CN110035859B - 用于制造用于湿式钻头的钻杆的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造用于湿式钻头的钻杆(18)的方法，该湿式钻头产生具有钻孔直径的钻孔和具有芯部直径的钻芯，其中，将N个带状材料形成管体，其中，N≥1，并且将管体在带棱边上通过N个连接焊缝材料锁合地连接，其中，给所述N个带状材料(31，53A、53B、53C)之中的至少一个带状材料在带棱边材料锁合地连接之前设有至少一个凹部(37A、37B、37C)。

Description

用于制造用于湿式钻头的钻杆的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造用于湿式钻头的钻杆的方法。
背景技术
钻头由多个钻头区段构成，这些钻头区段构成为切割区段和钻杆区段。切割区段包括环形区段和一个或多个切割分段，这些切割分段与环形区段熔焊、钎焊、螺纹连接或者按另外适合的固定方式固定在环形区段上。钻杆区段包括管状的钻杆、盖和插入端，通过该插入端，钻头固定在取芯钻机的工具接纳部中。钻杆由管形的材料制成或者由平坦的带状材料制成，该带状材料变形成管并且在带棱边上通过纵向焊缝连接。切割区段和钻杆区段借助于连接装置可松开地或不可松开地连接。在具有在切割区段与钻杆区段之间的不可松开的连接装置的钻头中，切割区段的环形区段和钻杆可以整体构成，替选地，环形区段可以与钻杆材料锁合地构成。
在钻运行时，钻头在工件中产生具有芯部直径的钻芯和具有钻孔直径的钻孔。各切割分段构成一个具有相应于芯部直径的内直径和相应于钻孔直径的外直径的切割环。在钻孔时，湿式钻孔和干式钻孔不同。用于湿式钻孔的钻头(湿式钻头)在结构中不同于用于干式钻孔的钻头(干式钻头)。在湿式钻孔时，冷却和冲洗液是必要的，其作为冷却液时冷却钻头的切割分段并且作为冲洗液时移走来自钻孔的钻屑。干净的冷却和冲洗液通常通过在钻芯与钻杆之间的内缝隙输送，并且掺杂有钻屑的、用过的冷却和冲洗液通过在钻杆与钻孔之间的外缝隙导走。
为了将足够的冷却和冲洗液输送到在工件中的加工位置上，在湿式钻头的结构中如下规则有效：在考虑所有允许的偏差的情况下，内缝隙应具有至少0.4mm的宽度，内缝隙的宽度也称为内伸出量。在对钢筋混凝土进行湿式钻孔时、即在对嵌入有钢筋的混凝土进行湿式钻孔时，在钻孔期间可以产生铁楔，所述铁楔通过湿式钻头与钢筋分开并且与钻芯松开。铁楔可以卡在钻杆与钻芯之间的内缝隙中并且导致钻孔过程中断并且取芯钻机停止。为了降低铁楔在钻芯与钻杆之间的内缝隙中卡住的危险，内伸出量应限制到小于0.4mm、尤其是小于0.2mm的值。在钻芯与钻杆内侧之间的内缝隙越小，如下风险就越小：钢筋的被分开的铁楔由钻芯松开并且挤入到钻芯与钻杆内侧之间的内缝隙中。
为了在具有小的内伸出量的湿式钻头中将冷却和冲洗液充分输送到工具中的加工位置上，湿式钻头应设有用于冷却和冲洗液的输送通道。不利的是，在钻杆内侧上制造用于冷却和冲洗液的输送通道将产生高的制造耗费。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于制造用于湿式钻头的钻杆，通过该方法可以在钻头的内侧上产生用于冷却和冲洗液的输送通道。在此，在制造钻杆时的制造耗费应尽可能小。
所述目的通过一种用于制造用于湿式钻头的钻杆的方法解决，该湿式钻头产生具有钻孔直径的钻孔和具有芯部直径的钻芯，所述方法包括：将N个带状材料形成管体，其中，N≥1，并且将管体在带棱边上通过N个连接焊缝材料锁合地连接，按本发明特征在于，给所述N个带状材料之中的至少一个带状材料在带棱边材料锁合地连接之前设有至少一个凹部。
钻杆由一个带状材料或多个带状材料制造，采用的带状材料的数量相应于连接焊缝的数量。在制造钻杆时，带状材料形成管体并且在对接的带棱边上焊接。钻杆通过带状材料的成形和焊接的制造允许，在钻杆的内侧上以小的制造耗费制成凹部，所述凹部在制成的钻杆中用作为用于冷却和冲洗液的输送通道。这些凹部可以在钻杆的内侧上、在钻杆的外侧上或者在钻杆的内侧和外侧上产生。
在一种优选的第一方案中，N个带状材料形成螺旋管体并且螺旋管体在带棱边上通过N个螺旋状的连接焊缝材料锁合地连接。构成为焊接的螺旋管体的钻杆具有至少一个螺旋状的连接焊缝，该连接焊缝对于钻杆来说用作为加固元件并且该钻杆的刚度相对于相同壁厚的管状的钻杆来说提高。替选地，可以采用具有更小壁厚的带状材料，所述带状材料在制成的钻杆中具有与管状的钻杆一样的刚度。从而焊接的螺旋管体作为钻杆的应用或者提高了在钻运行时钻杆的刚度和/或降低了钻杆的重量。具有较高刚度的钻杆改善了在钻孔时钻杆的稳定性。
在一种优选的第二方案中，N个带状材料形成纵向管体并且纵向管体在带棱边上通过N个纵向延伸的连接焊缝材料锁合地连接。构成为焊接的纵向管体的钻杆具有至少一个纵向延伸的连接焊缝，该连接焊缝对于钻杆来说用作为加固元件并且钻杆的刚度相对于相同厚度的管形的钻杆来说提高。替选地，可以使用具有较小的壁厚的带状材料，所述带状材料在制成的钻杆中具有与管形的钻杆一样的刚度。从而焊接的纵向管体作为钻杆的应用或者提高了在钻运行时钻杆的刚度和/或降低了钻杆的重量。具有较高刚度的钻杆改善了在钻孔时钻杆的稳定性。
在一种优选的第一方案中，管体的所述至少一个凹部在钻杆的内侧上产生。在制造钻杆时，带状材料形成管体并且在带棱边上焊接。在带棱边被焊接之前，在管体的内侧上产生凹部，所述凹部在钻运行时用作为用于干净的冷却和冲洗液的输送通道。凹部的数量和凹部的几何形状可以适配于干净的冷却和冲洗液的必需的液体量。
在一种优选的第二方案中，管体的所述至少一个凹部在钻杆的外侧上产生。在制造钻杆时，带状材料形成管体并且在带棱边上进行焊接。在带棱边被焊接之前，在管体的外侧上产生凹部，所述凹部在钻运行时用作为用于掺杂有钻屑的、用过的冷却和冲洗液的输送通道。
在一种优选的第三方案中，管体的至少一个凹部在钻杆的内侧上产生并且管体的至少一个凹部在钻杆的外侧上产生。在制造钻杆时，带状材料形成管体并且在带棱边上进行焊接。在带棱边被焊接之前，在管体的内侧和外侧上产生凹部。在钻杆内侧上的凹部用作为用于干净的冷却和冲洗液的输送通道，并且在钻杆外侧上的凹部用作为用于掺杂有钻屑的、用过的冷却和冲洗液的输送通道。
附图说明
下面借助于附图来说明本发明的实施例。附图不必一定按比例尺描述实施例，更确切地说，用于解释的附图以示意的和/或略微失真的形式构成。在此可考虑的是，可以与实施方式的形状和细节相关地执行各种修改和改变，而不偏离本发明的总构思。本发明的总构思不受限于下面显示和描述的优选的实施例的精确的形状或细节。在给出的尺寸范围中，处于所述界限内的值也应作为边界值公开并且可任意使用和要求保护。基于简化，下面对于具有相等或类似功能的相同或类似部件采用相同的附图标记。
其中：
图1显示具有螺旋管状的钻杆的湿式钻头的第一实施方式，该钻杆借助于按本发明的用于制造钻杆的方法已在内侧上制造有凹部；
图2A、2B显示图1的第一湿式钻头的钻杆沿在图1的剖视线A-A的纵向剖视图(图2A)，以及以放大图的形式显示图2A的钻杆的细节(图2B)；
图3显示具有纵缝焊接的钻杆的湿式钻头的第二实施方式，该钻杆借助于按本发明的用于制造钻杆的方法已在外侧和内侧上制造有凹部；
图4A、4B显示图3的第二湿式钻头的钻杆沿在图3中的剖视线B-B的横截面图(图4A)，以及以放大图的形式显示图4A的钻杆的细节(图4B)。
具体实施方式
图1显示具有螺旋管状的钻杆的湿式钻头10的第一实施方式，该钻杆借助于按本发明的用于制造钻杆的方法已在内侧上制造有多个凹部。湿式钻头10下面称作为第一湿式钻头10并且包括切割区段11、钻杆区段12和接纳区段，切割区段11和钻杆区段12通过第一连接装置14连接，并且钻杆区段12和接纳区段13通过第二连接装置15连接。
第一连接装置14在本实施例中构成为以组合的插接-转动连接结构的形式的可松开的连接装置，并且第二连接装置15在本实施例中构成为以焊接连接结构形式的不可松开的连接装置。替选地，所有可松开的和不可松开的连接装置适用于在切割区段11与钻杆区段12之间的第一连接装置14并且适用于在钻杆区段12与接纳区段13之间的第二连接装置15。第一钻头10可具有可松开的第一和第二连接装置14、15，可以具有可松开的第一连接装置14和不可松开的第二连接装置15，可以具有不可松开的第一连接装置14和可松开的第二连接装置15，或者可以具有不可松开的第一和第二连接装置14、15。连接装置在其能被使用者能不破环地松开的情况下看作为可松开的，例如插接连接、销连接或螺纹连接。连接装置在其仅能被使用者通过破坏连接措施而松开的情况下看作为不可松开的，例如钎焊连接、熔焊连接或粘合连接。
切割区段11包括一个环区段16和与该环区段连接的多个切割分段17。各切割分段17环形地设置并且构成一个具有中间空间的切割环。取代多个切割分段17，切割区段11也可以具有构成为封闭的切割环的一个唯一的切割分段。各切割分段17与环区段16熔焊、钎焊、螺纹连接或者按另外适合的固定方式固定在环区段16上。在不可松开的第一连接装置14中，可以取消环区段16，并且切割分段17可以直接与钻杆区段12连接。
钻杆区段12包括螺旋管状的钻杆18，该钻杆与切割区段11通过第一连接装置14连接并且与接纳区段13通过第二连接装置15连接。接纳区段13包括盖21和插入端22，通过该插入端，第一湿式钻头10固定在取芯钻机的工具接纳部中。在钻运行时，第一湿式钻头10由取芯钻机绕钻轴线23驱动并且沿平行于钻轴线23的钻孔方向24运动到待加工的工件25中。第一湿式钻头10在工件25中产生具有芯部直径d1的钻芯26和具有钻孔直径d2的钻孔27。各切割分段17构成一个具有内直径和外直径的切割环，该内直径相应于芯部直径d1并且该外直径相应于钻孔直径d2。
图2A、2B显示图1的第一湿式钻头10的钻杆18沿在图1中的剖视线A-A的纵向剖视图(图2A)以及以放大图的形式显示图2A的钻杆18的细节(图2B)。
钻杆18构成为焊接的螺旋管体，该螺旋管体由一个以平板的形式的带状材料31通过成形和焊接来制成。平坦的带状材料31变形成螺旋管体32并且在带棱边上通过一个螺旋状的连接焊缝33连接。螺旋状的连接焊缝33对于钻杆18来说用作为加固元件并且相对于相同壁厚的管状的钻杆来说提高了钻杆18的刚度。
螺旋状的连接焊缝33在钻杆18的外侧34上以外伸出量△A相对于螺旋管体32伸出并且在钻杆18的内侧35上基本上与螺旋管体32齐平地构成。为了产生在外侧34上伸出的螺旋状的连接焊缝33，在焊接螺旋管体32时采用焊缝材料36，该焊缝材料提供需要的材料体积。
焊缝材料36可以构成粉末状的、丝状的或者带状的。通过焊缝材料36的材料特性可以适配螺旋状的连接焊缝33的特性。焊缝材料36可以具有与带状材料31一样的材料特性或者不一样的材料特性。如果焊缝材料36和带状材料31具有相同的材料特性，那么在焊接带棱边时产生均匀的过渡部，并且焊缝材料36可以与带状材料31良好地连接。通过采用具有比带状材料31更高的抗拉强度和/或耐磨性的焊缝材料36可以影响螺旋状的连接焊缝36的特性，使得尽可能在钻杆18的整个寿命期间，确保钻杆18通过螺旋状的连接焊缝33的引导。
第一湿式钻头10显示螺旋状的连接焊缝33，该连接焊缝伸出钻杆18的外侧34。伸出外侧34的螺旋状的连接焊缝33允许在通过第一湿式钻头10进行钻孔时使钻杆18通过钻孔27引导。替选地，螺旋状的连接焊缝33可以在钻杆18的外侧34和内侧35上以外伸出量△A和内伸出量△1相对于螺旋管体32伸出，或者可以在钻杆18的内侧35上以内伸出量△1相对于螺旋管体32伸出。螺旋状的连接焊缝33的伸出量这样设定，使得螺旋状的连接焊缝33在钻杆18的外侧34上与钻孔27接触或者在钻杆18的内侧35上与钻芯26接触。通过伸出的螺旋状的连接焊缝33，钻杆18具有相对于钻孔27或钻芯26的小的接触面并且产生小的摩擦。在钻杆18与钻孔27之间在外侧34上的摩擦越小或者在钻杆18与钻芯26之间在内侧35上的摩擦越小，在取芯钻机的相同的功率中，第一湿式钻头10的钻孔进程就越大，并且钻杆18的寿命提高。
在用第一湿式钻头10进行湿式钻孔时冷却和冲洗液是必要的，其作为冷却液冷却切割分段17并且作为冲洗液移走来自钻孔27的钻屑。伸出钻杆18的外侧34的螺旋状的连接焊缝33除了使得钻杆18通过钻孔27引导之外还能支持移走掺杂有钻屑的、用过的冷却和冲洗液。如果第一湿式钻头10的旋转方向和螺旋状的连接焊缝33在钻杆10的外侧34上的延伸方向完全一致，那么螺旋状的连接焊缝33用作为用于掺杂有钻屑的、用过的冷却和冲洗液的输送螺旋件。
为了将干净的冷却和冲洗液输送至钻杆18的内侧35上，在钻杆18的内侧35上设置三个凹部37A、37B、37C，这些凹部称作为第一凹部37A、第二凹部37B和第三凹部37C。凹部37A、37B、37C在带状材料31变形成螺旋管32之前在金属板中产生并且在通过第一湿式钻头10进行湿式钻孔时作为用于必要的冷却和冲洗液的输送通道。凹部37A、37B、37C尤其在钻芯26与钻杆18之间的小的内缝隙中是必需的。凹部37A、37B、37C的数量、凹部37A、37B、37C的几何形状和凹部37A、37B、37C在钻杆18的外侧34和/或内侧35上的布置结构可以适配于冷却和冲洗液的液体量。
设置在钻杆18的内侧35上的凹部37A、37B、37C用于输送干净的冷却和冲洗液，并且设置在钻杆18的外侧34上的凹部可以支持移走掺杂有钻屑的用过的冷却和冲洗液。因为在第一湿式钻头10中在带状材料31变形之前产生凹部37A、37B、37C，所以在钻杆18的内侧35上能够以小的制造耗费形成凹部。
图3显示湿式钻头40的第二实施方式，该湿式钻头具有纵缝焊接的钻杆，该钻杆通过按本发明的用于制造钻杆的方法进行制造。湿式钻头40下面称作为第二湿式钻头40并且包括切割区段41、钻杆区段42和接纳区段43，其中，切割区段41和钻杆区段42通过第一连接装置44连接并且钻杆区段42和接纳区段43通过第二连接装置45连接。
切割区段41包括多个切割分段47，这些切割分段构成具有相应于芯部直径d1的内径和相应于钻孔直径d2的外径的切割环。钻杆区段42包括纵缝焊接的钻杆48，该钻杆与切割分段47通过第一连接装置44连接并且与接纳区段13通过第二连接装置45连接。接纳区段43包括盖51和插入端52，通过该插入端，第二湿式钻头40固定在取芯钻机的工具接纳部中。
第一和第二连接装置44、45在本实施例中构成为以焊接连接结构形式的不可松开的连接装置。原则上，任意的第一连接装置44和任意的第二连接装置45是适合的，该第一连接装置使得切割区段41和钻杆区段42可松开地或者不可松开地彼此连接，该第二连接装置使得钻杆区段42和接纳区段43可松开地或不可松开地彼此连接。
钻杆48以纵缝焊接的纵向管体的形式构成并且由形式为平板的三个带状材料53A、53B、53C通过成形和焊接制成。带状材料53A、53B、53C在成形设备中变形成纵向管体54并且在焊接设备中在带状棱边上通过三个纵向延伸的连接焊缝55A、55B、55C材料锁合地连接。带状材料53A、53B、53C称作为第一带状材料53A、第二带状材料53B和第三带状材料53C。各连接焊缝称作为第一连接焊缝55A、第二连接装焊缝55B和第三连接焊缝55C。第一连接焊缝55A使得第一和第二带状材料53A、53B连接、第二连接装焊缝55B使得第二和第三带状材料53B、53C连接并且第三连接焊缝55C使得第一和第三带状材料53A、53C连接。
第二湿式钻头40显示具有多个切割分段47的切割区段41，这些切割分段借助于第一连接装置44不可松开地固定在钻杆48上。取代多个切割分段47，切割区段41也可以具有构成为封闭的切割环的一个唯一的切割分段。此外，切割区段41可以具有一个设置在各切割分段47与钻杆48之间的环形区段。切割分段47熔焊、钎焊、螺纹连接或者按另外适合的固定方式固定在环形区段上，并且环形区段和钻杆48借助于第一连接装置44可松开地或不可松开地连接。环形区段可以如钻杆48那样构成为纵缝焊接的管。但是，在薄的带状材料53中具有恒定的壁厚的管形的环形区段证实为适宜的，因为提供用于固定切割分段47的较大接触面。
图4A、4B显示图3的第二湿式钻头40的钻杆48沿图3的剖视线B-B的横截面图(图4A)以及以放大图的形式显示图4A的钻杆48的细节(图4B)。
钻杆48的纵向延伸的连接焊缝55A、55B、55C在钻杆46的外侧56上基本上与纵向管体54齐平地构成并且在钻杆48的内侧54上以内伸出量△1相对于纵向管体54伸出。伸出钻杆48内侧57的纵向延伸的连接焊缝55A、55B、55C允许，在通过第二湿式钻头40进行钻孔时钻杆48通过钻芯26引导。为了产生伸出的纵向延伸的连接焊缝55A、55B、55C，在焊接纵向管体54时采用焊缝材料58，该焊缝材料提供必需的材料体积。
焊缝材料58可以构成粉末状的、丝状的或者带状的。通过焊缝材料58的材料特性，可以适配于连接焊缝55A、55B、55C的特性。焊缝材料58可以具有与带状材料53A、53B、53C相同的材料特性或不同的材料特性。如果焊缝材料58和带状材料53A、53B、53C具有相同的材料特性，那么在焊接带棱边时产生均匀的过渡部并且焊缝材料58可以与带状材料53A、53B、53C良好地连接。通过使用例如具有比带状材料53A、53B、53C更高的抗拉强度和/或更高的耐磨性的焊缝材料58，能够影响连接焊缝55A、55B、55C的特性。
第二湿式钻头40显示具有连接焊缝55A、55B、55C的钻杆48，这些连接焊缝在钻杆48的外侧和内侧56、57上相对于纵向管体54伸出。替选地，连接焊缝55A、55B、55C可以在钻杆48的外侧56上以外伸出量△A相对于纵向管体54伸出或者在钻杆48的内侧57上以内伸出量△1相对于纵向管体54伸出。连接焊缝55A、55B、55C的伸出量这样设定，使得连接焊缝55A、55B、55C在开始钻孔之后在钻杆48的外侧56上与钻孔27接触或者在钻杆48的内侧56上与钻芯26接触。
在通过第二湿式钻头40进行湿式钻孔时，冷却和冲洗液是必要的，其作为冷却液冷却切割分段47并且作为冲洗液移走来自钻孔27的钻屑。为了将干净的冷却和冲洗液输送至钻杆48的内侧57，在钻杆48的内侧57上设置多个凹部59。凹部59在带状材料53A、53B、53C变形成纵向管体54之前在金属板中产生并且在通过第二湿式钻头40进行钻孔时用作为用于必需的冷却和冲洗液的输送通道。凹部59尤其在钻芯26与钻杆48之间的小的内缝隙中是必需的。凹部59的数量、凹部59的几何形状和凹部59在钻杆48的外侧56和/或内侧57的布置结构可以适配于冷却和冲洗液的液体量。

Claims (6)

1.一种用于制造用于湿式钻头(10，40)的钻杆(18，48)的方法，该湿式钻头产生具有钻孔直径(d2)的钻孔(27)和具有芯部直径(d1)的钻芯(26)，所述方法包括：
将N个带状材料(31，53A、53B、53C)形成管体(32，54)，其中，N≥1，并且
将管体(32，54)在带棱边上通过N个连接焊缝(33，55A、55B、55C)材料锁合地连接，
其特征在于，给所述N个带状材料(31，53A、53B、53C)之中的至少一个带状材料在带棱边材料锁合地连接之前设有至少一个凹部(37A、37B、37C，59)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将N个带状材料形成螺旋管体，并且将螺旋管体在带棱边上通过N个螺旋状的连接焊缝材料锁合地连接。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将N个带状材料形成纵向管体，并且将纵向管体在带棱边上通过N个纵向延伸的连接焊缝材料锁合地连接。
4.根据权利要求1至3之中任一项所述的方法，其特征在于，将管体(32，54)的所述至少一个凹部(37A、37B、37C，59)在钻杆(18，48)的内侧(35，57)上产生。
5.根据权利要求1至3之中任一项所述的方法，其特征在于，将管体(32，54)的所述至少一个凹部在钻杆(18，48)的外侧(34，56)上产生。
6.根据权利要求1至3之中任一项所述的方法，其特征在于，将管体(32，54)的至少一个凹部(37A、37B、37C，59)在钻杆(18，48)的内侧(35，57)上产生，并且将管体(32，54)的至少一个凹部在钻杆(18，48)的外侧(34，56)上产生。
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