CN103586474A - 油气井聚能切割器用粉末冶金药型罩的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油气井聚能切割器用粉末冶金药型罩的制造方法。本发明采用钨粉和铜粉的混合粉末，充分混合均匀后，经过模压成型、烧结处理、回火处理，得到切割器药型罩。本发明成型精度高，制备的产品质量稳定，配方易调整，该新型药型罩保证了装配过程必须的强度，在爆轰过程中能形成细小、均匀、连续的碎屑颗粒。
Description
技术领域
本发明涉及一种油气井聚能切割器用粉末冶金药型罩的制造方法，主要应用于油气井用切割器药型罩的制造。
背景技术
现有技术中，大多是采用铜板等板材冲压再处理的方法制造聚能切割器药型罩，由于铜板药型罩具有较为稳定的晶体结构和内部原子间力的作用，在爆轰过程容易形成大块的碎屑颗粒，使切割器的切割效果不稳定，切割程度不易控制。
采用粉末冶金方法制造的药型罩，具有生产成本低，工序简单可控，成型精度高，制备的产品质量稳定，配方易调整等特点。而通常粉末冶金件的加工方法配比、混料、压制、烧结、后处理过程，而通过通常的粉末冶金零件制作的方法的借鉴，应用在油气井切割器制作方法上还存在诸多不足，如中国专利号“201310192538.2”公告了一种药型罩用铜基复合材料及制备方法，其制作方法采用冷轧，对表面处理采用抛光加磨削，该方法制得的药型罩内部内应力大，且对口径小的药型罩表面处理困难；又如中国专利号“201210420296.3”公告了一种射孔弹药型罩的制备方法，其通过熔渗方法制作钨铜复合药型罩，在烧结过程采用氢气保护，而在通常粉末冶金件制作过程中不可避免表面存在一定氧化，在后续的精整处理过程被氧化的表面与其结合的钨铜材料间存在错位等现象，同时在氧化部位存在缺陷，使形成的射流一致性受影响。因此，现有的粉末冶金方法制造的药型罩都不适用于油气井聚能切割器。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中油气井用切割器药型罩存在的上述问题，提供一种油气井聚能切割器用粉末冶金药型罩的制造方法，本发明成型精度高，制备的产品质量稳定，配方易调整，该新型药型罩保证了装配过程必须的强度，在爆轰过程中能形成细小、均匀、连续的碎屑颗粒。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种油气井聚能切割器用粉末冶金药型罩的制造方法，其特征在于：采用钨粉和铜粉的混合粉末，充分混合均匀后，经过模压成型、烧结处理、回火处理，得到切割器药型罩。
所述方法具体包括如下步骤：
a、将钨粉和铜粉均匀混合形成混合粉末，钨粉的质量为混合粉末质量的60%~80%，铜粉的质量为混合粉末质量的20%~40%，在混合粉末中加入混合粉末质量1%~2%的润滑剂和0.5%~1.5%粘结剂，混制5~10小时，得到原材料粉末；
b、将原材料粉末通过成型模具压制成型切割器药型罩；
c、将压制成型的切割器药型罩在850~1050摄氏度的真空烧结炉中进行烧结处理，保温时间为3~7小时；
d、把经过烧结处理后的切割器药型罩放置在真空回火炉中进行回火处理，回火温度在180~250摄氏度之间，处理时间为7~10小时。
所述方法还包括步骤e，所述步骤e为精整步骤，过程为：把经过回火处理的切割器药型罩利用成型模具复压一次或多次，制得切割器药型罩。
所述方法还包括回火处理后的表面氧化层清理和打磨处理，具体过程为：配比质量比水：重铬酸钾：浓硫酸为1000：362：67的酸溶液，然后把经过回火处理的药型罩放置在酸溶液中1~2小时进行表面氧化层清理，再使用800号的细砂纸进行打磨处理。
所述方法还包括精整后的防氧化处理，具体过程为：配比防氧化水，其质量配比比例中204胶：丙酮为1：6，在药型罩表面刷一层防氧化水。
所述步骤a中1%~2%的润滑剂由0.5%~1%的煤油和0.5%~1%的微粉碳组成，粘结剂为硬脂酸。
所述步骤a中，钨粉的平均粒径为10ｕm~60ｕm，铜粉的平均粒径为8~10um。
所述步骤b中，将原材料粉末倒入成型模具的阴模中，阴模旋转速度在900~1000转每分钟之间，在阴模旋转过程中，成型模具的阳模下行，在阴模转动带动阳模旋转过程中加压至16~25Mpa。
采用本发明的优点在于：
一、本发明解决了传统板材药型罩爆轰后切割面射流不稳定的问题，增加了一次性解卡等解决工程事故的能力；药型罩配方可控，通过添加有利于切割效果的高比重元素钨粉，增加了切割器的切割威力；具有高精度的几何尺寸，爆轰后切割面射流连续性好、使切割面更光滑、平整，有利于事故处理后的管材的回收。
二、本发明采用粉末冶金方法制造的切割器药型罩，具有生产成本低，工序简单可控，成型精度高，制备的产品质量稳定，配方易调整等特点，该新型药型罩保证了装配过程必须的强度，在爆轰过程中能形成细小、均匀、连续的碎屑颗粒，比现有板材药型罩切割器有较大的优势。
三、采用本发明成型的切割器药型罩，具有切割施工简便、成本低、省工省时和成功率高等特点，能为油气井勘探、钻采及工具被卡、环空泥浆循环和其它工程事故的处理以及对无开采价值井内的油管回收提供有效手段和措施，具有较大的经济效益和社会效益。
四、本发明中利用凹形阴模和凸形阳模，在压制过程中把所配制的钨铜粉末倒入高速旋转的阴模中，阴模旋转速度在900~1000转每分钟之间，利用阴模转动的离心力使原材料粉末均匀分散，在阴模旋转过程，阳模下行，阴模转动带动阳模一起旋转过程中加压至16~25Mpa压力，利用该压制方法可有效消除原材料粉末与模具间的摩擦力，达到减少药型罩损伤的目的。
五、本发明药型罩配方中所添加的高比重钨粉粉末的颗粒度大小可控，根据实际切割器所需威力大小在钨粉粉末平均粒径10ｕm~60ｕm之间调控，铜粉的平均粒径为8~10um，所制得的切割器药型罩具有切割效果可控、稳定的特点。
六、本发明中，60%~80%的钨粉，有利于提升切割效果，较于传统铜板切割器在同等外壳尺寸的条件下，具有切割威力更大、端口面整齐、平滑的技术特点；采用该种方法所得药型罩，其成型精度和质量稳定性要优于传统冲压板材药型罩。
七、本发明所述方法还包括步骤e，所述步骤e为精整步骤，过程为：把经过回火处理的切割器药型罩利用成型模具复压一次或多次，制得切割器药型罩，通过精整步骤，使切割器药型罩精度和强度进一步提高。
八、本发明所述步骤a中1%~2%的润滑剂由0.5%~1%的煤油和0.5%~1%的微粉碳组成，采用该组分及配比的润滑剂，钨粉和铜粉在压制过程中的结合性更好，粘结剂为硬脂酸，该润滑剂和粘结剂结合使用，切割器药型罩更易于成型。
九、本发明还包括精整后的防氧化处理，配比防氧化水，其质量配比比例中204胶：丙酮为1：6，在药型罩表面刷一层防氧化水，保证其防止氧化和较长的储存期。
综上，本发明中所采用的烧结后表面化学处理，后经砂纸打磨再回火、精整的方法很好的避免了内应力和表面氧化的禅城，药型罩保证了装配过程必须的强度，在爆轰过程中能形成细小、均匀、连续的碎屑颗粒，比现有板材药型罩切割器有较大的优势。
具体实施方式
实施例1
采用钨粉和铜粉的混合粉末，在Y型混料机中进行充分均匀混合，采用带旋转而产生离心力机构的浮动阴模、旋转阳模，在液压机下压制成毛坯，将毛坯通过真空烧结炉进行烧结处理，然后进行低温回火处理，然后通过同样几何尺寸的组合模具进行精整得到最终切割器药型罩。
实施例2
本发明药型罩配方采用钨粉粉末、铜粉粉末混合而成，其中钨粉比重为60%~80%，铜粉比重为20%~40%，在混合后的钨铜混合粉末中额外添加比重为0.5%~1%的煤油和0.5%~1%的微粉碳作为润滑剂，添加比重为0.5%~1.5%的硬脂酸作为粘结剂混制而成，混合所用工具为Y型混料机，混制时间在5~10小时之间，通过该混合方法制得药型罩所用原材料粉末。
利用凹形阴模、凸形阳模、模套所组合模具压制产品，在压制过程中把原材料粉末倒入高速旋转的阴模中，阴模旋转速度在900~1000转每分钟之间，利用阴模转动的离心力使原材料粉末均匀分散，在阴模旋转过程，阳模下行，阴模转动带动阳模一起旋转过程中加压至16~25Mpa压力，利用该压制方法可有效消除原材料粉末与模具间的摩擦力，达到减少药型罩损伤的目的。
把所压制成型的切割器药型罩在850~1050摄氏度的真空烧结炉中进行烧结处理，保温时间为3~7小时。
把经过烧结处理后的切割器药型罩放置在真空回火炉中进行回火处理，回火温度在180~250摄氏度之间。
把经过回火处理的切割器药型罩利用压制成型时所用的组合模具进行多次精整，制得最终油气井聚能切割器用粉末冶金药型罩。
药型罩配方中所添加的高比重钨粉粉末的颗粒度大小可控，根据实际切割器所需威力大小在钨粉粉末平均粒径10ｕm~60ｕm之间调控，所制得的切割器产品具有切割效果可控、稳定的产品特点。
实施例3
本发明具体包括如下步骤：
a、将钨粉和铜粉均匀混合形成混合粉末，钨粉的质量为混合粉末质量的80%，铜粉的质量为混合粉末质量的20%，在混合粉末中加入混合粉末质量1%的润滑剂和0.5%粘结剂，混制5小时，得到原材料粉末；
b、将原材料粉末通过成型模具压制成型切割器药型罩；
c、将压制成型的切割器药型罩在850摄氏度的真空烧结炉中进行烧结处理，保温时间为3小时；
d、把经过烧结处理后的切割器药型罩放置在真空回火炉中进行回火处理，回火温度在180摄氏度之间，处理时间为7小时。
所述方法还包括步骤e，所述步骤e为精整步骤，过程为：把经过回火处理的切割器药型罩利用成型模具复压一次或多次，制得切割器药型罩。
所述方法还包括回火处理后的表面氧化层清理和打磨处理，具体过程为：配比质量比水：重铬酸钾：浓硫酸为1000：362：67的酸溶液，然后把经过回火处理的药型罩放置在酸溶液中1~2小时进行表面氧化层清理，再使用800号的细砂纸进行打磨处理。
所述方法还包括精整后的防氧化处理，具体过程为：配比防氧化水，其质量配比比例中204胶：丙酮为1：6，在药型罩表面刷一层防氧化水。
所述步骤a中1%的润滑剂由0.5%的煤油和0.5%的微粉碳组成，粘结剂为硬脂酸。
所述步骤a中，钨粉的平均粒径为10ｕm，铜粉的平均粒径为8。
所述步骤b中，将原材料粉末倒入成型模具的阴模中，阴模旋转速度在900转每分钟之间，在阴模旋转过程中，成型模具的阳模下行，在阴模转动带动阳模旋转过程中加压至16Mpa。
通过上述工艺结合工艺参数得到的切割器药型罩，具有切割效果可控、稳定的特点。
实施例4
本发明具体包括如下步骤：
a、将钨粉和铜粉均匀混合形成混合粉末，钨粉的质量为混合粉末质量的60%，铜粉的质量为混合粉末质量的40%，在混合粉末中加入混合粉末质量2%的润滑剂和1.5%粘结剂，混制10小时，得到原材料粉末；
b、将原材料粉末通过成型模具压制成型切割器药型罩；
c、将压制成型的切割器药型罩在1050摄氏度的真空烧结炉中进行烧结处理，保温时间为7小时；
d、把经过烧结处理后的切割器药型罩放置在真空回火炉中进行回火处理，回火温度在250摄氏度之间，处理时间为10小时。
所述方法还包括回火处理后的表面氧化层清理和打磨处理，具体过程为：配比质量比水：重铬酸钾：浓硫酸为1000：362：67的酸溶液，然后把经过回火处理的药型罩放置在酸溶液中1~2小时进行表面氧化层清理，再使用800号的细砂纸进行打磨处理。
所述步骤a中2%的润滑剂由1%的煤油和1%的微粉碳组成，粘结剂为硬脂酸。
所述步骤a中，钨粉的平均粒径为60ｕm，铜粉的平均粒径为10um。
所述步骤b中，将原材料粉末倒入成型模具的阴模中，阴模旋转速度在1000转每分钟之间，在阴模旋转过程中，成型模具的阳模下行，在阴模转动带动阳模旋转过程中加压至25Mpa。
通过上述工艺结合工艺参数得到的切割器药型罩，具有切割威力更大、端口面整齐、平滑的特点。
实施例5
本发明具体包括如下步骤：
a、将钨粉和铜粉均匀混合形成混合粉末，钨粉的质量为混合粉末质量的70%，铜粉的质量为混合粉末质量的30%，在混合粉末中加入混合粉末质量1.5%的润滑剂和1.0%粘结剂，混制8小时，得到原材料粉末；
b、将原材料粉末通过成型模具压制成型切割器药型罩；
c、将压制成型的切割器药型罩在900摄氏度的真空烧结炉中进行烧结处理，保温时间为5小时；
d、把经过烧结处理后的切割器药型罩放置在真空回火炉中进行回火处理，回火温度在200摄氏度之间，处理时间为9小时。
所述方法还包括步骤e，所述步骤e为精整步骤，过程为：把经过回火处理的切割器药型罩利用成型模具复压一次或多次，制得切割器药型罩。
所述方法还包括精整后的防氧化处理，具体过程为：配比防氧化水，其质量配比比例中204胶：丙酮为1：6，在药型罩表面刷一层防氧化水。
所述步骤a中1.5%的润滑剂由0.5%的煤油和1%的微粉碳组成，粘结剂为硬脂酸。
所述步骤a中，钨粉的平均粒径为30ｕm，铜粉的平均粒径为9um。
所述步骤b中，将原材料粉末倒入成型模具的阴模中，阴模旋转速度在950转每分钟之间，在阴模旋转过程中，成型模具的阳模下行，在阴模转动带动阳模旋转过程中加压至20Mpa。
通过上述工艺结合工艺参数得到的切割器药型罩，成型精度、质量稳定性达到最佳。
Claims (8)
1.一种油气井聚能切割器用粉末冶金药型罩的制造方法，其特征在于：采用钨粉和铜粉的混合粉末，充分混合均匀后，经过模压成型、烧结处理、回火处理，得到切割器药型罩。
2.根据权利要求1所述的油气井聚能切割器用粉末冶金药型罩的制造方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
a、将钨粉和铜粉均匀混合形成混合粉末，钨粉的质量为混合粉末质量的60%~80%，铜粉的质量为混合粉末质量的20%~40%，在混合粉末中加入混合粉末质量1%~2%的润滑剂和0.5%~1.5%粘结剂，混制5~10小时，得到原材料粉末；
b、将原材料粉末通过成型模具压制成型切割器药型罩；
c、将压制成型的切割器药型罩在850~1050摄氏度的真空烧结炉中进行烧结处理，保温时间为3~7小时；
d、把经过烧结处理后的切割器药型罩放置在真空回火炉中进行回火处理，回火温度在180~250摄氏度之间，处理时间为7~10小时。
3.根据权利要求2所述的油气井聚能切割器用粉末冶金药型罩的制造方法，其特征在于：所述方法还包括步骤e，所述步骤e为精整步骤，过程为：把经过回火处理的切割器药型罩利用成型模具复压一次或多次，制得切割器药型罩。
4.根据权利要求3所述的油气井聚能切割器用粉末冶金药型罩的制造方法，其特征在于：所述方法还包括回火处理后的表面氧化层清理和打磨处理，具体过程为：配比质量比水：重铬酸钾：浓硫酸为1000：362：67的酸溶液，然后把经过回火处理的药型罩放置在酸溶液中1~2小时进行表面氧化层清理，再使用砂纸进行打磨处理。
5.根据权利要求4所述的油气井聚能切割器用粉末冶金药型罩的制造方法，其特征在于：所述方法还包括精整后的防氧化处理，具体过程为：配比防氧化水，其质量配比比例中204胶：丙酮为1：6，在药型罩表面刷一层防氧化水。
6.根据权利要求2—5中任一所述的油气井聚能切割器用粉末冶金药型罩的制造方法，其特征在于：所述步骤a中1%~2%的润滑剂由0.5%~1%的煤油和0.5%~1%的微粉碳组成，粘结剂为硬脂酸。
7.根据权利要求6所述的油气井聚能切割器用粉末冶金药型罩的制造方法，其特征在于：所述步骤a中，钨粉的平均粒径为10ｕm~60ｕm，铜粉的平均粒径为8~10um。
8.根据权利要求2、3、4、5或7所述的油气井聚能切割器用粉末冶金药型罩的制造方法，其特征在于：所述步骤b中，将原材料粉末倒入成型模具的阴模中，阴模旋转速度在900~1000转每分钟之间，在阴模旋转过程中，成型模具的阳模下行，在阴模转动带动阳模旋转过程中加压至16~25Mpa。
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