CN101890588A - 钻探钻头用新型铜基钎焊浸渍合金 - Google Patents

Abstract

本发明是用于钻探钻头生产中使用的钎焊新型铜基浸渍合金。作用是将切削钻齿与钻体通过钎焊浸渍形成一个整体。本发明的钎焊浸渍铜合金机械性能优良，具有较高的强度，韧性和耐磨性。焊接工艺简便，适用于多种类型的钻头焊接。1钎焊温度为900-1000℃使用的合金，化学成分为：5-10wt％Ni，3-9wt％Mn，3-5wt％Fe，7-13wt％Sn，0.1wt％∑RE，余量为Cu。2.钎焊温度为950-1150℃使用的合金。化学成分为：8-15wt％Ni，10-13wt％Mn，5-10wt％Zn，1-2wt％Fe，0.05-0.1wt％Ce，余量为Cu。3.钎焊温度为1100-1250℃使用的合金。化学成分为：15-20wt％Ni，5-10wt％Mn，3-5wt％Fe，0.05-0.1wt％∑RE，余量为Cu。

Description

钻探钻头用新型铜基钎焊浸渍合金

技术领域

本发明属于用作钎焊铜合金材料。

背景技术

地质勘探或石油钻井中使用的一个重要部件是钻头。它直接影响到钻探的质量，成本和效率。钻头一般是由钻体-合金钢加工制成；和钻齿-人造金刚石或硬质合金。二者通过钎焊成为一个完整的钻头。这里的钎焊与一般普通钎焊有很大不同，被焊接的钻齿数目多，钻体形状复杂，面积大，因而焊接过程十分复杂，一般要10-20小时以上。

对于钻齿，利用焊料完成钎焊。而对于钻体则不同，熔化成液体的焊料要充满钻体的整个接受焊接的表面。浸渍入所有接受焊接的空隙。钻体虽然仍保持固态未被熔化，但也被加热到同样的高温，这是焊料中的合金元素的部分原子扩散进钻体的晶格点阵中。当然这是个互相扩散过程。钻体中元素的原子，包括铁原子也同样要向焊料中扩散。而正是基于这种原子扩散机制使得焊接过程得以完成，从而使钻齿和钻体焊接成一个完整的钻头。

长期以来这类钻头生产专业性强，适用范围较狭窄，对它的焊接原理、工艺，尤其是焊接的研究开发远不充分。各钻头生产单位使用的焊接工艺不同，焊料的种类、化学成分差别更大，这就严重的限制了生产的发展和质量的提高。

发明内容

本发明旨在研制三种新型的铜基钎焊浸渍合金，可以应用于石油钻井钻头的生产，也可以应用于地质勘探钻头的生产。

1#合金-钎焊温度为900-1000℃使用的合金，化学成分为：5-10wt％Ni，3-9wt％Mn，3-5wt％Fe，7-13wt％Sn，0.1wt％∑RE，余量为Cu.

制备工艺：

1.原料  工业纯铜(99.6％以上)。

5-10wt％Ni，3-9wt％Mn，3-5wt％Fe，7-13wt％Sn，0.1wt％∑RE，余量为Cu.

2.熔炼  感应电炉于大气中熔炼。

3.造粒  将熔炼完的液态合金浇在专用的造粒机上，同时水冷，制成￠2-10mm的颗粒。

2#合金-钎焊温度为950-1150℃使用的合金。化学成分为：8-15wt％Ni，10-13wt％Mn，5-10wt％Zn，1-2wt％Fe，0.05-0.1wt％Ce，余量为Cu.

3#合金-钎焊温度为1100-1250℃使用的合金。化学成分为：15-20wt％Ni，5-10wt％Mn，3-5wt％Fe，0.05-0.1wt％∑RE，余量为Cu.

制备工艺：

按给出成分配料，在感应电炉中于大气中熔炼，铸成满足热轧要求的锭坯。热轧成厚度为5-10mm的板带，也可以热轧成￠8-10mm的圆棒，再根据用户要求剪切成块。

本发明的积极效果

由于本发明的铜基合金中加入的合金元素的种类与含量合理，从而对钻头的焊接质量和生产工艺都显示积极效果。

1)焊接质量高，合金元素分布均匀，易于浸渍，有效地减少或避免了各类焊接缺陷。

2)合金可以热压成型材，或可以造粒。可以加工成所需要的尺度，均匀的分布在焊接室内，从而保证了焊接工艺高质量的完成。

3)合金中加入了微量稀土元素，这样使得焊缝的晶粒细化。改善了焊缝的合金组织。

4)合金中镍含量合理，铁含量适当，这就使得焊接温度不致太高，对工艺上和经济上都有积极效果。

具体实施方式

1.熔炼。在感应电炉中于大气下熔炼，按一般感应电炉熔炼的公知工艺进行。配料按上述所列成分进行，原料切成合适尺度，稀土元素的配料应考虑烧损。

2.1#合金的成品为颗粒状，在专用设备上进行，颗粒尺度可以控制。

3.热轧。2#，3#合金需要热轧成型材，开轧温度在1000-1100℃，成品型材在剪切前可采用酸洗或喷丸以去除表面氧化皮，以保证焊接质量。

Claims (1)

1.本发明要求的专利权项主要包括三种新型铜基钎焊浸渍合金：

1#合金-钎焊温度为900-1000℃使用的合金，化学成分为：5-10wt％Ni，3-9wt％Mn，3-5wt％Fe，7-13wt％Sn，0.1wt％∑RE，余量为Cu.

2#合金-钎焊温度为950-1150℃使用的合金。化学成分为：8-15wt％Ni，10-13wt％Mn，5-10wt％Zn，1-2wt％Fe，0.05-0.1wt％Ce，余量为Cu.

3#合金-钎焊温度为1100-1250℃使用的合金。化学成分为：15-20wt％Ni，5-10wt％Mn，3-5wt％Fe，0.05-0.1wt％∑RE，余量为Cu。