聚晶金刚石复合片钻头的钎焊工艺

摘要

本发明属于石油钻井钻头的焊接技术领域。其特征在于:在靠背齿1和聚晶金刚石复合片2的钎焊面上都加工出相同齿形,将高纯度石墨替代块镶于钻头胎体上烧结,烧结后清理,之后用超音频感应炉将聚晶金刚石复合片2用普通低温钎料钎焊在靠背齿1上。本发明操作简便、安全可靠、钎焊面牢固,可大大提高PDC钻头的使用寿命。

说明书

本发明属于石油钻井钻头的焊接技术领域。

聚晶金刚石复合片钻头亦称PDC钻头，是目前是国际上最先进的钻头之一，主要用于石油勘探和地质钻井。该钻头在生产过程中的关键工序是聚晶金刚石复合片在钻头冠部的钎焊工序，因为PDC钻头在井下作业时承受巨大的切削力和冲击力。要求钻头有足够的强度和韧性，而聚晶金刚石复合片在无保护情况下只能在760℃以下温度进行钎焊，高于这个温度聚晶金刚石复合片很快会还原成石墨而失去切削能力，而低于这个温度的钎料，其抗剪切强度和耐冲击韧性都不能满足聚晶金刚石复合片钎焊强度的要求，因此，目前PDC钻头复合片钎焊大致采用以下两种方式进行生产：一、采用大面积包镶钎焊法，主要用于胎体钻头的制造。该工艺操作复杂，技术难度大，不易焊透、容易假焊。二、采用靠背齿，单齿是在靠背齿与聚晶金刚石复合片钎焊面上镀敷一层镍或钴，然后将其置于真空炉中，在高温高压下保压4小时，通过均匀扩散，使它们粘结在一起，最后把单齿压入钻头冠部。这种生产工艺的优点是焊接强度高，聚晶金刚石复合片磨耗比有所下降，不足的是操作工艺复杂，生产成本高，并且这种生产工艺仅限于钢体钻头的加工。

本发明的目的在于提供一种聚晶金刚石复合片钻头的钎焊工艺，该工艺具有操作简便、安全可靠、钎焊面牢固等优点，可大大提高PDC钻头的使用寿命。

这种聚晶金刚石复合片钻头的钎焊工艺是：a、先制作靠背齿1，在靠背齿1的钎焊面上加工出齿形，该齿形可以是锯齿形齿，也可以是梯形齿；b、在聚晶金刚石复合片2的钎焊面上也加工出与靠背齿1的齿形、齿距都相同的齿形，并与靠背齿1上的齿错开半个齿距，使聚晶金刚石复合片2与靠背齿1的两侧对齐；c、用高纯度石墨制作聚晶金刚石复合片2的替代块，替代块上加工出与聚晶金刚石复合片2相同的齿形；d、用耐高温胶把石墨替代块与靠背齿粘牢，镶于钻头胎体上烧结，烧结完毕清理掉石墨替代块；e、用超音频感应炉将聚晶金刚石复合片2用普通低温钎料钎焊在靠背齿1上，钎焊温度为650-690℃。

钢体钻头可将靠背齿制成柱状，在靠背齿钎焊面上的齿形加工清理完毕后，即可直接进行钎焊，钎焊后将单齿压入钢体冠部。

附图及实施例：

图1、为聚晶金刚石复合片钻头靠背齿与复合片的结构示意图

图2、为靠背齿结构示意图

图3、为复合片结构示意图

附图1为本发明的一个实施例(见图1、图2、图3)，首先用硬质合金材料YG20C制作靠背齿1，用缓进磨床将靠背齿1的钎焊面加工出锯齿形齿，同时在聚晶金刚石复合片2的钎焊面上也加工出锯齿形齿，并与靠背齿1上的齿距错开半个齿距，使二者的两侧对齐；然后用高纯度石墨作聚晶金刚石复合片2的替代块，用耐高温胶把石墨替代块与靠背齿1粘好、粘牢，将它们镶于钻头胎体上烧结，烧结后清理掉石墨替代块，注意要保护不要损坏齿形，最后，用普通低温钎料，在650℃温度，用超音频感应炉将聚晶金刚石复合片2钎焊在钻头冠部的靠背齿1上。

采用本发明可使PDC钻头的靠背齿1与聚晶金刚石复合片2的钎焊面积增加近1倍。利用齿形侧面受力改善了聚晶金刚石复合片的受力状况，从而提高了PDC钻头使用寿命。该技术还可用于要求钎焊强度高使用低温钎料的焊接加工中。