提高PDC钻头复合片钎焊质量的工艺研究.docx

提高PDC钻头复合片钎焊质量的工艺研究 摘要：PDC钻头是现在石油钻井工具中使用最多的钻头种类，它的性能直接影响钻井工程的勘探进度，具有寿命长、耐磨性高、成本低、应用范围广等优点，钎焊复合片的焊接强度会直接影响PDC钻头的使用性能，特别是寿命，而焊接工艺又是影响焊接强度的重要因素，本论文对多种焊接工艺研究，试验结果表明，焊钎齿孔和复合片之间的间隙的尺寸精度控制在0.2毫米以下效果好，焊前对齿孔和复合片喷砂处理效果好，焊接时温度控制在700度以下最好，焊后炉内冷却效果高于自然冷却，鲁科斯（Lucas Milhaupt）PDC钻头专用银焊丝焊接强度最高。??????? 关键词：PDC钻头钎焊 焊接强度 火焰钎焊??????? 前言??????? PDC钻头作为钻井过程中主要的岩石破碎工具，其质量的优劣将直接影响钻井速度、钻井质量和钻井成本。目前钻井中用的钻头有牙轮钻头、金刚石材料钻头及刮刀钻头三大类。PDC钻头是金刚石材料钻头一类，它是用人造聚晶金刚石切削块嵌于钻头胎体而制成的一种新型切削型钻头。它以牙齿锋利、高耐磨、能自锐的金刚石切削块作为切削元件，从而能够在低钻压（40KN左右）下取得高进尺（为牙轮钻头的4-6倍）和高钻速（高于牙轮钻头2倍以上）。它比牙轮钻头具有更高的安全性，可以极大地提高钻井工作效率和减低钻井成本。在大段软到中等硬度地层具有突出的优点，特别是在成本高的海洋钻井中和超深井及小井眼钻井中PDC钻头更具有牙轮钻头不可比拟的优势。聚晶金刚石复合片以广泛应用于制造金属切削工具，石油钻井、地质钻探、石材加工等，钎焊则是制造这类工具的关键技术之一。聚晶金刚石复合片是将聚晶金刚石复合片焊接到钻头体或硬质合金面上形成的切削型钻头，复合片是制造钻头的最关键原材料，复合片上的聚晶金刚石层的热稳定实效温度是700度，如果超过，金刚石于硬质合金衬底结合面易分层，金刚石层的耐磨性也将因石墨化而下降，因此，焊接过程温度要控制在700度以下，目前普遍采用氧气乙炔火焰钎焊，所以本论文研究怎么提高PDC钻头钎焊质量方法，而焊接工艺确定时，焊接质量的提高和控制就主要在焊接的工艺流程中了??????? 1火焰钎焊的特点??????? 火焰钎焊，其特点是设备简单操作方便，应用十分广泛。应用火焰钎焊技术的设备价格低而且可以保证获得较高的钎焊质量，可钎焊形状不规则的产品，钎焊焊缝，平整光滑。外形美观可随时观察到钎焊过程中的不良及时控制避免产生过多的不良品，保证了钎焊焊料填充的均匀性和稳定性，钎焊火力的大小及钎焊时间均可自由设定。??????? PDC钻头的刀翼不规则并且空间位置每一个需要焊接的复合片都不一样，采用火焰钎焊的效率和可操作性最高。??????? 基于聚晶金刚石复合片的特性及对焊材的要求，在火焰的选择上一般选用氧乙炔的中性焰或外焰加热，这样可以防止聚晶金刚石复合片的热损伤和钎料及钎焊金属的过分氧化，还可避免钎焊焊缝区金属晶粒长大，影响焊缝强度性能，钎焊操作时应先加热钻头钢体，当钎焊焊剂开始融化后，再将火焰移至复合片上加热达到钎焊温度，火焰钎焊需要添加阻焊剂，且钎焊周围有局部被氧化的可能，这对火焰温度的调节也存在一定的局限性，所以这对操作者要求高，操作者要对焊接时的温度凭借经验来控制。??????? 2钎焊焊料的选择??????? 目前钎焊使用的钎料主要有铜基钎料、银基钎料、金基钎料。铜基钎料的钎焊强度相对于其他两种钎料来说。焊接强度高，而且价格低，但铜基钎料的钎焊温度较高，所以容易对焊件造成热损伤，我们一般不使用铜基钎料，而金基钎料的焊接强度，但相对于银基钎料价格要高出很多，不宜推广，因此银基钎料的性价比比较高，且钎焊强度能满足现场使用的要求，经过试验鲁科斯（Lucas Milhaupt）PDC钻头专用银焊丝焊接强度最高，且在焊接时的稳定性很好??????? 3钎焊前的准备??????? 钎焊复合片之前，准备工艺对焊接质量起着决定性作用，主要有一下三点。??????? 3.1钎缝的尺寸??????? PDC钻头复合片齿孔和复合片之间钎缝的间隙尺寸，一定要保证在0.2毫米以下，这样的焊接强度最高，如果超过，钎缝的强度下降，会有掉片的可能??????? 3.2被连接材料的表面处理??????? 去除钻头刀翼表面和复合片氧化层或者油污，最理想的工艺就是喷砂处理，也是现在应用最广泛的，去除氧化层后，用气枪清理钻头齿孔，保证焊接表面的干净，复合片表面喷砂处理完成后不要用手直接拿，这样会在复合片表面留下水印，最理想的是用夹子??????? 3.3在需要钎焊的齿孔和表面涂抹焊剂??????? 应为钻头和复合片需要提前加热，如果不提前涂抹好焊剂，在加热过程中焊接表面容易氧化，提前涂抹好焊剂可以保证钎焊焊料的润湿性，加快焊料的