[发明专利]聚晶金刚石复合片钻头的制造

说明书

技术领域

本发明公开主要涉及用于地下钻孔的井下工具,更特别地涉及具有聚晶金刚石复合片(PDC)切削齿的钻头的制造。

背景技术

钻孔钻头通常用来在陆地构造中钻孔或钻井。PDC钻头可以包括碳化钨或钢制本体和多个具有聚晶金刚石(PCD)部分的切削齿(PDC切削齿)。PDC切削齿的PCD部分一般地暴露于陆地构造。PDC包括聚晶金刚石工作面，其使PDC切削齿能具有高等级的硬度和耐磨性。

一般地，钻头的PDC切削齿和钻孔钻头本体是分别制造的，并且PDC切削齿随后被附接于钻头本体。在PDC切削齿放置于钻头本体中相应的齿穴后，进行钎焊操作来将PDC切削齿附接到钻头本体上(即，附接到齿穴的壁上)。钎焊材料(例如，诸如铸铁焊料合金1703、BAG22和BAG24这样的合金)在钎焊操作中通常用于将每一PDC切削齿固定到钻头本体相应的齿穴内。例如，在将钎焊焊料放置在PDC切削齿和齿穴的壁之间后，可以施加热量(一般使用喷灯)以熔化钎焊合金，同时加热齿穴中的PDC切削齿。在热量消除后，熔化的钎焊合金固化，以将PDC切削齿粘结到齿穴的壁。

钎焊操作一般通过一人或多人手工进行。例如，一个人可以对钎焊合金施加热来熔化切削齿的齿穴内的钎焊合金，同时另一个人旋转齿穴内的PDC切削齿来均匀地分布熔化的钎焊合金。令人遗憾地，人工钎焊操作可能是许多有害地影响PDC钻头质量的问题的来源。例如，影响PDC钻头质量的一个重要因素是PDC切削齿过度受到加热。由所施加的热引起的暴露于热的过度的持续时间和过高的温度两个因素都可能由于对PDC切削齿的PCD部分的热损伤而降低PDC切削齿的质量。

例如，因为钎焊操作者常常依赖操作者自己的判断来决定钎焊合金是否充分地熔化以恰当地地粘合在钻头本体的切削齿齿穴内的PDC切削齿，钎焊操作者可能错误地将PDC切削齿暴露于热过度的持续时间和/或将PDC切削齿暴露于热到过高的温度，导致PDC切削齿被损坏。另外，由于操作者对于钎焊合金在切削齿齿穴内是否充分地熔化的判断错误，PDC切削齿和齿穴之间的粘合可能没有恰当地形成。因为不同的钎焊操作者可能在所需的用于熔化钎焊合金的热(例如，来自喷灯)的足够持续时间和量上做出不同的决定，由相同的实体制造的PDC钻头可能有不一致的质量水准。

发明内容

本发明的示范性的实施方式提供了一种制造聚晶金刚石复合片(PDC)钻头的方法，该方法包括：检查多个切削齿；检查钻头本体的多个齿穴；根据对所述多个切削齿的检查和对所述多个切削齿齿穴的检查，分配所述多个切削齿中的切削齿给所述多个齿穴中的齿穴；通过机器人将所述多个切削齿中的所述切削齿放置在所述多个齿穴中的所述齿穴内；以及通过所述机器人施加热给钎焊料，以在所述齿穴内产生熔化的钎焊料。

本发明的另一示范性的实施方式提供了一种用于制造聚晶金刚石复合片(PDC)钻头的系统，该系统包括：相机，用于检查多个切削齿并用于检查钻头本体的多个齿穴；机器人，经配置以将多个PDC切削齿中的PDC切削齿放置在多个齿穴中的齿穴内，并且给钎焊料施加热，以在所述多个齿穴中的所述齿穴内产生熔化的钎焊料；以及加热系统，用于将包括所述多个齿穴的所述钻头本体加热至预热温度。

本发明的又一示范性的实施方式提供了用于聚晶金刚石复合片(PDC)钻头制造的自动化装置，所述自动化装置包括：控制器；第一手臂，用于将多个切削齿中的切削齿放置在钻头本体的多个齿穴中的齿穴内；以及第二手臂，用于将热施加至钎焊料以在所述多个齿穴中的所述齿穴内产生熔化的钎焊料，其中所述控制器经配置以控制所述第一手臂和所述第二手臂。

附图说明

通过参考本发明的下列某些示范性的实施方式的说明，同时结合附图阅读，本发明的上述及其他特征和方面会得到最好的理解，其中：

图1示出了根据示范性的实施方式的用于制造PDC钻头的系统；

图2示出了根据示范性的实施方式的通过图1的系统进行切削齿齿穴检查的快照；

图3示出了根据示范性的实施方式的进行切削齿的放置的快照；

图4示出了根据示范性的实施方式的进行自动钎焊操作的快照；

图5示出了根据示范性的实施方式的一种制造PDC钻头的方法，其包括使用图1的系统的自动钎焊操作；并且

图6示出了根据示范性的实施例一种包括控制器的计算机系统，其中控制器控制图1的系统的操作。

附图只示出了本发明的示范性实施方式，因此附图不被认为是限制了本发明的范围，因为本发明认可其它等效的实施方式。