CN105178870B - 一种整体式硬质合金脉冲喷嘴及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整体式硬质合金脉冲喷嘴及其生产工艺，该脉冲喷嘴的结构包括脉冲喷嘴主体，所述脉冲喷嘴主体为圆柱体结构，脉冲喷嘴主体内设有锥形体的内谐振腔，内谐振腔的上方设有喷嘴出口，内谐振腔的下方设有导流通道，内谐振腔与喷嘴出口、导流通道形成两头大中间小的中空腔体，内谐振腔与喷嘴出口相接处设有上撞面，内谐振腔与导流通道相接处设有下撞面，生产工艺包括配料、压制成型、一次烧结、粗磨、清洗、真空烘干、拼接烧结和精磨加工的步骤。本发明生产出的脉冲喷嘴耐磨性好、耐腐蚀性强、工作寿命高，生产工艺简单，能实现批量化生产。

Description

一种整体式硬质合金脉冲喷嘴及其生产工艺

技术领域

本发明涉及硬质合金生产及深度加工领域，特别是一种整体式硬质合金脉冲喷嘴及其生产工艺。

背景技术

我国研究脉冲喷嘴已经20多年的历史，一般来说，脉冲喷嘴广泛应用于油气田钻井的牙轮钻和金刚石钻上，在钻井的过程中间断喷射洗井液，工作环境恶劣，连续工作时间长，因此，对喷嘴的结构设计要求很高。

硬质合金喷嘴装配到油气田钻井用钻头上，一定压力下钻井液通过喷嘴内孔流出，该喷嘴主要起以下五个作用：(1)冷却钻头和钻具；(2)携带岩石碎屑，清洁和净化井底；(3)清洁钻头牙轮，保证其正常切削效率；(4)保持和扩大待钻岩石裂缝；(5)提高钻井液压力，增强对岩石的冲击力。

但目前，大部分油田普遍采用分体式脉冲喷嘴，该类型的脉冲喷嘴生产相对简单，产品的耐磨性、耐腐蚀性差，使用寿命短，而且，由于该类型的喷嘴均采用焊接工艺连接，喷嘴的强度低。

专利申请号：CN201320056549.3公开了一种分体式脉冲喷嘴，该脉冲喷嘴由脉冲体和导流体组成，组合结构形式为装配组合或焊接式组合，组成一体的脉冲喷嘴，按其结构功能分为导流通道，脉冲腔、喷嘴出口，其导流通道入口有两种结构，锥形结构和曲线形结构，包括椭圆形、圆弧形、双圆弧形、流线形、等变速形曲线，其脉冲腔由上撞面和下撞面及腔壁组成。该发明 采用硬质合金与钢件两部分组装的方式，存在钢件部分不耐磨，焊接式组合导致分体式脉冲喷嘴在井下喷嘴工作时，容易出现结构不牢固造成两部分分裂脱落的事故。

发明内容

基于此，针对上述问题，有必要提出一种整体式硬质合金脉冲喷嘴及其生产工艺，该工艺方法通过两种不同材质的拼接烧结，得到两头大中间小的中空内腔，生产出的整体式硬质合金脉冲喷嘴，其耐磨性高，耐腐蚀性强，工作的寿命大大提高。

本发明的技术方案是：一种整体式硬质合金脉冲喷嘴，包括脉冲喷嘴主体，所述脉冲喷嘴主体为圆柱体结构，脉冲喷嘴主体内设有锥形体的内谐振腔，内谐振腔的上方设有喷嘴出口，内谐振腔的下方设有导流通道，内谐振腔与喷嘴出口、导流通道形成两头大中间小的中空腔体，内谐振腔与喷嘴出口相接处设有上撞面，内谐振腔与导流通道相接处设有下撞面。

脉冲喷嘴的外观形状、内部腔体结构相对复杂，传统硬质合金生产工艺无法生产整体式硬质合金脉冲喷嘴。本发明中首先要确定好整体硬质合金脉冲喷嘴的外形结构和内部结构，再将整体的硬质合金脉冲喷嘴分成毛坯A和毛坯B，通过二次烧结将他们复合成一个结构完整、功能更强的整体，比传统分体式脉冲喷嘴的强度高。

优选地，上撞面与内谐振腔腔壁的夹角α为60°，使得上撞面形成倒锥形结构。

优选地，下撞面与内谐振腔腔壁的夹角β为120°，使得下撞面形成倒锥形结构。

一种整体式硬质合金脉冲喷嘴的生产工艺，包括以下步骤：

a、配料：分别调配毛坯A和毛坯B中的混合料；

b、压制成型：按收缩系数1.22～1.25设计出毛坯A和毛坯B的模具，生产出毛坯A和毛坯B；

c、一次烧结：将毛坯A和毛坯B放入温度范围为1400℃～1420℃的烧结炉中烧结成型，并保温1h；

d、粗磨端面和外圆：采用无心磨床磨加工毛坯A和毛坯B的外圆，采用平面磨床磨加工毛坯A和毛坯B的端面；

e、清洗：分别对毛坯A和毛坯B进行清洗；

f、真空烘干：采用真空干燥设备对毛坯A和毛坯B进行烘干操作；

g、拼接烧结：采用高纯石墨芯杆和高纯石墨螺母将毛坯A和毛坯B上下同心固定，放入温度范围为1430℃～1450℃的烧结炉中拼接烧结，并保温1个小时；

h、根据图纸的形状和尺寸要求，精细磨加工表面。

本发明主要采用传统硬质合金工艺和硬质合金深度加工工艺的结合，制定出整体式硬质合金脉冲喷嘴的生产工艺，该工艺能提高整体式硬质合金脉冲喷嘴的耐磨性和耐腐蚀性，且相接处比传统焊接式组合的脉冲喷嘴强度大，不易断裂。

进一步地，毛坯A的混合料比例为：碳化钨84％～87％，钴11％～12％，碳化铬1％～2％，碳化钽1％～2％。

进一步地，毛坯B的混合料比例为：碳化钨83％～86％，钴12％～13％，碳化铬1％～2％，碳化钽1％～2％。

优选地，在步骤d中，设定粗磨后的毛坯A和毛坯B的表面粗糙度≤Ra0.4；

优选地，在步骤e中，对毛坯A和毛坯B的清洗次数为两次，第一次清洗作用于毛坯A和毛坯B的表面磨削杂质，第二次清洗作用于毛坯A和毛坯B的拼接面氧化层。

优选地，设定毛坯A为脉冲喷嘴主体的上部分，包括上段内谐振腔和喷嘴出口；设定毛坯B为脉冲喷嘴主体的下部分，包括下段内谐振腔和导流通道。

本发明的有益效果是：

(1)该脉冲喷嘴的结构独特，耐磨性好，耐腐蚀性强，工作的寿命大大提高；

(2)可防止传统喷嘴断裂、脱落导致喷嘴跌入油井的情况发生，提高了油田钻井的工作生产效率；

(3)采用传统硬质合金工艺与硬质合金深度加工工艺相结合，其步骤简单，能实现批量化生产。

附图说明

图1是本发明整体式硬质合金脉冲喷嘴的结构示意图；

图2是本发明毛坯A的结构示意图；

图3是本发明毛坯B的结构示意图；

图4是本发明拼接烧结的结构示意图；

图中，10-脉冲喷嘴主体，20-内谐振腔；30-喷嘴出口，40-导流通道，50- 高纯石墨芯杆，60-高纯石墨螺母，201-上撞面，202-下撞面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例1：

一种整体式硬质合金脉冲喷嘴，如图1所示，包括脉冲喷嘴主体10，所述脉冲喷嘴主体10为圆柱体结构，脉冲喷嘴主体10内设有锥形体的内谐振腔20，内谐振腔20的上方设有喷嘴出口30，内谐振腔20的下方设有导流通道40，内谐振腔20与喷嘴出口30、导流通道40形成两头大中间小的中空腔体，内谐振腔20与喷嘴出口30相接处设有上撞面201，内谐振腔20与导流通道40相接处设有下撞面202。

脉冲喷嘴的外观形状、内部腔体结构相对复杂，要生产出整体的硬质合金脉冲喷嘴的难度极大。本发明中首先要确定好整体硬质合金脉冲喷嘴的外形结构和内部结构，如图2、图3所示，再将整体的硬质合金脉冲喷嘴分成毛坯A和毛坯B，通过二次烧结将他们复合成一个结构完整、功能更强的整体，比传统分体式脉冲喷嘴的强度高。

实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处在于，上撞面与内谐振腔腔壁的夹角α为 60°，下撞面与内谐振腔腔壁的夹角β为120°，上撞面和下撞面均为锥形结构。

实施例3：

本实施例与实施例1、实施例2的不同之处在于，导流通道为锥形结构、曲线型结构、流线型结构、椭圆形结构、圆弧形结构、双圆弧形结构和等变速形结构的其中一种。

实施例4：

一种整体式硬质合金脉冲喷嘴的生产工艺，包括以下步骤：

步骤一、配料：分别调配毛坯A和毛坯B中的混合料，其中毛坯A的混合料比例为：碳化钨84％，钴12％，碳化铬2％，碳化钽2％；毛坯B的混合料比例为：碳化钨83％，钴13％，碳化铬2％，碳化钽2％；

步骤二、压制成型：按收缩系数1.22设计出毛坯A和毛坯B的模具，生产出毛坯A和毛坯B；

步骤三、一次烧结：将毛坯A和毛坯B放入温度范围为1400℃的烧结炉中烧结成型，并保温1h；

步骤四、粗磨端面和外圆：采用无心磨床磨加工毛坯A和毛坯B的外圆，采用平面磨床磨加工毛坯A和毛坯B的端面；

步骤五、清洗：分别对毛坯A和毛坯B进行清洗；

步骤六、真空烘干：采用真空干燥设备对毛坯A和毛坯B进行烘干操作；

步骤七、拼接烧结：如图4所示，采用高纯石墨芯杆50和高纯石墨螺母60 将毛坯A和毛坯B上下同心固定，放入温度范围为1430℃的烧结炉中拼接烧结，并保温1个小时；

步骤八、根据图纸的形状和尺寸要求，精细磨加工表面。

实施例5：

一种整体式硬质合金脉冲喷嘴的生产工艺，包括以下步骤：

步骤一、配料：分别调配毛坯A和毛坯B中的混合料，其中毛坯A的混合料比例为：碳化钨87％，钴11％，碳化铬1％，碳化钽1％，毛坯B的混合料比例为：碳化钨86％，钴12％，碳化铬1％，碳化钽1％；

步骤二、压制成型：按收缩系数1.25设计出毛坯A和毛坯B的模具，生产出毛坯A和毛坯B；

步骤三、一次烧结：将毛坯A和毛坯B放入温度范围为1420℃的烧结炉中烧结成型，并保温1h；

步骤四、粗磨端面和外圆：采用无心磨床磨加工毛坯A和毛坯B的外圆，采用平面磨床磨加工毛坯A和毛坯B的端面；

步骤五、清洗：分别对毛坯A和毛坯B进行清洗；

步骤六、真空烘干：采用真空干燥设备对毛坯A和毛坯B进行烘干操作；

步骤七、拼接烧结：如图4所示，采用高纯石墨芯杆50和高纯石墨螺母60 将毛坯A和毛坯B上下同心固定，放入温度范围为1450℃的烧结炉中拼接烧结，并保温1个小时；

步骤八、根据图纸的形状和尺寸要求，精细磨加工表面。

实施例6：

一种整体式硬质合金脉冲喷嘴的生产工艺，包括以下步骤：

步骤一、配料：分别调配毛坯A和毛坯B中的混合料，毛坯A的混合料比例为：碳化钨85％，钴11％，碳化铬2％，碳化钽2％；毛坯B的混合料比例为：碳化钨84％，钴12％，碳化铬2％，碳化钽2％；

步骤二、压制成型：按收缩系数1.24设计出毛坯A和毛坯B的模具，生产出毛坯A和毛坯B；

步骤三、一次烧结：将毛坯A和毛坯B放入温度范围为1410℃的烧结炉中烧结成型，并保温1h；

步骤四、粗磨端面和外圆：采用无心磨床磨加工毛坯A和毛坯B的外圆，采用平面磨床磨加工毛坯A和毛坯B的端面；

步骤五、清洗：分别对毛坯A和毛坯B进行清洗；

步骤六、真空烘干：采用真空干燥设备对毛坯A和毛坯B进行烘干操作；

步骤七、拼接烧结：如图4所示，采用高纯石墨芯杆50和高纯石墨螺母60 将毛坯A和毛坯B上下同心固定，放入温度范围为1440℃的烧结炉中拼接烧结，并保温1个小时；

步骤八、根据图纸的形状和尺寸要求，精细磨加工表面。

在以上实施例4到实施例6的具体实施过程中，在步骤四中，要求粗磨后的毛坯A和毛坯B的表面粗糙度≤Ra0.4；在步骤五中，对毛坯A和毛坯B的清洗次数为两次，第一次清洗作用于毛坯A和毛坯B的表面磨削杂质，第二次清洗作用于毛坯A和毛坯B的拼接面氧化层。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种整体式硬质合金脉冲喷嘴，其特征在于，包括脉冲喷嘴主体，所述脉冲喷嘴主体为圆柱体结构，脉冲喷嘴主体内设有锥形体的内谐振腔，内谐振腔的上方设有喷嘴出口，内谐振腔的下方设有导流通道，内谐振腔与喷嘴出口、导流通道形成两头小中间大的中空腔体，内谐振腔与喷嘴出口相接处设有上撞面，内谐振腔与导流通道相接处设有下撞面，上撞面与内谐振腔腔壁的夹角α为60°，下撞面与内谐振腔腔壁的夹角β为120°；

所述整体式硬质合金脉冲喷嘴的生产工艺包括以下步骤：

a、配料：分别调配毛坯A和毛坯B中的混合料；

b、压制成型：按收缩系数1.22～1.25设计出毛坯A和毛坯B的模具，生产出毛坯A和毛坯B；

c、一次烧结：将毛坯A和毛坯B放入温度范围为1400℃～1420℃的烧结炉中烧结成型，并保温1h；

d、粗磨端面和外圆：采用无心磨床磨加工毛坯A和毛坯B的外圆，采用平面磨床磨加工毛坯A和毛坯B的端面；

e、清洗：分别对毛坯A和毛坯B进行清洗；

f、真空烘干：采用真空干燥设备对毛坯A和毛坯B进行烘干操作；

g、拼接烧结：采用高纯石墨芯杆和高纯石墨螺母将毛坯A和毛坯B上下同心固定，放入温度范围为1430℃～1450℃的烧结炉中拼接烧结，并保温1个小时；

h、根据图纸的形状和尺寸要求，精细磨加工表面；

毛坯A的混合料比例为：碳化钨84％～87％，钴11％～12％，碳化铬1％～2％，碳化钽1％～2％；

毛坯B的混合料比例为：碳化钨83％～86％，钴12％～13％，碳化铬1％～2％，碳化钽1％～2％；

在步骤d中，设定粗磨后的毛坯A和毛坯B的表面粗糙度≤Ra0.4；

在步骤e中，对毛坯A和毛坯B的清洗次数为两次，第一次清洗作用于毛坯A和毛坯B的表面磨削杂质，第二次清洗作用于毛坯A和毛坯B的拼接面氧化层；

设定毛坯A为脉冲喷嘴主体的上部分，包括上段内谐振腔和喷嘴出口；设定毛坯B为脉冲喷嘴主体的下部分，包括下段内谐振腔和导流通道。