主副底噴型激光焊接金剛石鉆頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及金剛石地質(zhì)鉆頭，具體為一種主副底噴型激光焊接金剛石鉆頭?！颈尘凹夹g(shù)】:
[0002]隨著淺部地層礦產(chǎn)資源的日益枯竭及水漲船高的人工成本，地質(zhì)找礦工作對(duì)“單孔單鉆”、“高效長(zhǎng)壽”的新型鉆頭需求愈加迫切。
[0003]目前業(yè)內(nèi)公認(rèn)的提升鉆頭壽命的有效方法主要為提升鉆齒胎體高度，但在目前現(xiàn)有的常規(guī)中頻制法及電鍍制法中，無(wú)法很好的解決提升鉆齒胎體高度同胎體強(qiáng)度、胎體內(nèi)金剛石質(zhì)量、胎體同基體之間結(jié)合強(qiáng)度(以下簡(jiǎn)稱胎-基結(jié)合強(qiáng)度)之間的矛盾，需從制造方法上進(jìn)行技術(shù)革新才能從根本上解決這些矛盾。
[0004]金剛石鉆頭屬超硬工具，其主要特征為含金剛石顆粒的胎體與鋼管基體(帶連接結(jié)構(gòu))的一端相連接，鋼管基體通過(guò)直接或間接安裝在壓力回轉(zhuǎn)設(shè)備上進(jìn)行磨削鉆取而實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)的鉆進(jìn)工具，常規(guī)制造方法主要有中頻燒結(jié)法、電阻熱燒結(jié)法、電鍍法等。
[0005]但是隨著工作胎體的加高，以上制造方法都無(wú)法在胎體強(qiáng)度、胎體內(nèi)磨粒質(zhì)量、胎體-基體結(jié)合強(qiáng)度上有效的保障鉆頭質(zhì)量，這限制了金剛石鉆頭的發(fā)展。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出了一種適用于中低功率激光焊機(jī)且模具親和力好，可有效提升厚壁高胎體鉆頭的胎體強(qiáng)度、胎體內(nèi)磨粒質(zhì)量、胎體-基體結(jié)合強(qiáng)度及鉆進(jìn)冷卻性能的主副底噴型激光焊接金剛石鉆頭。
[0007]能夠解決上述技術(shù)問(wèn)題的主副底噴型激光焊接金剛石鉆頭，其技術(shù)方案包括鉆頭胎體和鋼管基體，所不同的是所述鋼管基體的管口直徑小于管體直徑而形成臺(tái)階，所述臺(tái)階上同軸焊接外徑與管體直徑一致、高度平齊管口端面的補(bǔ)強(qiáng)環(huán)，所述補(bǔ)強(qiáng)環(huán)的內(nèi)徑與管口的外徑以及臺(tái)階之間形成半封閉的水流環(huán)腔，多個(gè)鉆頭胎體圓周均布焊接在管口和補(bǔ)強(qiáng)環(huán)的端面上，相鄰鉆頭胎體之間的管口和補(bǔ)強(qiáng)環(huán)的端面上焊接阻水塊;對(duì)應(yīng)于水流環(huán)腔位置開(kāi)設(shè)出貫通臺(tái)階的多個(gè)主底噴孔和多組副底噴孔，各主底噴孔的位置對(duì)應(yīng)于各阻水塊的出水孔，各組副底噴孔的位置對(duì)應(yīng)在各鉆頭胎體的底部。
[0008]為避免主底噴孔的孔徑過(guò)小而造成冷卻水流動(dòng)不暢，各主底噴孔的直徑可以加工出大于水流環(huán)腔的寬度，而各組副底噴孔的直徑則 < 水流環(huán)腔的寬度加工。
[0009]為有效保證補(bǔ)強(qiáng)環(huán)的強(qiáng)度，所述臺(tái)階高度(S卩補(bǔ)強(qiáng)環(huán)的軸向長(zhǎng)度)設(shè)計(jì)為3mm?8mm ο
[0010]可視鉆頭胎體的尺寸大小，將各組副底噴孔中的噴孔選擇為2?5個(gè)。
[0011 ]所述鋼管基體的壁厚設(shè)計(jì)為與補(bǔ)強(qiáng)環(huán)的厚度一致且厚度范圍選擇在3mm?1mm之間，厚度的取值視金剛石鉆頭的規(guī)格大小而定。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果:
[0013]1、本實(shí)用新型解決了胎體高度同胎體強(qiáng)度、胎體內(nèi)金剛石顆粒質(zhì)量、胎一基結(jié)合強(qiáng)度之間的矛盾問(wèn)題，本專利對(duì)于設(shè)備要求低，成型效果好;較熱壓燒結(jié)法而言模具重復(fù)利用率高，降低了生產(chǎn)成本，可融入流水線化生產(chǎn)作業(yè)提升生產(chǎn)率;較電鍍法而言無(wú)污染排放，更節(jié)能環(huán)保。
[0014]2、本實(shí)用新型自身胎體致密高、金剛石顆粒質(zhì)量熱損小且具有獨(dú)特設(shè)計(jì)的主副底噴孔內(nèi)冷循環(huán)水路;該主副底噴孔內(nèi)冷循環(huán)水路冷卻沖刷覆蓋面積大，可達(dá)到鉆頭胎體全覆式?jīng)_刷冷卻效果;且在實(shí)際鉆進(jìn)過(guò)程中可由內(nèi)而外對(duì)焊縫部位進(jìn)行冷卻沖刷，可有效降低鉆進(jìn)時(shí)焊縫部位的熱疲勞損傷，提升高胎體金剛石鉆頭的安全使用性能。
[0015]3、本實(shí)用新型金剛石鉆頭具有時(shí)效高、質(zhì)量穩(wěn)定性好、取芯率高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。
[0016]4、本實(shí)用新型制造方法對(duì)激光焊接設(shè)備要求較低，在鋼管基體、補(bǔ)強(qiáng)環(huán)的匹配設(shè)計(jì)下，中低功率激光焊接設(shè)備即可勝任，設(shè)備成本低。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為圖1的前視剖視圖。
[0019]圖3為圖1中鋼管基體的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4為圖3的俯視圖。
[0021]圖號(hào)標(biāo)識(shí):1、鉆頭胎體;2、鋼管基體;2-1、管口；2-2、管體;3、補(bǔ)強(qiáng)環(huán);4、阻水塊;4-
1、出水孔;5、主底噴孔;6、副底噴孔;7、水流環(huán)腔。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖所示實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0023]本實(shí)用新型主副底噴型激光焊接金剛石鉆頭包括六個(gè)鉆頭胎體1、一個(gè)鋼管基體
2、一個(gè)補(bǔ)強(qiáng)環(huán)3和六個(gè)阻水塊4。
[0024]所述鋼管基體2(壁厚3mm?1mm)的上端管口 2-1小于管體2-2而在管口 2-1與管體2-2之間形成臺(tái)階(軸向高度3mm?8mm)，所述補(bǔ)強(qiáng)環(huán)3的外徑等于管體2-2的直徑、高度平齊管口 2-1，補(bǔ)強(qiáng)環(huán)3于臺(tái)階上與管口2-1同軸套裝并與管體2-2用激光焊接，補(bǔ)強(qiáng)環(huán)3、管口2-
1、臺(tái)階三者之間形成半封閉水流環(huán)腔7，對(duì)應(yīng)于水流環(huán)腔7位置于臺(tái)階上開(kāi)設(shè)貫通的六個(gè)主底噴孔5(孔徑在5mm?7mm之間)和六組副底噴孔6(孔徑在2mm?4mm之間)，每組副底噴孔6的噴孔設(shè)為三個(gè)，所述主底噴孔5的孔徑大于水流環(huán)腔7的徑向?qū)挾?，所述副底噴?的孔徑小于水流環(huán)腔7的徑向?qū)挾?，如圖1、圖2、圖3、圖4所示。
[0025]六個(gè)鉆頭胎體I圓周均布激光焊接在補(bǔ)強(qiáng)環(huán)3和管口2-1的端面上(覆蓋對(duì)應(yīng)部位的水流環(huán)腔7)，各鉆頭胎體I底部的焊接位置分別對(duì)應(yīng)于各組副底噴孔6，六個(gè)阻水塊4(其上事先開(kāi)設(shè)出水孔4-1)分別焊接在相鄰鉆頭胎體I之間的補(bǔ)強(qiáng)環(huán)3和管口 2-1的端面上(覆蓋對(duì)應(yīng)部位的水流環(huán)腔7)，各阻水塊4的位置分別對(duì)應(yīng)于各主底噴孔5，使得阻水塊4的出水孔4-1與對(duì)應(yīng)的主底噴孔5相通，如圖1、圖2所示。
[0026]所述主副底噴型激光焊接金剛石鉆頭的制造方法，其工藝步驟為:
[0027]1、將粉料、金剛石顆粒按配比混合并通過(guò)混料設(shè)備均勻混合，配比混合制備成工作料、過(guò)渡料、焊接料三種粉料。
[0028]2、將各配比混合粉料裝入鉆齒冷壓模具并通過(guò)高強(qiáng)度冷壓制作成含工作層、過(guò)渡層、焊接層三層成分的致密鉆齒冷壓坯。
[0029]3、將鉆齒冷壓坯裝入石墨模具中并通過(guò)低溫真空熱壓燒結(jié)成型為鉆頭胎體1(可為獨(dú)立單齒或含數(shù)個(gè)單齒的胎體環(huán))。
[0030]4、采用冷縮或熱擴(kuò)法加工制作鋼管基體5上端的管口 2-1，所述管口 2-1與鋼管基體2的管體2-2形成臺(tái)階，機(jī)加工制作尺寸匹配的補(bǔ)強(qiáng)環(huán)3，將補(bǔ)強(qiáng)環(huán)3于臺(tái)階上與管口 2-1同軸套裝并與管體2-2焊接(采用激光焊、摩擦焊、埋弧焊、保護(hù)氣體填料焊及其他焊接方式)，對(duì)應(yīng)于補(bǔ)強(qiáng)環(huán)3與管口 2-1之間形成的水流環(huán)腔7位置，于臺(tái)階上加工出上、下貫通的主底噴孔5及副底嗔孔6。
[0031]5、將鉆頭胎體I通過(guò)激光焊接方式分別焊接于補(bǔ)強(qiáng)環(huán)3和管口 2-1的端面上(激光焊接設(shè)備輸出功率設(shè)定1800?5000KW之間，單次焊透深度設(shè)定為3mm?10mm，累計(jì)焊透深度設(shè)定為6_?20_，分離式激光焊接可有效降低焊接熱量對(duì)鉆頭胎體I的損傷)，相鄰鉆頭胎體I之間的補(bǔ)強(qiáng)環(huán)3和管口 2-1端面上焊接阻水塊4，焊接后的阻水塊4的出水孔4-1位置對(duì)應(yīng)于主底噴孔5，焊接后的鉆頭胎體I的底部位置對(duì)應(yīng)于副底噴孔6。
[0032]6、完成焊接后，將金剛石鉆頭整體置入馬弗爐中進(jìn)行中溫回火熱處理(加熱溫度設(shè)定在6000C?800°C之間，保溫時(shí)間視鋼管基體2壁厚控制在0.5?1.5小時(shí)之間，隨爐冷卻至400 °C后出爐空冷或通過(guò)侵泡入油中快速冷卻至室溫)。
[0033]7、熱處理完成后，進(jìn)行后續(xù)機(jī)械精加工及成品化處理。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.主副底噴型激光焊接金剛石鉆頭，包括鉆頭胎體(I)和鋼管基體(2)，其特征在于:所述鋼管基體(2)的管口(2-1)直徑小于管體(2-2)直徑而形成臺(tái)階，所述臺(tái)階上同軸焊接外徑與管體(2-2)直徑一致、高度平齊管口(2-1)端面的補(bǔ)強(qiáng)環(huán)(3)，所述補(bǔ)強(qiáng)環(huán)(3)的內(nèi)徑與管口(2-1)的外徑以及臺(tái)階之間形成半封閉的水流環(huán)腔(7)，多個(gè)鉆頭胎體(I)圓周均布焊接在管口(2-1)和補(bǔ)強(qiáng)環(huán)(3)的端面上，相鄰鉆頭胎體(I)之間的管口(2-1)和補(bǔ)強(qiáng)環(huán)(3)的端面上焊接阻水塊(4);對(duì)應(yīng)于水流環(huán)腔(7)位置開(kāi)設(shè)出貫通臺(tái)階的多個(gè)主底噴孔(5)和多組副底噴孔(6)，各主底噴孔(5)的位置對(duì)應(yīng)于各阻水塊(4)的出水孔(4-1)，各組副底噴孔(6)的位置對(duì)應(yīng)在各鉆頭胎體(I)的底部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主副底噴型激光焊接金剛石鉆頭，其特征在于:各主底噴孔(5)的直徑大于水流環(huán)腔(7)的寬度，各組副底噴孔(6)的直徑《水流環(huán)腔(7)的寬度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主副底噴型激光焊接金剛石鉆頭，其特征在于:所述臺(tái)階高度為3mm?8mm04.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主副底噴型激光焊接金剛石鉆頭，其特征在于:各組副底噴孔(6)中的噴孔為2?5個(gè)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主副底噴型激光焊接金剛石鉆頭，其特征在于:所述鋼管基體(2)的壁厚與補(bǔ)強(qiáng)環(huán)(3)的厚度一致且厚度范圍為3mm?10_。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種主副底噴型激光焊接金剛石鉆頭，其鋼管基體的管口小于管體而形成臺(tái)階，臺(tái)階上同軸焊接補(bǔ)強(qiáng)環(huán)，補(bǔ)強(qiáng)環(huán)與管口以及臺(tái)階之間形成水流環(huán)腔，多個(gè)鉆頭胎體焊接在管口和補(bǔ)強(qiáng)環(huán)的端面上，阻水塊焊接在相鄰鉆頭胎體之間；水流環(huán)腔內(nèi)開(kāi)設(shè)貫通臺(tái)階的多個(gè)主底噴孔和多組副底噴孔，各主底噴孔對(duì)位各阻水塊的出水孔，各組副底噴孔對(duì)位各鉆頭胎體；采用高強(qiáng)冷壓法制造高強(qiáng)度鉆齒冷壓坯，采用雙向壓制低溫真空熱壓法制造鉆頭胎體，激光焊接鉆頭胎體于管口和補(bǔ)強(qiáng)上，焊后中溫回火熱處理，完成后續(xù)成品機(jī)加工。本實(shí)用新型冷卻沖刷面積大，有效降低焊縫部位的熱疲勞損傷，具有時(shí)效高、取芯率高、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。
【IPC分類】E21B10/46, B23P15/28, E21B10/60, E21B10/61
【公開(kāi)號(hào)】CN205349236
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201620109655
【發(fā)明人】潘曉毅, 謝德龍, 林峰, 盧宗柳, 肖樂(lè)銀, 陳超, 秦建新, 陳家榮, 彭少波, 劉文平
【申請(qǐng)人】中國(guó)有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司
【公開(kāi)日】2016年6月29日
【申請(qǐng)日】2016年2月3日