专利名称：聚晶金刚石复合片与钻头基体的过渡连接件及其连接工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于石油、地质、煤炭的钻进工具，具体涉及一种聚晶金刚石复合片与钻头基体的过渡连接件及其连接工艺。
背景技术：
金刚石复合片钻头因其钻进效率高，被广泛应到石油、地质、煤炭等多个行业，金刚石复合片钻头生产工序的关键一步就是把金刚石复合片片与钻头基体的焊接，金刚石复合片钻头在井底工作时，要同时承受很大的切削力和冲击力，因此要求两者之间要有足够的连接强度。目前常用的焊接方法是一次性火焰钎焊或高频辅助钎焊，都是采用手工实现金刚石复合片片和钻头基体的焊接面的直接接触来完成整个焊接过程的，主要存在问题表现在以下几个方面一是金刚石复合片片定位困难，定位精度难以控制。在焊接过程中，一个焊接工位需要配两个焊工，由一名主焊工专门负责给钻头基体加热和涂抹焊料，一名辅助焊工专门负责配合金刚石复合片片的安放和定位。目前整个焊接过程由手工操作完成，焊接温度和时间都凭人的经验判断，很难实现焊接过程的机械化和焊接质量的标准化，且劳动强度大、生产效率低；二是因金刚石复合片片的特殊性能要求对焊接方法和焊料选型也提出了更高要求，钎料的熔化温度不能过高，过高会造成金刚石复合片片碳化，也不能太低，太低金刚石复合片片与钻头基体之间的连接强度得不到保证，在金刚石复合片钻头工 作过程中，金刚石复合片片容易脱落，导致金刚石复合片钻头失效。国内外在提高金刚石复合片片与钻头基体之间的连接强度也作了很多研究，大部分都是在改变焊接工艺、焊接材料或连接结构方面，虽取得一定成效，但多数因成本过高、工艺太复杂等很难得到工业化推广应用，如聚晶金刚石复合片钻头钎焊工艺(专利号00117754. O)采用在钻头基体靠背齿和聚晶金刚石复合片焊接面上加工出相同齿形，然后采用超音频感应炉将聚晶金刚石复合片钎焊在靠背齿上，此方法有利于提高焊接强度，但提高幅度十分有限，另外，因尺寸限制，加工焊接面上的齿形，以及焊接工艺的相对复杂均明显增加了钻头成本；金刚石复合片钻头的焊接方法(专利号86103437)是在封闭的石墨模具内，在同一温度下同时施用银基钎料和无压浸溃两种方法，把金刚石复合片焊接在粉末冶金预制成型的钻头冠部，它包括用粉末冶金烧结带有预留孔和支撑背的钻头冠部，放置金刚石复合片及充填钎焊料、充填剂，施加银钎焊熔剂并组装封闭等，此种焊接方法工艺比较复杂，对结构复杂的金刚石复合片钻头不太适用，对焊工的技术水平要求较高，适用范围相对较小。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种可易于实现焊接过程的自动化水平，减轻钻头焊接的劳动强度，提高整体生产效率；同时可提高焊接强度和保证焊接质量，既能避免金刚石复合片片的高温状态下的碳化现象，又能提高焊接强度，降低金刚石复合片钻头在工作过程中，脱片现象的发生，提高金刚石复合片钻头的寿命，结构简单的聚晶金刚石复合片与钻头基体的过渡连接件及其连接工艺。为解决上述的技术问题，本发明采用的技术方案
一种聚晶金刚石复合片与钻头基体的过渡连接件，其特殊之处在于所述的过渡连接件由两个大小不同的圆柱叠加组成，钻头基体上设置有与小尺寸圆柱匹配的定位孔，大尺寸圆柱的端面与聚晶聚晶金刚石复合片的硬质合金底层焊接。上述的小尺寸圆柱上可设置有公螺纹。上述的大尺寸圆柱的直径与金刚石复合片直径一致，高度2 5_。上述的小尺寸圆柱的直径为圆柱直径的三分之一至三分之二，高度为3 7mm。一种聚晶金刚石复合片与钻头基体的过渡连接件的连接工艺，其特殊之处在于通过以下步骤实现
(1)、将聚晶金刚石复合片的硬质合金底层与过渡连接件的大尺寸圆柱焊接在一起；
(2)、把连接有过渡连接件的金刚石复合片安装固定在钻头基体的定位孔内；
(3)、最后采用高频加热或火焰钎焊法分别完成聚晶金刚石复合片与钻头基体以及过渡连接件与钻头基体之间的焊缝填充。上述的步骤(I)的焊接方法采用真空钎焊、扩散焊。上述的步骤(I)的焊接过程在真空或气氛保护下进行，焊缝稳定温度800°C以上，达到焊接温度时，焊接时间为疒5秒。上述的步骤(2)的小尺寸圆柱与钻头基体定位孔之间放置有焊片，焊片厚度
O.Γ0. 3mm，熔点600°C 750°C，且焊片放置前，沾有熔融的焊剂。上述的步骤(3)选择的钎料熔点在600°C 750°C之间。与现有技术相比，本发明的有益效果
I、过渡连接件与金刚石复合片的硬质合金底层的焊接，由于采用了真空或气氛保护，且焊接温度高(800°C以上)，既降低高温对金刚石复合片的热损伤，保持其优良的切削性能；又保证了其相对较高的连接强度能。2、过渡连接件与钻头基体之间在螺纹连接或紧密配合定位的基础上进行填充钎焊，既解决了复合片的快速安装和定位问题，同时提高了其连接强度，保证了焊接质量的稳定。3、使金刚石复合片钻头的焊接过程自动化成为可能，可提高钻头生产效率，并稳定焊接质量，可广泛应于石油、地质及煤炭等行业，具有广阔的应用前景。
图I是本发明的实施例I结构示意 图2是本发明的实施例2结构示意 图3是本发明连接金刚石复合片片与钻头基体示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。参见图1-3，本发明的过渡连接件3由两个大小不同的圆柱叠加组成，钻头基体4上设置有与小尺寸圆柱6匹配的定位孔，大尺寸圆柱5的端面与聚晶聚晶金刚石复合片I的硬质合金底层2焊接。参见图2，上述的小尺寸圆柱6上设置有公螺纹。上述的大尺寸圆柱5的直径与金刚石复合片直径一致，高度2 5_。上述的小尺寸圆柱6的直径为圆柱5直径的三分之一至三分之二，高度为3 7mm，但根据钻头尺寸大小可适当变化。 参见图3，以Φ13. 3X4. 5规格金刚石复合片为例进行分步说明。第一步过渡连接件3加工。若钻头基体4材料为45#钢，则选用45#钢加工过渡连接件3，且使大尺寸圆柱和金刚石复合片的直径相同(13. 3_)，高度为2_ ;小尺寸圆柱直径5mm,高度5mm。第二步钻头基体4加工，和常规钻头基体不同的是，本发明涉及的钻头基体其焊接面上多了一个与过渡连接件3的小尺寸圆柱对应的定位孔，定位孔直径和过渡连接件3的小尺寸圆柱的直径向对应，因此加工定位孔直径为5mm,深度为5mm。第三步清理硬质合金底层2和过渡连接件3的大尺寸圆柱5的端面，包括除油、喷砂等，裸露出新鲜面，然后分别涂上钎剂和高温钎料或焊片，采用真空钎焊、扩散焊等焊接方法进行焊接，特点是焊接时间和温度可控，易于实现自动化，焊接温度控制在800°C以上，因工件较小，焊接时高温持续时间比较短，对金刚石复合片的热损伤明显降低。第四步将焊接有金刚石复合片的过渡连接件3进行再清理，包括端面及端面，并清理钻头基体4内凹处，然后使过渡连接件3与钻头基体4紧密配合，特点在于有利于实现金刚石复合片片的快速、准确定位，减少焊接过程中的辅助时间，提高焊接效率。如果采用其他连接型式，要确保钻头基体部分结构与过渡连接件3的小尺寸圆柱和结构相对应。第五步利用高频加热或火焰钎焊的方式，采用银质焊料分别充填金刚石复合片和过渡连接件与钻头基体之间的焊缝，焊接温度控制在600°C 750°C之间，其优点在于实现了螺纹连接(紧密配合)固定与钎焊连接的有机结合，保证了连接强度和质量。
权利要求
1.一种聚晶金刚石复合片与钻头基体的过渡连接件，其特征在于所述的过渡连接件(3)由两个大小不同的圆柱叠加组成，钻头基体(4)上设置有与小尺寸圆柱(6)匹配的定位孔，大尺寸圆柱(5)的端面与聚晶聚晶金刚石复合片(I)的硬质合金底层(2)焊接。
2.根据权利要求I所述的聚晶金刚石复合片与钻头基体的过渡连接件，其特征在于所述的小尺寸圆柱(6)上可设置有公螺纹。
3.根据权利要求I或2所述的聚晶金刚石复合片与钻头基体的过渡连接件，其特征在于所述的大尺寸圆柱(5)的直径与金刚石复合片直径一致，高度2 5mm。
4.根据权利要求3所述的聚晶金刚石复合片与钻头基体的过渡连接件，其特征在于所述的小尺寸圆柱(6)的直径为圆柱(5)直径的三分之一至三分之二，高度为3 7mm。
5.一种聚晶金刚石复合片与钻头基体的过渡连接件的连接工艺，其特征在于通过以下步骤实现 (1)、将聚晶金刚石复合片(I)的硬质合金底层(2)与过渡连接件(3)的大尺寸圆柱(5)焊接在一起； (2)、把连接有过渡连接件(3)的金刚石复合片(4)安装固定在钻头基体(4)的定位孔内； (3)、最后采用高频加热或火焰钎焊法分别完成聚晶金刚石复合片(I)与钻头基体(4)以及过渡连接件(3)与钻头基体(4)之间的焊缝填充。
6.根据权利要求5所述的聚晶金刚石复合片与钻头基体的过渡连接件的连接工艺，其特征在于所述的步骤(I)的焊接方法采用真空钎焊、扩散焊。
7.根据权利要求5所述的聚晶金刚石复合片与钻头基体的过渡连接件的连接工艺，其特征在于所述的步骤(I)的焊接过程在真空或气氛保护下进行，焊缝稳定温度800°C以上，达到焊接温度时，焊接时间为疒5秒。
8.根据权利要求5所述的聚晶金刚石复合片与钻头基体的过渡连接件的连接工艺，其特征在于所述的步骤(2)的小尺寸圆柱(6)与钻头基体(4)定位孔之间放置有焊片，焊片厚度0. ro. 3mm，熔点600°C 750°C，且焊片放置前，沾有熔融的焊剂。
9.根据权利要求5所述的聚晶金刚石复合片与钻头基体的过渡连接件的连接工艺，其特征在于所述的步骤(3)选择的钎料熔点在600°C 750°C之间。
全文摘要
本发明涉及一种聚晶金刚石复合片与钻头基体的过渡连接件及其连接工艺。本发明由两个大小不同的圆柱叠加组成，钻头基体上设置有与小尺寸圆柱匹配的定位孔，大尺寸圆柱的端面与聚晶聚晶金刚石复合片的硬质合金底层焊接；本发明将聚晶金刚石复合片的硬质合金底层与过渡连接件的大尺寸圆柱焊接在一起，把连接有过渡连接件的金刚石复合片安装固定在钻头基体的定位孔内，最后采用高频加热或火焰钎焊法分别完成聚晶金刚石复合片与钻头基体以及过渡连接件与钻头基体之间的焊缝填充。本发明既降低高温对金刚石复合片的热损伤，保持其优良的切削性能；又保证了其相对较高的连接强度能，解决了复合片的快速安装和定位问题，同时提高了其连接强度。
文档编号B23K1/00GK102699555SQ201210202810
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月19日 优先权日2012年6月19日
发明者姜政刚, 孙荣军, 李耿, 王传留, 王勇, 郭勇 申请人:中煤科工集团西安研究院