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雷（léi）尼紹助力Wassara挺進（jìn）更深（shēn）地層

2018-10-24 來源：雷尼紹作者：-

采礦業需（xū）要新的鑽探解決方案，以應對日益增長的成本與（yǔ）效益壓力。與當前鑽探方案相比，新方案（àn）不僅要更為環保，而且要更具經濟優勢。

許多（duō）現有的地下礦井（jǐng）已接近極限（xiàn）開采深（shēn）度，因此目前的鑽探方法很難再（zài）保證各項成（chéng）本的（de）可控性。新的礦床埋藏更深，產量也較低。種種因素疊加在一起，要求采礦企業必（bì）須實現礦產資源的合理規劃和規模開采，因此采用更加高效、精準的鑽（zuàn）探方法成為了必然的選擇。

背景

Wassara是來自瑞典的一家礦業設備公司，擁有許多創新產品，這些產品（pǐn）能夠（gòu）在開（kāi）采（cǎi）礦石的同時最大限度地減少對環（huán）境的負（fù）麵影響。Wassara的核心技術是使用高壓水射流驅動的潛孔 (DTH) 錘。Wassara的液動潛孔錘是目前最環保的衝擊鑽探方法。潛（qián）孔錘由高壓水射流驅動，不使用（yòng）油脂（zhī）進行潤滑，因此不會汙染空氣（qì）或地（dì）下水，此外，高壓水還可有效抑製粉塵。水的不可（kě）壓縮性是Wassara潛孔（kǒng）錘高效工作的關鍵因（yīn）素。與（yǔ）相對傳統的氣動潛孔錘技（jì）術相比，Wassara的技術可節省大量的（de）能源成本，因為驅動液（yè）動（dòng）潛孔錘所需的能量更少。

由於高壓水能夠（gòu）驅動衝錘產生高頻、高（gāo）能量衝擊運（yùn）動，因此被Wassara選作傳動媒介。此外，當水流離開錘體（tǐ）時，其速度足以將鑽探出的岩（yán）心和碎屑帶回地麵，並清潔鑽孔。此項技術具有許多（duō）絕佳優點，例如鑽進效率高、鑽孔質量佳，並且對（duì）鑽探岩層的護壁能力強。液驅潛孔錘技術的加入（rù），使（shǐ）得礦山企業（yè）在選擇最適合礦體特性（xìng）的開采方式時有了更（gèng）多選擇，它被視為是向（xiàng）科學開（kāi）采邁（mài）進的（de）一大步。

挑戰

每部潛孔錘都由眾多（duō）複雜的部件組成。潛孔錘的核心部件是為活塞組（zǔ）件提供雙向高壓水導流的滑動外殼，該外殼內部要求具有多條高壓水流動孔道；由於設計的（de）複雜性，必須將多個（gè）加工好的零件接合在一起，才可製作出完整的外殼。複雜的設計也使得該部件的造價較為昂貴。此外，接合工藝過程（chéng）中頻繁產生的不（bú）合格產品，以及使用階段由於部件磨損（sǔn）或斑蝕而導致的設備故障（這（zhè）將增加（jiā）維修成本），這些都使得潛孔錘的整（zhěng）體擁有成本進一步上升。

解決方案

Wassara的高壓水射流驅動的潛孔 (DTH) 錘

為了降低（dī）成本並提高滑動外殼部件的可靠性，Wassara找到了雷（léi）尼紹，希望（wàng）了解增材製造 (AM) 技術是否（fǒu）能夠成為一種合適的替代製造方案。金屬增（zēng）材製造的顯著（zhe）優點之一，便是能夠將原本（běn）分散的零件組合成一個複（fù）雜的3D幾何結構，而且還可簡化加工步驟，例（lì）如，在加工一端需要盲塞或焊接的跨孔時，增材製造便可發揮（huī）優勢。當增材方式製造的部件與（yǔ）傳統方式製造的部件在設計上沒有過大差異時，便可在（zài）相同的應用環（huán）境中對二者進行測試，其結（jié）果（guǒ）可作為驗證金屬（shǔ）增材組件可用性的理想依據。在標準測試（shì）條件下對兩類部件（jiàn）的性能進行詳細對比，如果結果中出（chū）現任何顯著差異，即（jí）可直接歸因於製造（zào）技術的（de）變化。Wassara滑動外殼的幾（jǐ）何結構經過了重新設計，集成了增材製（zhì）造在設計自由度方麵的優（yōu）勢。

依照增（zēng）材製造特點重新設計的滑動外殼部件

采用金屬增材製造方案需要克服的下一個難題（tí）是針對特定應用采用合適的金（jīn）屬合金。在（zài）本案（àn）例中（zhōng），該部（bù）件原來使用的是標準合金鋼527M20，這是一種合金結構鋼，由於碳（tàn）含量中等，通常不會用於金屬增材製造。更適（shì）合增材製造的合金鋼為316L不鏽鋼，然而，雖然這種合金（jīn）鋼的耐腐蝕性能較（jiào）好，但預計在使用期間仍無法（fǎ）保證足夠的耐磨蝕和耐侵蝕性能。

利用增材（cái）製造技術製造的（de）馬氏體時效鋼滑動（dòng）外殼部件

雷尼紹提出（chū）的另一種備選方案是使用（yòng）馬氏體時效合金鋼（gāng）生產測試（shì）部件。馬氏體時效鋼是一種時效硬化工具（jù）鋼，用途（tú）極為廣泛；可對其進行熱處（chù）理（lǐ），通過調節工藝溫度可獲得（dé）適合特定（dìng）應用要（yào）求的材（cái）料特（tè）性（xìng）。

測試之後的滑動外（wài）殼（ké）

這（zhè）是該類型鋼在礦山開采（cǎi）領域的（de）第一次測試和應用，因此在滑動外（wài）殼加工完成後（hòu）對其進行了（le）熱處理，以確保達到最大硬度。

結果

潛孔 (DTH) 錘技術示意圖

為了測試增材滑動外殼的性（xìng）能，Wassara將其組裝到完整的潛孔錘（chuí）上，在標準采掘條件下測試使（shǐ）用，即在選定岩麵上鑽鑿典型的長通道孔。隨後對潛孔錘進行常規目視檢查和維護，與傳（chuán）統外殼相比，增材製造的滑動外殼並未出現任何斑蝕跡象，並且磨損（sǔn）程度很小（xiǎo）。接著又重新組裝潛（qián）孔錘，並繼續（xù）進行更多的鑽鑿作業。

潛孔錘閥門技術圖示

完成上述作（zuò）業後，Wassara對增材製造的（de）滑（huá）動外殼進行了第二次檢查，發（fā）現確實出現了一些磨損跡象，但（dàn）除此之外，部件表麵並沒有出現斑蝕（這是導致設備故障的第二大常見（jiàn）原因（yīn））。隨（suí）後Wassara又進行了（le）第三次鑽鑿測試，這次的持續時間遠（yuǎn）遠超出（chū）正常的潛孔錘工作周期（qī），以（yǐ）期盡可能確定是否會出現斑蝕跡象，但實際上仍未出現任何斑蝕情況（kuàng）。由此得出的初步結論（lùn）是（shì），與采用標準合金鋼製造的傳統（tǒng）滑動外殼（ké）相比，采用馬氏體時效鋼製造的增材部件具有卓越的潛在耐斑（bān）蝕性能。

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