CN104439589A - 一种磨鞋工装及其制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磨鞋工装及其制造工艺，属于石油修井工具制造加工工艺技术领域。一种磨鞋工装，由石墨模具和合金骨架组成，石墨模具为上端开口的空心圆柱体，内置有磨鞋本体，磨鞋本体上端叠焊有至少一组与其形状相同的合金骨架，每组合金骨架上均布有硬质合金排布孔，排布孔内安置有硬质合金，合金骨架上还均布有对流通孔和支座；一种磨鞋的制造工艺，包括以下步骤：（1）硬质合金和磨鞋本体的预处理；（2）硬质合金和钎料的铺设；（3）对工装进行加热。本发明的有益效果是：通过在石墨模具内排布合金骨架，进而排布硬质合金，可人为控制硬质合金颗粒的排布，有效解决硬质合金颗粒在制造过程中排布不均匀的问题，提高磨铣效率。

Description

一种磨鞋工装及其制造工艺
技术领域
本发明涉及一种磨鞋工装及其制造工艺，属于石油修井工具制造加工工艺技术领域。
背景技术
在石油和天然气的钻井、采油过程中，经常会遇到各种复杂的井况事故，造成油气井的停产，对石油和天然气的生产单位造成极大的经济损失。为了保证生产的顺利进行，需要及时高效地修复事故井使其恢复生产。复杂井下事故处理过程中有70%以上的工作量是套铣和磨铣完成的，而制造高效、耐磨的磨铣工具也是修井作业中必须解决的一个难题。传统的磨铣工具加工工艺通常是将硬质合金碎块和钎料一起预制成焊棒，然后使用氧乙炔钎焊加热焊棒，将焊棒上的硬质合金和钎料堆焊到磨铣工具的本体上。制造的方法有以下两种：一种是在磨鞋本体制作时就预留一段桶状的本体，用作堆焊硬质合金的外模，在焊接完成后这一段外模就与堆焊的合金连在一起了，这样在磨鞋使用时的效果就大大下降了；另一种方法是在磨鞋本体完成后在磨鞋外围加一工装用以堆焊，在焊接完成后再用切削加工方法去除工装，这样既麻烦又不经济。ZL201110041550.4公开了一种磨鞋制造方法以及工装，该焊接工装包括套在磨鞋本体外的工装本体，焊接工装与磨鞋本体和堆焊层接触的面的材料为奥氏体不锈钢或铜合金，使得合金堆焊与磨鞋本体焊接牢固又不会与工装连在一起，其缺点在于在堆焊过程中硬质合金随着焊棒的熔化堆放在本体上，无法控制硬质合金在模具中的具体分布状态，硬质合金颗粒在空间内分布不均匀，有可能导致在工作过程中硬质合金颗粒分布少的部位工效降低，从而降低了整个磨鞋的磨铣效率。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的焊接过程中硬质合金颗粒在空间内分布不均匀，导致磨鞋磨铣效率低的问题，提供一种磨鞋工装。
本发明的另一个目的在于提供一种磨鞋的制造工艺。
本发明由石墨模具和合金骨架组成，石墨模具为上端开口的空心圆柱体，内置有磨鞋本体，磨鞋本体上端叠焊有至少一组与其形状相同的合金骨架，每组合金骨架上均布有硬质合金排布孔，排布孔内安置有硬质合金，合金骨架上还均布有对流通孔和支座，对流孔的作用是在钎料熔化后，沟通各层骨架间的液态钎料，保证液态填充整个模具，避免冷却过程中因体积收缩而出现的液态钎料充型不足。
一种磨鞋的制造工艺，包括以下步骤：
（1）硬质合金和磨鞋本体的预处理：分别对硬质合金和磨鞋本体上表面进行喷砂，其中喷砂压力为0.08-0.12MPa，喷砂距离为60-90mm，喷砂角度为70-80°，喷砂磨料直径为30-60μm；
（2）硬质合金和钎料的铺设：先将硬质合金铺设在合金骨架的排布孔上，再将磨鞋本体置入石墨模具内，石墨模具在加工过程中需留出1度至3度之间的拔模斜度，便于焊后石墨模具与焊件脱离，将铺设好的合金骨架叠放在磨鞋本体上，合金骨架可以按照需要叠放两层、三层或者更多，多层骨架的设置可以增加磨鞋的使用寿命，叠放的同时将粉状钎料填塞在合金骨架与石墨模具之间的空隙处；
（3）对工装进行加热：将装配好的石墨模具置入真空钎焊炉中加热至930-960℃后，保温5-10分钟，然后缓冷至室温，最后将石墨模具与磨鞋进行拆卸，并对磨鞋本体进行造扣。
所述的一种磨鞋的制造工艺的步骤（1），包括镀膜，首先分别对硬质合金进行酸洗、超声波清洗、表面粗化、表面敏化、表面活化，再在恒温水浴锅中对硬质合金颗粒表面进行镀膜，其中镀覆温度为75-95℃，pH值范围为8-13，镀覆时间为35-50分钟。
本发明的有益效果是：通过在石墨模具内排布合金骨架，进而排布硬质合金，可以人为控制硬质合金颗粒的排布，有效解决了硬质合金颗粒在工具制造过程中排布不均匀的问题，提高磨鞋的磨铣效率；同时在焊接前对硬质合金颗粒进行镀膜，提高硬质合金与钎料的润湿性，从而减少空洞、裂纹等缺陷，提高硬质合金与钎料的剪切强度。
附图说明
图1 为本发明的结构示意图；
图2 为本发明的合金骨架的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做具体的描述：
由图1和图2可知，本发明由石墨模具1和合金骨架2组成，石墨模具1为上端开口的空心圆柱体，内置有磨鞋本体6，磨鞋本体6上端叠焊有五组与其形状相同的合金骨架2，每组合金骨架2上均布有硬质合金排布孔3，其排布孔3内安置有硬质合金，合金骨架2上还均布有对流通孔4和支座5，对流孔4的作用是在钎料熔化后，沟通各层骨架间的液态钎料，保证液态填充整个模具，避免冷却过程中因体积收缩而出现的液态钎料充型不足。
所述的石墨模具1的拔模斜度为2度。
所述的合金骨架2选择熔点为1083.4℃的纯铜。
所述的合金骨架2的排布孔3和对流孔4均呈相互交错的矩阵排列状。
以φ114mm磨鞋为例，其制造工艺包括以下步骤：
（1）硬质合金和磨鞋本体6的预处理：分别对YT535硬质合金和材质为42CrMo钢的磨鞋本体6上表面进行喷砂，其中喷砂压力为0.1MPa，喷砂距离为70mm，喷砂角度为75°，喷砂磨料直径为30-60μm；
（2）硬质合金和钎料的铺设：首先对硬质合金分别进行酸洗、超声波清洗、表面粗化、表面敏化、表面活化，再在恒温水浴锅中对硬质合金颗粒表面进行镀膜，其中镀覆温度为85℃，pH值范围为11，镀覆时间为40分钟；再将直径大于合金骨架2的排布孔3直径的硬质合金铺设在合金骨架2的排布孔3上；然后将磨鞋本体6置入石墨模具1内，并将铺设好的合金骨架2叠放在磨鞋本体6上，叠放的同时将粉状钎料填塞在合金骨架2与石墨模具1之间的空隙处；
（3）对工装进行加热：将装配好的石墨模具1置入真空钎焊炉中加热至950℃后，保温8分钟，然后缓冷至室温，最后将石墨模具1与磨鞋进行拆卸，并对磨鞋本体6进行造扣。

Claims (6)

1.一种磨鞋工装，由石墨模具（1）和合金骨架（2）组成，其特征在于：石墨模具（1）为上端开口的空心圆柱体，内置有磨鞋本体（6），磨鞋本体（6）上端叠焊有至少一组与其形状相同的合金骨架（2），每组合金骨架（2）上均布有硬质合金排布孔（3），排布孔（3）内安置有硬质合金，合金骨架（2）上还均布有对流通孔（4）和支座（5）。
2.根据权利要求1所述的一种磨鞋工装，其特征在于：所述的石墨模具（1）的拔模斜度为1-3度。
3.根据权利要求1或2所述的一种磨鞋工装，其特征在于：所述的合金骨架（2）的排布孔（3）和对流孔（4）均呈相互交错的矩阵排列状。
4.一种磨鞋制造工艺，包括以下步骤：
（1）硬质合金和磨鞋本体（6）的预处理：分别对硬质合金和磨鞋本体（6）上表面进行喷砂，其中喷砂压力为0.08-0.12MPa，喷砂距离为60-90mm，喷砂角度为70-80°，喷砂磨料直径为30-60μm；
（2）硬质合金和钎料的铺设：先将硬质合金铺设在合金骨架（2）的排布孔（3）上，再将磨鞋本体（6）置入石墨模具（1）内，石墨模具（1）在加工过程中需留出1度至3度之间的拔模斜度，将铺设好的合金骨架（2）叠放在磨鞋本体（6）上，叠放的同时将粉状钎料填塞在合金骨架（2）与石墨模具（1）之间的空隙处；
（3）对工装进行加热：将装配好的石墨模具（1）置入真空钎焊炉中加热至930-960℃后，保温5-10分钟，然后缓冷至室温，最后将石墨模具（1）与磨鞋进行拆卸，并对磨鞋本体（6）进行造扣。
5.根据权利要求4所述的一种磨鞋制造工艺，其特征在于：所述的步骤（1）中包括镀膜，首先分别对硬质合金进行酸洗、超声波清洗、表面粗化、表面敏化、表面活化，再在恒温水浴锅中对硬质合金颗粒表面进行镀膜，其中镀覆温度为75-95℃，pH值范围为8-13，镀覆时间为35-50分钟。
6.根据权利要求4所述的一种磨鞋制造工艺，其特征在于：所述的合金骨架（2）选择熔点为1083.4℃的纯铜。
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