[发明专利]激光组合焊接厚壁金刚石钻头制造方法

说明书

（一）技术领域：

本发明涉及各类地质勘探、工程勘探用金刚石钻头的制造方法，具体为一种激光组合焊接厚壁金刚石钻头制造方法。

（二）背景技术：

厚壁金刚石钻头是金刚石工具的一种，其主要特征是在厚壁钢管的一端连接有金刚石钻头齿，另一端加工有螺纹与岩心管连接，钻头与岩心管在钻机的回转扭力和轴向压力作用下刻取岩石而实现钻进。

现有金刚石钻头的制造方法以中频热压烧结法、电阻热压烧结法、无压浸渍法、电镀法为主。

所述中频热压烧结法的工艺流程为：钻头设计、计算粉料与金刚石的用量——粉料与金刚石的称量混合——准备整体石墨模具的芯子、底圈、水口块——称量混合的金刚石粉料组装到整体石墨模具中——厚壁钢管加工及粉料接触面处理——中频热压烧结——保温箱内12小时慢慢冷却——退出石墨外模、芯子、水口块——厚壁金刚石钻头成品加工。

可见，烧结法的石墨模具成本高、电能耗成本也很高。

而电镀法存在的问题是重金属离子的环保回收利用成本过高。

（三）发明内容：

针对现有制造技术的不足之处，本发明提出了一种激光组合焊接厚壁金刚石钻头制造方法，以解决厚壁地质钻头烧结法模具成本高、能耗大、工效低的问题，以及电镀法重金属离子的环保回收利用成本过高和环境污染问题。

能够解决上述问题的激光组合焊接厚壁金刚石钻头制造方法，采取的工艺流程为：

1、采用冷压法制造多层结构的金刚石钻头胚齿。

2、采用热压烧结法制造成型的金刚石钻头齿。

3、采用激光焊接方法把若干圆周等分均布的金刚石钻头齿同轴焊接在厚壁钢管的一端。

4、焊后回火处理。

5、采用CO₂填丝保护焊或高频钎焊方法加强金刚石钻头齿与厚壁钢管的焊接强度。

6、焊后回火处理。

7、对厚壁钢管进行相关尺寸的机械加工而制作出钻头成品。

厚壁金刚石钻头系列中，系列厚壁钢管的内外直径在36mm～400mm之间，同一厚壁钢管的厚壁在8mm～25mm之间。

与此相对应，系列金刚石钻头齿的内外半径在18mm～200mm之间、内外弦长在10mm～40mm之间、高度在8mm～30mm之间，同一金刚石钻头齿的内外半径差在8mm～25mm之间、内外弦长差在3mm～15mm之间。

所述金刚石钻头齿采用沿径向的三层料结构，钻头齿中层料的金刚石用量＞钻头齿外层料的金刚石用量＞钻头齿内层料的金刚石用量。

所述激光焊接的工艺参数：焊透深度≦7mm，焊接功率选择在1KW～2.3KW之间，入射角＜5°，光斑直径在￠0.15mm～￠0.25mm之间，激光焦距在170mm～173mm之间，光斑偏移量中钻头齿与钢体在5.5：4.5～6.5:3.5之间；焊接时厚壁钢管回转线速度在0.6米／分～2米／分之间。

所述CO₂填丝保护焊的工艺参数：焊丝直径在￠0.8mm～￠1.2mm之间，焊接电流选择在50A～280A之间，焊接时厚壁钢管的回转线速度在6米／分～9米／分之间。

所述高频钎焊的工艺参数：银焊片厚度在0.2mm～0.6mm之间，焊接温度在650℃～750℃之间，单个金刚石钻头齿加热的功率选择在5KW～10KW之间，保温时间在5秒～10秒之间。

本发明的优点：

1、本发明激光组合焊接厚壁金刚石钻头制造方法与现有的中频热压烧结法、电阻热压烧结法、无压浸渍法等烧结法相比，烧结模具的成本可降低60%，能耗可降低58%，整体效率仍可提高50%；与现有的电镀法相比，可以免除重金属离子的环保回收利用成本，或者无环境污染问题。

2、本发明为地质勘探、工程勘探用金刚石钻头提供了一种环保、高效、节能、低成本的制造方法。

（四）附图说明：

图1（a）为用本发明制造方法制造的厚壁金刚石钻头的结构示意图。

图1（b）图1（a）中的A—A剖视图。

图2为本发明制造工艺流程中金刚石钻头胚齿冷压示意图。

图3为本发明制造工艺流程中金刚石钻头齿热压烧结示意图。

图4为图1中厚壁钢管的结构示意图。

图5（a）为本发明制造工艺流程中激光焊接用固定夹具的结构示意图。

图5（b）为图5（a）中钻齿等分定位模的结构示意图。

图6为本发明制造工艺流程中CO₂填丝保护焊用固定夹具的结构示意图。