CN86103437A

CN86103437A - 金刚石复合片钻头的焊接方法

Info

Publication number: CN86103437A
Application number: CN86103437.6A
Authority: CN
Inventors: 叶玉屏; 赵永明; 周连科; 李鹏鸣
Original assignee: PROSPECTING ENGINEERING INST M
Current assignee: PROSPECTING ENGINEERING INST M
Priority date: 1986-05-24
Filing date: 1986-05-24
Publication date: 1987-12-02
Also published as: CN1007596B

Abstract

金刚石复合片钻头的焊接方法，是在封闭的石墨模具内，在同一温度下同时施用银基钎料钎焊和无压浸渍两种方法。把金刚石复合片焊接在粉末冶金预制成型的钻头冠部，它包括用粉末冶金烧结带有预留孔和支撑背的钻头冠部，放置金刚石复合片及充填钎焊料、充填剂，施加银钎焊熔剂并组装封闭，入炉加温保温。它具有焊接牢固、降低复合片精加工费用、对复合片损伤小和确保钻头规格尺寸等优点。用此法制造的地质岩心钻头，在软到中硬地层中钻进，平均钻头寿命达116.25米，平均时效为2.62米/小时。

Description

本发明涉及到一种以金刚石复合片为切削刃制作钻探用钻头的方法。

金刚石复合片可以用于制造地质、煤田和油井钻探用的各种钻头，取得好的钻进效果。但由于复合片不耐高温，通常的金刚石钻头烧结工艺和硬质合金钻头的焊接工艺均难直接应用于制造复合片钻头。故目前世界上通常采用某种铜焊（专利号：EP-101-096-A）或者是将复合片先制成带柄的镶嵌块再镶嵌到钻头体上的方法（专利号：US4265-324，GB2108-554，CA-1077-018，UKPA2136035等），采用这些方法时，所用复合片必须是经过精加工过的，才能保证焊接牢固和钻头整体尺寸的要求，而复合片的精加工费用往往是很昂贵的。

本发明的任务在于提供一种将金刚石复合片镶焊于钻头冠部上的方法，要求镶焊牢固、对复合片的损伤小，同时不要求复合片有高的尺寸精度，以便降低钻头成本，获得好的经济效果。

本发明是在封闭的石墨模具内，在同一温度下同时施用银基钎料钎焊和无压浸渍两种方法，把复合片焊接在粉末冶金予制成型的钻头冠部。它包括用粉末冶金法烧结带有予留孔和支撑背的钻头冠部、放置金刚石复合片及充填钎焊料、充填剂，施加银钎焊熔剂并组装封闭、入炉加温保温。

附图表述了本发明的主要特征。

图1为用粉末冶金法烧结而成的钻头基体，冠部有待焊复合片的予留孔和支撑背。

图2为金刚石复合片、焊料和充填剂等在钻头冠部予留孔处的组装结构图。

图3为焊接模具和待焊钻头总装示意图。

图中：1-钢体

2-钻头冠部

3-保径突棱

4-保径聚晶金刚石

5-内水口石墨片

6-予留孔

7-支撑背

8-复合片硬质合金层

9-复合片聚晶层

10-充填剂粉末

11-充填剂粉末

12-焊片（焊料Ⅰ）

13-焊丝（焊料Ⅰ）

14-焊丝（焊料Ⅱ）

15-顶环

16-上芯模

17-模套

18-下芯模

19-底模

本发明如附图所示：先用粉末冶金法制成一个如图1所示的带予留孔和支撑背的钻头冠部，予留孔和支撑背的尺寸依复合片尺寸而定。然后将复合片、两种银基钎焊料和充填剂如图2所示组装好，入炉前在焊料上施以银钎焊熔剂，并如图3方式组装封闭好，推入马弗炉中加温到680℃-720℃时，予置在复合片周围的焊料Ⅰ达到钎焊所需的流动状态，而焊料Ⅱ则达到可以浸渍充填剂粉末的程度，此时保温2-4分钟，实现钎焊和浸渍。由于挤紧了的充填剂固体粉末在受热时会膨胀产生一定大小的压力，使主焊面排气排渣，提高钎焊质量，使复合片的硬质合金面被牢牢焊住;而充填剂粉末被焊料Ⅱ浸渍，冷却后，在充填剂粉末与复合片接触部位对复合片形成包镶并与钻头胎体粘结在一起。

附图1中钻头冠部胎体材料可以是WC、（W₂C+WC）、Cu、Ni、Co、Sn、Zn、Pb、Mn等金属和金属碳化物粉末的混合物，其中铜合金含量为30-55%，（W₂C+WC）含量为2-10%，应使得这种胎体有较高的强度和耐磨性，特别是要使这种胎体有好的焊接性能和吸收振动的能力。

附图2中焊料Ⅰ（12）（13）为银镉钎料，Ag含量40-50%，Cu含量10-20%，Cd含量20-30%;焊料Ⅱ（14）为另一类低熔点银基钎料，含有Ag、Cu、Zn、等成份，其中Ag含量为40-50%，Cu含量为25-35%，Zn含量20-30%;充填剂（10）（11）是一种无压胎体骨架粉末料，由WC、W、Ni、Co、Fe、Mn等金属和金属碳化物粉末混合而成，其中含过渡族Ni、Co、Fe的成份为40-70%。

附图3表明了封闭石墨模具由底模（19）、下芯模（18）、模套（17）、上芯模（16）、顶环（15）所组成。

现以φ56地质取心复合片钻头为例，说明本发明的实施过程：

取6片直径φ8±0.2毫米、厚4±0.3毫米金刚石复合片。

如图1所示，在钢体（1）上用粉末冶金法烧结钻头冠部（2），并设置冠部的内、外保径棱（3）、保径聚晶金刚石（4）和内水口石墨片（5）。采用水口成型方法可以在冠部（2）上予制好予留孔（6）和支撑背（7），予留孔（6）的尺寸应比所用复合片中的最大者尺寸大0.1-0.2毫米，支撑背（7）的高度依拟钻地层性质而定，一般为复合片直径的1/2左右，冠部（2）所用胎体配方为：

WC （W₂C+WC） YG^＊ ₆Ni Mn 663 青铜

重量含量（%） 30 10 15 5 5 35

＊：YG₆为含WC94%，Co 6%之硬质合金粉末

其烧结温度为980℃，压力130Kg/Cm²。

将复合片硬质合金层（8）的底面用砂纸磨平打光，如图2所示安置在钻头冠部的予留孔（6）内，硬质合金层（8）一面靠支撑背（7），测量所有六个复合片的出刃高度，在出刃较低的予留孔（6）底部填入适量的充填剂粉末（10），使六个复合片出刃高度偏差在0.1毫米以内。所用充填剂粉末配比为：

WC Ni Mn Co

重量百分比（%） 50 36 8 6

然后在复合硬质合金层（8）和支撑背（7）之间插入焊片（12）（焊料Ⅰ），焊片的一端为半园形，该端插入予留孔（6），其宽度略小于所用复合片的直径，其长度约为复合片直径的1.5倍，焊片厚度0.1毫米，其成份（重量比）为：Ag50，Cu16，Cd18，Zn16。接着在复合片聚晶层（9）前面的间隙中填入与上述同样的充填剂粉末（11），并压紧，在粉末（11）的上方及附近放上小段焊丝（14）（焊料Ⅱ，φ2）3-5克，其成份（重量比）为Ag45，Cu30，Zn余量。在焊片（12）前面、复合片硬质合金层（8）的上方添加小段焊丝（13）（焊料Ⅰ，φ2）2-4克。

待整个钻头冠部上六处复合片及焊料、充填剂全部组装安毕后，如图3将待焊钻头装入焊接模具内，并在焊丝（13）和焊丝（14）上方复盖适量银钎焊熔剂-剂102，盖上顶环（15），当马弗炉炉温到达600℃以上时，将整套组件推入炉内，炉内置适量木炭，以产生CO保护性气氛，当温度升到720℃时，保温4分钟出炉，置空气中自冷。

焊好的钻头脱模清理，洗去焊剂，按图纸作机械加工。

采用该方法用手工整形的复合片焊接的19个钻头通过在四个矿区4-7级软至中硬地层进行了生产试验。共进尺2081.91米，除去两个非正常使用钻头外，平均钻头寿命116.25米，平均时效2.62米/小时，最高钻头寿命236.21米，最高钻头平均时效4.29米/小时。钻头在四个矿区使用过程中钻压即使增大到800-1000Kg，正常使用均无脱焊现象发生。

实施结果表明，本发明有如下优点：

1.除了保证复合片主焊面牢固钎焊住以外，在复合片的外园部分及金刚石聚晶层部分有充填剂处都能得到一定程度的包镶，从而最终提高整个复合片焊接的牢固程度;

2.所焊接的复合片可以允许有较大的外形尺寸公差（±0.2～±0.3毫米）及不园度。实际上刚压制出来复合片毛坯经砂轮手工修磨即能满足这种方法制造复合片钻头的要求，从而大大降低了复合片的精加工整形费用;

3.采用特别的无压法胎体骨架粉末作钎焊时的充填剂，因而可以起到调整复合片位置高低的作用，尽管所用复合片尺寸可能不一，但最终所得钻头尺寸较规则，可以满足钻探要求;

4.由于焊接温度较低（680℃～720℃）、并用石墨模具封闭保护和限位，因而焊接过程中对复合片损伤小，成型规则，有利于提高钻头质量。

Claims

1、金刚石复合片钻头的焊接方法，包括粉末冶金烧结带有予留孔和支撑背的钻头冠部、放置金刚石复合片、充填钎焊料和充填剂、加温焊接，其特征是在封闭的石墨模具内，在同一温度同时施用银基钎料钎焊和无压浸渍两种方法，将金刚石复合片焊接在予制成型的钻头冠部。

2、按权利要求1所述的焊接方法，其特征是用粉末冶金法烧结钻头冠部的胎体材料中，铜合金含量为30-50%，（W₂C+WC）含量为2-10%。

3、按权利要求1所述的焊接方法，其特征是充填剂为一种无压胎体骨架粉末料，含过渡族Ni、Co、Fe成份总量为40-70%。

4、按权利要求1所述的焊接方法，其特征是封闭的石墨模具由底模、下芯模、模套、上芯模和顶环组成。

5、按权利要求1所述的焊接方法，其特征是银基钎料钎焊和无压浸渍的温度为680-720℃。