CN112828437B - 一种金刚石钻头高频焊接模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金刚石钻头高频焊接模具，包括支撑板、三爪卡盘、同心轴套、钻头、中心轴、石墨模套和压块总成；支撑板的中心开设有安装槽，同心轴套安装在安装槽内；同心轴套位于盘座中心开设的空腔内；钻头底端被三爪卡盘的卡爪固定，中心轴位于钻头内；钻头顶部呈环状分布有多个凸台，相邻凸台之间形成焊块槽，多个凸台构成凸台圈；石墨模套包括石墨内模套和石墨外模套；压块总成包括壳体、伸缩杆、弹簧和压盖。本发明用于保证金刚石钻头高频焊接过程中钻头刀头与钢体的同心度及焊接密实度，从而保证钻头的内外径尺寸满足设计和使用要求；本发明能够在同一钻头上同时焊接不同高度的焊块，能够用于特种金刚石钻头的高频焊接。

Description

一种金刚石钻头高频焊接模具

技术领域

本发明涉及探矿工程中钻头加工制造技术领域，更具体的说是涉及一种金刚石钻头高频焊接模具。

背景技术

金刚石钻头在硬地层中钻进时，有速度快、寿命长、工作平稳、井身质量好等优点，在我国各类钻井中，金刚石钻头是非常重要的钻进方式。我国金刚石钻头的生产主要有热压整体烧结法、二次镶焊法等。热压整体烧结法是将钻头钢体放在相应的模具中，将胎体材料与金刚石填充进去，然后放到高温炉中进行整体烧结。采用热压烧结法制造金刚石钻头时，钻头的烧结必须达到一定的温度(通常约1000℃)，才能满足钻头强度要求。然而，温度较高会对金刚石造成热损伤，降低钻头的使用寿命。此外，整体烧结法需要做底模、模心、模套等各种模具，工序多、生产效率较低。二次镶焊法是单独完成刀头的烧结，然后再将刀头镶焊到钻头钢体上。由于刀头是单独烧制，因此刀头的配方与烧结工艺选择范围更广，刀头烧结的温度更低，能够有效减小金刚石的热损伤。

高频焊接自动化装置采用二次镶焊法来生产金刚石钻头，用高频焊机为钻头焊接提供热源，该类型焊机能够产生高频感应电流，发热功率高、加热速度快，利于批量化的生产，在焊接领域应用非常广泛。

采用高频焊接金刚石钻头的方式，为保证焊接过程中钻头受热均匀，钻头会一直旋转。在焊接过程中，需要用红外激光温度传感器对钻头的温度进行检测，而且还需要给每个焊块持续向下的压力，保证焊缝的密实。然而高温条件下，钢体会发生膨胀，冷却后又会收缩，采用普通的工艺很难保证焊接后钻头的内外径尺寸以及焊块与钢体的同心度。尤其对于刀头高低不一致的特殊设计钻头，采用整体压块的方式，无法实现每个焊块的压实焊接。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种金刚石钻头高频焊接模具，用于高频焊接金刚石钻头自动化装置中，以解决上述背景技术部分所提出的问题。

为了实现上述方案，本发明采用以下技术方案：

一种金刚石钻头高频焊接模具，包括支撑板、三爪卡盘、同心轴套、钻头、中心轴、石墨模套和压块总成；

所述支撑板的中心开设有安装槽，所述同心轴套安装在所述安装槽内；所述三爪卡盘固定于所述支撑板的上方，所述同心轴套位于所述三爪卡盘的盘座中心开设的空腔内；所述钻头底端被所述三爪卡盘的卡爪固定，所述中心轴位于所述钻头内，并且所述中心轴底端伸入所述同心轴套内；

所述钻头顶部呈环状分布有多个凸台，相邻所述凸台之间形成焊块槽，焊块通过焊接剂焊接在所述焊块槽中，多个所述凸台构成凸台圈；

所述石墨模套包括石墨内模套和石墨外模套，所述石墨内模套套设在所述中心轴上，并且位于所述凸台圈的内径中；所述石墨外模套套设在所述钻头的顶部；

所述压块总成包括壳体、伸缩杆、弹簧和压盖，所述壳体内部呈环状竖直布置有一圈导向套筒，所述导向套筒与所述焊块槽对应设置；每个所述导向套筒内均设置有所述伸缩杆和所述弹簧，所述弹簧位于所述压盖与所述伸缩杆之间；所述导向套筒的两端开口设计，所述压盖安装在所述壳体的顶部，将所述导向套筒的顶部开口封闭，所述伸缩杆的底部伸出至所述导向套筒外。

石墨内模套与钻头顶部凸台圈的内孔配合，并控制钻头成品的内径收缩量；石墨外模套与钻头的外表面配合，并控制钻头成品的外径收缩量；所述压块总成处于钻头的上部，保证焊接过程中对焊块的压紧，使焊接更加可靠。

本发明用于保证高频焊接金刚石钻头过程中钻头刀头与钢体的同心度及焊接密实度，从而保证钻头的内外径尺寸满足设计和使用要求；本发明能够在同一砖头顶部同时焊接不同高度的焊块，能够用于特种金刚石钻头的高频焊接。

优选的，在上述一种金刚石钻头高频焊接模具中，所述石墨外模套内部设置为台阶面，通过所述台阶面与所述钻头顶部配合，进行竖直方向限位。

优选的，在上述一种金刚石钻头高频焊接模具中，所述石墨外模套沿周向均匀开设有贯穿的键槽孔。

优选的，在上述一种金刚石钻头高频焊接模具中，所述同心轴套的内壁设置为导向锥面。

优选的，在上述一种金刚石钻头高频焊接模具中，所述伸缩杆的底端设置有压垫。

优选的，在上述一种金刚石钻头高频焊接模具中，所述弹簧与所述伸缩杆之间设置有石墨垫。

优选的，在上述一种金刚石钻头高频焊接模具中，所述壳体和所述压盖的圆心处均开设有用于所述中心轴顶端伸出的轴孔。

优选的，在上述一种金刚石钻头高频焊接模具中，所述同心轴套的外壁与所述安装槽的内壁贴合；所述石墨内模套的内壁与所述中心轴的外壁贴合，所述石墨内模套的外壁与所述凸台圈的内壁贴合；所述石墨外模套内的台阶面分别上内壁和下内壁，所述上内壁与所述凸台圈的外壁贴合，所述下内壁与所述钻头顶部的外壁贴合。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了金刚石钻头高频焊接模具，用于高频焊接自动化装置上，保证金刚石钻头的焊接质量。

在金刚石钻头焊接过程前，将该模具装好，放置到高频焊接自动化装置上，启动设备就可以开始进行焊接。在焊接过程中，压块总成会持续给焊块一个向下的压力，保证焊缝的密实；压块总成的伸缩杆上装有弹簧，针对于高低不同的焊块也能进行压紧焊接；在焊接过程中，石墨模套会限制焊块的移动，保证焊块的内外径尺寸；通过中心轴与钻头的配合，能够保证焊块整体与钻头的同心。压块总成中伸缩杆的数量以及石墨模套的尺寸根据需要焊接金刚石钻头的规格来定制，以实现金刚石钻头的批量化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的剖视图；

图2附图为本发明中钻头、中心轴、石墨内模套和焊块的配合关系示意图；

图3附图为本发明中钻头的立体图；

图4附图为本发明中石墨外模套的剖视图；

图5附图为本发明中壳体的俯视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种金刚石钻头高频焊接模具，包括支撑板1、三爪卡盘2、同心轴套3、钻头4、中心轴5、石墨模套和压块总成；

支撑板1的中心开设有安装槽，同心轴套3安装在安装槽内；三爪卡盘2固定于支撑板1的上方，同心轴套3位于三爪卡盘2的盘座中心开设的空腔内；钻头4底端被三爪卡盘2的卡爪固定，中心轴5位于钻头4内，并且中心轴5底端伸入同心轴套3内；

钻头4顶部呈环状分布有多个凸台41，相邻凸台41之间形成焊块槽，焊块16通过焊接剂焊接在焊块槽中，多个凸台41构成凸台圈；

石墨模套包括石墨内模套6和石墨外模套7，石墨内模套6套设在中心轴5上，并且位于凸台圈的内径中；石墨外模套7套设在钻头4的顶部；

压块总成包括壳体8、伸缩杆9、弹簧10和压盖11，壳体8内部呈环状竖直布置有一圈导向套筒12，导向套筒12与焊块槽对应设置；每个导向套筒12内均设置有伸缩杆9和弹簧10，弹簧10位于压盖11与伸缩杆9之间；导向套筒12的两端开口设计，压盖11用螺丝紧固安装在壳体8的顶部，将导向套筒12的顶部开口封闭，伸缩杆9的底部伸出至导向套筒12外。

石墨内模套6与钻头4顶部凸台圈的内孔配合，并控制钻头4成品的内径收缩量；石墨外模套7与钻头4的外表面配合，并控制钻头4成品的外径收缩量；压块总成处于钻头4的上部，保证焊接过程中对焊块16的压紧，使焊接更加可靠。

本发明用于保证高频焊接金刚石钻头4过程中钻头4刀头与钢体的同心度及焊接密实度，从而保证钻头4的内外径尺寸满足设计和使用要求；本发明能够在同一砖头顶部同时焊接不同高度的焊块16，能够用于特种金刚石钻头4的高频焊接。

为了进一步优化上述技术方案，石墨外模套7内部设置为台阶面，通过台阶面与钻头4顶部配合，进行竖直方向限位。

为了进一步优化上述技术方案，石墨外模套7沿周向均匀开设有贯穿的键槽孔13，用于红外激光温度传感器检测焊接处的温度。

为了进一步优化上述技术方案，同心轴套3的内壁设置为导向锥面。

为了进一步优化上述技术方案，伸缩杆9的底端设置有压垫14。

为了进一步优化上述技术方案，弹簧10与伸缩杆9之间设置有石墨垫15。

为了进一步优化上述技术方案，壳体8和压盖11的圆心处均开设有用于中心轴5顶端伸出的轴孔。

一种金刚石钻头4高频焊接模具，其使用方法包括以下步骤：

步骤1、将焊块16摆放在钻头4的焊块槽中，在二者连接处添加足量的焊料与焊剂；

步骤2、将同心轴套3与支撑板1组装在一起；

步骤3、将三爪卡盘2与支撑板1固定在一起；

步骤4、将中心轴5与同心轴套3通过锥面配合组装在一起；

步骤5、将待焊接的钻头4通过中心轴5放置到三爪卡盘2的卡爪上并固定好；

步骤6、将压块总成通过中心轴5放置到钻头4的上部压住焊块16；

步骤7、启动高频自动焊接装置，开始进行金刚石钻头4的焊接。

工作原理：通过中心轴5与同心轴套3的配合能够保证中心轴5处于支撑板1的中心；通过钻头4与中心轴5的配合，保证了钻头4处于支撑板1的中心；通过石墨模套保证了焊块16与钻头4同心，其中石墨内模套6限制了焊块16的内径尺寸，石墨外模套7限制了焊块16的外径尺寸；其中石墨外模套7的中间开有键槽孔13，焊接过程中红外激光温度传感器能够通过该孔检测到焊缝处的温度。通过压块总成给每个焊块16一个向下的压力，保证焊接过程中钻头4能够焊接密实；压块总成的伸缩杆9在弹簧10的作用力下会向前伸，这样即使焊块16的高度不一致时也能保证每个焊块16都能受到向下的压力。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种金刚石钻头高频焊接模具，其特征在于，包括支撑板、三爪卡盘、同心轴套、钻头、中心轴、石墨模套和压块总成；

所述支撑板的中心开设有安装槽，所述同心轴套安装在所述安装槽内；所述三爪卡盘固定于所述支撑板的上方，所述同心轴套位于所述三爪卡盘的盘座中心开设的空腔内；所述钻头底端被所述三爪卡盘的卡爪固定，所述中心轴位于所述钻头内，并且所述中心轴底端伸入所述同心轴套内；

所述钻头顶部呈环状分布有多个凸台，相邻所述凸台之间形成焊块槽，多个所述凸台构成凸台圈；

所述石墨模套包括石墨内模套和石墨外模套，所述石墨内模套套设在所述中心轴上，并且位于所述凸台圈的内径中；所述石墨外模套套设在所述钻头的顶部；所述石墨外模套内部设置为台阶面，通过所述台阶面与所述钻头顶部配合，进行竖直方向限位，所述石墨外模套沿周向均匀开设有贯穿的键槽孔；所述同心轴套的外壁与所述安装槽的内壁贴合；所述石墨内模套的内壁与所述中心轴的外壁贴合，所述石墨内模套的外壁与所述凸台圈的内壁贴合；所述石墨外模套内的台阶面将所述石墨外模套的内壁分为上内壁和下内壁，所述上内壁与所述凸台圈的外壁贴合，所述下内壁与所述钻头顶部的外壁贴合；

所述压块总成包括壳体、伸缩杆、弹簧和压盖，所述壳体内部呈环状竖直布置有一圈导向套筒，所述导向套筒与所述焊块槽对应设置；每个所述导向套筒内均设置有所述伸缩杆和所述弹簧，所述弹簧位于所述压盖与所述伸缩杆之间；所述导向套筒的两端开口设计，所述压盖安装在所述壳体的顶部，将所述导向套筒的顶部开口封闭，所述伸缩杆的底部伸出至所述导向套筒外。

2.根据权利要求1所述的一种金刚石钻头高频焊接模具，其特征在于，所述同心轴套的内壁设置为导向锥面。

3.根据权利要求1所述的一种金刚石钻头高频焊接模具，其特征在于，所述伸缩杆的底端设置有压垫。

4.根据权利要求1所述的一种金刚石钻头高频焊接模具，其特征在于，所述弹簧与所述伸缩杆之间设置有石墨垫。

5.根据权利要求1所述的一种金刚石钻头高频焊接模具，其特征在于，所述壳体和所述压盖的圆心处均开设有用于所述中心轴顶端伸出的轴孔。

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