[其他]在铜焊过程中检测工具温度的装置

说明书

本发明介绍装有颗粒磨料压制坯块的工具，特别是介绍一种该工具与工件铜焊时测量坯块温度的测温装置。这种颗粒磨料压制坯块制成的工具尤其适于在石油、天然气勘探及采矿作业中用作钻头。

颗粒磨料压制坯块是由颗粒磨料例如金刚石和/或立方氮化硼粘接在一起形成的一种具有高强度的、坚硬的整体多晶体坯块。可以在这些颗粒之间加上粘接剂，或者颗粒之间直接结合，以颗粒对颗粒的自身结合形式结合在一起。实例可见美国专利3136615、3141746及3233988。有支撑的颗粒磨料坯块称为组合坯块，也就是把颗粒磨料坯块粘接在例如烧结碳化钨这样的支撑块材料上。这种型式的坯块在美国专利3743489、3767371及3745623中都有介绍。把颗粒磨料坯块粘接到支撑块上的工作可以在压制坯块的同时进行，也可以先单独压制坯块，然后再进行粘接。

已经发现，组合坯块特别适于做钻头上的切削件。这些组合坯块可以利用多种技术手段直接装到钻头的顶部。美国专利4156329建议把一个预先镀有锡金属涂层的坯块铜焊到钻顶的凹座中。美国专利4186628建议使用下列办法将坯块装到钻顶上，即：先把坯块放在一个模子中，然后在模子的钻顶部分装满金属粉末，再在模子中进行低温渗透铜焊，从而模铸出一个其中镶嵌着磨料坯块的钻顶。美国专利4098362建议按上述后面的那个建议的方式进行，但要把刀具坯块安放成一个-10°～-25°的倾斜角。

此外，组合坯块也可以固定到一个加长的托柱或基体上，然后再把这个托柱固定到钻顶上。用托柱以后，可以增大与钻顶的结合面积并且还可以为颗粒磨料坯块提供更大的支撑力，从而增加了坯块的耐冲击强度。到目前为止，组合坯块固定在托柱上的方式有两种，美国专利4200159中介绍的为正圆柱形，另有一种方式为倾斜某一角度的圆柱形结构，例如美国专利4265324中所介绍的。

虽然把组合坯块固定在托柱或基体上的好处是明显的，但在实际制造时却遇到了一些问题。特别是如前所指出的，坯块中的磨料部分是自身结合和金属渗透结合的（例如在美国专利3745623中所介绍的方法），它在市场上可以买到。其商标为“康帕克斯”（Compax）和“辛耐特”（Synnite），但这种组合坯块在温度超过700℃时很容易受到热损伤。（此处“自身结合”一词的含义是磨料颗粒直接相互结合）据认为，这种热损伤是由于磨料和金属相具有不同的热膨胀率所造成的。而且，在更高的温度下磨料颗粒本身还存在着由于石墨化和氧化作用而性能降低的危险。据认为，这种类型的性能下降在任何一种金刚石磨料坯块中都可能出现。因此，起初人们使用液化温度低于700℃的铜焊合金来把组合坯块焊接到基体或托柱上。不幸的是，人们发现，由于它们的焊接强度低，这类低温铜焊合金在市场上的适用范围有限。

在组合坯块与基体焊接方面的一个重大突破是由尼米耶（Knemeyer）在美国专利4225322及4319707中作出的。采用这种K氏工艺，在焊接组合坯块与基体时就可以使用高温铜焊合金。而这类高温铜焊合金又可达到比低温合金高得多的焊接强度。虽然采用K氏焊接方法和设备可以使用高温铜焊合金，但又在选择合适的高温铜焊合金方面发生了困难。例如最初在尼米（Knemeyer）的专利中建议使用的阿纳科达（Anaeonda）773填料金属，现在则认为它与被焊的碳化物工件具有不良的活性反应。最佳铜焊合金包括以统一编号公开的美国专利4527998中的金基合金和以统一编号公开的美国专利申请文件（于1985年7月5日存档752419中的钯基合金。

组合压制的多晶体坯块暴露在完成铜焊操作必需的高温下必然使铜焊操作复杂化。但这最多也不过是在该铜焊操作过程中对铜焊人员及其助手测取多晶体坯块的温度造成困难，尽管这种温度测量对于铜焊的成功可能是关键性的。对这个问题起作用的两个因素包括：铜焊人员必须戴上黑色的护目镜以便保护眼睛不受火焰和加热物体发生的亮光的损害，并且必须专心致力于铜焊操作。由于火焰的温度比使铜焊填料金属达到熔化和流动状态所实际需要的温度要高得多，组合坯块容易发生过热。