[发明专利]聚晶金刚石复合片与钻头基体的过渡连接件及其连接工艺

说明书

技术领域

本发明属于石油、地质、煤炭的钻进工具，具体涉及一种聚晶金刚石复合片与钻头基体的过渡连接件及其连接工艺。

技术背景

金刚石复合片钻头因其钻进效率高，被广泛应到石油、地质、煤炭等多个行业，金刚石复合片钻头生产工序的关键一步就是把金刚石复合片片与钻头基体的焊接，金刚石复合片钻头在井底工作时，要同时承受很大的切削力和冲击力，因此要求两者之间要有足够的连接强度。目前常用的焊接方法是一次性火焰钎焊或高频辅助钎焊，都是采用手工实现金刚石复合片片和钻头基体的焊接面的直接接触来完成整个焊接过程的，主要存在问题表现在以下几个方面：一是金刚石复合片片定位困难，定位精度难以控制。在焊接过程中，一个焊接工位需要配两个焊工，由一名主焊工专门负责给钻头基体加热和涂抹焊料，一名辅助焊工专门负责配合金刚石复合片片的安放和定位。目前整个焊接过程由手工操作完成，焊接温度和时间都凭人的经验判断，很难实现焊接过程的机械化和焊接质量的标准化，且劳动强度大、生产效率低；二是因金刚石复合片片的特殊性能要求对焊接方法和焊料选型也提出了更高要求，钎料的熔化温度不能过高，过高会造成金刚石复合片片碳化，也不能太低，太低金刚石复合片片与钻头基体之间的连接强度得不到保证，在金刚石复合片钻头工作过程中，金刚石复合片片容易脱落，导致金刚石复合片钻头失效。

国内外在提高金刚石复合片片与钻头基体之间的连接强度也作了很多研究，大部分都是在改变焊接工艺、焊接材料或连接结构方面，虽取得一定成效，但多数因成本过高、工艺太复杂等很难得到工业化推广应用，如：聚晶金刚石复合片钻头钎焊工艺（专利号：00117754.0）采用在钻头基体靠背齿和聚晶金刚石复合片焊接面上加工出相同齿形，然后采用超音频感应炉将聚晶金刚石复合片钎焊在靠背齿上，此方法有利于提高焊接强度，但提高幅度十分有限，另外，因尺寸限制，加工焊接面上的齿形，以及焊接工艺的相对复杂均明显增加了钻头成本；金刚石复合片钻头的焊接方法（专利号：86103437）是在封闭的石墨模具内，在同一温度下同时施用银基钎料和无压浸渍两种方法，把金刚石复合片焊接在粉末冶金预制成型的钻头冠部，它包括用粉末冶金烧结带有预留孔和支撑背的钻头冠部，放置金刚石复合片及充填钎焊料、充填剂，施加银钎焊熔剂并组装封闭等，此种焊接方法工艺比较复杂，对结构复杂的金刚石复合片钻头不太适用，对焊工的技术水平要求较高，适用范围相对较小。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种可易于实现焊接过程的自动化水平，减轻钻头焊接的劳动强度，提高整体生产效率；同时可提高焊接强度和保证焊接质量，既能避免金刚石复合片片的高温状态下的碳化现象，又能提高焊接强度，降低金刚石复合片钻头在工作过程中，脱片现象的发生，提高金刚石复合片钻头的寿命，结构简单的聚晶金刚石复合片与钻头基体的过渡连接件及其连接工艺。

为解决上述的技术问题，本发明采用的技术方案：

一种聚晶金刚石复合片与钻头基体的过渡连接件，其特殊之处在于：所述的过渡连接件由两个大小不同的圆柱叠加组成，钻头基体上设置有与小尺寸圆柱匹配的定位孔，大尺寸圆柱的端面与聚晶聚晶金刚石复合片的硬质合金底层焊接。

上述的小尺寸圆柱上可设置有公螺纹。

上述的大尺寸圆柱的直径与金刚石复合片直径一致，高度2~5mm。

上述的小尺寸圆柱的直径为圆柱直径的三分之一至三分之二，高度为3~7mm。

一种聚晶金刚石复合片与钻头基体的过渡连接件的连接工艺，其特殊之处在于：通过以下步骤实现：

（1）、将聚晶金刚石复合片的硬质合金底层与过渡连接件的大尺寸圆柱焊接在一起；

（2）、把连接有过渡连接件的金刚石复合片安装固定在钻头基体的定位孔内；

（3）、最后采用高频加热或火焰钎焊法分别完成聚晶金刚石复合片与钻头基体以及过渡连接件与钻头基体之间的焊缝填充。

上述的步骤（1）的焊接方法采用真空钎焊、扩散焊。

上述的步骤（1）的焊接过程在真空或气氛保护下进行，焊缝稳定温度800℃以上，达到焊接温度时，焊接时间为2~ 5秒。

上述的步骤（2）的小尺寸圆柱与钻头基体定位孔之间放置有焊片，焊片厚度0.1~0.3mm，熔点600℃~750℃，且焊片放置前，沾有熔融的焊剂。

上述的步骤（3）选择的钎料熔点在600℃~750℃之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果：