硬质合金修井工具的钎焊技术介绍

在钻井、采油过程中，复杂井下事故的处理过程中有很大一部分的工作量是通过套铣和磨铣完成的。常用的磨铣工具包括磨鞋、套铣和铣削工具，主要工作部分均为镶嵌于胎体的硬质合金颗粒。磨铣工具结构上主要由硬质合金颗粒和钢体通过焊接制造而成，硬质合金颗粒往往为多层堆积结构，通过钎料或其他金属结合剂将硬质合金与硬质合金颗粒、硬质合金与钢基体焊接而成。因此，硬质合金颗粒与钢基体之间的焊接结合强度是磨铣工具制造过程中的重点和难点。图11-21所示为钎焊制造的修井用硬质合金磨铣工具。

目前，国内外磨铣工具的制造常采用的焊接方法有堆焊和钎焊。国内磨铣工具强化材料的研究起步较晚，国内较早使用的焊条主要有哈尔滨焊接研究研制的YD系列，自贡硬质合金有限责任公司生产的YM系列和株洲硬质合金集团有限公司生产的硬质合金堆焊焊条。YD型硬质合金复合材料堆焊焊条采用烧结碳化钨型硬质合金颗粒与“镍银”合金胎体金属组成。焊条外涂一层特制溶剂（YD2R）并着色，以标识硬质合金颗粒的分级尺寸。硬质合金的硬度范围为89～91HRA。采用氧乙炔火焰作为堆焊热源，同时与专用打底焊条（YD2D）和专用溶剂配合使用。

图11-21 修井用硬质合金磨铣工具 Fig.11-21 Brazed work-over tools

目前磨铣工具采用钎焊工艺制造，钎料形式不一，钎焊工艺方法也不尽相同。硬质合金钎焊用钎料有银、铜基、锰基、镍基等钎料，其中用的比较多的是铜基和银钎料。国内较常见的铜基钎料如BCu58ZnMn，钎焊温度为938～982℃，抗剪强度可达300～320MPa。L801钎料是在BCu58ZnMn基础上加入少量Co构成的，该钎料钎焊的接头的剪切强度达到了300～350MPa。目前，硬质合金钎焊常用的银钎料，如Ag50Cu20Zn28Ni2、AgCu27.5-Zn20.5Mn2.5Ni0.35、AgCu16Zn23Mn7.5Ni4.5、AgCu16Zn26.5Mn4.5Ni3等，这些银基钎料大都可以用于钎焊硬质合金，但是最适合于钎焊硬质合金的银钎料是加有Zn、Mn、Ni等元素的银铜合金。银钎料的钎焊温度大都低于铜基钎料，钎料润湿性和柔塑性也好于铜基钎料。这些银钎料、铜基钎料均适用于磨铣工具的钎焊制造。(www.xing528.com)

文献[35]研制了一套磨鞋钎焊专用加热装置，该装置主要结构为炉体、加热用气焊焊嘴以及辅助设备。炉体为双层钢管焊接成的双层圆柱形炉体，夹层中填满石棉作为隔热层防止热量向四周辐射。炉体上部同一平面均匀预留8个窗口，将6～8个特殊气焊焊嘴伸入炉内作为加热的火源。炉内设置有旋转机构，可供磨鞋边加热边旋转，达到均匀受热。炉外安装有供气调节结构和焊嘴支架，支持及调节焊枪位置及火焰大小。该装置具有结构简单、保温作用好、焊接效率高等优点，可用于磨鞋硬质合金工具的高效批量生产。

文献[36]针对NEM-8型高效磨鞋的研制，采用炉中引预热、三焊炬火焰加热钎焊相结合的焊接方法，以BCu58ZnMn为钎料，脱水硼砂为钎剂，焊接工艺流程为：首先将P20硬质合金经过碱洗、酸洗处理，再经过硼砂液煮沸处理，干燥后丙酮清洗后准备焊接。焊接前，在磨鞋基体孔中摆好硬质合金颗粒，合金出刃2～3mm，预热到800℃、恒温2h。预热后，将磨鞋基体放在专用焊接胎具上，采用三把焊炬同时加热的方法，确保加热均匀，一把在基体下端不断加热，另两把在基体上端边加热边填充钎料。钎焊温度为930～950℃，焊接后放入300℃炉中保温4h，然后冷却出炉。

文献[37]研制了以YT769和YT535硬质合金为硬质相、CuZnNi为胎体的新型堆焊焊条，焊条采用火焰加热堆焊，堆焊层硬质合金相宏观硬度为91～92.5HRA，硬质合金与胎体结合良好，堆焊磨鞋的现场应用取得了满意的效果。