulir terpasang sepenuhnya; jika mata bor macet, hindari palu—tutup katup masuk, buka air, maju perlahan dan gunakan gerakan maju-mundur untuk menghaluskan dinding bor dan membebaskan alat, mencegah fragmentasi karbida, patahnya shank, atau patahnya batang.
Singkatnya, menggunakan bor yang cocok, peralatan khusus, dan mesin yang tepat dalam berbagai kondisi akan memungkinkan RDT mencapai kinerja potensialnya.
