CN210714478U - 安全长寿命钻头牙轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及地层掘进工具技术领域，尤其涉及一种安全长寿命钻头牙轮，由牙轮壳体、耐磨合金层、硬质合金齿、轴承孔构成,所述牙轮壳体表面敷焊有所述耐磨合金层；在安装合金齿位置钻出沉孔并去除碳层，在沉孔内设有合金齿孔，硬质合金齿镶嵌在所述合金齿孔内。本实用新型安全长寿命钻头牙轮，在现有牙轮壳体材料表面敷焊耐磨合金层；和渗碳淬火回火热处理工艺处理；以及采用在安装合金齿位置用钻铰刀钻沉孔去碳层的方法，来防止在镶嵌硬质合金齿时齿孔出现裂纹。

Description

安全长寿命钻头牙轮

技术领域

本实用新型涉及地层掘进工具技术领域，尤其涉及一种安全长寿命钻头牙轮。

背景技术

钻头牙轮是破岩掘进的关键部件，广泛应用于石油、天然气、地热、盐业钻探，以及顶管和旋挖施工。牙轮钻头具有优秀的破岩能力，以及对极大多数岩层的适应性，可以预见在不久的将来一定会扩大到钻探和非开挖行业各个领域，从而推动钻探和非开挖行业技术进步，带来巨大的经济效益和社会效益。

牙轮钻头工作负荷巨大，传力达数百千牛，传递机械功率达数十千瓦，工作环境恶劣，上有弹性杆柱的振动，下有强度高、研磨性强的岩石，周围是含有砂粒和腐蚀性物质的高压、高温钻井液，而狭小的井眼环空又限制了钻头的体积。而牙轮钻头破岩能力的强弱关键在于牙轮的破岩能力。从而注定牙轮钻头的牙轮必需承载更高的要求，适应各种严苛的工况。牙轮钻头的牙轮是破岩掘进中最重要的工具，“工欲善其事，必先利其器”，只有对钻头牙轮的不断改进才能促进钻探业和非开挖行业的技术发展。

对牙轮钻头失效的分析表明，牙轮钻头牙轮壳体磨损，固齿能力下降，进而导致硬质合金齿断齿或脱落，是牙轮钻头主要的失效方式，也是引发井下事故的主要原因。从事本行业的工程设计人员都知道，牙轮钻头的主要功能是破碎岩石，直接破碎岩石的任务主要依靠牙轮上的牙齿来完成，而破岩能力的强弱，取决于牙轮牙齿工作面对攻击面的覆盖率，要想增大覆盖率，无非有加大和加密硬质合金齿这两条途径，这些年各大院校和全国乃至全球主要钻头厂家都投入巨大的人力和物力研究这个课道。研究表明，这两条途径遇到同一个障碍，就是相邻镶齿的根端距离不可能进一步靠近，靠得太近了就危及牙轮壳体强度。为了增加攻击面的覆盖率，尽可能的多在牙轮壳体上多布齿，不得不采用低碳合金工具钢(含碳量低于0.18％)加工牙轮壳体来提高牙壳壳体的韧性，防止牙轮壳体破裂。采用低碳合金工具钢做牙轮壳体，注定了牙轮壳体表面硬度做不上去。牙轮钻头在工作时要承受强度高、研磨性极强的岩屑磨损，以及含砂粒和腐蚀性物质的高压、高温钻井液冲蚀，牙轮壳体表层一旦磨损，合金齿断裂和脱落就成必然。进而引发井下事故。如何解决这些问题来提高牙轮钻头牙轮的使用寿命和使用安全性，一直以来都是本行业设计人员绕不开，必须研究的课题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种安全长寿命钻头牙轮。

本实用新型为实现上述目的，采用以下技术方案：一种安全长寿命钻头牙轮，其特征在于：由牙轮壳体、耐磨合金层、硬质合金齿、轴承孔构成,所述牙轮壳体表面敷焊有所述耐磨合金层；在安装合金齿位置钻出沉孔并去除碳层，在沉孔内设有合金齿孔，硬质合金齿镶嵌在所述合金齿孔内。

优选地，所述沉孔直径大于合金齿孔直径，沉孔深度与渗碳深度相同。

本实用新型的有益效果是:与现有技术相比，本实用新型安全长寿命钻头牙轮，在现有牙轮壳体材料表面敷焊耐磨合金层；和渗碳淬火回火热处理工艺处理；以及采用在安装合金齿位置用钻铰刀钻沉孔去碳层的方法，来防止在镶嵌硬质合金齿时齿孔出现裂纹。即满足牙轮内部对韧性要求，又大幅提高牙轮壳体表层硬度。牙轮壳体表层硬度比现有钻头牙轮高出40％至50％，对硬质合金齿的固齿力提高10％。牙轮在工作时固齿效果更佳，同能有效抵抗岩屑的磨损和腐蚀性液体的冲蚀。大幅提高牙轮的安全性和寿命。能适应高转速大推力长时间连续工作。

附图说明

图1是本装置的俯视图；

图2是本装置的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本实用新型的具体实施方式。如图1和图2所示，一种安全长寿命钻头牙轮，由牙轮壳体1、耐磨合金层2、硬质合金齿3、轴承孔4构成。牙轮壳体表面敷焊有耐磨合金层，可以在牙轮壳体表层任何位置，目的在于强化牙轮壳体表面耐磨耐冲蚀能力，采用渗碳淬火回火热处理工艺处理后，耐磨合金层硬度达HRC60-HRC62，远高于现有牙轮壳体表面硬度HRC38-HRC42。

安装合金齿位置用钻铰刀钻沉孔去碳层，沉孔直径大于合金齿孔直径，合金齿孔设置在沉孔内，硬质合金齿镶嵌在合金齿孔内，沉孔深度以渗碳深度为准，牙轮壳体采用渗碳淬火回火工艺强化牙轮壳体硬度。安装合金齿位置有个沉孔，目的在于去去除渗碳层，沉孔直径大于齿孔直径及可。

牙轮壳体和轴承孔采用渗碳淬火回火热处理工艺处理后，表层硬度可达HRC55-HRC60，远高于现有牙轮壳体表面硬度HRC38-HRC42。

为了防止牙轮壳体在镶嵌硬质合金齿时齿孔出现裂纹，采用在安装合金齿位置用钻铰刀钻沉孔去渗碳层。

首先加工完成牙轮壳体外形1和轴承内孔4(轴承内孔留0.2至0.3毫米加工余量)。第二步：敷焊牙轮表面耐磨合金层2。第三步：牙壳壳体1与轴承孔4渗碳。第四步：在安装合金齿位置用钻铰刀钻沉孔去渗碳层，沉孔直径大于合金齿孔直径，沉孔深度以渗碳深度为准。第五步：牙轮淬火回火。第六步：钻铰齿孔。第七步：镶嵌硬质合金齿3。最后精车轴承内孔及完成加工。

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

Claims (2)

1.一种安全长寿命钻头牙轮，其特征在于：由牙轮壳体、耐磨合金层、硬质合金齿、轴承孔构成,所述牙轮壳体表面敷焊有所述耐磨合金层；在安装合金齿位置钻出沉孔并去除碳层，在沉孔内设有合金齿孔，硬质合金齿镶嵌在所述合金齿孔内。

2.根据权利要求1所述的安全长寿命钻头牙轮，其特征在于：所述沉孔直径大于合金齿孔直径，沉孔深度与渗碳深度相同。

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