專利名稱：聚晶金剛石復合片與鉆頭基體的過渡連接件及其連接工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于石油、地質、煤炭的鉆進工具，具體涉及一種聚晶金剛石復合片與鉆頭基體的過渡連接件及其連接工藝。
背景技術：
金剛石復合片鉆頭因其鉆進效率高，被廣泛應到石油、地質、煤炭等多個行業，金剛石復合片鉆頭生產工序的關鍵一步就是把金剛石復合片片與鉆頭基體的焊接，金剛石復合片鉆頭在井底工作時，要同時承受很大的切削力和沖擊力，因此要求兩者之間要有足夠的連接強度。目前常用的焊接方法是一次性火焰釬焊或高頻輔助釬焊，都是采用手工實現金剛石復合片片和鉆頭基體的焊接面的直接接觸來完成整個焊接過程的，主要存在問題表現在以下幾個方面一是金剛石復合片片定位困難，定位精度難以控制。在焊接過程中，一個焊接工位需要配兩個焊工，由一名主焊工專門負責給鉆頭基體加熱和涂抹焊料，一名輔助焊工專門負責配合金剛石復合片片的安放和定位。目前整個焊接過程由手工操作完成，焊接溫度和時間都憑人的經驗判斷，很難實現焊接過程的機械化和焊接質量的標準化，且勞動強度大、生產效率低；二是因金剛石復合片片的特殊性能要求對焊接方法和焊料選型也提出了更高要求，釬料的熔化溫度不能過高，過高會造成金剛石復合片片碳化，也不能太低，太低金剛石復合片片與鉆頭基體之間的連接強度得不到保證，在金剛石復合片鉆頭工 作過程中，金剛石復合片片容易脫落，導致金剛石復合片鉆頭失效。國內外在提高金剛石復合片片與鉆頭基體之間的連接強度也作了很多研究，大部分都是在改變焊接工藝、焊接材料或連接結構方面，雖取得一定成效，但多數因成本過高、工藝太復雜等很難得到工業化推廣應用，如聚晶金剛石復合片鉆頭釬焊工藝(專利號00117754. O)采用在鉆頭基體靠背齒和聚晶金剛石復合片焊接面上加工出相同齒形，然后采用超音頻感應爐將聚晶金剛石復合片釬焊在靠背齒上，此方法有利于提高焊接強度，但提高幅度十分有限，另外，因尺寸限制，加工焊接面上的齒形，以及焊接工藝的相對復雜均明顯增加了鉆頭成本；金剛石復合片鉆頭的焊接方法(專利號86103437)是在封閉的石墨模具內，在同一溫度下同時施用銀基釬料和無壓浸潰兩種方法，把金剛石復合片焊接在粉末冶金預制成型的鉆頭冠部，它包括用粉末冶金燒結帶有預留孔和支撐背的鉆頭冠部，放置金剛石復合片及充填釬焊料、充填劑，施加銀釬焊熔劑并組裝封閉等，此種焊接方法工藝比較復雜，對結構復雜的金剛石復合片鉆頭不太適用，對焊工的技術水平要求較高，適用范圍相對較小。

發明內容
本發明所解決的技術問題是提供一種可易于實現焊接過程的自動化水平，減輕鉆頭焊接的勞動強度，提高整體生產效率；同時可提高焊接強度和保證焊接質量，既能避免金剛石復合片片的高溫狀態下的碳化現象，又能提高焊接強度，降低金剛石復合片鉆頭在工作過程中，脫片現象的發生，提高金剛石復合片鉆頭的壽命，結構簡單的聚晶金剛石復合片與鉆頭基體的過渡連接件及其連接工藝。為解決上述的技術問題，本發明采用的技術方案
一種聚晶金剛石復合片與鉆頭基體的過渡連接件，其特殊之處在于所述的過渡連接件由兩個大小不同的圓柱疊加組成，鉆頭基體上設置有與小尺寸圓柱匹配的定位孔，大尺寸圓柱的端面與聚晶聚晶金剛石復合片的硬質合金底層焊接。上述的小尺寸圓柱上可設置有公螺紋。上述的大尺寸圓柱的直徑與金剛石復合片直徑一致，高度2 5_。上述的小尺寸圓柱的直徑為圓柱直徑的三分之一至三分之二，高度為3 7mm。一種聚晶金剛石復合片與鉆頭基體的過渡連接件的連接工藝，其特殊之處在于通過以下步驟實現
(1)、將聚晶金剛石復合片的硬質合金底層與過渡連接件的大尺寸圓柱焊接在一起；
(2)、把連接有過渡連接件的金剛石復合片安裝固定在鉆頭基體的定位孔內；
(3)、最后采用高頻加熱或火焰釬焊法分別完成聚晶金剛石復合片與鉆頭基體以及過渡連接件與鉆頭基體之間的焊縫填充。上述的步驟(I)的焊接方法采用真空釬焊、擴散焊。上述的步驟(I)的焊接過程在真空或氣氛保護下進行，焊縫穩定溫度800°C以上，達到焊接溫度時，焊接時間為疒5秒。上述的步驟(2)的小尺寸圓柱與鉆頭基體定位孔之間放置有焊片，焊片厚度
O.Γ0. 3mm，熔點600°C 750°C，且焊片放置前，沾有熔融的焊劑。上述的步驟(3)選擇的釬料熔點在600°C 750°C之間。與現有技術相比，本發明的有益效果
I、過渡連接件與金剛石復合片的硬質合金底層的焊接，由于采用了真空或氣氛保護，且焊接溫度高(800°C以上)，既降低高溫對金剛石復合片的熱損傷，保持其優良的切削性能；又保證了其相對較高的連接強度能。2、過渡連接件與鉆頭基體之間在螺紋連接或緊密配合定位的基礎上進行填充釬焊，既解決了復合片的快速安裝和定位問題，同時提高了其連接強度，保證了焊接質量的穩定。3、使金剛石復合片鉆頭的焊接過程自動化成為可能，可提高鉆頭生產效率，并穩定焊接質量，可廣泛應于石油、地質及煤炭等行業，具有廣闊的應用前景。


圖I是本發明的實施例I結構示意 圖2是本發明的實施例2結構示意 圖3是本發明連接金剛石復合片片與鉆頭基體示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。參見圖1-3，本發明的過渡連接件3由兩個大小不同的圓柱疊加組成，鉆頭基體4上設置有與小尺寸圓柱6匹配的定位孔，大尺寸圓柱5的端面與聚晶聚晶金剛石復合片I的硬質合金底層2焊接。參見圖2，上述的小尺寸圓柱6上設置有公螺紋。上述的大尺寸圓柱5的直徑與金剛石復合片直徑一致，高度2 5_。上述的小尺寸圓柱6的直徑為圓柱5直徑的三分之一至三分之二，高度為3 7mm，但根據鉆頭尺寸大小可適當變化。 參見圖3，以Φ13. 3X4. 5規格金剛石復合片為例進行分步說明。第一步過渡連接件3加工。若鉆頭基體4材料為45#鋼，則選用45#鋼加工過渡連接件3，且使大尺寸圓柱和金剛石復合片的直徑相同(13. 3_)，高度為2_ ;小尺寸圓柱直徑5mm,高度5mm。第二步鉆頭基體4加工，和常規鉆頭基體不同的是，本發明涉及的鉆頭基體其焊接面上多了一個與過渡連接件3的小尺寸圓柱對應的定位孔，定位孔直徑和過渡連接件3的小尺寸圓柱的直徑向對應，因此加工定位孔直徑為5mm,深度為5mm。第三步清理硬質合金底層2和過渡連接件3的大尺寸圓柱5的端面，包括除油、噴砂等，裸露出新鮮面，然后分別涂上釬劑和高溫釬料或焊片，采用真空釬焊、擴散焊等焊接方法進行焊接，特點是焊接時間和溫度可控，易于實現自動化，焊接溫度控制在800°C以上，因工件較小，焊接時高溫持續時間比較短，對金剛石復合片的熱損傷明顯降低。第四步將焊接有金剛石復合片的過渡連接件3進行再清理，包括端面及端面，并清理鉆頭基體4內凹處，然后使過渡連接件3與鉆頭基體4緊密配合，特點在于有利于實現金剛石復合片片的快速、準確定位，減少焊接過程中的輔助時間，提高焊接效率。如果采用其他連接型式，要確保鉆頭基體部分結構與過渡連接件3的小尺寸圓柱和結構相對應。第五步利用高頻加熱或火焰釬焊的方式，采用銀質焊料分別充填金剛石復合片和過渡連接件與鉆頭基體之間的焊縫，焊接溫度控制在600°C 750°C之間，其優點在于實現了螺紋連接(緊密配合)固定與釬焊連接的有機結合，保證了連接強度和質量。
權利要求
1.一種聚晶金剛石復合片與鉆頭基體的過渡連接件，其特征在于所述的過渡連接件(3)由兩個大小不同的圓柱疊加組成，鉆頭基體(4)上設置有與小尺寸圓柱(6)匹配的定位孔，大尺寸圓柱(5)的端面與聚晶聚晶金剛石復合片(I)的硬質合金底層(2)焊接。
2.根據權利要求I所述的聚晶金剛石復合片與鉆頭基體的過渡連接件，其特征在于所述的小尺寸圓柱(6)上可設置有公螺紋。
3.根據權利要求I或2所述的聚晶金剛石復合片與鉆頭基體的過渡連接件，其特征在于所述的大尺寸圓柱(5)的直徑與金剛石復合片直徑一致，高度2 5mm。
4.根據權利要求3所述的聚晶金剛石復合片與鉆頭基體的過渡連接件，其特征在于所述的小尺寸圓柱(6)的直徑為圓柱(5)直徑的三分之一至三分之二，高度為3 7mm。
5.一種聚晶金剛石復合片與鉆頭基體的過渡連接件的連接工藝，其特征在于通過以下步驟實現 (1)、將聚晶金剛石復合片(I)的硬質合金底層(2)與過渡連接件(3)的大尺寸圓柱(5)焊接在一起； (2)、把連接有過渡連接件(3)的金剛石復合片(4)安裝固定在鉆頭基體(4)的定位孔內； (3)、最后采用高頻加熱或火焰釬焊法分別完成聚晶金剛石復合片(I)與鉆頭基體(4)以及過渡連接件(3)與鉆頭基體(4)之間的焊縫填充。
6.根據權利要求5所述的聚晶金剛石復合片與鉆頭基體的過渡連接件的連接工藝，其特征在于所述的步驟(I)的焊接方法采用真空釬焊、擴散焊。
7.根據權利要求5所述的聚晶金剛石復合片與鉆頭基體的過渡連接件的連接工藝，其特征在于所述的步驟(I)的焊接過程在真空或氣氛保護下進行，焊縫穩定溫度800°C以上，達到焊接溫度時，焊接時間為疒5秒。
8.根據權利要求5所述的聚晶金剛石復合片與鉆頭基體的過渡連接件的連接工藝，其特征在于所述的步驟(2)的小尺寸圓柱(6)與鉆頭基體(4)定位孔之間放置有焊片，焊片厚度0. ro. 3mm，熔點600°C 750°C，且焊片放置前，沾有熔融的焊劑。
9.根據權利要求5所述的聚晶金剛石復合片與鉆頭基體的過渡連接件的連接工藝，其特征在于所述的步驟(3)選擇的釬料熔點在600°C 750°C之間。
全文摘要
本發明涉及一種聚晶金剛石復合片與鉆頭基體的過渡連接件及其連接工藝。本發明由兩個大小不同的圓柱疊加組成，鉆頭基體上設置有與小尺寸圓柱匹配的定位孔，大尺寸圓柱的端面與聚晶聚晶金剛石復合片的硬質合金底層焊接；本發明將聚晶金剛石復合片的硬質合金底層與過渡連接件的大尺寸圓柱焊接在一起，把連接有過渡連接件的金剛石復合片安裝固定在鉆頭基體的定位孔內，最后采用高頻加熱或火焰釬焊法分別完成聚晶金剛石復合片與鉆頭基體以及過渡連接件與鉆頭基體之間的焊縫填充。本發明既降低高溫對金剛石復合片的熱損傷，保持其優良的切削性能；又保證了其相對較高的連接強度能，解決了復合片的快速安裝和定位問題，同時提高了其連接強度。
文檔編號B23K1/00GK102699555SQ201210202810
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月19日 優先權日2012年6月19日
發明者姜政剛, 孫榮軍, 李耿, 王傳留, 王勇, 郭勇 申請人:中煤科工集團西安研究院