一种牙轮钻头的轴承滚道激光再制造方法与流程

本发明涉及再制造工艺领域，具体为一种牙轮钻头的轴承滚道的激光再制造方法。

背景技术：

牙轮钻头因其效率较高、成本较低，而被广泛应用于油气钻探和矿业挖掘中，在全球范围内成为油气、矿山等钻井的主要工具之一。

牙轮钻头轴承系统一般由大轴承、中轴承、小轴承等三个轴承副构成，其中大轴承为主承载轴承，中轴承为定位轴承。根据轴承副的结构，轴承分为滚动轴承和滑动轴承两大类，牙轮钻头滚动轴承由滚子（滚柱或滚珠）与牙爪轴颈面和牙轮内孔面的配合滚道组成，滚子在钻头工作时伴随牙轮滚动，支撑牙轮和承受牙轮反作用力。牙轮钻头滑动轴承由牙爪轴颈面与牙轮内孔面即牙轮内孔滚道组成轴承副，支撑牙轮和承受牙轮反作用力。牙轮钻头轴承特点为无内外圈套、承载力大、承受振动冲击、承受强磨粒性外部工作环境。

牙轮钻头失效的主要方式之一是轴承失效。在轴承首先失效的情形中，轴承滚道损蚀失效→轴承失效→牙轮失效是该种钻头的主要失效途径之一。

在这种失效方式下，钻头的其他部分在轴承修复后仍然可以有效工作，如果能够修复轴承滚道，也就是修复牙轮内孔面的配合滚道，整个钻头就可以修复重新使用。

然而，由于轴承滚道直接位于牙轮内孔面，且其中的定位轴承的滚道内径大于牙轮开口内径而形成内腔，很难运用通常的镶嵌圈套的方式恢复损失的尺寸。

由于牙轮钻头空间结构紧凑，即使加大开孔设法镶嵌了圈套，牙轮的结构强度也可能因此受到损害甚至破坏。

如果采用将修补材料喷涂到牙轮内腔的方式恢复损失的尺寸，则以现有的喷涂技术水平，难以使该种涂层的强度以及涂层与牙轮本体结合层的结合强度达到满足牙轮钻头轴承工况所需的要求。

过往人们处理失效牙轮钻头的方式都是直接废弃。目前为止，没有公开资料显示有人对这种失效的牙轮钻头进行有效的修复，也没有公开资料显示存在针对这种失效的有效的修复方法。

技术实现要素：

本发明的目的，是通过恢复轴承滚道的尺寸和强度而恢复因轴承滚道损蚀而失效的牙轮钻头。

本发明所解决的技术问题，是提供一种牙轮钻头的轴承滚道的激光再制造方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:

一种牙轮钻头的轴承滚道的激光的再制造方法，包括如下步骤:

(1)用清洗剂对牙轮钻头表面作清洁预处理，以手工打磨或内滚道磨床对需修复的牙轮轴承滚道作去疲劳层预处理，有需要时对中轴承滚道外边缘作倒角处理；

(2)使用高功率半导体激光或光纤激光设备熔覆高强度耐磨合金粉末材料于滚道表面至轴承滚道公称直径+0.5~2.0mm；

(3)使用滚道磨床加工滚道表面至修复尺寸及形位精度。

本发明的有益效果为：本发明通过激光增材再制造的方式恢复轴承滚道的尺寸和强度，恢复因轴承滚道损蚀而失效的牙轮钻头性能，解决了因牙轮结构紧凑和牙轮强度要求极高而无法采用镶嵌圈套方式或采用喷涂材料方式恢复牙轮轴承的难题。数量巨大的废弃失效牙轮钻头将因采用本发明而修复并重新投入使用。

附图说明

图1为钢齿牙轮滚动轴承滚道激光再制造示意图

图2为镶齿牙轮滑动轴承滚道激光再制造示意图

图中：1.大轴承，2.大轴承滚道，3.中轴承，4.中轴承滚道，5.小轴承，6.小轴承滚道，7.中轴承滚道熔覆层，8.大轴承滚道熔覆层，9.中轴承滚道外边缘

具体实施方式

以下结合本发明实施例对本发明技术方案进行描述，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

一种牙轮钻头，具体为钢齿滚动轴承牙轮钻头，包含大轴承1、中轴承3、小轴承5等三个轴承副，由轴承滚子（滚柱或滚珠）与牙爪轴颈面和牙轮内孔面的配合滚道即大轴承滚你到2、中轴承滚道4和小轴承滚道6组成，其中的中轴承滚道4因损蚀严重而失效，其激光再制造方法，包括如下步骤:

(1)用清洗剂对牙轮钻头表面作清洁预处理，以手工打磨或内滚道磨床对牙轮中轴承滚道4作去疲劳层预处理，对中轴承滚道外边缘9作倒角处理;

(2)使用高功率半导体激光设备熔覆高强度耐磨合金粉末材料于中轴承滚道4表面形成中轴承滚道熔覆层7至轴承滚道公称直径+0.5~2.0mm;

(3)使用滚道磨床加工定位轴承滚道表面至修复尺寸及形位精度。

具体工艺参数如下:

激光熔覆位置牙轮中轴承滚道

熔覆材料激光熔覆专用含wc高强度耐磨合金粉末

激光器类型半导体激光器

聚焦镜f=300mm

熔覆功率p=3000w

光斑尺寸d=10x2mm

熔覆扫描速度v=300mm/min

搭接率40%

由于中轴承滚道位于牙轮内腔，滚道接近开口的一面背对开口，需要在步骤(1)之中对中轴承滚道外边缘9进行倒角预处理，以使步骤(2)的激光可以从牙轮开口之外的位置照射覆盖到该滚道全部表面。

实施例2

一种牙轮钻头，具体为镶齿滑动轴承牙轮钻头，其轴承系统包含大轴承、中轴承、小轴承等三个轴承副，大、小轴承均为滑动轴承，由牙爪轴颈面和牙轮内孔面的配合滚道即大、小轴承滚道组成滑动轴承副，其中的大轴承滚道因损蚀严重而失效，其激光再制造方法，包括如下步骤：

(1)用清洗剂对牙轮钻头表面作清洁预处理，以手工打磨或内圆磨床对大轴承滚道10作去疲劳层预处理;

(2)使用高功率光纤激光设备熔覆高强度耐磨合金粉末材料于大轴承滚道10形成大轴承滚道熔覆层11至其公称直径+0.5~2.0mm;

(3)使用内圆磨床加工大轴承滚道表面至修复尺寸及形位精度。

具体工艺参数如下:

激光熔覆位置牙轮大轴承滚道

熔覆材料激光熔覆专用含w高强度耐磨合金粉末

激光器类型光纤体激光器

聚焦镜f=300mm

熔覆功率p=3000w

光斑直径6mm

熔覆扫描速度v=500mm/min

搭接率40%

本发明不限于上述示范性实施例的细节，上述实施例是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定。

此外，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，应当将说明书视为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成其他的实施方式。

技术特征：

技术总结
一种牙轮钻头的轴承滚道激光再制造方法，应用于因轴承滚道损蚀而失效的牙轮钻头的修复再制造，其方法为:对牙轮轴承滚道的修复包含了以下步骤：(1)用清洗剂对牙轮钻头表面作清洁预处理，以手工打磨或内滚道磨床对需修复的牙轮轴承滚道作去疲劳层预处理，需要时对中轴承滚道外边缘作倒角处理；(2)使用高功率半导体激光或光纤激光设备熔覆专用高强度耐磨合金粉末材料于滚道表面至轴承滚道公称直径+0.5~2.0mm；(3)使用内滚道磨床加工滚道表面至修复尺寸及形位精度。本发明通过激光增材再制造的方式恢复轴承滚道的尺寸和强度，恢复因轴承滚道损蚀而失效的牙轮钻头性能，解决了因牙轮结构紧凑和牙轮强度要求极高而无法采用镶嵌圈套方式或采用喷涂材料方式恢复牙轮轴承的难题，数量巨大的废弃失效牙轮钻头将因采用本发明而修复并重新投入使用。

技术研发人员：不公告发明人
受保护的技术使用者：李一杰;张卓凡
技术研发日：2017.10.18
技术公布日：2017.12.29