CN104959693B - 一种石油钻头金刚石刀翼钎焊装置平台及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石油钻头金刚石刀翼钎焊装置平台及焊接方法，该平台包括底座和支架，支架通过翻转半齿轮与钻头翻转架连接，翻转半齿轮与钻头翻转架固定连接，钻头翻转架通过翻转轴安装在支架上，在支架上设有翻转手轮，翻转手轮上套有第一齿轮，第一齿轮与齿轮轴啮合；所述钻头翻转架上安装有外套筒，外套筒内套有内套筒，内套筒头部通过钻头升降套筒与钻头夹持套筒连接，钻头夹持套筒通过钻头挡圈与待焊接钻头连接，在待焊接钻头上方设有火焰枪和焊丝，外套筒外套有电热感应圈。本发明全方位的调节待焊接钻头的位置，可实现金刚石刀翼与硬质合金钻头基体复杂空间位置的连接，保证了其良好的连接性能，实现高效、精确、低成本加工钻头的目的。

Description

一种石油钻头金刚石刀翼钎焊装置平台及焊接方法

技术领域

本发明涉及一种石油钻头焊接装置平台，具体涉及一种石油钻头金刚石刀翼钎焊装置平台及焊接方法。

背景技术

目前，国内石油、地质以及各种钻探行业中钻头是一种不可或缺的破碎岩石工具，其主要有牙轮钻头、金刚石钻头和刮刀钻头三类，其中牙轮钻头适用于钻各种地层，目前应用最广泛；金刚石钻头，最初只限用于硬地层，其品种与使用范围正日益扩大，钻头的价格虽高，但工作寿命长，如选用合理，可取得较好的经济效果；刮刀钻头，结构简单，制造方便，钻软地层速度较快，但钻进时扭矩较大，易损坏钻具和设备。

在石油钻井开采领域中，对于石油钻头来讲，传统使用的钻头在保径部位只有硬质合金一种保径片，在软地层中钻进时，机械钻速度快，进尺较快；但在较硬地层钻进时，保径部位会快速磨损，以至失去保径能力，造成井眼缩径，钻头报废，增加生产成本等一系列问题。牙轮式钻头具有保径效果好、钻井能力强、使用寿命长等优点，但是其对钻探行业来讲，因牙轮刀翼与硬质合金焊接为一体，如果其中一个牙轮刀翼受到与井壁的接触应力、振动强度。磨损等因素而损坏、则需要全部更换整个钻头，成本极高。

通过火焰钎焊的方式改变牙轮刀翼与硬质合金的焊接，在牙轮刀翼与硬质合金间添加钎料实现连接，加工简单方便，牙轮刀翼不易脱落，增加了钻头的耐磨性和切削性，提高了钻头的使用寿命；同时在钻探过程中，由于牙轮刀翼的磨损或损坏，无需更换整个钻头，只需更换牙轮刀翼进行火焰钎焊连接，大大降低了成本和资源的浪费。而在钻头牙轮刀翼的钎焊过程中，存在以下缺点：

(1)精确不高，会存在较多的牙轮刀翼位置偏差，对钻探产生不良影响；

(2)作业时间长，在搬运作业时意外事故多发，存在安全隐患；

(3)需要多人同时协调操作，操作复杂困难，大大消耗人力，以及资源的浪费；

(4)钻头牙轮刀翼钎焊中，会出现由于空间位置的阻碍，严重影响牙轮刀翼的连接强度、钎料的流失以及连接位置的准确性。

在钻头牙轮刀翼火焰钎焊中最为困难的是保证牙轮刀翼的连接强度以及准确的连接位置。但是采用上面传统的火焰钎焊方式很难保证所有的牙轮刀翼的连接性能以及位置的准确性，导致石油钻井开采中无法体现所有的牙轮刀翼的作用，严重影响石油开采的效率、质量。安全以及增大投资成本。采用本发明的石油钻头金刚石刀翼的钎焊装置平台可以简单方便、快速精确的进行金刚石刀翼的火焰钎焊，通过安装调节钻头的空间位置，并调节适合火焰钎焊的工作平台，便于调节火焰枪的位置以及送丝材料的均匀性；大大降低工作效率，并实现良好的钎焊过程，保证牙轮刀翼与硬质合金材料的连接性能以及安装位置的准确性。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种石油钻头金刚石刀翼钎焊装置平台，全方位的调节待焊接钻头的位置，实现高效、精确、低成本加工钻头的目的。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种石油钻头金刚石刀翼钎焊装置平台，该石油钻头金刚石刀翼由金刚石刀片、硬质合金钻头基体和钻头柄组成，钻头柄上圆周分布有若干个硬质合金钻头基体，硬质合金钻头基体上安装有金刚石刀片，包括底座和安装在底座上的支架，所述支架通过翻转半齿轮与钻头翻转架连接，翻转半齿轮与钻头翻转架固定连接，钻头翻转架通过翻转轴安装在支架上，在支架上设有翻转手轮，翻转手轮上套有第一齿轮，第一齿轮与齿轮轴啮合，齿轮轴安装在支架上，齿轮轴一端设有轮齿与第一齿轮啮合，另一端设有轮齿与翻转齿轮啮合；所述钻头翻转架上安装有外套筒，外套筒通过安装在钻头翻转架上的移动装置带动移动，外套筒内套有内套筒，内套筒头部通过钻头升降套筒与钻头夹持套筒连接，钻头夹持套筒通过钻头挡圈与待焊接钻头连接，在待焊接钻头上方设有火焰枪和焊丝，所述外套筒外套有电热感应圈；所述火焰枪安装在火焰枪夹板上，火焰枪夹板通过水平调节装置调整火焰枪在水平方向移动，水平调节装置与竖直调节装置连接，调节火焰枪在竖直方向移动。

作为优选，所述移动装置包含钻头升降齿轮、钻头升降手轮和与钻头升降齿轮啮合的钻头升降齿条，所述钻头升降齿条位于内套筒上，钻头升降齿轮与钻头升降手轮连接，钻头升降手轮安装在钻头翻转架上。

作为优选，所述竖直调节装置包括固定安装在底座上的焊枪架、升降齿条和卡圈，所述升降齿条安装在焊枪架上，卡圈卡在焊枪架上，卡圈上安装有与升降齿条啮合的第三齿轮，第三齿轮与升降手轮连接，升降手轮与安装在卡圈上的锁紧手柄连接，水平调节装置调整与卡圈连接。

作为优选，所述水平调节装置调整包括旋转臂和移动手轮，所述旋转臂包括圆环和圆环上延伸的支臂，所述圆环通过旋转隔离套套在卡圈上，支臂上套有火焰枪夹板，火焰枪夹板与移动手轮连接。

一种如上述的石油钻头金刚石刀翼钎焊装置平台的焊接方法，包括以下步骤：

(1)调节钻头翻转架置于垂直向上位置，安装放置待焊接钻头于钻头夹持套筒中，启动加热按钮加热电热感应圈一定温度，夹紧待焊接钻头，保温30s，关闭加热按钮；

(2)利用钻头升降手轮和翻转手轮初步调节硬质合金钻头基体待焊面，转动旋转臂角度并移动火焰枪夹板初步调节火焰枪与待焊接钻头基体面的水平位置，转动升降手轮调节火焰枪与待焊接钻头基体面的垂直距离，利用锁紧手柄固定旋转臂的垂直方向的位置；

(3)微调旋转臂角度位置以及利用移动火焰枪夹板最终调节火焰枪与待焊接钻头的水平位置，调节焊丝与待焊接钻头硬质合金基体位置的距离，放置金刚石刀片调节控制其焊接位置，开启并调节火焰枪，同时自动启动送丝系统进行钎焊；

(4)重复调节(2)、(3)操作，直至完成所有金刚石刀片与硬质合金基体的钎焊连接。

有益效果：与现有技术相比，所具有的优点和有益效果主要体现在以下几方面：

(1)本发明的钎焊装置平台，可简单方便的实现金刚石刀翼与硬质合金钻头基体复杂空间位置的连接，保证了其良好的连接性能；

(2)通过钎焊连接，钻头维护无需整体更换，通过钎料毛细润湿作用，确保金刚石刀翼与硬质合金钻头基体连接填充均匀，保证钎焊连接区的强度；

(3)本发明的钎焊装置平台具有设计合理、结构简单、设备安全可靠、制造成本低等优点，实现了金刚石刀翼与硬质合金钻头基体的准确连接，提高生产效率，降低劳动强度以及劳动技能要求，实现了高效、精确、低成本的目的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中待焊接钻头的结构示意图；

图3为待焊接钻头的连接结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至图3所示，本发明的一种石油钻头金刚石刀翼钎焊装置平台，该石油钻头金刚石刀翼由金刚石刀片23、硬质合金钻头基体24和钻头柄25组成，钻头柄25上圆周分布有若干个硬质合金钻头基体24，硬质合金钻头基体24上安装有金刚石刀片23，包括底座11和安装在底座11上的支架，所述支架通过翻转半齿轮17与钻头翻转架连接，翻转半齿轮17与钻头翻转架固定连接，钻头翻转架通过翻转轴19安装在支架上，在支架上设有翻转手轮18，翻转手轮18上套有第一齿轮，第一齿轮与齿轮轴啮合，齿轮轴安装在支架上，齿轮轴一端设有轮齿与第一齿轮啮合，另一端设有轮齿与翻转齿轮啮合；所述钻头翻转架上安装有外套筒20，外套筒通过安装在钻头翻转架上的移动装置带动移动，外套筒20内套有内套筒21，内套筒21头部通过钻头升降套筒28与钻头夹持套筒27连接，钻头夹持套筒27通过钻头挡圈26与待焊接钻头15连接，在待焊接钻头15上方设有火焰枪14和焊丝12，所述外套筒20外套有电热感应圈16；所述火焰枪14安装在火焰枪夹板13上，火焰枪夹板13通过水平调节装置调整火焰枪14在水平方向移动，水平调节装置与竖直调节装置连接，调节火焰枪14在竖直方向移动。

在本发明中，所述移动装置包含钻头升降齿轮2、钻头升降手轮5和与钻头升降齿轮2啮合的钻头升降齿条，所述钻头升降齿条位于内套筒21上，钻头升降齿轮2与钻头升降手轮5连接，钻头升降手轮5安装在钻头翻转架上，钻头升降手轮5在钻头翻转架上自由转动，钻头升降手轮5转动从而带动钻头升降齿条运动，从而带动内套筒运动。所述竖直调节装置包括固定安装在底座11上的焊枪架4、升降齿条6和卡圈，所述升降齿条6安装在焊枪架4上，卡圈卡在焊枪架4上，卡圈上安装有与升降齿条6啮合的第三齿轮，第三齿轮与升降手轮8连接，升降手轮8与安装在卡圈上的锁紧手柄7连接，水平调节装置调整与卡圈连接。所述水平调节装置调整包括旋转臂9和移动手轮11，所述旋转臂9包括圆环和圆环上延伸的支臂，所述圆环通过旋转隔离套10套在卡圈上，支臂上套有火焰枪夹板13，火焰枪夹板13与移动手轮11连接。

在本发明中，底座11长为1300mm，宽为1200mm，高为1600mm；钻头翻转架的翻转范围为±90°，火焰夹持板的横向移动范围为200mm～1300mm，旋转臂9的纵向移动范围为500mm～1600mm，旋转臂9的转动范围为±60°。电热感应圈16直径为500mm，高为300mm；钻头升降套筒28的最大升降距离为300mm。电热感应圈16采用紫铜管制作而成，电热感应圈安装于钻头翻转架的圆盘界面，整体结构采用Q235钢板及钢材连接而成。电热感应圈16利用热胀冷缩的原理：钻头夹持套筒27在通电按钮下加热膨胀，在断电按钮下钻头夹持套筒27收缩来保证钻头在翻转中的稳定位置。

一种石油钻头金刚石刀翼钎焊装置平台的焊接方法，包括以下步骤：

(1)调节钻头翻转架置于垂直向上位置，安装放置待焊接钻头15于钻头夹持套筒27中，启动加热按钮加热电热感应圈16一定温度，夹紧待焊接钻头15，保温30s，关闭加热按钮；

(2)利用钻头升降手轮和翻转手轮18初步调节硬质合金钻头基体24待焊面，转动旋转臂9角度并移动火焰枪夹板13初步调节火焰枪14与待焊接钻头15基体面的水平位置，转动升降手轮8调节火焰枪14与待焊接钻头15基体面的垂直距离，利用锁紧手柄7固定旋转臂9的垂直方向的位置；

(3)微调旋转臂9角度位置以及利用移动火焰枪夹板13最终调节火焰枪14与待焊接钻头15的水平位置，调节焊丝12与待焊接钻头15硬质合金基体位置的距离，放置金刚石刀片23调节控制其焊接位置，开启并调节火焰枪14，同时自动启动送丝系统进行钎焊；

(4)重复调节(2)、(3)操作，直至完成所有金刚石刀片23与硬质合金基体的钎焊连接。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种石油钻头金刚石刀翼钎焊装置平台，该石油钻头金刚石刀翼由金刚石刀片、硬质合金钻头基体和钻头柄组成，钻头柄上圆周分布有若干个硬质合金钻头基体，硬质合金钻头基体上安装有金刚石刀片，其特征在于：包括底座和安装在底座上的支架，所述支架通过翻转半齿轮与钻头翻转架连接，翻转半齿轮与钻头翻转架固定连接，钻头翻转架通过翻转轴安装在支架上，在支架上设有翻转手轮，翻转手轮上套有第一齿轮，第一齿轮与齿轮轴啮合，齿轮轴安装在支架上，齿轮轴一端设有轮齿与第一齿轮啮合，另一端设有轮齿与翻转齿轮啮合；所述钻头翻转架上安装有外套筒，外套筒通过安装在钻头翻转架上的移动装置带动移动，外套筒内套有内套筒，内套筒头部通过钻头升降套筒与钻头夹持套筒连接，钻头夹持套筒通过钻头挡圈与待焊接钻头连接，在待焊接钻头上方设有火焰枪和焊丝，所述外套筒外套有电热感应圈；所述火焰枪安装在火焰枪夹板上，火焰枪夹板通过水平调节装置调整火焰枪在水平方向移动，水平调节装置与竖直调节装置连接，调节火焰枪在竖直方向移动。

2.根据权利要求1所述的石油钻头金刚石刀翼钎焊装置平台，其特征在于：所述移动装置包含钻头升降齿轮、钻头升降手轮和与钻头升降齿轮啮合的钻头升降齿条，所述钻头升降齿条位于内套筒上，钻头升降齿轮与钻头升降手轮连接，钻头升降手轮安装在钻头翻转架上。

3.根据权利要求2所述的石油钻头金刚石刀翼钎焊装置平台，其特征在于：所述竖直调节装置包括固定安装在底座上的焊枪架、升降齿条和卡圈，所述升降齿条安装在焊枪架上，卡圈卡在焊枪架上，卡圈上安装有与升降齿条啮合的第三齿轮，第三齿轮与升降手轮连接，升降手轮与安装在卡圈上的锁紧手柄连接，水平调节装置调整与卡圈连接。

4.根据权利要求3所述的石油钻头金刚石刀翼钎焊装置平台，其特征在于：所述水平调节装置包括旋转臂和移动手轮，所述旋转臂包括圆环和圆环上延伸的支臂，所述圆环通过旋转隔离套套在卡圈上，支臂上套有火焰枪夹板，火焰枪夹板与移动手轮连接。

5.一种权利要求4所述的石油钻头金刚石刀翼钎焊装置平台的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)调节钻头翻转架置于垂直向上位置，安装放置待焊接钻头于钻头夹持套筒中，启动加热按钮加热电热感应圈到一定温度，夹紧待焊接钻头，保温30s，关闭加热按钮；

(2)利用钻头升降手轮和翻转手轮初步调节硬质合金钻头基体待焊面，转动旋转臂角度并移动火焰枪夹板初步调节火焰枪与待焊接钻头基体面的水平位置，转动升降手轮调节火焰枪与待焊接钻头基体面的垂直距离，利用锁紧手柄固定旋转臂的垂直方向的位置；

(3)微调旋转臂角度位置以及利用移动火焰枪夹板最终调节火焰枪与待焊接钻头的水平位置，调节焊丝与待焊接钻头硬质合金基体位置的距离，放置金刚石刀片调节控制其焊接位置，开启并调节火焰枪，同时自动启动送丝系统进行钎焊；

(4)重复调节(2)、(3)操作，直至完成所有金刚石刀片与硬质合金基体的钎焊连接。