[发明专利]钢齿牙轮钻头牙齿表面喷焊超硬材料的方法

说明书

本发明涉及一种钢齿牙轮钻头牙齿表面喷焊超硬材料的方法。用这种强化方法制造出来的钻头牙齿硬度高、寿命长、可以广泛地应用石油勘探钻井。因此，牙齿强化方法适用于各种型号的钢齿牙轮结构钻头的强化处理。

目前，石油勘探钻井中使用的钢齿牙轮钻头，为了提高它在硬地层钻井所需要的高强度、高硬度指标，许许多多的人都为此付出了辛勤的劳动。直到现在，钻头牙轮的强化主要是采用以下技术工艺;将含有球粒烧结碳化物（WC）的管焊条用氧乙炔或氢原子焊堆焊在加工成型的钢齿表面，再进行热处理、精加工、组装制造出强化钻头。美国休斯公司、史密斯公司、瑞得公司、塞克瑞特公司的钻头样本中公开的技术都是采用这种工艺，如专利号US4262761、US4368788，其它国家也采用这种工艺。如苏联、日本。这种工艺的主要缺点在于堆焊层中烧结WC颗粒周围的金属的硬度较低，因此钻头在破碎岩石的同时，钢基体先期磨损，使超硬材料颗粒凸出来，到了一定程度就掉了，没充分发挥超硬质材料颗粒的作用，严重影响了钢齿钻头寿命的提高。

本发明提供一种改进的钢齿牙轮钻头的强化方法，即将超硬材料均匀地喷焊在钻头的牙齿表面，形成一层保护层，以克服现有钻头堆焊工艺所存在的缺点，进一步提高钻头寿命，满足石油勘探钻井的需要。

本发明经反复实践，是以如下方法来完成钻头牙齿表面强化任务的，将用作钻头牙齿的金属进行车削、铣削等加工，把加工成形的牙齿体装夹在一个专用夹具上，这种简易夹具做成活动式或固定式均可，然后将牙齿体逐渐加温，使其表面温度达到1000℃至1100℃，再用火焰喷枪将超硬材料均匀地喷焊在钻头牙齿体表面，从而使牙齿体表面形成一层保护层。根据反复研究，超硬材料碳化钨（WC）可有不同配方，其WC的百分比为70～90%，最理想百分比为85%，超硬材料层的厚度可为0.8～1.5mm。同时，根据需要，喷焊超硬材料的热源可以采用氧乙炔，或者等离子焊，或者激光。

图1为三牙轮钻头立体图。

图2为牙轮结构纵向剖面图。

图3为牙齿喷焊结构示意图。

图4为夹具夹待牙齿体示意图。

附图中编号为：1-牙掌体;2-牙齿体;3-超硬材料;4-夹具;5-轴承。

下面将结合附图对本发明做进一步的说明。将加工好的牙齿体（2）装夹在一个专用于喷焊的夹具（4）上，然后将牙齿体（2）用热源氧乙炔或等离激光逐渐加温，本发明采用氧乙炔，使之温度达到1000℃至1100℃，再用一种专用喷枪将比例为85%的碳化钨（WC）超硬材料（3），均匀地喷焊在牙齿体（2）的表面，或者也可以在牙齿体（2）的表面先进行球粒烧结碳化钨（WC）的堆焊处理，再用此工艺进行喷焊，接着进行热处理和精加工，给牙齿体（2）安装轴承（5），加油等，将牙齿体（2）与牙掌体（1）装配在一起，尔后，把组装一体的牙齿牙掌体三付用专用焊机进行焊接，即制造出整体三牙轮钻头。另外在超硬材料（3）的选用方面，也可以选用金刚石，其喷焊效果是一样的。