CN114086890A - 一种双心胎体钻头的烧结方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双心胎体钻头的烧结方法，包括以下步骤：模具装配和装料：按装料振动参数提供多次振动确保装料密度符合要求；预热；升温：以250‑350℃/小时的升温速度进一步加热至1150℃‑1200℃；恒温烧结：恒温温度为1150℃‑1200℃，烧结时间为60‑150分钟；降温，完成烧结流程。通过本发明所述烧结方法制得的双心胎体钻头的烧结质量得到改善，烧结胎体更加致密、质量更加稳定，较大程度地降低烧结成品的废品率和缺陷率，能够解决现有烧结方法存在的结合强度不高、烧结疏松等问题，从而提高双心胎体钻头的胎体质量和齿孔形位精度，明显提高钻头整体质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种双心胎体钻头的制造方法，尤其涉及一种双心胎体钻头的 烧结方法。
背景技术
双心胎体钻头是指由碳化钨类耐磨粉料与粘结合金烧结而成且用于石油钻 探的复合材料钻头，这种钻头的特征在于可由几种级别的扩眼段组合而成。如 图1所示，双心胎体钻头的产成品结构特征是由领眼段1、预扩眼段2和扩眼段 3组成，也可以由领眼段1和扩眼段3组成。
双心胎体钻头的制造过程通常包括以下步骤：钻头阴模制造；阴模的装配； 胎体粉料及粘结合金填装；烧结成形；齿孔石墨替代块清除及后续焊接、整形 工序。
双心胎体钻头的烧结质量和齿孔形位精度是产品质量的重要指标。胎体粉 料的装料密度、粘结合金的浸润流动性、均匀性、以及烧结过程的气孔、杂质 都与本体烧结质量直接相关。而石墨替代块烧损程度的控制则对齿孔形位精度 的控制有重要影响。
目前，传统烧结方法多为全面钻进胎体钻头，该类胎体钻头外形上不具有 多级扩眼段的特征，在烧结作业中，该类钻头使用的胎体粉料、粘结合金用量 较少，阴模结构相对简易。因此，这种胎体钻头烧结过程中的粘结合金流动性 容易得到保证，钻头的整体热容量也较小，烧结保温时间较短，装料密度也容 易达标，没有明确烧结升温、降温速度要求，即可较容易的保证胎体钻头烧结 质量。
而双心胎体钻头的烧结制造，传统方法多沿用全面钻进胎体钻头烧结方式 和参数，该类烧结方法极易引起质量的不稳定，制造过程中，会出现胎体结合 强度不高、烧结疏松等缺陷现象。所制造出的成品胎体钻头也可能在内部出现 难以发现的气孔、杂质，很容易在井下作业阶段发生严重事故。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种烧结胎体致密、质量稳 定的双心胎体钻头的烧结方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种双心胎体钻头的烧结方法，包括以下步骤：
步骤1、模具装配和装料：完成多段模具装配和胎体粉料装料，装料过程中， 按装料振动参数提供多次振动确保装料密度符合要求；
步骤2、预热：将装有振实后的胎体粉料的钻头阴模在300℃-400℃温度下 按预热参数进行预热；
步骤3、升温：将助熔剂和粘结合金加入钻头阴模中，然后在温度为 900℃-1000℃的烧结炉中，以250-350℃/小时的升温速度进一步加热至1150℃ -1200℃；
步骤4、恒温烧结：烧结炉达到1150℃-1200℃后恒温烧结，烧结时间为 60-150分钟；
步骤5、降温：恒温烧结完成后，以150℃-200℃/小时的冷却速度降温至 室温，完成烧结流程。
作为优选，所述步骤1和步骤2中的胎体粉料为碳化钨粉与镍粉混合粉末。
作为优选，所述步骤3中，所述粘结合金为铜、镍、锡、锰四元合金，所 述助熔剂为硼化物。
作为优选，所述步骤1中，所述装料振动参数如下表所示：
作为优选，所述步骤2中，所述预热参数如下表所示：
| 最大扩眼规格尺寸/inch | D＜7 | 7≤D＜11 | 11≤D＜13 |
| 预热时间(min) | 50-100 | 100-150 | 150-250 |
本发明的有益效果在于：
通过本发明所述烧结方法制得的双心胎体钻头的烧结质量得到改善，烧结 胎体更加致密、质量更加稳定，较大程度地降低烧结成品的废品率和缺陷率， 能够解决现有烧结方法存在的结合强度不高、烧结疏松等问题，从而提高双心 胎体钻头的胎体质量和齿孔形位精度，明显提高钻头整体质量。
附图说明
图1是本发明所述双心胎体钻头的主视结构示意图；
图2是本发明所述双心胎体钻头的烧结方法的烧结温度曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
本发明所述双心胎体钻头的烧结方法包括以下步骤：
步骤1、模具装配和装料：完成多段模具装配和胎体粉料装料，所述胎体粉 料为碳化钨粉与镍粉混合粉末，装料过程中，按下表所示装料振动参数提供多 次振动确保装料密度符合要求：
步骤2、预热：如图2所示，在进行升温之前，将装有振实后的胎体粉料的 钻头阴模在300℃-400℃温度下按下表所示预热参数进行预热：
| 最大扩眼规格尺寸/inch | D＜7 | 7≤D＜11 | 11≤D＜13 |
| 预热时间(min) | 50-100 | 100-150 | 150-250 |
步骤3、升温：如图2所示，将助熔剂和粘结合金加入钻头阴模中，然后在 温度为900℃-1000℃的烧结炉中，以250-350℃/小时的升温速度进一步加热至 1150℃-1200℃；所述粘结合金为铜、镍、锡、锰四元合金，所述助熔剂为硼化 物；升温过程中升温速度尽量匀速；
步骤4、恒温烧结：如图2所示，烧结炉达到1150℃-1200℃后恒温烧结， 烧结时间为60-150分钟，优选90-120分钟；
步骤5、降温：如图2所示，恒温烧结完成后，以150℃-200℃/小时的冷 却速度降温至室温，降温过程中降温速度尽量匀速，完成烧结流程；整个降温 过程在带有冷却系统的保温炉内进行；完成烧结流程后进行后续加工工序，包 括石墨替代块清除、焊接及整形工序。图2优选为烧结最大扩眼尺寸为8.5″的 二级双心钻头的温度曲线图。
为了实现更好的烧结效果，下面进一步对各步骤的具体优选方法进行详细 和补充说明，以利于更好地理解本发明和实施本发明。
在对双心胎体钻头进行烧结工序前，需保证胎体粉料的装料密度，有助于 避免烧结成品出现孔洞和疏松，按要求振实粉料后需检查振实程度。在进入烧 结工序后，对装有振实胎体粉料的阴模进行预热，通过上述预热步骤，能够克 服气体、水蒸气吸附于粉末的情况，有助于提前排渣气和去除整个装配中的水 蒸气。
完成预热工步之后，即可进行升温步骤。升温速度应该按照适当的速度匀 速进行。如升温速度过快，则可能导致胎体含有过多孔隙。如果升温速度过慢， 升温时间则太长，可能导致石墨烧损，轻微烧损情况可能影响产品精度，严重 烧损情况则可能导致生产质量事故。
在升温和保温工步中，将粘结合金和助熔剂加入阴模中，然后在温度为 900℃-1000℃烧结炉中，以300℃/小时的升温速度加热到1150℃-1200℃，该 参数为合理的升温参数。
完成升温之后，进行保温步骤。在保温过程中，如果温度过高或者保温时 间过长，则会导致严重烧损。如保温时间过短，则可能导致胎体含有过多孔隙 和夹渣，引起缺陷。如果温度过低，则导致粘结合金熔化程度不够，不能充分 浸润胎体粉，引起胎体强度偏弱，胎体疏松，以及胎体最大扩眼段保径尾部出 现孔洞。所以，保温步骤必须按照合理参数进行。
最后进行降温步骤。如果降温速度过快，则可能导致排渣不充分，胎体应 力集中，甚至开裂。如降温速度过慢，则可能导致降温时间太长，容易发生烧 损，影响胎体精度。所以，降温步骤同样必须按照合适的参数进行。
冷却过程在带有冷却系统的保温炉内进行，以150℃-200℃/小时的冷却速 度降至室温，该参数为良好的降温参数。结束烧结工序后，流转石墨替代块清 除、复合片焊接及整形工序至完成产品制造。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制， 只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视 为落入本发明专利的权利保护范围内。
Claims (5)
1.一种双心胎体钻头的烧结方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、模具装配和装料：完成多段模具装配和胎体粉料装料，装料过程中，按装料振动参数提供多次振动确保装料密度符合要求；
步骤2、预热：将装有振实后的胎体粉料的钻头阴模在300℃-400℃温度下按预热参数进行预热；
步骤3、升温：将助熔剂和粘结合金加入钻头阴模中，然后在温度为900℃-1000℃的烧结炉中，以250-350℃/小时的升温速度进一步加热至1150℃-1200℃；
步骤4、恒温烧结：烧结炉达到1150℃-1200℃后恒温烧结，烧结时间为60-150分钟；
步骤5、降温：恒温烧结完成后，以150℃-200℃/小时的冷却速度降温至室温，完成烧结流程。
2.根据权利要求1所述的双心胎体钻头的烧结方法，其特征在于：所述步骤1和步骤2中的胎体粉料为碳化钨粉与镍粉混合粉末。
3.根据权利要求1所述的双心胎体钻头的烧结方法，其特征在于：所述步骤3中，所述粘结合金为铜、镍、锡、锰四元合金，所述助熔剂为硼化物。
4.根据权利要求1、2或3所述的双心胎体钻头的烧结方法，其特征在于：所述步骤1中，所述装料振动参数如下表所示：
5.根据权利要求1、2或3所述的双心胎体钻头的烧结方法，其特征在于：所述步骤2中，所述预热参数如下表所示：
。
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