СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ТВЕРДОСПЛАВНОГО И АЛМАЗНОГО ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 2000 года по МПК G01N23/22 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для неразрушающего контроля качества твердосплавного и алмазного породоразрушающего инструмента. В основу способа положено облучение инструмента рентгеновскими лучами с одновременным в процессе облучения измерением количества импульсов акустической эмиссии, что позволяет установить инструмент, имеющий высокий предел прочности и выдерживающий большую разрушающую нагрузку.

Известен способ контроля качества изготовления бурового алмазного породоразрушающего инструмента, включающий определение твердости инструмента на шлифованных участках его поверхности на приборе Роквелла алмазной пирамидой (см. , например, ТУ 2-037-79-88 "Требования к выпускаемому алмазному породоразрушающему инструменту").

Недостатком известного способа является большая сложность его реализации и невозможность проведения оценки качества без разрушения инструмента.

Известен способ контроля качества твердосплавного инструмента измерением его магнитной проницаемости (см., например, Сб. трудов ВНИИТС, В.11.1970. - С. 52-65).

Недостатком известного способа является то, что невозможно проводить контроль качества инструмента без его разрушения, поскольку для измерений требуются идентичные образцы.

Известен способ контроля качества изделий из твердого сплава по измерению коэрцитивной силы (см., например, Сб. трудов ВНИИТС, 1973, В. 14. - С. 292).

Недостатком известного способа является необходимость одновременного контроля большой партии твердосплавных изделий.

Наиболее близким аналогом является рентгенографической способ контроля качества твердосплавного инструмента, проводимый методом наклонных съемок на дифрактометрах (см., например, "Проблемы прочности", 1975, N 9, - C. 60-65).

Недостатком известного способа является то, что контролируют только глубину слоя 1-4 мкм, участвующего в отражении.

В предложенном способе для контроля качества твердосплавного и алмазного породоразрушающего инструмента проводят его облучение рентгеновскими лучами и в процессе облучения измеряют количество импульсов акустической эмиссии. При облучении твердосплавного и алмазного инструмента рентгеновскими лучами происходит аннигиляция имеющихся в нем точечных дефектов. В области аннигиляции точечных дефектов резко возрастает в результате освобождения запасенной энергии температура до нескольких тысяч градусов, которая затем практически мгновенно (~ 10^-7 с) уменьшается до температуры окружающей среды. При этом возникает импульс давления, вызывающий акустическую волну. При распространении в твердосплавном и алмазном инструменте акустическая волна рассеивается на имеющихся в инструменте линейных дефектах. Количество импульсов акустической эмиссии определяется количеством дефектов, имеющихся в твердосплавном и алмазном инструменте. В более совершенном по структуре инструменте меньше рассеивающих центров акустических волн и большее количество импульсов акустической эмиссии.

Для установления корреляции между количеством импульсов акустической эмиссии и прочностными характеристиками материала проводят испытания твердого сплава на изгиб по стандартной методике нагружения, согласно которой нагрузку прикладывают в виде сосредоточенной силы в центре твердосплавного образца, расположенного между опорами. В качестве источника нагрузки используют испытательную машину УМГП-3. При этом определяется разрушающая нагрузка, предел прочности при изгибе, деформация, жесткость. Оценка твердости твердого сплава проводится по методу Роквелла, а микротвердость измеряют на микротвердомере типа ПМТ-3. Для испытаний по предложенному способу отбирают образцы твердого сплава, имеющие различные прочностные характеристики. Отобранные образцы облучают рентгеновскими лучами в течение 30 с на малогабаритной рентгеновской установке типа РУП-150-10 и в процессе облучения измеряют количество импульсов акустической эмиссии для различных образцов твердого сплава. Устанавливают зависимость между количеством импульсов акустической эмиссии и прочностными характеристиками твердого сплава. Результаты сравнительных испытаний твердого сплава ВК8 приведены в табл. 1. Как видно, наблюдается полная корреляция количества импульсов акустической эмиссии с прочностными характеристиками твердого сплава.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Проводят бурение скважин горных пород твердосплавными буровыми коронками СА-5 диаметром 76 мм. Испытывают три партии коронок, имеющих различный выход импульсов акустической эмиссии. Геолого-технические условия бурения скважин; горные породы - песчаник; средняя категория горных пород - 6,5; глубина скважин - 100-200 м Бурение проводят на буровой установке УКБ-4, включающей буровой станок СКБ-4, буровую мачту ВМТ-4, буровой насос НБ-32, труборазворот РТ-1200М. В качестве промывочной жидкости используют техническую воду. Оптимальные фиксированные режимные параметры бурения: осевая нагрузка 1000 кГс; частота вращения 280 об/мин; интенсивность промывки 100 л/мин.

Результаты сравнительных испытаний твердосплавных буровых коронок приведены в табл. 2.

Пример 2. Проводят бурение горных пород алмазными буровыми коронками 01 А3 Д40К40 диаметром 59 мм. Испытывают три партии коронок, имеющих различный выход импульсов акустической эмиссии. Геолого-технические условия бурения; горные породы - парфириты; средняя категория горных пород - 9,0; глубина скважин - 250-400 м. Бурение проводят на буровой установке УКБ-5, включающей буровой станок СКБ-5, буровую мачту БМТ-5, буровой насос НБ-4, труборазворот РТ-1200М. В качестве промывочной жидкости используют техническую воду. Оптимальные фиксированные режимные параметры бурения: осевая нагрузка 1200 кГс; частота вращения 407 об/мин; интенсивность промывки 60 л/мин.

Результаты сравнительных испытаний алмазных буровых коронок приведены в табл. 3.

Приведенные результаты свидетельствуют о том, что имеется прямая корреляция количества импульсов акустической эмиссии с проходкой на коронку и механической скоростью бурения скважин твердосплавным и алмазным породоразрушающим инструментом.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для контроля качества твердосплавного и алмазного породоразрушающего и металлорежущего инструмента. Способ включает облучение инструмента рентгеновскими лучами. В процессе облучения по количеству импульсов акустической эмиссии определяют количество дефектов, имеющихся в твердосплавном и алмазном породоразрушающем инструменте. При этом инструмент, обладающий более высоким качеством, дает более высокий выход акустической эмиссии. В результате получаем возможность неразрушающим методом отобрать инструмент, имеющий высокий предел прочности и выдерживающий большую разрушающую нагрузку. 3 табл.

Способ контроля качества твердосплавного и алмазного породоразрушающего инструмента, включающий облучение рентгеновскими лучами, отличающийся тем, что в процессе облучения по количеству импульсов акустической эмиссии определяют количество дефектов, имеющихся в твердосплавном и алмазном породоразрушающем инструменте.