Алмазное бурение отверстий от 15 руб./см. Лазерное бурение бетона


Лазерное бурение тонких глубоких отверстий в кремнезем содержащих материалах -

М. Васильев, В. Журба, В. Митькин, В. Романов, А.Щепкин // Журнал Фотоника, 1, 2013, с: 18-32

Механизмы лазерного разрушения пород зависят от температуры нагрева. В процессе разрушения, как правило, участвуют сразу несколько механизмов, причем преобладающее действие одного из них зависит от материала. На первый взгляд ввод в процедуру лазерного бурения пассивных циклов охлаждения и механического измельчения материала уменьшает его производительность. Но это справедливо лишь при нагреве до температур, превышающих температуру кипения материала. При нагреве до меньших значений ведущую роль в механизме разрушения начинает играть ослабленный слой.

Manufacturing Equipment and TechologyТехнологическое оборудование и технологии M. Vasiliev, V. Zhurba, V. Mit’kin, V. Romanov, A. Schepkin Laser Drilling of Small Diameter Deep Holes in Silica-Containing Materials Mechanism of laser destruction of a rock depends on heating temperature. The destruction is usually effected by several mechanisms all at once, their prevalence depends on the material. At first sight, introduction of passive cooling and mechanical grinding cycles to laser drilling process leads to reduced performance. But this is the case only when the material is heated above its boiling point. At lower heating temperatures, prevalent destruction mechanism is associated with weakened layer.

В последние двадцать лет наблюдается резкий скачок роста мощности излучения твердотельных лазеров. Это связано с появлением и развитием компактных лазеров новой архитектуры (лазеров с диодной накачкой, диодных и волоконных лазеров). Относительная дешевизна излучателей с мощностью свыше киловатта обеспечила их коммерческую доступность для исследователей широкого профиля. Мощное лазерное излучение стало применяться для резки и бурения толстых и объемных материалов (бетон, природные камни и т.д.) [1–5]. Например, в гражданском строительстве [1] применение лазерных технологий, свободных от шума и вибраций, наиболее эффективно в сейсмических районах для бурения отверстий в существующих бетонных зданиях. Там их используют для укрепления с помощью стальных стяжек или подобных деталей аварийных домов, а также при реставрации старинных зданий и их элементов [5]. Пригодна эта технология и в задачах предотвращения обвалов [1] при бурении отверстий в опасных отвесных участках горной породы для размещения в них взрывчатых веществ и разрушения взрывом. В атомной отрасли [2] мощное лазерное излучение используют для дезактивации выведенных из эксплуатации бетонных ядерных сооружений. В таком случае пользователей привлекает низкое пылевыделение, сопровождающее процесс лазерного снятия загрязненного поверхностного слоя и резку бетона. Важную роль играет дистанционное управление процессом, то есть удаленное размещение оборудования от объекта. Волоконно-оптические средства доставки лазерного излучения в зону обработки позволяют успешно применить лазерные технологии для бурения тонких диагностических отверстий в многометровых бетонных стенах могильников с захоронениями радиоактивных веществ [5]. В нефтегазовой отрасли [3] мощное лазерное излучение используется для реанимации заброшенных скважин и повышения эффективности вскрытия существующих скважин. Для этого выполняют перфорацию обсадных труб и сквозь отверстия бурят скважины в окружающей породе (цементированном агрегате, песчанике, известняке, сланеце и др.). Выбор оптимального и наиболее эффективного режима лазерной термообработки материалов зависит от конкретной цели. Необходимо четко представлять физические процессы и механизмы разрушения, происходящие в материалах в процессе лазерного воздействия на них. Механизмы лазерного разрушения пород зависят как от нагрева материала из-за поглощения излучения, так и от градиента температуры в материале, вызванного процессом теплопроводности. Поэтому их условно можно разделить на низкотемпературные и высокотемпературные механизмы разрушения. Условия для низкотемпературного механизма реализуются в области температур упруго-хрупкого состояния материала на стадиях нагрева и охлаждения. Так, при высокоскоростном нагреве поверхности образца в глубине тонкого приповерхностного слоя неизбежно возникает градиент температур. За счет него в слое появляются температурные касательные напряжения растяжения. В случае превышения предела прочности материала происходит локальное разрушение в виде шелушения и термического скола. К шелушению поверхности приводит также изменение давления от резкого расширения свободной воды (при температуре около 200˚С вода находится в пористой структуре приповерхностного слоя бетона) и частично выделяемой основной части химически связанной воды, входящей в состав цемента (в области температур 800–900˚С). При охлаждении нагретой поверхности под действием градиента температуры уже на ней самой возникают растягивающие напряжения. Они также могут превысить предел прочности материала и разрушить его, образуя на поверхности трещины. Высокотемпературный механизм разрушения реализуется в области температур размягчения материала в виде плавления, испарения или термического разложения. Таким образом, при воздействии мощного лазерного излучения на породы их разрушение происходит как за счет скалывания приповерхностного слоя материала из-за перепада температур и флуктуаций внутреннего давления, так и за счет плавления, испарения или термического разложения материала в области воздействия лазерного пятна. Для повышения эффективности лазерного разрушения используют струю газа высокого давления для выноса расплава из зоны обработки, а для быстрого охлаждения расплава и растрескивания затвердевшей остеклованной массы (шлака) в струю газа впрыскивают жидкость. Действия дополняют механическим дроблением и удалением шлака, введением в зону обработки порошков восстановителей для уменьшения температуры плавления кремнезема и т.д. В процессе разрушения, как правило, участвуют сразу несколько механизмов, причем преобладающее действие одного из них зависит от состава наполнителей материала. Так, в разрушении бетона, содержащего агрегаты из кварцита или базальта, мощным лазерным излучением превалирует эффект плавления над эффектами внутреннего давления. В то же время в бетоне с агрегатами из известняка разрушение носит взрывной характер, сопровождающийся выбросом кусков бетона без проявления следов плавления обработанной поверхности [2]. Для каждой породы характерно свое значение удельной энергии разрушения [3, 5]. Эффект теплового разупрочнения кремнеземсодержащих материалов Рассмотрим результаты лазерного бурения тонких глубоких отверстий в кремнеземсодержащих материалах (на примере бетона). При этом сделаем акцент на проявлении низкотемпературных механизмов разрушения при бурении пород, особенно на механизме теплового ослабления материала. Механизм теплового разупрочнения кремнеземсодержащих материалов, а к ним относятся практически все горные породы и искусственные строительные материалы, подробно описан в работе [6]. Обратимое превращение в кремнеземе низкотемпературного β-кварца в высокотемпературный α-кварц при переходе через температуру 573˚С приводит к разупрочнению [7]. Это превращение относится к типу превращений смещения, происходит без разрыва связей и сопровождается увеличением объема примерно на 0,86%, что свидетельствует о незначительных изменениях в структуре. Однако незначительные изменения структуры кремнезема приводят к заметным изменениям различных физических свойств материала в интервале температур превращения. Поэтому при температуре, соответствующей температуре перехода, внутри кристалла возникают напряжения большой величины [7]. Превращению при нагреве β-кварца в α-кварц соответствует медленное изменение физических свойств в некотором температурном интервале. Это связано с постепенным увеличением доли α-кварца в β-кварце вплоть до полного его замещения в точке перехода (при ~573˚С). Поэтому наблюдаемое при нагреве увеличение внутренних напряжений в точке перехода не вызывает растрескивания кристаллов. Этот факт экспериментально зафиксирован [7] при нагреве образцов размером 0,3–5 мм со скоростью до 100 град/мин. Обратному же при охлаждении превращению α-кварца в β-кварц соответствует резкое изменение физических свойств в точке перехода. А это уже приводит к растрескиванию кристаллов из-за резкого уменьшения их объема, вызывающего всплеск величины внутренних напряжений выше предела прочности. Заметим, что из-за высоких скоростей нагрева при лазерном бурении вероятно возникновение растрескивания и в процессе нагрева. Однако это требует экспериментального подтверждения. В работе [6] разупрочнение было продемонстрировано на примере бетона, кирпича, гранита и цементно-песчаной смеси как при омическом нагреве, так и при лазерном нагреве тонких и объемных деталей с последующим их охлаждением. Особенно ярко эффект такого разупрочнения был продемонстрирован в следующем эксперименте. Излучение волоконного лазера мощностью 100 Вт падало на плитку бетона толщиной 30 мм (диаметр пятна воздействия на внешней поверхности образца 10 мм). С тыльной стороны пластины по оси лазерного пучка была закреплена термопара для измерения температуры поверхности образца. Когда температура достигала 700˚С, облучение прекращали и охлаждали образец естественным образом на воздухе. В момент выключения излучения температура на внешней поверхности в пятне воздействия согласно расчетам для данной скорости нагрева (200 град/с) достигала величины начала плавления материала. Это заметно при появлении на внешней поверхности образца оплавленной зоны диаметром 8 мм (рис.1а). По мере охлаждения определяли твердость материала на тыльной поверхности образца, процарапывая ее позади оплавленного фронтального пятна. Только после остывания до температур ниже ~130˚С было зафиксировано разупрочнение материала, что позволило деревянной палочкой выскоблить материал в пятне диаметром, примерно равным 8 мм (рис.1б). Полученный результат показал, что и при лазерном облучении с присущими ему высокими скоростями нагрева разупрочнение кремнеземсодержащих материалов происходит также на стадии их охлаждения. Следовательно, для бурения кремнеземсодержащих материалов не обязательно использовать локальный нагрев до высоких температур плавления и испарения. Достаточно нагреть обрабатываемый материал до температур, немного превышающих 600˚С, а после – охладить его для ослабления структуры, затем механически измельчить и удалить из канала струей воздуха продукты разрушения. Высокотемпературное бурение Эксперименты по бурению глубоких отверстий начинались с исследования высокотемпературного режима разрушения. При таком методе бурение представляет собой этапы лазерного нагрева локальной площади материала до температуры плавления, последующего испарения и удаления с ее поверхности продуктов разрушения, например воздушной струей. Следующие слои последовательно нагреваются и также претерпевают плавление и испарение. Граница теплового воздействия лазерного излучения в результате поглощения перемещается вглубь материала вдоль оси пучка, и в результате теплопроводности, – в стороны от контура лазерного пятна. Объектами наших исследований в экспериментах служили образцы из гранита и бетона, а в качестве первоначального лазерного источника – 120-Вт волоконный лазер. Излучение после коллиматора фокусировалось длиннофокусной ( F = 375 мм ) линзой. Продольное перемещение образца относительно линзы в пределах расстояний от нее 200–330 мм позволяло менять плотность мощности излучения в зоне его воздействия. В область обработки с помощью тонкой трубки под минимально возможным углом к оси излучения подавали сжатый воздух под давлением 1,8 атм. На рис.2 приведена зависимость времени образования сквозных отверстий в бетоне от толщины образца при использовании непрерывного режима облучения. При выбранной геометрии эксперимента диаметр отверстия на входной поверхности образца составлял ~2 мм, а на выходной ~ 1 мм. При использовании фокусирующей линзы для доставки излучения в зону обработки в объемном образце формируется отверстие, глубина которого соизмерима с длиной перетяжки сфокусированного лазерного пучка. Длина этой фокальной перетяжки и определяет величину предельной глубины бурения, ограничивая достижение глубоких отверстий в монолитных породах. Поэтому для преодоления этого фактора необходимо последовательно перемещать плоскость с необходимой плотностью излучения вдоль оси формируемого лазерного канала. Продольное перемещение такой плоскости возможно только при использовании волоконно-оптических средств доставки лазерного излучения в зону обработки [4]. Если режим облучения одноточечный, то для обеспечения такого продвижения диаметр формируемого отверстия должен превышать диаметр волоконно-оптического кабеля. При этом вынужденно увеличивается мощность излучения. Размер пятна засветки на материале определяет диаметр формируемого отверстия. В этом случае расстояние между торцом излучающего волокна и плоскостью материала регулирует размер этого пятна. Расстояние необходимо поддерживать постоянным по мере углубления отверстия. Дальнейшие эксперименты мы проводили с лазерами повышенной мощности излучения, совмещенными с волоконно-оптическими средствами доставки лазерного излучения в зону бурения. В качестве средства использовали магистральное кварц-кварцевое оптическое волокно диаметром 600 мкм, в которое можно было эффективно ввести излучение и волоконного, и твердотельного лазера. При использовании твердотельного лазера ЛТИ-500 мощность излучения на выходе волокна составляла 360 Вт. Первоначальная конструкция головной рабочей части бура представляла собой систему из двух тесно прижатых друг к другу трубок диаметром 2 мм (общий поперечный размер 4 мм). Устройство предназначено для позиционирования на поверхности образца, формирования на ней требуемых пространственных параметров лазерного излучения и требуемого потока хладагента. В одной трубке помещали излучающее волокно с продувом воздуха в зазоре (для защиты торца от отработанного материала), а через другую трубку в зону обработки подавали охлаждающую струю воздуха или воздушно-капельной смеси. В цикл обработки входили период лазерного облучения, последующий период охлаждения воздухом и период впрыскивания в струю воздуха воды в момент окончания периода лазерного облучения. При величине мощности излучения 360 Вт получали отверстия диаметром только до 2,5 мм. В бетонных образцах толщиной 10–15 мм на формирование сквозных отверстий требовалось 30–40 с. То есть скорость проходки примерно та же, что и выше (~22 мм/мин), несмотря на удлинение процедуры бурения из-за введения дополнительных этапов охлаждения. Для увеличения поперечного размера формируемого канала в этом случае применяли поперечное сканирование лазерным пучком по площади предполагаемого сечения. Экспериментально опробовали двухкоординатное сканирование, при котором форма сечения образующегося канала получалась близкой к прямоугольной (см. рис.3). Режим обработки тот же. За один цикл сканирования снимали слой материала толщиной 5–7 мм. Из-за того, что площадь обрабатываемой поверхности много больше площади сканирующего пятна излучения, скорость бурения в методе сплошного сканирования существенно ниже. Высокотемпературное бурение сопровождает нагрев материала вокруг формируемого отверстия. Даже при используемом режиме бурения с водяным вспрыскиванием в зону обработки температура материала у поверхности отверстия после окончания бурения достигала 100–120˚С. Нагрев материала, в свою очередь, ведет к появлению в объеме образца температурного градиента за счет процессов теплопроводности. В этом случае тонкое отверстие может стать концентратором возникающих температурных напряжений, что способно привести к разрыву образца по линии отверстия (рис.4а). Кроме этого, углубляя отверстие разными методами облучения (одноточечным или методом поперечного сканирования пятном излучения по площади забоя отверстия), мы встречаемся с трудностями удаления расплавленного материала, что требует повышения мощности лазерного излучения. В свою очередь, из-за теплопроводности и теплоизлучения от расплавленной зоны материал вокруг отверстия нагревается. И поперечный размер расплава на забое глубокого отверстия может превысить не только диаметр лазерного пятна, но и диаметр коронки. Тогда образуется менее вязкий материал, трудный для извлечения. С ростом глубины бурения растет вероятность закупорки отверстия из-за неизбежного загрязнения поверхностей бура и отверстия пролетающими в зазоре между ними остывающими частицами расплава (рис.4б). По всей видимости, именно перечисленные выше причины преградили путь к успеху проводимым ранее многократным попыткам бурения глубоких отверстий в бетоне с увеличенной мощностью лазерного излучения. Использование чисто высокотемпературного механизма разрушения в бурении глубоких отверстий ограничено.

Низкотемпературное бурение Бурение, использующее только низкотемпературные механизмы разрушения, это процесс циклического воздействия на зону обработки периодов нагрева и охлаждения. При этом температуры нагрева не превышают температуру плавления материала. Приповерхностный слой в зоне обработки в этом случае подвергается действию знакопеременных напряжений и внутренних давлений, разрушение проявляется в виде отслаивания мелких фрагментов. Мы опробовали такое бурение на кубических образцах из смеси цемента марки 400 с кварцевым песком, выдержанных не менее 60 дней, размером 35×35×35 мм. Источник лазерного излучения – твердотельный лазер ЛТИ-500 (длительность импульса излучения 2 мс, частота следования импульсов 30 Гц, средняя мощность излучения на выходе волокна – 190 Вт). Цикл обработки длительностью около 4 с состоял из периода лазерного облучения рабочей зоны, периода импульсного впрыска воды в зону обработки в момент окончания периода облучения и периода охлаждения воздухом под давлением 4 атм. Циклы повторяли до формирования отверстия заданной глубины. В образце получили сквозное отверстие диаметром 5 мм на входной поверхности и 2 мм – на выходной. При таком режиме сильного накопления тепла в материале не наблюдалось, и температура образца не превышала 45˚С. Поверхность нагревалась до температуры ниже плавления за весьма короткое время, это снижало глубину прогрева материала и, следовательно, воздействию знакопеременных напряжений подвергался приповерхностный слой малой толщины. Именно это, в основном, и определяло малую производительность бурения методом, основанным только на низкотемпературном механизме разрушения. Комбинированный лазерно-механический метод бурения В рассмотренных выше методах лазерного бурения бетона в процесс удаления материала не были вовлечены эффекты теплового ослабления микроструктур составляющих его компонентов. При нагреве происходит ослабление цементного камня за счет разрушения водно-химических связей структуры цемента при температурах 800–900˚С, в результате этого уменьшается сила сцепления агрегатов в бетоне. При охлаждении происходит растрескивание кристаллов кремнезема за счет фазового превращения в области температур 550–600˚С внутри объема всех кремнеземсодержащих составляющих бетона (цемент, агрегаты). Процесс локального растрескивания микроструктур никак не проявляется на внешнем состоянии бетона из-за изотропного характера разрушения по объему. То есть эти фазовые превращения структуры кремнезема в слоях не воздействуют механически направленно на массив бетона, что необходимо для деформации или разрушения его поверхности. Требуется механическое вмешательство для снятия ослабленного слоя бетона. Расчетные оценки показывают, что введение в процедуру лазерного бурения операции механического удаления слоя с ослабленным материалом увеличивает в несколько раз глубину отверстия, формируемого за цикл обработки.

Мы провели эксперименты по бурению с помощью комбинированного лазерно-механического метода, который включал в себя стадии лазерного локального нагрева материала до температур его испарения, последующего охлаждения и механического воздействия. Локальный нагрев до температур испарения формирует кратер с расплавом материала в его полости (несмотря на испарение материала, больший его объем в кратере все же находится в жидкой фазе). Охлаждение, во-первых, остужает расплав в полости кратера до стеклообразного состояния. Во-вторых, создает условия для низкотемпературного структурного превращения кремнезема в массе материала вокруг кратера (за фронтом плавления в слоях материала с более низкими температурами нагрева), ведущего к ослаблению материала. Механическое воздействие направлено на дополнительное увеличение глубины отверстия измельчением ослабленного материала и удалением шлама из зоны обработки воздушной струей. Присутствие слоя ослабленного материала вокруг оплавленной зоны кратера позволяет использовать режущую коронку большего диаметра, чем диаметр пятна излучения. Тогда объем удаляемого материала увеличивается. С учетом этого факта наиболее технологичным способом бурения отверстий с круговым сечением в методе поперечного сканирования стал метод многоточечного последовательного воздействия лазерного пучка определенного диаметра по круговому периметру отверстия (метод вскрытия). При этом одноточечный характер облучения сохраняется. Периодический поворот за время 80 с манипулятора (колонковая трубка с ребристой коронкой на рабочем конце) вокруг своей продольной оси на ±360˚ обеспечивает поперечное перемещение лазерного пятна по обрабатываемой поверхности материала. При этом излучающее волокно, закрепленное на внутренней поверхности колонковой трубки, перемещалось по круговой траектории по периметру кольца диаметром 10 мм. Это дало возможность перекрыть материал в осевой части отверстия тепловыми зонами ослабления от локальных пятен лазерного воздействия. Торец волокна отстоял от обрабатываемой поверхности на 10 мм. Режим лазерной обработки был циклическим: нагрев излучением (мощностью 340 Вт, за время 2 с), последующее охлаждение потоком воздуха (за время 2,5 с) с одновременным впрыскиванием воды в воздушный поток в момент окончания лазерного облучения. В момент лазерного воздействия из зоны обработки за счет испарения частично выносится материал. Завершал цикл после полного оборота манипулятора этап механической обработки. Колонковая труба с коронкой выдвигалась вперед до касания с материалом и под действием продольного усилия торцевыми и боковыми резцами крошила хрупкую систему из затвердевшего расплава с окружающей ослабленной подложкой материала, продвигаясь вперед (рис.5а). Образующийся столбик ослабленного материала в центре колонковой трубки постепенно с углублением крошился. Измельченный материал выносился из канала потоком подаваемого воздуха. Затем циклы повторялись до получения заданной глубины. Для применения одноточечного лазерного бурения в комбинированном лазерно-механическом методе оказалось достаточно для формирования отверстия диаметром 10–12 мм воздействовать на материал пятном излучения диаметром 6 мм при мощности ~500 Вт. Тонкий пучок за счет испарения материала на оси предполагаемого отверстия формирует кратер с характерным суживающимся в продольном направлении радиальным профилем, близким по форме к радиальному распределению плотности энергии в сечении пучка излучения (рис.6). В материале вокруг затвердевшего кратера в процессе охлаждения образуется зона с ослабленной структурой. По направлению оси кратера и внедряется вращающаяся режущая головка большего диаметра, легко разрушая с торца наклонные хрупкие слои материала разной прочности и формируя отверстие с ровной боковой поверхностью. Из рис.7 видно, что при чисто лазерном бурении отверстие имеет оплавленную неровную боковую поверхность, а лазерно-механический метод создает отверстие с четко сформированной, ровной, и главное – проницаемой поверхностью. Такое качество важно в ряде применений, например в нефтегазовой отрасли для повышения эффективности вскрытия скважин локальным бурением в породе, окружающей боковые отверстия. Головная часть лазерного бура, используемого в эксперименте, представляет собой колонковую трубу с ребристой коронкой с тугоплавкими резцами. Вдоль ее оси в металлической трубке размещено оптическое волокно. Для охранного обдува его выходного торца по трубке постоянно подается воздух. В период механической обработки материала поток воздуха в трубке усиливается для выноса измельченных частиц материала из зоны обработки. Частицы уносятся через зазор между внутренней поверхностью колонковой трубы и внешней поверхностью трубки. Этот зазор можно также использовать для подачи в зону обработки воздушно-водяной смеси, ускоряющей процесс остывания материала. Колонковая труба с коронкой вращалась с постоянной угловой скоростью ∼1 оборот/с. Волокно не вращается, его торец отдален от поверхности материала на такое расстояние, что диаметр пятна излучения на поверхности равен ∼6 мм. После облучения и охлаждения забоя отверстия бур продвигался вперед, механически измельчая ослабленный материал. После продвижения на расчетную глубину бур вдвигался обратно и цикл повторялся.

Экспериментальная отработка комбинированного лазерного инструмента производилась на стенде (рис.8а). Образцы для бурения – блоки 300×150×120 мм из бетона марки 300. Элементы тесно укладывались последовательно друг за другом на оптический рельс и фиксировались стальными стяжками, набирая длину материала. В качестве источника лазерного излучения использовали волоконный лазер YLR-500. Магистральное оптическое волокно диаметром 400 мкм и длиной 15 м с охлаждаемым оптическим разъемом доставляло излучение в зону обработки. Мощность излучения на выходном торце магистрального волокна составляла 490 Вт. Облучение длилось 6 с, затем работал сильный охлаждающий воздушный поток в течение 10 с, после чего механически измельчали материал и потоком воздуха удаляли шлам. Формирование скважины глубиной 3–5 мм проходило за один цикл бурения длительностью 30–40 с. На первый взгляд, ввод в процедуру лазерного бурения пассивных циклов охлаждения и механического измельчения материала уменьшает производительность комбинированного лазерно-механического метода по сравнению с активным высокотемпературным методом на основе испарения и плавления. Да, это справедливо для режимов нагрева поверхности до температур, намного превышающих температуру кипения материала. Однако при нагреве ниже этих температур, согласно расчетам, по производительности оба метода бурения соизмеримы, а в случае обеспечения наибольшей толщины расплавленного слоя эффективность лазерно-механического метода выше. Так, при нагреве поверхности до температуры кипения кремнезема 2800˚С пятном излучения диаметром 6 мм с плотностью тепловой мощности 100 Вт/см2 глубина залегания теплового фронта с температурой 600˚С равна ~3,5 мм и объемная скорость удаления материала составляет ~395 см3/(ч·кВт) при диаметре коронки 10 мм и ~575 см3/(ч·кВт) при диаметре коронки 12 мм (поперечные размеры ослабленной зоны допускают такой размер).

Объемная скорость удаления материала только выдувом расплава (толщина расплавленного слоя 0,9 мм) из отверстия диаметром 6 мм для данного режима почти в два раза меньше и составляет ≈250 см3/(ч·кВт). С уменьшением плотности тепловой мощности увеличивается толщина ослабленного слоя, что создает преимущества для использования комбинированного лазерно-механического метода. Анализ четко указывает на необходимость оптимизации режимов лазерно-механической обработки для достижения максимальной производительности бурения. Кроме того, в области температур нагрева поверхности 2000–2800˚С производительность этого метода превышает величину производительности для чисто высокотемпературного метода бурения, применение которого чревато закупоркой отверстия шлаками в случае его большой глубины. Вне указанной области температур производительность комбинированного метода бурения падает.

Только лазерно-механический метод бурения обеспечил возможность получения в бетоне глубоких отверстий диаметром 10 мм и длиной до 10 м (рис.8б). Метод позволяет в процессе бурения регулярно удалять тепло из забоя отверстия, то есть вероятность разрушения на тонком отверстии массива материала из-за возможного его перегрева снижается. Это позволяет бурить отверстия в изделиях с относительно малыми поперечными размерами. Следует отметить, что при обработке бетонных образцов скорость бурения резко менялась с продвижением в зависимости от наличия заполнителей разной твердости на пути лазерного бура. В цементном растворе скорость бурения возрастала, а при попадании бура на участки со светлыми кварцевыми включениями резко падала. Для восстановления скоростных показателей бурения в последнем случае вдвое увеличивали как длительность нагрева, так и период охлаждения перед процессом механической обработки. Загрязнение поверхности отверстия (нарастание материала на поверхности) пролетающими расплавленными частицами по мере его углубления устраняли механически при каждом проходе режущей коронки.

Полное содержание статьи: http://www.photonics.su/files/article_pdf/3/article_3580_189.pdf

Поделиться ссылкой:

Похожее

xn--80akfo2a.xn--p1ai

алмазное бурение

алмазное бурение отверстийалмазное бурение отверстийалмазное бурение отверстий 1. Рад приветствовать Вас на сайте мастера алмазных технологий. Коротко о себе: Андрей, специалист в области алмазного бурения и сверления. Цены и регламент бурения отверстий алмазными коронками агрегата Hilit DD-350 приведены в соответствующих разделах сайта. Мой опыт работы в данной сфере: 12 лет. География работ: города Московского региона и столица, а также близлежащие области. Работы по монолиту произвожу по безударной и безвибрационной методике. Бетон с арматурой в буквальном смысле режется алмазными сегментами коронки или диска. Наиболее популярные работы: [*1] изготовление отверстий в стенах, фундаментах для вентиляции или прокладки коммуникаций. [*2] Распил монолита для создания проёмов. [*3] Демонтаж жб конструкций любой сложности.

алмазное бурениеалмазное бурениеалмазное бурение 2. 5 преимуществ заказа алмазного бурения отверстий у меня, частного мастера. 1 - работаю без посредников. 2 - цены на алмазное бурение отверстий на 25%-30% ниже средних. 3 - оперативно выезжаю на объект. При необходимости срочного проведения работ прибываю по указанному адресу в течении полутора часов с момента обращения по контактному номеру (указан вверху сайта). 4 - работаю профессиональными агрегатами Hilti DD-350, Husqvarna K-760 Cut-n-Break. Для распила жби с арматурой применяю мощный стенорезный агрегат: Hilti DS-TS32. 5 - практически каждому заказчику предоставляю скидку 5% и более. Размер дисконта напрямую зависит от объёма заказа. При долговремнном сотрудничестве предлагаю максимально выгодные расценки.

Почему мои цены ниже средних.

3. Обозначу 2 основные причины, благодаря которым мои цены на все виды работ ниже средних на четверть и более. Во-первых, я частник и работаю без каких-либо посредников. Все финансовые, технические и организационные вопросы решаются на строительном объекте, между заказчиком и непосредственным исполнителем работ, то есть мной. А кроме того, мне не нужно оплачивать аренду офиса и содержать офисный персонал. Как следствие вышеперечисленных обстоятельств - уровень цен значительно ниже, чем у компаний. Второй фактор: 6-7 заказчиков из 10 обращаются ко мне по рекомендации от бывших клиентов. А значит качество моей работы и цена вполне устраивают заказчиков. Как следствие - не нужно тратить средства на дорогостоющую рекламу.

Алмазная резка бетона - проёмы.

алмазная резка монолитараспил жби алмазными дискамирезка бетона М400 4. Необходима алмазная резка бетона от частного мастера? Обращайтесь: +7-985-000-76-50, провожу резку бетона алмазными дисками. Максимальная толщина монолитных конструкций может достигать 8-ми метров и более. Для работы использую ручной резчик Husqvarna K-760 Cut-n-Break с дисками диаметром 250 мм. Для распила конструктива толщиной более 500 мм применяю стенорезные агрегаты Husqvarna WS-463 с диаметром диска 1840 мм. Наиболее востребованные виды работ: [1*] создание дверных проёмов как по стандартным габаритам 900х2100 мм, так и по индивидуальным размерам. Помимо дверных изготавливаю оконные и технологические проёмы, возможны работв по расширению и коррекции. [2*] Создание технологических ниш, выемок для монтажа различных инженерных коммуникаций. На фото: распил монолитной перегородки из бетона М400 толщиной 325 мм. Габариты пропила: 870 мм по ширине, 2150 мм по высоте. Работа выполняется с помощью бензорезного агрегата Husqvarna K-1260, диаметр защитного кожуха 17 дюймов.

Сверление отверстий в фундаментах алмазной коронкой.

Продух 125 мм в фундаментевентиляционный канал в фундаментефундаментный блок ФБС500 с продушиной

Рабочий объем цилиндра, см³ 73,5
Мощность, кВт 3,7
Вибрации на передней рукоятке, м/с² 1,9/2
Вибрации на задней рукоятке, м/с² 2,6/2,6
Звуковое давление возле уха оператора, дБ (A) 101
Гарантированная мощность звука, дБ(А) 113
∅ режущего диска, мм 300/350
Макс. глубина резки, мм/дюйм 100/125
Вес, кг 9,7/9,9

5. На фото: сверление 4-х продухов в ленточном фундаменте толщиной 560 мм. Как показывает практика, до 50% заказов на создание отверстий в монолите приходится на изготовление вентиляционных продушин в фундаментах различного типа. Стандартный фундаментный блок ФБС-500 толщиной 0,5 метра просверливается за 25 минут. Диаметр коронки может варьироваться в диапазоне от 100 до 350 мм и более, в зависимости от индивидуальных особенностей объекта. Цель создания продухов - это обеспечение вентиляции в подвальном, цокольном пространстве жилого здания. Отсутствие нормального воздухообмена приводит к возникновению и развитию микроорганики - плесени, грибка. А кроме того, отмечается повышение концентрации радиоактивного газа радон. Газ выеделяется через микропоры в грунте и скапливается в заглубленных помещениях. При отсутствии вентиляции радон накапливается до предельно допустимых концентраций, что не лучшим образом влияет на человеческий организм.

Подрозетники в армированных стенах.

создание подрозетника 67 ммизготовление подрозетника 67 ммглубина подрозетника 35 мм 6. Создание отверстий в армированных жб стенах и перегородках - это один из популярных видов работ при проведении отделки или капремонта квартиры или дома. Попутный вид работ - нарезка штробы в монолите для укладки скрытой электропроводки. Подрозетники - посадочные гнёзда для монтажа электророзеток, выключателей. Диаметр подрозетника - 67 миллиметров. Изредка встречаются электрические приборы с диаметром посадочной коробки в 68 мм. На фото: бурение 8 подрозетников коронкой Hilti BS*67. Глубина посадочного гнезда составляет 45 мм. Работы проводятся агрегатом Hilti DD-200 по влажной технологии. Отмечу, что данный вид работ может проводится в помещениях с уже выполненной отделкой. Уровень шума при работе коронкой по жби не превышает значений норматива СН 2.2.4*562-96.

Отверстия в перекрытиях и плитах.

7. Бурение железобетонных плит 1ПК, 1ПБ и перекрытий ПНО как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости - ещё один востребованный вид заказов. На фото: монтаж станины инструмента Hilti DD-300 для создание проёма под установку лестничного марша. Габариты проёма: 950 мм в ширину и 5600 мм в длинну. Технология изготовления проёма: высверливание с послдующей обработкой периметра агрегатом Husqvarna K-3000. Толщина плиты 2ПБ - 185 мм. Время на прохождение монолитного горизанта пустотного перекрытия: 20 минут. Перечислю наиболее востребованные виды работ по созданию отверстий и пропилов в плитных перекрытиях. [*1] Прокладка инженерных коммуникаций: линий электро и теплоснабжения, слаботочных сетей, вентиляционных магистралей. [*2] монтаж эксалаторных и лестничных полотен. [*3] устройство лифтовых и элеваторных шахт.

Алмазное бурение отверстий - мои плюсы.

Перечислю основные плюсы сотрудничества по созданию отверстий в бетоне, железобетоне, кирпиче, камне со мной, мастером алмазных технологий со стажем работы 12 лет. - Работаю без посредников. - Цены минимальны и ниже средних на четверть и более. - Качество работы высокая. Точность отверстий и пропилов практически ювелирная. Максимальная погрешность при работе коронкой не превышает 0,018%. - Оперативно выежаю на объекты в Москве, Московской области. - Работаю профессиональным инструментом от ведущих производителей: Husqvarna, Hilti, Tyrolit. - Практически каждому заказчику предоставляю скидки на все виды работ в размере 5% и выше. Большим объёмам работ и долговременному сотрудничеству - максимально выгодные условия сотрудничества. - Широкий спектр дополнительных работ по бетону и кирпичным конструкциям: нарезка швов, демонтаж, распил с помощью промышленных канатных установок.

Если есть вопросы по технологии, ценам и скидкам на алмазное бурение отверстий в бетоне, а также резке монолита дисками, то обращайтесь ко мне по телефону: +7-985-000-76-50 (Андрей) с 9-00 до 21-00. Я постараюсь максимально подробно ответить на них.

Алмазное бурение отверстий - фотогалерея.

алмазное бурение бетона алмазное бурение

Фото 1,2.

алмазное бурение бетона алмазное бурение

Фото 3,4.

алмазное бурение бетона алмазное бурение

Фото 5,6.

алмазное бурение бетона алмазное бурение

Фото 7,8.

алмазное бурение бетона алмазное бурение

Фото 9,10.

алмазное бурение бетона алмазное бурение

Фото 11,12.

алмазное бурение бетона алмазное бурение

Фото 13,14.

алмазное бурение бетона алмазное бурение

Фото 15,16.

алмазное бурение бетона алмазное бурение

Фото 17,18.

алмазное бурение бетона алмазное бурение

Фото 19,20.

xn----7sbajpjolckn2o.xn--p1ai

Алмазное сверление отверстий в бетоне кирпиче. Москва. Московская область

Технология алмазного сверление отверстий в абразивных армированных и неармированных конструкциях позволяет получить необходимое, аккуратное, геометрически точное отверстие.

Данная технология – проста в исполнении, технологически безопасна, оптимальна по соотношению цена качество.

Сверление технологических отверстий под углом к поверхности

Сверление технологических отверстий в трудно доступных местах

Сверление технологических ниш и проёмов для различных видов коммуникаций

Горизонтальное сверление

Охлаждение кольцевого сверла производится водой

Алмазная установка крепится к стене анкером или дюбелем

Подробнее в разделе фотографии
На высверленном керне видны следы арматуры 18мм

Сверление трех соосных отверстий в бетоне. Диаметр арматуры - Ø18 мм. Бетон марки - М500. Диаметр отверстия Ø112 мм - под канализационную трубу Ø110 мм

Керны из отверстий Д62 с армированием

Керны из бетонных отверстий Ø62 мм с армированием. Под водопроводную трубу Ø50 мм

Бетон армирован автомобильными рессорами

Ленточный фундамент состоит из бетона, гранитой крошки и автомобильных рессор вместо стандартного армирования. Был дефицит металла в то время в нашей стране.

Проба бетона

Использование алмазного сверления для взятия пробы бетона. Вес керна можно оценить здесь.

Технология алмазного сверления бетона пришла на смену перфораторам, пневматическим и отбойным молоткам. Технология алмазного бурения со временем приобретает все большую распространённость и популярность, как в строительстве домов, так в частном коттеджном строительстве.

Применяя технологию алмазного бурения отверстий в бетоне, с использованием алмазного инструмента, появилась уникальная возможность изготовления точных отверстий в бетоне, кирпиче и монолите простым способом. После такого сверления отверстия имеют гладкую поверхность, что в свою очередь позволяет строителям не проводить последующую отделку и шлифовку. Подробнее о технологии алмазного сверления и бурения в разделе Технология Как выглядит процесс алмазного сверления в разделе Фотографии

www.almaz-tech.ru

Алмазное сверление отверстий в бетоне и кирпиче

Преимущества алмазного бурения

Технология алмазного бурения широко применяется в строительстве, при перепланировке помещений, монтаже вентиляционного оборудования, канализации, прокладки коммуникаций в домах, офисах и т.д.

Основные преимущества алмазного бурения, является возможность высверлить идеально круглое отверстие, различного диаметра (от 25мм-500мм), в армированном бетоне, граните, кирпиче и т.д. за минимальное время, безударным методом. При этом глубина бурения может достигать 5 метров ( и это не предел). Алмазное бурение отверстий осуществляется с подачей воды в коронку, что обеспечивает отсутствие пыли в процессе сверления.

При помощи установок алмазного бурения, можно сверлить отверстия, как на вертикальных, так и на горизонтальных поверхностях. Также возможно бурение отверстий под углом.

Алмазное бурение(сверление) на настоящее время является самым безопасным, быстрым и экономически выгодным способ формирования отверстий и проёмов в различных твердых строительных материалах. Бурение отверстий осуществляется кольцевыми сверлами с алмазными сегментами( коронки) с использованием воды, путем её подачи в коронку, что позволяет производить работы в материале любой твердости и высокой степенью армированности и исключает пылевые выбросы. Благодаря безударному способу бурения с использованием кольцевидных алмазных коронок достигается низкий уровень шума, а самое главное, сохраняется целостность обрабатываемого материала (бетона, кирпича, камня и т.д.), в результате чего вы получаете идеально круглое отверстие с ровными краями как на входе, так и на выходе, не требующее дальнейшей обработки, что в свою очередь ЭКОНОМИТ Ваше время и средства.

burenie-betona.ru

Алмазные коронки для бурения бетона рекомендации

Содержание статьи:

Алмазные коронки для бурения бетонаАлмазное сверление бетона сегодня является аналогом отбойному молотку, но его смело можно относить к современному аналогу, который работает без вибрации и дополнительных ударов.

В первую очередь, алмазное бурение выполняет основную функцию – производство отверстий в бетонных конструкциях. Здесь можно сразу отметить, что алмазное бурение возможно использовать и для работы с бетоном, железобетоном и кирпичом.

Наибольшая эффективность сверления

Современный аналог отбойному молотку демонстрирует наибольшую эффективность в следующих типах строительных работ:

  • В сверлении монолитных конструкций из железобетона.
  • При бурении отверстий в бетоне на большую глубину и при большом диаметре.
  • При работе по прокладке коммуникаций в уже готовом железобетонном монолите или кирпичной кладке. (Прокладка сантехники, вытяжки, стояков системы отопления, электропроводки.)

Кроме того, большое распространение алмазное бурение получило в работе по установке анкеров и креплений для лестниц. В последнем случае речь как раз идет о том, что приходится работать с гранитом, а это один из наиболее сложных в плане бурения, естественных материалов.

Работа с коронками при бурении

При работе с алмазными коронками в обязательном порядке необходимо соблюдать определенные правила. Они не сложные, но обязательные.

Во-первых, необходимо обратить внимание на то, что алмазный сегмент всегда монтируется к стальному корпусу установки с помощью припоя. Поэтому и само бурение всегда происходить только при наличие воды, которая должна подаваться во время работы.

высокоэффективные алмазные коронки В данном случае вода выступает в роли охладителя, без нее припой ослабевает под воздействием высокой температуры и может или вогнуться внутрь инструмента, или отлететь.

Во-вторых, далее, уточним, что коронки с алмазной сваркой полностью предназначаются для сверления без воды, скажем так, в сухую. В этом случае опорная стойка должна быть закреплена очень точно и крепко, иначе во время сверления можно наблюдать появление перекосов.

При плохо закрепленной опорной стойки, во время работы могут отламываться алмазные сегменты. Кроме того, возможно, что подвергнется деформации и сама коронка.

Важно! Если алмазная коронка будет деформирована, восстановлению она уже не подлежит.

И в-третьих, обратим особое внимание на то, что нельзя допустить чрезмерного давления на коронки. Давление также приводит либо к отламыванию алмазных сегментов, либо к тому, что коронка перегревается, а это уменьшает срок ее эксплуатации.

И еще, на корпусе коронки образуется керн, который ни в коем случае нельзя удалять при помощи ударов по нему молотком.

Ресурс алмазных коронок

Как правило, ресурс алмазной коронки строго зависит от двух основных моментов:

  • От типа материала, в котором производится бурение.
  • От правильности использования установки.

Можно уточнит, что, чем больше диаметр алмазной коронки, тем больше ее ресурс, что совершенно логично, так как на такой коронке больше алмазных сегментов расположены.

Приведем простой пример, так если коронка будет диаметром 200 миллиметров и у нее хорошая насыщенность алмазными сегментами, то она сможет отработать на 20 погонных метров в Установки алмазного сверлениясреднеармированном бетоне.

Отметим, что больше всего алмазного сегмента расходуется именно на прохождение арматуры, поэтому, чем больше диаметр стальных стержней, тем сложнее проводить бурение. Правда, если бетон армировался пластиковой арматурой, то и работа проходит иначе.

Что выводит из строя алмазную коронку

Итак, мы выяснили, что в основном на расход коронки оказывает влияние именно армирование конструкции. Здесь уместно рассмотреть и схему армирования, которая потом оказывает свое влияние на все работы. Теперь определим, что приводит к тому, что коронка выходит из строя:

  • Биение коронки во время сверления.
  • Жесткое закрепление опорной стойки.
  • Чрезмерно сильная подача коронки и чрезмерное давление.
  • Сверление без воды.
  • Сверление вдоль армирующего элемента.

Все эти факторы приводят не только к отламыванию сегментов, но и к тому, что происходит полная деформация коронки, а это уже приводит к тому, что ее приходится заменять.

Типы сегментов алмазной коронки

Существует несколько основных типов алмазной коронки, ее сегментов, которые находятся в зависимости от того, для чего предназначена коронка и материал, из которого изготавливается основной сегмент.

Сам сегмент получается при смешивании алмазной крошки и металлического порошка, который носит название «связка». Под специальным прессом компоненты прессуются, затем запекаются, и в результате, мы получаем алмазную коронку.

Форма прессования может быть для:

  • Алмазных буровых коронок.
  • Для отрезных алмазных дисков.
  • Для фрез.
  • Для шлифовальных дисков.

Можно еще уточнить, что для работы с твердыми материалами в конструкциях используются алмазные коронки с мягкой связкой.

Коронки с лазерной сваркой

Необходимо отдельно отметить, что наиболее современным вариантом алмазной коронки считается вариант с лазерной сваркой.

Коронки с лазерной сваркойМетод напайки, таким образом, по праву относят к наиболее прогрессивному и технологически верному решению.

Выше мы писали, что алмазное сверление в некоторых случаях возможно проводить на сухую, то есть без использования воды. Так вот, это возможно исключительно при использовании коронок с лазерной сваркой. В таком виде они легко выдерживают чрезмерно высокие температуры

Несколько слов о хвостовиках

Алмазные коронки поставляются с типовыми хвостовиками 1 ¼, а для небольших коронок используется хвостовик ½. Это типовые установки, которые работают практически с любым видом инструмента и маркой, брендом, за исключением техники Hilti.

dom-fundament.ru

Алмазное бурение и сверление бетона алмазными коронками, оборудование

Справочник/Технология сверления/

При выполнении работ по алмазному бурению и сверлению в различных строительных конструкциях, режущим элементом является алмазный сегмент. Его рабочей поверхностью являются синтетические алмазы, которые равномерно распределены по всему объему алмазного сегмента.

Алмазная крошка

алмазная крошка

Для производства режущей части алмазного инструмента используют алмазную крошку размером 150-500 микрон:

  • Природные алмазы - отходы ювелирной промышленности. Это «эконом-класс». Отходы огранки алмазов отличаются большим разбросом размеров, формы и твердости.
  • Синтетические алмазы - отличающиеся большей стабильностью формы, твердости и чистоты, в конечном счете – повышенным сопротивлением износу.
Сегменты

сегменты

Алмазная крошка смешивается с металлическим порошком. Полученная масса специальными прессами формуется в изделия (алмазные сегменты) различной формы в зависимости от назначения – для алмазных буровых коронок, для алмазных отрезных дисков или фрез, для шлифовальных дисков. Затем изделия спекаются по технологии порошковой металлургии.

Структура сегмента

структура сегмента

После спекания металлический порошок образует так называемую матрицу, в которой удерживаются алмазные зерна. Потребительские свойства алмазных сегментов зависят как от характеристик алмазных зерен, так и от свойств матрицы.

Для просмотра этого видео, пожалуйста, включите JavaScript и обновите браузер до версии, которая поддерживает HTML5 видео

Необходимые свойства матрицы становятся понятны из рассмотрения принципа работы алмазного режущего инструмента:

1. образование микрорезца
  •  образование «микрорезца»;
  •  удаление частиц обрабатываемого материала;
2. выкрашивание алмазной крошки
  •  выкрашивание алмазной крошки;
  •  частичное разрушение матрицы;
3. открытие доступа к новым алмазам
  •  выпадение режущей алмазной частицы;
  •  открытие доступа к новым алмазам;
  •  появление новых «микрорезцов»;

Таким образом, постоянный износ матрицы – необходимое условие сохранения режущих свойств алмазного инструмента.

Скорость износа должна быть:

  • не слишком высокой, чтобы не расходовать бессмысленно работоспособные микрорезцы;
  • не слишком низкой, чтобы по мере выкрашивания микрорезцов вовремя вскрывать новые алмазные зерна.

Для просмотра этого видео, пожалуйста, включите JavaScript и обновите браузер до версии, которая поддерживает HTML5 видео

Другими словами, оптимальная твердость матрицы зависит от обрабатываемого материала:

  • При обработке твердых материалов (керамика, гранит, кварц) алмазные зерна выкрашиваются сравнительно быстро. Если вовремя не вскрыть новые зерна, наступает «засаливание» алмазного сегмента. Для резки твердых материалов используют алмазные сегменты с мягкой матрицей (бронза, олово).
  • При обработке мягких абразивных материалов (строительные блоки, известняк) износ алмазных зерен, наоборот, медленный. Чтобы алмазные зерна долго не выпадали из матрицы, в качестве связующего используют твердые сплавы (например, карбид вольфрама).
  • Для обработки материалов средней твердости (армированный бетон, бетонная стяжка) используют алмазные сегменты с матрицей средней твердости (железо, кобальт, никель).

Что касается алмазных зерен, то чем выше твердость обрабатываемого материала, тем мельче алмазные зерна и тем выше их концентрация. Для мягких материалов применяются алмазные сегменты с более крупными алмазными зернами.

В порядке убывания твердости основные обрабатываемые материалы можно расположить следующим образом:

  1. Керамика
  2. …Гранит, кварцит
  3. ……Глина (плитка, черепица)
  4. ………Твердый, армированный бетон
  5. ……………Бетонная стяжка
  6. ………………Свежий бетон, штукатурка
  7. …………………Асфальт
  8. ……………………Строительные блоки
  9. ………………………Песчаник

Особый случай – мрамор и известняк. Для их обработки используется гальванический алмазный инструмент.

В зависимости от предполагаемого метода обработки материала (резка, фрезеровка, шлифовка, сверление) алмазные сегменты крепятся на дисках, шлифовальных тарелках или буровых коронках.

Шлифовальные тарелки, Кольцевые сверла, Алмазные диски

В зависимости от предполагаемого метода обработки материала (резка, фрезеровка, шлифовка, сверление) алмазные сегменты крепятся на дисках, шлифовальных тарелках или буровых коронках - все они входят в состав алмазного оборудования.

Основные методы крепления режущих сегментов к основе инструмента следующие:

  • Лазерная сварка. Такое соединение выдерживает высокие температуры, поэтому позволяет не только резку с водой, но и «сухую».
  • Спекание сегментов – формирование прямо на кромке основы инструмента. Также выдерживает высокие температуры, позволяет резку с водой или «сухую».
  • Пайка высокотемпературным припоем. Выдерживает температуру не выше 600°С, поэтому позволяет только резку с водой.
Пайка высокотемпературным припоем

Пайка припоем

Следует принять во внимание, что для эффективной резки или алмазного бурения инструментом необходимо постоянное удаление шлама из зоны реза, и самый эффективный способ удаления шлама – вымывание его водой. Поэтому пайка высокотемпературным припоем, как самый технологичный способ крепления алмазных режущих сегментов, находит сегодня наиболее широкое применение.

После напайки или приварки алмазных режущих сегментов к инструменту сегменты «вскрывают» - производят кратковременную сухую резку абразивного материала. Верхний слой матрицы при этом стачивается, обнажая алмазные микрорезцы. После этого алмазное оборудование готово к продаже и эксплуатации.

Классификацию алмазное оборудования и инструмента можно посмотреть здесь.

Буровые коронки

Буровые коронки

Алмазный инструмент для сверления – буровая коронка.Представляет собой стальной цилиндр с напаянными или наваренными алмазными режущими сегментами. Максимальный диаметр коронок для алмазного бурения ничем не ограничен и зависит только от возможностей оборудования. Например, наиболее распространенные алмазные буровые коронки имеют диаметр до ∅1000 мм, на заказ изготавливаются коронки любого другого размера.

Удлинители

Удлинители

Наиболее распространенная длина буровой коронки – 400 мм. Если необходимо бурить отверстия большей длины, используют удлинители буровых коронок.

Алмазные кольца

Алмазные кольца

Для малых диаметров (до ∅40 мм) иногда более технологичной оказывается замена алмазных режущих сегментов цельными режущими кольцами. Коронки с цельными алмазными кольцами отличаются особенно высокой проходкой (ресурсом).

Коронки малых диаметров, кроме того, обычно имеют меньшую толщину стенки и меньшую длину – 300-350 мм.

Электробормоторы

Электробормотор

Для вращения буровой коронки используются специальные дрели – так называемые бормоторы. Для сверления алмазными буровыми коронками диаметром до 500-600 мм – электрические бормоторы. Электробормоторы небольшой мощности внешне очень похожи на обычную электродрель, однако отличаются от нее рядом конструктивных особенностей:

  • Электробормотор имеет повышенную мощность и пониженные обороты, с расчетом на повышенный момент нагрузки.
  • Шпиндель электробормотора – полый, рассчитан на подачу воды в зону реза.
  • Сальники на валу электробормотора препятствуют проникновению воды в редуктор или в двигатель.
Шпиндель

Шпиндель

Для крепления алмазной буровой коронки к шпинделю бормотора (специальной дрели для алмазного сверления) существуют несколько различных стандартов хвостовиков.

Широкое растространение получили резьбовые соединения следующего стандарта. Хвостовик буровых коронок до ∅50 мм имеет наружную резьбу 1/2", от ∅50 мм и выше – внутреннюю резьбу 1 1/4". Поэтому шпиндель бормоторов небольшой мощности – комбинированный, с внутренней резьбой 1/2" и наружной резьбой 1 1/4".

Электробормоторы большой мощности оборудуются шпинделем, имеющим только наружную резьбу 1 1/4".

Адаптеры

Адаптеры

Если буровые коронки одного производителя не подходит к шпинделю установки алмазного бурения другого производителя, используют специальные переходники – адаптеры.

Переключатель оборотов

Переключатель оборотов

Электронная регулировка оборотов на дрелях алмазного сверления (электробормоторах) не используется. Вместо этого, редуктор электробормотора имеет, как правило, 3-ступенчатую регулировку, позволяющую производить сверление алмазными коронками различных диаметров. Механическое изменение скорости вращения шпинделя более надежно, чем электронная регулировка оборотов электродвигателя.

Табличка на электробормоторе указывает диапазон диаметров алмазного сверления (бурения) для каждого положения ручки переключения оборотов.

Электробормоторы алмазных установок производятся на основе исключительно надежных и долговечных электродвигателей и редукторов. Обычно электробормоторы имеют электронную регулировку пускового тока, электронную защиту от перегрузок и предохранительное сцепление. Бормоторы с мощным 3-фазным асинхронным двигателем, кроме того, имеют встроенный в обмотку термовыключатель.

Если электробормотор укомплектован рукоятками, это позволяет производить сверление вручную. Однако следует помнить, что электробормотор обеспечивает огромный момент вращения. Ручное сверление возможно только для отверстий небольших диаметров, и только с большой осторожностью. Малейшее заклинивание коронки грозит вывихом руки оператора.

Установка алмазного сверления

Установка алмазного сверления

При сверлении отверстий средних и больших диаметров момент нагрузки на валу настолько высокий, что удержать электробормотор в руках невозможно. Поэтому для сверления буровыми коронками электробормотор крепится на т.н. станине с возможностью перемещения в направлении оси вращения буровой коронки.

В большинстве случаев колонна станины может наклоняться под любым углом в диапазоне 0-45°, позволяя сверлить отверстия под углом к полу или стене.

Станина и бормотор составляют комплектную установку алмазного сверления.

Гидравлический бормотор

Гидравлический бормотор

Для сверления алмазными буровыми коронками диаметром выше 500 мм обычно используют гидравлический бормотор, который устанавливается на мощную станину. Гидравлический бормотор – небольшой и легкий. А громоздкий и тяжелый электрогидравлический агрегат, обеспечивающий необходимое давление и расход масла для бормотора, располагается на земле вблизи такой установки алмазного сверления.

При подготовке к алмазному бурению (сверлению) необходимо правильно выбрать алмазный инструмент (буровую коронку) и оборудование (бормотор и станину). При выборе алмазной коронки обращайте внимание не только на диаметр, но и на материал, для сверления которого рекомендована коронка.

При подборе электробормотора и станины следует учитывать, что максимальный диаметр сверления, указанный в спецификациях оборудования, рассчитывается для алмазного бурения мягких материалов (строительные блоки, песчаник и т.п.). Если вам предстоит сверлить армированный бетон, то электробормотор и станину следует выбирать с «запасом». В противном случае недостаточная жесткость станины может привести к вибрации и, как следствие, к ускоренному износу оборудования и коронки. Кроме того, продолжительная работа электробормотора на пределе мощности также сильно снижает его ресурс.

Дюбельное крепление

Дюбельное крепление

Станину необходимо жестко зафиксировать.

Самым надежным способом фиксации станины является анкерное крепление к поверхности сверления. Для этой цели в платформе станины предусмотрен продольный паз. Наиболее растрастраненным крепежным креплением являтся анкер M 12 x 50 ∅16 мм. При выборе места сверления отверстия под дюбель следует учитывать, что для максимально жесткой фиксации станины крепление должно располагаться в середине паза в платформе станины.

Распорное устройство

Распорное устройство

Другой способ фиксации станины – с помощью распорного крепежного устройства. Длина устройства регулируется в диапазоне 1700-3150 мм. Устройство следует упереть в платформу станины или, если позволяет конструкция станины, вставить устройство в колонну станины, затем отрегулировать длину устройства до упора в потолок, затем поворотом рычага жестко расклинить устройство между станиной и потолком.

Вакуумная плита

Вакуумная плита

Третий вариант фиксации станины – вакуумное крепление. Некоторые станины серийно оборудованы вакуумной плитой. В противном случае плиту можно приобрести дополнительно и закрепить на платформе станины.

С нижней стороны по периметру плиты установлена мягкая резиновая прокладка. Вакуумная плита оборудована штуцером для подключения вакуумного насоса, а также клапаном для сброса вакуума.

Такой способ фиксации станины требует ровной и гладкой поверхности и считается наименее надежным. Однако может оказаться незаменимым – например, для алмазного сверления отверстий в чистовом кафельном полу в помещении с высоким потолком.

Медное кольцо

Медное кольцо

Теперь установите электробормотор на каретку станины, а на шпиндель бормотора навинтите буровую коронку. При установке коронок с хвостовиком 1 1/4" настоятельно рекомендуется между торцом хвостовика и упорным буртом шпинделя устанавливать медное прокладочное кольцо, которое позволит потом без проблем развинтить соединение. Кроме того, медное кольцо исключает протекание воды через резьбовое соединение.

Если используется удлинительная штанга, медное кольцо следует применять также при навинчивании штанги.

Когда установка алмазного бурения полностью собрана и зафиксирована, тщательно проверьте, нет ли люфта в соединениях или в фиксации станины. Это критически важно! Любой сколько-нибудь значительный люфт может привести к отгибанию алмазных сегментов внутрь или наружу коронки – т.н. «тюльпанообразование». Поэтому контроль отсутствия люфта необходимо проводить перед каждым началом сверления:

1. Люфт фиксации станины затяните дюбельное крепление или заново отрегулируйте длину распорного устройства
2. Люфт каретки станины отрегулируйте направляющие каретки
3. Люфт шпинделя бормотора требуется профилактика бормотора
4. Люфт крепления коронки довинтите коронку на шпинделе

Таблицу рекомендованных скоростей вращения алмазной коронки можно посмотреть здесь. Для достижения максимальной скорости сверления (бурения) при минимальном износе буровой коронки исходят из того, что оптимальная линейная скорость движения сегмента должна быть в пределах 3-6 м/с. Казалось бы, этого достаточно для расчета оптимальных оборотов бормотора. Однако стандарт европейский стандарт для точного расчета частоты вращения буровой коронки учитывает целый ряд переменных, включая момент инерции коронки, расстояние от шпинделя до центра масс коронки, массу и диаметр шпинделя и пр. Точный расчет позволяет гарантированно избежать режима автоколебаний в установке алмазного бурения, увеличить скорость проходки и срок службы оборудования. Поэтому для выбора оптимальных оборотов лучше не полагаться на свой упрощенный расчет, а воспользоваться табличкой на бормоторе, которая для каждой из 3-х передач редуктора указывает рекомендуемый диапазон диаметров бурения.

Переключение оборотов редуктора можно производить только на неработающем бормоторе. В случае затруднений переключения – слегка проверните шпиндель (или коронку) рукой.

Бак для воды

Бак для воды

Перед началом алмазного бурения обеспечьте подачу воды в зону бурения через штуцер бормотора. Если есть возможность, лучше всего обеспечить бесперебойную подачу воды от водопровода, при этом поток воды можно регулировать ручкой на бормоторе.

Рекомендуемый расход воды при сверлении алмазным инструментом.

Вода вымывает шлам из зоны сверления (бурения), «освежает» алмазные сегменты и препятствует перегреву буровой коронки. Основное правило при регулировке расхода воды – коронка ни в коем случае не должна перегреваться до появления цветов побежалости. В противном случае припой может расплавиться, и алмазные сегменты отвалятся от гильзы коронки.

Кроме этого необходимо следить, чтобы вода вымывала шлам. Если вода выходит медленно и не захватывает шлам, расход необходимо увеличить.

Если вода в баке кончилась – ни в коем случае не продолжайте сверление без воды! Без вымывания шлама сверление сразу станет неэффективным, а перегрев коронки мгновенно расплавит припой и приведет коронку в негодность.

Для просмотра этого видео, пожалуйста, включите JavaScript и обновите браузер до версии, которая поддерживает HTML5 видео

Включение бормотора

Включение бормотора

Включение бормотора всегда следует производить при поднятой коронке, затем – аккуратно и без нажима засверливаться, пока алмазные сегменты полностью не скроются в материале. При наклонном сверлении можно поливать сегменты водой снаружи до полного засверливания алмазных сегментов в материал.

Если сверление производится длинной коронкой малого диаметра, засверливание в материал имеет смысл производить на более низких оборотах, чем рекомендуемые для этого диаметра.

При алмазном бурении неармированных материалов нужно совсем небольшое усилие прижима, на практике обычно достаточно собственного веса бормотора.

При бурении армированного бетона необходимо осторожно увеличивать усилие прижима, одновременно увеличивая подачу воды и постоянно прислушиваясь к звуку работы машины. Если слышен характерный лязгающий звук, свидетельствующий о наличии свободного отрезанного куска арматуры в зоне реза, необходимо остановить бормотор, вынуть буровую коронку и вычистить свободные куски арматуры из зоны реза. Повторное забуривание необходимо снова начинать с полностью поднятого положения коронки.

Точильный камень

Точильный камень

При алмазном бурении особо прочных материалов (базальт, гранит) алмазные сегменты могут «засаливаться», что проявляется в заметном снижении скорости проходки даже при увеличении усилия прижима. В этом случае следует вынуть коронку и ”вскрыть” алмазные сегменты путём кратковременного (несколько раз по 20-30 секунд без воды) сверления абразивного материала (например, кирпича или точильный камень).

Следует понимать, что при производстве алмазных режущих сегментов производитель всегда ищет компромисс между двумя противоположными стремлениями:

  • Увеличить скорость обработки - сверления, резки, фрезеровки, шлифовки материала
  • Увеличить стойкость алмазного инструмента к износу

Средняя скорость сверления т.е. линейная скорость поступательного движения коронки,состовляте – 35 мм/мин – чуть более 2 метро в час.

Общая проходка (ресурс) коронок – величина трудно прогнозируемая, которая сильно зависит от обрабатываемого материала и различных условий сверления. Общая закономерность – максимальная общая проходка наблюдается у алмазных буровых коронок ∅100-120 мм и может составлять около 12 м.

При сверлении не перегружайте бормотор. Основной причиной увеличения момента нагрузки на буровой коронке является ее трение о стенки отверстия. Если причиной появления трения является смещение станины в процессе сверления, достаточно выключить бормотор, вынуть коронку, тщательно закрепить станину и снова аккуратно забуриться в материал. Если причина трения в нарушении геометрии коронки и появлении «биений», коронку необходимо заменить.

Если отломавшийся керн застрял в коронке, ни в коем случае нельзя для его вытаскивания стучать по коронке твердыми предметами. Это может нарушить балансировку коронки и вызвать биения, т.е. привести коронку в полную негодность.

Несмотря на то, что вал бормоторов оборудован сальниками, препятствующими протеканию воды в редуктор или электродвигатель, бурерление под отрицательным углом т.е. снизу вверх не рекомендуется. Во-первых, такое сверление предполагает полное заполнение коронки водой, прежде чем вода начнет поступать в зону реза. Это существенно увеличит массу коронки, а также увеличит нагрузку на сальники. Во-вторых, при таком бурении (сверлении) вода будет стекать по наружным стенкам коронки и может попасть на электробормотор. Это особенно опасно для бормоторов с воздушным охлаждением, которые имеют в корпусе отверстия для воздуха.

После выполнения работ необходимо тщательно вычистить всю установку алмазного сверления. Резьбовые соединения коронки и шпинделя бормотора следует смазать.

Технология алмазного сверления имеет огромных спектр применений. Алмазный инструмент может быть использован для сверления (бурения) отверстий в перекрытиях и стенах зданий и сооружений для прокладки труб отопления, водопровода, канализации, для монтажа электропроводки и телекоммуникаций, для проделывания проёмов в стенах и потолках, в аэродромных асфальтобетонных и железобетонных покрытиях, для отбора проб в несущих конструкциях и других работ.

Алмазное сверление (бурение) обеспечивает точность и чистоту отверстий. В отличие от перфоратора, алмазное сверление не вызывает вибрации, приводящей к образованию трещин, а также отличается низким уровнем шума.

После многих лет работы в изготовлении отверстий методом алмазного сверления (бурения) мы приобрели значительный опыт. Советы начинающим мы описали здесь и здесь. Если у вас есть свой уникльный опыт, которым вы желаете поделиться - оставляйте сообщения. Мы дополним эту статью. Спасибо.

Внимание! Следует помнить, что при сквозном сверлении (бурении) строительных перекрытий, высверленый керн представляет смертельную опасность для людей, находящихся ниже перекрытия. Поэтому при алмазном сверлении необходимо соблюдать технику безопасности на строительных объектах.

Дата последнего обноления 11 апреля 2017

www.almaz-tech.ru