¿Las varillas de perforación de extensión minera fallan constantemente? Un artículo para comprender los modos de falla y sus soluciones.
En las operaciones mineras, las barras de perforación son un componente crítico indispensable cuyo rendimiento afecta directamente la eficiencia y la seguridad. En comparación con las barras de perforación para túneles/avance, las barras de perforación para minería experimentan menos fallas anormales, pero una vez que ocurren, pueden causar problemas importantes en la producción. Este artículo examina los modos de falla comunes de las barras de perforación para minería, sus causas y las contramedidas para ayudarle a evitar interrupciones en la producción.
Desgaste de las roscas internas y externas: la causa más común del desgaste. Entre las diversas fallas de las varillas de perforación utilizadas en plataformas mineras, el desgaste de las roscas internas y externas es el más común, predominando el desgaste de las roscas internas. Es como un tornillo de uso diario: sus roscas se desgastan con el tiempo, aflojándose y dificultando su apriete; las roscas de las varillas de perforación se comportan de la misma manera.
¿Qué determina la resistencia al desgaste de la rosca de una varilla de perforación?
El proceso de fabricación es fundamental: la dureza del tratamiento térmico de la varilla, la profundidad de la carburación, el acabado superficial de la rosca y la precisión del ajuste son factores clave que afectan la resistencia al desgaste. Al igual que en la fabricación de una herramienta duradera, la elección de los materiales y la calidad del proceso determinan directamente su vida útil.
Condiciones de operación severas: la dureza de la roca y la complejidad geológica son fundamentales. En condiciones difíciles, se producen fácilmente atascos y desviaciones del orificio, lo que actúa como papel de lija y acelera el desgaste de la rosca.
Los factores del operador son importantes: la habilidad del operador y los ajustes utilizados (presión de avance/alimentación, presión del agua de lavado, etc.) pueden influir en el desgaste de la rosca. Una operación incorrecta es como someter la varilla a una tortura y provoca un desgaste anormal.
Atención al uso y mantenimiento: no afilar las brocas a tiempo no solo reduce la penetración sino que también provoca desviaciones del orificio; mezclar varillas desgastadas y nuevas o utilizar varillas de diferentes fabricantes (debido a las diferencias en las tolerancias de la rosca y el juego de ajuste) acelerará el desgaste de la rosca.
Fractura de la raíz de la rosca externa: consecuencia del uso excesivo. La fractura en la raíz de las roscas externas es otro modo de fallo común, que suele ocurrir cuando una varilla ya ha alcanzado su metraje típico, pero aún se utiliza. Normalmente, las roscas internas y externas se desgastan antes de que se produzca la fractura de la raíz; sin embargo, algunos productos cuyas roscas no se han desgastado pueden sufrir fracturas de la raíz si continúan en servicio. Las principales causas incluyen:
El proceso de fabricación es crucial: el nivel de tratamiento térmico determina la resistencia a la fatiga de la varilla. Es crucial que la microestructura del tratamiento térmico proporcione la tenacidad y la resistencia a la fatiga adecuadas. La estructura ideal es una superficie martensítica con alto contenido de carbono, un núcleo con bajo contenido de bainita y una zona de transición mixta amplia y lisa entre ambos. El acabado superficial de la rosca también influye en el rendimiento.
Las condiciones de funcionamiento añaden problemas: condiciones complejas con frecuentes atascos o desviaciones del orificio provocan fracturas por fatiga anormales en la raíz de la rosca.
El uso y el mantenimiento esconden riesgos: no afilar la broca a tiempo puede provocar desviaciones del orificio y, con ello, fracturas anormales de la raíz de las roscas de la varilla.
Fractura en el alivio de la rosca interna (corte vacío): un punto estructuralmente débil. La fractura en el alivio de la rosca interna (la región socavada/"corte vacío") es otro tipo de falla, generalmente causada por dos factores. Primero, durante la perforación, la rosca externa puede aplicar fuerzas al área de alivio de la rosca interna, que es estructuralmente más débil y, por lo tanto, propensa a fracturarse. Segundo, el desgaste severo en el exterior de la rosca interna reduce aún más la resistencia del área de alivio y aumenta el riesgo de fractura. Una contramedida práctica es seleccionar varillas con un diseño de rosca interna extendida: el enganche más largo ayuda a distribuir las cargas y reducir la concentración de tensión en el punto débil, reforzando efectivamente el área vulnerable.
Fractura del cuerpo de la varilla: un fallo en el control de calidad. Las fracturas del cuerpo de la varilla no son comunes y suelen estar relacionadas con problemas con el propio acero o con procesos de laminación/forjado inadecuados, y suelen ocurrir como incidentes aislados. Sin embargo, si se producen fracturas del cuerpo de la varilla en lotes, probablemente indique un problema importante de tratamiento térmico o de control del proceso; se requiere entonces una inspección detallada del proceso de tratamiento térmico y de los controles de calidad para identificar y corregir defectos.
Doblado de varillas: el problema oculto en la operación en serie. Las varillas de perforación minera se utilizan frecuentemente en sartas en serie, comúnmente de 10 a 20 varillas unidas entre sí. Una vez que una varilla se dobla, no solo se vuelve inutilizable, sino que puede provocar fallas anormales en otras varillas. Por lo tanto, la rectitud y la concentricidad son criterios de calidad críticos para las varillas mineras. Garantizar estas tolerancias geométricas mejora significativamente la confiabilidad y la durabilidad durante la operación continua.
Para evitar que las varillas se doblen, se requieren múltiples operaciones de enderezamiento durante la fabricación. La materia prima entrante puede deformarse y debe enderezarse antes de su posterior procesamiento. Las varillas pueden deformarse durante el tratamiento térmico y requieren un enderezamiento preciso posterior para cumplir con los estrictos estándares de rectitud. Además, el transporte y el almacenamiento deben gestionarse para preservar la rectitud y evitar que se doblen.
