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复合片(PDC)石油钻头的钎焊优化方案

更新时间:2025-01-10 工作计划 版权反馈
【摘要】:图12-10 带硬质合金的聚晶金刚石复合片 Fig.12-10 Polycrystalline diamond composite based on tungsten carbide郑州机械研究所推出的PDC专用钎料是一系列低温银钎料,系列钎料的钎焊温度普遍在700~780℃之间,适宜于感应钎焊。在真空条件下,PDC可以加热到1000℃以上,采用的高温钎料很好地解决了高温强度问题。

聚晶金刚石复合片是在硬质合金基片上,于5万大气压和1500℃高温下,烧结一层聚晶金刚石所构成的复合体,其结构如图12-9所示。这种复合片主要供应石油、地质钻探部门制作PDC钻头,以及机械加工、木材加工、石材加工部门制造各种PDC刀具。

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图12-9 聚晶金刚石复合片结构图 Fig.12-9 Structure of polycrystalline diamond composite

聚晶金刚石复合片可以充分利用聚晶金刚石层的高硬度、高耐磨性能,而由复合片的硬质合金基体承受切削岩石或金属材料时的冲击载荷,防止聚晶金刚石破碎。

在PDC钻头的制造中,复合片的钎焊是一关键技术。目前,常用的有两种类型PDC钻头:一种是先将复合片与硬质合金支柱钎焊构成切削元件(见图12-10),然后将这种切削元件插入钻头钢件上按一定的分布规律预先加工好的齿孔中,进行钎焊,使其与钻头钢体牢固结合,构成切削齿;另一种类型是将复合片直接钎焊于由粗颗粒硬质合金粉末烧结成的胎体钻头的切削齿槽中。

不论哪种类型钻头,复合片的钎焊实际上是硬质合金间的钎焊。与一般硬质合金钎焊不同的是,它的钎焊温度受到聚晶层热稳定性的限制,同时要求有极高的钎焊强度,以承受较大的切削力、冲击载荷和较高的疲劳强度。

近几年,国内研制出不少钎焊温度低、接头强度高的新型PDC专用钎料。如参考文献[21]报道的一种Cu-Au-Mn-Ni钎料(Cu53Au14.5Mn29.0-Ni3.5)。用这种钎料钎焊的复合片与硬质合金柱体间的接头抗剪强度达到了414MPa;钎焊温度为930℃,采用在氢气与氩气混合气流保护下高频钎焊,钎焊加热保温时间为12s。(www.xing528.com)

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图12-10 带硬质合金的聚晶金刚石复合片 Fig.12-10 Polycrystalline diamond composite based on tungsten carbide

郑州机械研究所推出的PDC专用钎料是一系列低温银钎料,系列钎料的钎焊温度普遍在700~780℃之间,适宜于感应钎焊。

在要求高温强度的场合,需要采用真空感应钎焊。在真空条件下,PDC可以加热到1000℃以上,采用的高温钎料很好地解决了高温强度问题。

除此以外,还可以采取强迫冷却方式,即在钎焊加热过程中降低复合片聚晶层的温度,使其不超过热稳定所允许值。这种方式可以采用一些钎焊温度较高的钎料,以获得高强度接头。参考文献[22,46]提供了一种采用这种方式电阻钎焊复合片切削元件的设备和工艺,取得了较好的效果。

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