一种凿岩用复合焊层套管及其制备方法与流程

本发明涉及材料与工件制备技术领域，尤其涉及一种凿岩用复合焊层套管及其制备方法。

背景技术：

随着空压机与凿岩设备技术的提升，钻杆、冲击器外缸、卡钎套以及接头等凿岩备件在凿岩过程中所受的冲刷作用力不断加强，寿命不断缩短。

为了满足客户高效率低成本的要求，各种技术在凿岩器具中得到应用，例如卡钎套的渗碳处理、外缸的表面淬火处理以及接头端镶合金处理。这些技术的应用在一定程度上延长了这些冲击器器件的使用寿命，但当遇到冲蚀能力特别强的石英砂岩，依然不能客户要求。镍基自熔性焊粉和焊条在很多领域得到了应用，但在凿岩工具领域未发现相关应用，特别是wc粉末强化的焊层技术在凿岩工具上没有相关报道，原因在于：涂焊技术的生产效率低；传统的涂焊技术会导致焊层与基体过渡处的硬度下降，对基体的强韧性会有负面影响。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题在于提供一种耐磨耐蚀的凿岩用复合焊层套管。

有鉴于此，本申请提供了一种凿岩用复合焊层套管，由基材和复合于所述基材表面的焊层组成；所述焊层的焊料由镍基自熔性合金和镍包碳化钨组成，所述镍基自熔性合金的含量为40～70wt％，所述镍包碳化钨的含量为30～60wt％。

优选的，所述基材的材质选自42crmo、40crmnmo、45crnimov、40simncrni2mo或淬火+低温回火的22simncrni2mov。

优选的，所述镍基自熔性合金选自ni60、ni15、ni30、ni35、ni50和nicrbsi中的一种或多种。

优选的，所述镍包碳化钨中镍的含量为10～30wt％。

本申请还提供了所述的凿岩用复合焊层套管的制备方法，包括：

将基材依次进行净化和喷砂处理，再将焊料在喷砂处理后的基材表面喷涂、重熔，最后回火，得到凿岩用复合焊层套管；

所述焊料由镍基自熔性合金和镍包碳化钨组成，所述镍基自熔性合金的含量为40～70wt％，所述镍包碳化钨的含量为30～60wt％。

优选的，所述喷涂、重熔的工艺参数为：氧气压力0.4～0.5mpa，乙炔压力0.03～0.06mpa，预热温度200～300℃，喷涂距离150～200mm，重熔距离10～25mm。

优选的，所述回火的温度为150～210℃，时间为2～4h。

优选的，所述喷涂、重熔采用的工具为氧乙炔火焰喷涂喷焊两用枪。

本申请提供了一种凿岩用复合焊层套管，其由基材和复合于所述基材表面的焊层组成；所述焊层的焊料由镍基自熔性合金和镍包碳化钨组成，所述镍基自熔性合金的含量为40～70wt％，所述镍包碳化钨的含量为30～60wt％。本申请提供的凿岩用复合焊层套管的焊料镍基自熔性合金可增加焊层的焊接强度，镍基碳化钨可与镍基自熔性合金润湿，增强焊层的耐冲蚀能力；因此，本申请提供的凿岩用复合焊层套管具有耐磨耐蚀的优异性能。

附图说明

图1为本发明凿岩用的wc增强镍基复合焊层套管的均匀弯折性涂层。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

鉴于凿岩工具的性能要求以及涂焊工艺在凿岩工具上应用的难点，本申请提供了一种凿岩用复合焊层套管，该种凿岩用工具以镍基自熔性合金和镍包碳化钨作为焊料，使得到套管具有良好的耐冲蚀能力，能够大大延长凿岩用套管的使用寿命。具体的，本发明实施例公开了一种凿岩用复合焊层套管，由基材和复合于所述基材表面的焊层组成；所述焊层的焊料由镍基自熔性合金和镍包碳化钨组成，所述镍基自熔性合金的含量为40～70wt％，所述镍包碳化钨的含量为30～60wt％。

在上述焊料中，所述镍基自熔性合金可以增加焊层的焊接强度，其含量为40～70wt％，其含量进一步提高的话虽然焊接强度提高了，但是耐冲蚀能力却下降，因此，所述镍基自熔性合金的含量需要平衡焊接强度和耐冲蚀能力。所述镍基自熔性合金选自ni60、ni15、ni30、ni35、ni50和nicrbsi中的一种或多种，更具体的，所述镍基自熔性合金选自ni60、nicrbsi或ni35。上述镍基自熔性合金的来源本申请不进行特别的限制。所述镍包碳化钨能够与镍基自熔合金润湿，增强焊层的耐冲蚀能力；所述镍包碳化钨的含量为30～60wt％，其含量进一步提高则焊层耐冲蚀能力提高，但是易形成缺陷，导致焊层在冲蚀过程中易脱落，因此，所述镍包碳化钨的含量并非是任意确定的，其需要平衡冲蚀能力和焊层的附着问题。所述镍包碳化钨中镍的含量为10～30wt％，其来源没有特别的限制。

在本申请所述凿岩用复合焊接套管中，所述基质为调质类钢材或其他类型钢材；更具体得，所述调质类钢材选自42crmo、40crmnmo、45crnimov或40simncrni2mo，所述其他类型钢材选自淬火+低温回火的22simncrni2mov。所述凿岩用复合焊接套管包括凿岩用钎杆、凿岩用冲击器的外缸、接头及卡钎套。示例如图1所示。

本申请还提供了凿岩用复合焊层套管的制备方法，包括：

将基材依次进行净化和喷砂处理，再将焊料在喷砂处理后的基材表面喷涂、重熔，最后回火，得到凿岩用复合焊层套管；

所述焊料由镍基自熔性合金和镍包碳化钨组成，所述镍基自熔性合金的含量为40～70wt％，所述镍包碳化钨的含量为30～60wt％。

在凿岩用复合焊层套管制备过程中，焊料已进行了详细说明，此处不进行赘述；对于所述镍基自熔性合金和所述镍包碳化钨，在制备过程中，采用两者的粉末状态制备焊料。

在上述制备方法中，首先对基材进行的净化和喷砂处理为本领域技术人员熟知的技术手段，对此本申请不进行特别的限制。

本申请然后将焊料在处理后的基材表面喷涂、重熔；在此过程中，所述喷涂与重熔的技术手段为本领域技术人员熟知的技术工艺，对此本申请不进行特别的限制，但是对于相关参数本申请进行了限定：氧气压力0.4～0.5mpa，乙炔压力0.03～0.06mpa，预热温度200～300℃，喷涂距离150～200mm，重熔距离10～25mm；氧气与乙炔压力调节不当，会影响焊层的成型性能，得不到所需要的条形折叠状焊层；基体的预热温度高了会导致基体强韧性下降，低了会导致焊层的内应力增加，使用过程易脱落；喷涂距离决定了焊粉重熔与凝固的效率；重熔间距决定了条形折叠状焊层的基本形貌。

本申请最后进行了回火，即得到凿岩用复合焊层套管，在此过程中，所述回火的温度为150～210℃，时间为2～4h；回火温度是为了消除重熔焊接后的焊层与基体过渡处的内应力，不宜过高与过低。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的复合焊层套管的制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

采用ni60自熔性粉末与镍包碳化钨粉末按质量比55∶45混合制备成焊料粉，然后将22simncrni2mov材料采用淬火+低回制备成的5英寸卡钎套进行净化和喷砂处理，采用qh-2/h型氧乙炔火焰喷涂喷焊两用枪进行喷涂、重熔，具体的工艺参数为：氧气压力0.45mpa，乙炔压力0.05mpa，预热温度300℃，喷涂距离200mm，重熔距离15mm，最后得到wc增强镍基复合焊层卡钎套。

具体应用结果表明，本实施例制备的wc增强镍基复合焊层卡钎套比渗碳的23crni3moa料卡钎套寿命多凿岩1500m，比表面淬火的40crmnmo卡钎套多凿岩2000m，比直接采用22simncrni2mov油淬低回的卡钎套多凿岩2300m。

实施例2

采用nicrbsi自熔性粉末与镍包碳化钨粉末按质量比40∶60混合制备成焊料粉，然后将45crnimov材料采用调质工艺制备成的8英寸卡钎套进行净化和喷砂处理，采用qh-2/h型氧乙炔火焰喷涂喷焊两用枪进行喷涂、重熔，具体的工艺参数为：氧气压力0.35mpa，乙炔压力0.04mpa，预热温度250℃，喷涂距离160mm，重熔距离20mm，最后得到wc增强镍基复合焊层卡钎套。

具体应用结果表明，本实施例制备的wc增强镍基复合焊层卡钎套比渗碳的23crni3moa料卡钎套寿命多凿岩1000m，比表面淬火的40crmnmo卡钎套多凿岩1300m，比直接采用22simncrni2mov油淬低回的卡钎套多凿岩1560m。

实施例3

采用ni35自熔性粉末与镍包碳化钨粉末按质量比65∶35进行混合制备成焊料粉，然后将40crnnmo材料采用调质工艺制备成的4英寸外缸进行净化和喷砂处理，采用qh-2/h型氧乙炔火焰喷涂喷焊两用枪进行喷涂、重熔，在卡钎套端喷涂200mm，具体的工艺参数为：氧气压力0.25mpa，乙炔压力0.03mpa，预热温度200℃，喷涂距离180mm，重熔距离10mm，最后得到wc增强镍基复合焊层外缸。具体应用结果表明，本实施例制备的wc增强镍基复合焊层外缸比表面淬火的40crmnmo外缸多凿岩2000m，比45crnimov调质外缸多凿岩2680m。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。