[其他]聚晶金刚石复合齿钻头的制造方法

说明书

本发明提出了一种聚晶金刚石复合齿（ＰＤＣ）钻头的制造方法。该方法把钢质齿柱焊接在钻头体工作面上，在齿柱、焊层和钻头体工作面的表面上喷焊一层硬面材料，把复合齿钎焊在齿柱上。该方法适用于制造取芯钻头和全面钻进钻头，具有结构和工艺简单、生产成本低等优点，具有保持和提高ＰＤＣ钻头的技术经济指标的积极效果。

本发明属于石油、地质部门钻井用聚晶金刚石复合齿〈PDC〉钻头的制造方法。

现行PDC钻头的制造方法有两种，一种是钢体式镶齿工艺法，如专利US4429755、US4442909、US4397361、US4323130、US4325439和GB2084219介绍的方法，其特征是把带有复合齿的硬质合金齿柱压入钻头体工作面的齿孔内，齿孔背侧有一个纵向槽防止转向，齿柱靠过盈配合固牢;另一种是胎体式焊齿工艺法，如专利US4073354、GB2086451和GB2081347介绍的方法，其特征是用数控机床加工一套与钻头体工作面相配合的预留有齿柱空间位置的石墨模具，采用无压浸渍法在一定温度下在钻头体工作面上烧结一层碳化钨〈WC〉材料和一些WC齿毂，然后把复合齿钎焊在齿毂上。目前，国外的发展趋势是广泛采用胎体式工艺取代钢体式镶齿工艺。本发明是不同于上述两种现行工艺法的钢体式焊齿工艺法。

本发明针对现行工艺法存在结构和工艺复杂、生产成本高等缺点，提出一种结构和工艺简单、生产成本低、保持或提高现行PDC钻头技术经济指标等优点的钢体式焊齿工艺法。

本发明采用三个附图辅助说明发明的技术内容。图1是一种PDC全面钻进钻头结构。图2是一种PDC取芯钻头结构纵剖面图。图3是钢体式焊齿结构示意图。附图中编号为1-上体;2-下体;3-钢质齿柱;4-复合齿;5-焊层;6-硬面材料层;7-外保径齿;8-内保径齿。

本发明提出的钢体式焊齿工艺法，是把钢质齿柱3焊接在钻头体2的工作面上，在齿柱3、焊层5和钻头体工作面的表面上喷焊一层硬面材料6，然后把复合齿4钎焊在齿柱上。本发明把钢质齿柱3焊接在钻头体工作面上不同于现行工艺法，与钢体式镶齿工艺法相比，可用适合的钢材代替硬质合金制造齿柱3，不需要在钻头体工作面上钻、绞孔，焊齿比镶齿提高了固齿可靠性;与胎体式焊齿工艺法相比，不需要用数控机床加工一套结构复杂的石墨模具，无石墨污染。本发明在齿柱3、焊层5和钻头体工作面的表面上喷焊一层硬面材料，不同于现行工艺法，与钢体式镶齿工艺法相比，喷焊一层硬面材料使钢质齿柱具有和硬质合金齿柱相同的机械强度和耐磨性，而且大大提高了固齿可靠性和钻头体工作面耐流体冲蚀性;与胎体式焊齿工艺法相比，喷焊一层硬面材料比浸渍一层WC既简化了结构和工艺又大大降低了生产成本，而且钻头的技术经济指标相同。本发明把复合齿钎焊在齿柱上，这不同于钢体式镶齿工艺法，而与胎体式焊齿工艺法相近似。本发明所喷焊的硬面材料可有不同配方，但其中WC的百分比为70-90%，而最佳百分比为85%。本发明所述的钢体式焊齿工艺法可用于制造石油、地质部门钻井用的PDC取芯钻头和PDC全面钻进钻头。

本发明与现行工艺法相比，具有结构和工艺简单、生产成本低等优点，具有钻头的技术经济指标保持或高于现行PDC钻头水平的积极效果。

本发明可按下述工艺法实施，加工好钻头的上体1和下体2及钢质齿柱3，把钻头体1和2焊接在一起，把齿柱3电焊在钻头体2的工作面上，保护好齿柱3的工作端面，对齿柱3、电焊层5和钻头体工作面的表面喷丸和喷焊一层厚1-1.5毫米的WC比例为85%的硬面材料6，用银焊料把复合齿4钎焊在齿柱3上，钎焊温度不高于700℃，把平头硬质合金齿镶入或钎焊在钻头体内、外保径面的齿孔内。