[发明专利]一种齿顶强化的钢齿牙轮钻头

说明书

技术领域

本发明涉及一种齿顶强化的钢齿牙轮钻头，它适用于石油、天然气钻井和采矿钻井中的从极软至中硬地层。

背景技术

现有钢齿牙轮钻头主要是由牙掌和钢牙轮构成，牙轮上的齿通常是用铣削方式由钢质牙轮本体铣出，并直接在齿顶及齿面上敷焊耐磨材料层而形成的；钻头工作时，齿顶总是最先接触井底岩石且与岩石的接触时间最长，因而钢齿牙轮钻头的失效主要是齿的磨损，而齿的磨损首先是从齿顶的磨损开始的；如果直接在整段齿顶上加大敷焊的耐磨材料层的厚度，由于耐磨材料硬而且脆，钻头工作时，齿承受冲击载荷，在冲击载荷的作用下，加厚的齿顶耐磨材料层会折断或剥落，反而会降低齿的耐磨性；此外直接在齿顶上加大敷焊的耐磨材料层的厚度，工艺上难以实现。

美国专利US5152194采用在牙轮牙齿本体先铣出一个或一个以上的垂直于齿顶中线的直槽，然后在齿顶及齿面上敷焊耐磨材料，这种方法能提高耐磨材料层与齿的粘接咬合性能，从而提高齿的耐磨性，但由于槽是垂直于齿顶中线的，一方面限制了齿顶上直槽的宽度，因而耐磨性的提高程度有限；另一方面，如果加大直槽的宽度，在冲击载荷的作用下，齿顶两端未被切除的牙齿本体及直槽内的齿顶耐磨材料层易于折断或剥落，从而降低了敷焊齿的耐磨性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提供一种耐磨性较高的齿顶强化的钢齿牙轮钻头，以提高钢齿牙轮的有效使用寿命。

本发明为解决上述问题所采用技术方案为：包括有牙掌2和安设在牙掌下方轴颈上的钢齿牙轮3，其不同之处在于在钢齿牙轮牙齿的齿顶5上开设有槽边与齿顶中线7成一倾斜角β的斜槽6，倾斜角β为5～85°或95～175°，在斜槽和牙齿的表面敷焊耐磨材料，形成牙齿的耐磨材料层。

按上述方案，所述的斜槽6与齿顶中线7形成的倾斜角β通常为10～80°或100～170°；斜槽在齿顶上可设置1～5条；斜槽的宽度W为1～40毫米，斜槽的深度H为1～20毫米。

按上述方案，所述的斜槽底面与齿顶面成一角度σ，σ的取值范围为0～45°。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、斜槽的开设，一方面扩大了齿顶凹槽敷焊耐磨层的区域，另一方面也增强了凹槽敷焊层在牙齿刮削方向与齿的粘接咬合性能，从而增强了整个牙齿敷焊耐磨层的抗冲击、抗剥落能力；

2、与开直槽的齿相比，本发明的齿顶耐磨性高于开直槽的齿的齿顶耐磨性；

3、与开直槽的齿相比，本发明的齿顶两端未被切除的牙齿本体的抗冲击能力强于开直槽的齿的齿顶两端未被切除的牙齿本体的抗冲击能力，不易折断，因而夹在齿顶两端未被切除的牙齿本体中间的斜槽内耐磨材料抗冲击能力也强，不易剥落，这样使钢齿牙轮承受冲击载荷的能力进一步增强，从而提高了牙轮钻头的有效使用寿命。

附图说明

图1为本发明第一个实施例的立体结构示意图。

图2为本发明第一个实施例的一个牙轮的结构示意图。

图3为本发明第一个实施例的一个牙轮的本体结构示意图。

图4为图3中的牙轮本体上一个牙齿的A向视图。

图5为图3中的牙轮本体上一个牙齿的B向视图。

图6为图5中的E-E剖视图。

图7为齿顶开直槽的牙轮的本体结构示意图。

图8为图7中的牙轮本体上一个牙齿的F向视图。

图9为本发明第二个实施例的一个牙轮的本体结构示意图。

图10为图9中的牙轮本体上一个牙齿的X向视图。

图11为图9中的牙轮本体上一个牙齿的Y向视图。

图12为图11中的Z-Z剖视图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的实施例。

第一个实施例如图1～6所示，为一个三牙轮钢齿牙轮钻头，包括有三个牙掌2，在每个牙掌2下方的轴颈上安设一个钢齿牙轮3，在牙掌侧面安设有喷嘴9，三个牙掌焊接成一体，构成齿顶强化的钢齿三牙轮钻头1。其不同之处在于，在钢齿牙轮本体的牙齿4本体的齿顶5上开设一个或二个与齿顶中线7成一倾斜角β的斜槽6，齿顶两端各有一段未被切除的牙齿本体8。然后在斜槽6内及牙齿本体的表面上敷焊耐磨材料层，形成耐磨性较高的齿顶强化的钢齿牙轮3。所述的斜槽6与齿顶中线形成的倾斜角β的取值范围为20°-70°或者110°-160°；斜槽的宽度W的取值范围为5-20毫米，斜槽的深度H的取值范围为2-10毫米。斜槽底面6a与齿顶面平行。