[發明專利]一種防炸裂增強度的金剛石復合片和碳化鎢胎體焊接方法

有效

• 申請號: 201310518602.1
• 申請日: 2013-10-29
• 公開（公告）號: CN103551793A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 田家林;李友;龐小林;楊琳;朱永豪;付傳紅
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: B23P5/00
• 分類號: B23P5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種用于地質勘探、石油鉆井、煤礦開采等領域中的金剛石鉆頭焊接技術的防炸裂增強度的金剛石復合片和碳化鎢胎體焊接方法。

背景技術

PDC鉆頭，是由PDC復合片焊接在碳化鎢胎體而組成高性能鉆頭，廣泛用于地質勘探、石油鉆井、煤礦開采等領域中。目前金剛石復合片和碳化鎢胎體之間的焊接主要采用氧-乙炔火焰釬焊和高頻感應釬焊，即將焊劑和焊料放入PDC復合片和碳化鎢胎體焊接面之間，通過火焰或高頻感應加熱使焊料熔化進行焊接。

上述焊接方法仍存在以下問題：1.由于金剛石復合片中金剛石層和硬質合金襯墊的熱膨脹系數和導熱系數不同，上述釬焊方法不能實現對加熱溫度和時間的精確控制，會導致PDC復合片在焊接過程中溫升過快而使金剛石復合片和碳化鎢胎體的膨脹產生的熱應力過大而出現炸片現象。2.釬焊合金大多是由低熔點焊料焊接而成，其焊縫熔點低，且強度隨時間下降快，在井底冷卻條件不好時，會出現焊縫斷裂而脫片。

發明內容

本發明的的目的是：為了提高金剛石復合片和碳化鎢胎體之間的焊接強度，解決焊接過程中的炸片現象和使用過程中的脫片現象，提高鉆頭使用壽命和整體性能，特提供一種防炸裂增強度金剛石復合片和碳化鎢胎體焊接方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種防炸裂增強度的金剛石復合片和碳化鎢胎體焊接方法，其操作步驟是：先對工件做焊前處理，在碳化鎢胎體上加工出內徑尺寸大于金剛石復合片外徑尺寸0.1mm～0.2mm的孔，并分別對金剛石復合片和碳化鎢胎體內孔的待焊表面進行磨削加工，使加工后的待焊表面粗糙度低于1.25μm，平面度為0.02mm，再用濃度為99.5%的丙酮對金剛石復合片和碳化鎢胎體的待焊表面進行超聲波清洗10min，并吹干待用；其次進行中間夾層處理，中間夾層選用冷軋純Ni箔，其厚度為45μm，用金相砂紙研磨冷軋純Ni箔，除去表面氧化膜，再用丙酮進行超聲波清洗10s；然后將上述中間夾層放在胎體上再裝上金剛石復合片后，放入真空擴散焊機中，在真空擴散機的上下壓頭放上阻焊層，并施加3MPa的預壓力，先將真空擴散焊機內的真空度降低到0.0012Pa，將溫度快速升到550℃，再施加150MPa的靜壓力，并將溫度緩慢升至680～700℃，保溫3～6h；最后待焊接結束后，將焊接工件在真空狀態下隨爐冷卻到150℃后取出，再冷卻至室溫，整個焊接完成。

本發明與現有技術比較，其有益效果是：（1）本方法用濃度為99.5%的丙酮液對復合片和胎體的待焊表面進行超聲波清洗，以除去其表面油污和雜質，提高焊接質量；（2）本方法在焊接前對待焊表面進行精磨加工，并選用純Ni箔作為中間夾層，有利于焊接過程中原子的擴散；（3）本方法能夠通過對焊接溫度和時間的控制，解決在焊接過程中由于加熱溫度上升過快而導致金剛石復合片和碳化鎢胎體間產生較大的熱應力而使復合片炸裂的情況；（4）本方法中焊件都處于真空狀態，能夠防止焊接過程中工件被氧化；（5）本方法中，焊縫是由Ni箔與金剛石復合片和碳化鎢胎體通過原子擴散形成的，不會出現井底冷卻條件不好而導致的金剛石復合片脫片的現象。

具體實施方式

實施例1

一種防炸裂增強度的金剛石復合片和碳化鎢胎體焊接方法，其操作步驟是：先對工件做焊前處理，在碳化鎢胎體上加工出內徑尺寸大于金剛石復合片外徑尺寸0.1mm的孔，并分別對金剛石復合片和碳化鎢胎體內孔的待焊表面進行磨削加工，使加工后的待焊表面粗糙度低于1.25μm，平面度為0.02mm，再用濃度為99.5%的丙酮對金剛石復合片和碳化鎢胎體的待焊表面進行超聲波清洗10min，并吹干待用；其次進行中間夾層處理，中間夾層選用冷軋純Ni箔，其厚度為45μm，用金相砂紙研磨冷軋純Ni箔，除去表面氧化膜，再用丙酮進行超聲波清洗10s；然后將上述中間夾層放在胎體上再裝上金剛石復合片后，放入真空擴散焊機中，在真空擴散機的上下壓頭放上阻焊層，并施加3MPa的預壓力，先將真空擴散焊機內的真空度降低到0.0012Pa，將溫度快速升到550℃，再施加150MPa的靜壓力，并將溫度緩慢升至680℃，保溫3h；最后待焊接結束后，將焊接工件在真空狀態下隨爐冷卻到150℃后取出，再冷卻至室溫，整個焊接完成。

實施例2