專(zhuān)利名稱(chēng)：采用銀釬焊料焊接金剛石復(fù)合片與碳化鎢胎體的焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明用于聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭的焊接，涉及一種聚晶金剛石復(fù)合片(Polycrystalline Diamond Compact,簡(jiǎn)稱(chēng)PDC片)與碳化鶴胎體之間的銀釬焊焊接工藝方法，屬于PDC鉆頭制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在地質(zhì)勘探、石油鉆井行業(yè)普遍采用PDC (聚晶金剛石復(fù)合片)鉆頭破碎地層巖石。目前金剛石復(fù)合片與碳化鎢胎體之間的焊接大多都是采用氧氣-乙炔釬焊或高頻感應(yīng)釬焊，直接將焊料和焊劑放在硬質(zhì)合金和碳化鎢胎體焊接面之間，然后采用火焰或高頻感應(yīng)加熱使焊料熔化進(jìn)行焊接。同時(shí)，發(fā)表日期為2003年10月31日，刊名為《西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)》，第25卷第5期，作者為黃本生、李西萍和劉清友發(fā)表了一篇題名為“金剛石與碳化鎢的復(fù)合堆焊”的期刊文章，該文中公開(kāi)了為了實(shí)現(xiàn)碳化鎢與金剛石的復(fù)合焊，采用氧氣-乙炔氣焊，并采用金剛石的金屬包熔技術(shù)來(lái)解決金剛石容易被燒損的技術(shù)問(wèn)題，通過(guò)堆焊試驗(yàn)，證明效果很好。但以上述期刊文獻(xiàn)為代表的現(xiàn)有技術(shù)，仍然存在以下未解決的技術(shù)問(wèn)題
由于金剛石復(fù)合片為人造聚晶金剛石，其失效溫度為700°C，金剛石復(fù)合片基座材料為硬質(zhì)合金，與碳化鎢胎體之間的性能差異很大，采取目前的氧氣-乙炔釬焊、堆焊工藝和方法，前期表面處理或預(yù)熱保溫效果不好容易導(dǎo)致焊接不牢，在正常使用過(guò)程中發(fā)生金剛石復(fù)合片“脫片”現(xiàn)象。同時(shí)，焊接溫度的控制對(duì)焊接質(zhì)量影響也很大，如焊接溫度過(guò)高，容易造成PDC片失效；如溫度偏低不利于焊料溶解，造成浸潤(rùn)效果不好，焊接不牢，也會(huì)造成roc片脫落。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種采用銀釬焊料焊接金剛石復(fù)合片與碳化鎢胎體的焊接方法，本方法工藝簡(jiǎn)單，增強(qiáng)了 PDC鉆頭切削齒與胎體之間的焊接強(qiáng)度，提高了焊接質(zhì)量，解決了由于焊接不牢易“脫片”的現(xiàn)象，提高了 PDC鉆頭的壽命以及整體性能。本發(fā)明是通過(guò)采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種采用銀釬焊料焊接金剛石復(fù)合片與碳化鎢胎體的焊接方法，其特征在于包括如下步驟
第一步在制作PDC鉆頭時(shí)，先在碳化鎢胎體上形成內(nèi)徑尺寸大于金剛石復(fù)合片外徑尺寸 O. 32mm-0. 40mm 的孔；
第二步在焊接前，對(duì)金剛石復(fù)合片和碳化鎢胎體的焊接面用體積濃度為99. 7%的無(wú)水乙醇清洗； 第三步在碳化鎢胎體焊接面上涂抹銀釬焊熔劑，將碳化鎢胎體加熱到640-68(TC，保溫I小時(shí)；將金剛石復(fù)合片置于坩堝內(nèi)并加入銀釬焊熔劑，加熱至640-680°C，保溫30分鐘；
第四步在高頻感應(yīng)加熱爐爐內(nèi)保持PDC鉆頭溫度在640-680°C，將銀釬焊料和銀釬焊熔劑加在已處理的金剛石復(fù)合片的基底與碳化鎢胎體焊接面之間，并采用氧氣-乙炔火焰加熱銀焊，焊接溫度為640-680°C。在所述第四步之后還有第五步焊接完成后放入保溫桶內(nèi)緩慢冷卻。所述第五步驟中，緩慢冷卻的時(shí)間大于12小時(shí)。所述第三步中，碳化鎢胎體和坩堝內(nèi)的加熱溫度均為650_670°C。所述的銀釬焊料的熔點(diǎn)為635_660°C。所述銀釬焊料為銀焊條BAg50CuZnCd。是現(xiàn)有技術(shù)唐山市大唐焊接材料有限公司所銷(xiāo)售的產(chǎn)品。所述的銀釬焊溶劑是一種基于銅焊接用的銀焊溶劑，本溶劑顆粒均勻細(xì)微，在溫度為450-850°C，可作釬焊鋼及不繡鋼、硬質(zhì)合金的助熔劑專(zhuān)用焊粉，也可釬焊紫銅及黃銅合金氣焊或釬焊時(shí)作助熔劑用，是高溫焊接中理想的焊接溶劑，可采用河北宏騰特種耐磨焊條廠公司所生產(chǎn)的各類(lèi)銀釬焊溶劑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果如下1、本發(fā)明中，在碳化鎢胎體上形成內(nèi)徑尺寸大于金剛石復(fù)合片外徑尺寸
O.32mm-0. 40mm的孔，以便在焊接時(shí)利用毛吸效應(yīng)使銀釬焊料更容易侵入金剛石復(fù)合片與胎體之間的接觸面，提高金剛石復(fù)合片與碳化鎢胎體之間的焊接質(zhì)量。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，胎體上形成的齒孔內(nèi)徑尺寸大于金剛石復(fù)合片外徑尺寸O. 32mm-0. 40mm時(shí)，焊接質(zhì)量最好。2、本發(fā)明中，對(duì)金剛石復(fù)合片和碳化鎢胎體的焊接面用體積濃度為99. 7%的無(wú)水乙醇清洗，清除焊接面上的氧化層，提高焊接質(zhì)量。3、本發(fā)明中，通過(guò)預(yù)先在碳化鎢胎體焊接面上涂抹上銀釬焊熔劑，并加熱到640-680°C進(jìn)行熱處理，預(yù)先將通過(guò)銀釬焊熔劑對(duì)金剛石復(fù)合片進(jìn)行640-680°C的加熱處理，能有效溶解金屬表面的氧化物，助長(zhǎng)銀釬焊料的流布，從而提高了金剛石復(fù)合片與碳化鎢胎體之間的焊接質(zhì)量。4、本發(fā)明中，通過(guò)預(yù)先的熱處理，將碳化鎢胎體和金剛石復(fù)合片加熱到640-680°C，在PDC片的焊接過(guò)程中，使銀焊料在焊縫間充分分布，使焊層均勻，焊接完成后，將鉆頭置于保溫箱內(nèi)使之緩慢冷卻，特別是緩慢冷卻的時(shí)間大于12小時(shí)，從而更大限度地提聞金剛石復(fù)合片基底與碳化鶴胎體之間的銀針焊層的抗到強(qiáng)度，提聞了廣品的焊接質(zhì)量，解決了現(xiàn)有釬焊法容易產(chǎn)生的焊接缺陷而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定這一難題。5、本發(fā)明中，采用的銀釬焊料的熔點(diǎn)為635-660°C，當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)，導(dǎo)致焊接不牢，出現(xiàn)掉齒現(xiàn)象；當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，導(dǎo)致PDC復(fù)合片熱損傷，因?yàn)镻DC復(fù)合片在大于700°C時(shí)，開(kāi)始碳化。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)優(yōu)選銀釬焊料的熔點(diǎn)范圍在635-660°C時(shí)，焊接質(zhì)量好。6、本發(fā)明中，銀釬焊法采用氧氣-乙炔火焰加熱，所選用的焊接溫度在640-680°C，不會(huì)對(duì)PDC片的人造金剛石層產(chǎn)生影響，操作簡(jiǎn)單，焊接效果好。7、綜上所述，采用本發(fā)明特定步驟關(guān)系形成的焊接方法，工藝步驟簡(jiǎn)單，增強(qiáng)了PDC鉆頭切削齒與胎體之間的焊接強(qiáng)度，提高了焊接質(zhì)量，解決了由于焊接不牢易“脫片” 的現(xiàn)象，提聞了 PDC鉆頭的壽命以及整體性能。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
作為本發(fā)明一較佳實(shí)施方式，本發(fā)明公開(kāi)了一種采用銀釬焊料焊接金剛石復(fù)合片與碳化鎢胎體的焊接方法，包括如下步驟
第一步在制作PDC鉆頭時(shí)，先在碳化鎢胎體上形成內(nèi)徑尺寸大于金剛石復(fù)合片外徑尺寸 O. 32mm-0. 40mm 的孔；
第二步在焊接前，對(duì)金剛石復(fù)合片和碳化鎢胎體的焊接面用體積濃度為99. 7%的無(wú)水乙醇清洗；
第三步在碳化鎢胎體焊接面上涂抹銀釬焊熔劑，將碳化鎢胎體加熱到640-680°C，保溫I小時(shí)；將金剛石復(fù)合片置于坩堝內(nèi)并加入銀釬焊熔劑，加熱至640-680°C，保溫30分鐘；
第四步在高頻感應(yīng)加熱爐爐內(nèi)保持PDC鉆頭溫度在640-680°C，將銀釬焊料和銀釬焊熔劑加在已處理的金剛石復(fù)合片的基底與碳化鎢胎體焊接面之間，并采用氧氣-乙炔火焰加熱銀焊，焊接溫度為640-680°C。實(shí)施例2
作為本發(fā)明的另一較佳實(shí)施方式，在所述第四步之后還有第五步焊接完成后放入保溫桶內(nèi)緩慢冷卻。所述第三步中，碳化鎢胎體和坩堝內(nèi)的加熱溫度均為650-670°C。其余同實(shí)施例1。實(shí)施例3
作為本發(fā)明的最佳實(shí)施方式，其步驟如下
第一步在制作PDC鉆頭時(shí)，在碳化鎢胎體形成內(nèi)徑尺寸大于金剛石復(fù)合片外徑
O.32mm-0. 40mm 的孔；
第二步焊接前對(duì)金剛石復(fù)合片、碳化鎢胎體的焊接面用99. 7%的無(wú)水乙醇清洗；第三步在碳化鎢胎體焊接面上涂抹銀釬焊熔劑進(jìn)行熱處理，有效溶解金屬表面的氧化物，助長(zhǎng)銀釬焊料的流布，將碳化鎢胎體加熱到640-680°C，保溫I小時(shí)；將金剛石復(fù)合片置于坩堝內(nèi)并加上銀釬焊熔劑，加熱至640-680°C，保溫30分鐘，有效的溶解金剛石復(fù)合片基底的硬質(zhì)合金表面的氧化物；
第四步在高頻感應(yīng)加熱爐爐內(nèi)保持鉆頭體保溫在640-680°C，將銀釬焊料和銀釬焊熔劑加在已處理的金剛石復(fù)合片基底與碳化鎢胎體焊接面之間，采用氧氣-乙炔火焰加熱銀焊；
第五步焊接完成后放入保溫桶內(nèi)緩慢冷卻。緩慢冷卻的時(shí)間大于12小時(shí)。所述第三步中，碳化鎢胎體和坩堝內(nèi)的加熱溫度均為660°C。所述的銀釬焊料的熔點(diǎn)為660°C。銀釬焊料為銀焊條BAg50CuZnCd。其重量百分比組成為BAg:50±0. 9，Cu:15. 5±l，Cd:18±0. 8，余量為Zn。是現(xiàn)有技術(shù)唐山市大唐焊接材料有限
公司所銷(xiāo)售的產(chǎn)品。銀釬焊溶劑是一種基于銅焊接用的銀焊溶劑，本溶劑顆粒均勻細(xì)微，在溫度為450-850°C，可作釬焊鋼及不繡鋼、硬質(zhì)合金的助熔劑專(zhuān)用焊粉，也可釬焊紫銅及黃銅合金氣焊或釬焊時(shí)作助熔劑用，是高溫焊接中理想的焊接溶劑，可采用河北宏騰特種耐磨焊條廠公司所生產(chǎn)的各類(lèi)銀釬焊溶劑。
權(quán)利要求
1.一種采用銀釬焊料焊接金剛石復(fù)合片與碳化鎢胎體的焊接方法，其特征在于包括如下步驟 第一步在制作PDC鉆頭時(shí)，先在碳化鎢胎體上形成內(nèi)徑尺寸大于金剛石復(fù)合片外徑尺寸 0. 32mm-0. 40mm 的孔； 第二步在焊接前，對(duì)金剛石復(fù)合片和碳化鎢胎體的焊接面用體積濃度為99. 7%的無(wú)水乙醇清洗； 第三步在碳化鎢胎體焊接面上涂抹銀釬焊熔劑，將碳化鎢胎體加熱到640-680°C，保溫I小時(shí)；將金剛石復(fù)合片置于坩堝內(nèi)并加入銀釬焊熔劑，加熱至640-680°C，保溫30分鐘； 第四步在高頻感應(yīng)加熱爐爐內(nèi)保持PDC鉆頭溫度在640-680°C，將銀釬焊料和銀釬焊熔劑加在已處理的金剛石復(fù)合片的基底與碳化鎢胎體焊接面之間，并采用氧氣-乙炔火焰加熱銀焊，焊接溫度為640-680°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用銀釬焊料焊接金剛石復(fù)合片與碳化鎢胎體的焊接方法，其特征在于在所述第四步之后還有第五步焊接完成后放入保溫桶內(nèi)緩慢冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用銀釬焊料焊接金剛石復(fù)合片與碳化鎢胎體的焊接方法，其特征在于所述第五步驟中，緩慢冷卻的時(shí)間大于12小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的采用銀釬焊料焊接金剛石復(fù)合片與碳化鎢胎體的焊接方法，其特征在于所述第三步中，碳化鎢胎體和坩堝內(nèi)的加熱溫度均為650-670°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用銀釬焊料焊接金剛石復(fù)合片與碳化鎢胎體的焊接方法，其特征在于所述的銀釬焊料的熔點(diǎn)為635-660°C。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種采用銀釬焊料焊接金剛石復(fù)合片與碳化鎢胎體的焊接方法，包括a先在碳化鎢胎體上形成內(nèi)徑尺寸大于金剛石復(fù)合片外徑尺寸的孔；b在焊接前，對(duì)金剛石復(fù)合片和碳化鎢胎體的焊接面用體積濃度為99.7%的無(wú)水乙醇清洗；c在碳化鎢胎體焊接面上涂抹銀釬焊熔劑，將碳化鎢胎體加熱到640-680℃；將金剛石復(fù)合片置于坩堝內(nèi)并加入銀釬焊熔劑，加熱至640-680℃；d將銀釬焊料和銀釬焊熔劑加在已處理的金剛石復(fù)合片的基底與碳化鎢胎體焊接面之間，并采用氧氣-乙炔火焰加熱銀焊。本方法工藝簡(jiǎn)單，提高了焊接質(zhì)量，解決了由于焊接不牢易“脫片”的現(xiàn)象，提高了PDC鉆頭的壽命以及整體性能。
文檔編號(hào)B23K1/20GK103008816SQ20121057750
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者付曉平, 馮明, 高含, 李勇, 姚建林 申請(qǐng)人:四川川慶石油鉆采科技有限公司