一种硬质合金磨鞋及其制备方法和应用与流程

本发明涉及磨鞋，具体而言，涉及一种硬质合金磨鞋及其制备方法和应用。

背景技术：

1、磨鞋属于井下事故处理工具的一种。在钻井或采油作业中，常会发生井下钻具被卡、脱扣、扭断以及地面金属碎片、水泥甚至钻头牙轮、硬质合金牙轮等物落入井中，俗称落鱼。落鱼应及时打捞，否则影响正常作业，当打捞工具处理卡钻无效或落鱼不能完整捞出时，须下入磨鞋，将落鱼磨铣成碎片，然后利用钻井液循环带出井眼。

2、目前磨鞋的焊接工艺是：采用氧-乙炔火焰，将yd型硬质合金焊条焊到工具基体上，yd型硬质合金焊条是由颗粒状硬质合金与铜基胎体合金组成。其中，硬质合金颗粒的密度为9.7～15.3g/cm3，铜基胎体合金的密度为8.5～8.9g/cm3，火焰钎焊过程中铜基胎体合金熔化，硬质合金密度远大于胎体合金密度，钎焊硬质合金磨鞋时硬质合金颗粒容易沉淀而发生聚集，导致磨鞋质量差、使用寿命短。

3、专利cn115922146a公开了一种颗粒增强型焊膏，其包括钎料、钎剂和颗粒状硬质合金。在焊接后，硬质合金颗粒均匀弥散在焊缝中，与被焊的硬质合金工件及钎料形成有效结合。但是，硬质合金颗粒在焊缝中起到的作用是提高焊接强度。

4、专利cn115898395a公开了一种截齿型聚晶金刚石复合片的制备方法，包括以下步骤：将金刚石粉末原料、硬质合金基体进行高温高压烧结，得到聚晶金刚石层和硬质合金层烧结连接的pdc复合片；将pdc复合片的硬质合金端面加工出环形槽，然后将形成中层过渡层的粉料压实于环形槽内部；将pdc复合片的聚晶金刚石层浸入液态金属中，然后将钢基体在高速旋转下靠近pdc复合片的硬质合金端面，压紧后保持压紧力；当环形槽内出现钎料液流动时，停止旋转，继续保持钢基体与pdc复合片之间的压紧力，即得截齿型聚晶金刚石复合片。其采用硬质合金颗粒、钢基体粉、铜基钎料粉作为中间过渡层的钎焊材料，通过摩擦钎焊实现硬质合金层和钢基体层的摩擦钎焊连接。该连接过程既不同于钎料钎焊也不同于摩擦焊，其主要依靠摩擦热量，将中间过渡层粉料中的铜基钎料粉熔成钎料液，钎料液包裹作为增强缓冲相的硬质合金颗粒和钢基体颗粒，形成中间过渡层，中间过渡层既缓冲了钢基体与硬质合金间的残余应力，又增强了界面的结合强度。然而，该方法不适用于磨鞋的制造。

5、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种硬质合金磨鞋，通过设置若干个硬质合金螺柱，可以提高磨鞋的质量及其使用寿命。解决了传统磨鞋在焊接过程中硬质合金颗粒沉淀发生聚集导致各硬质合金颗粒之间间距不均匀造成的应力过大的问题。

2、本发明的第二目的在于提供一种硬质合金磨鞋的制备方法，该方法制得的硬质合金颗粒分布均匀，钢基体与硬质合金颗粒间应力较小，硬质合金磨鞋的使用寿命较长。

3、本发明的第三目的在于提供硬质合金磨鞋在钻井和修井中的应用，该硬质合金磨鞋具有较长的使用寿命。

4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

5、本发明提供了一种硬质合金磨鞋，包括钢基体和磨削层；

6、所述磨削层包括若干个硬质合金螺柱，所述硬质合金螺柱的一端为内部设置有硬质合金颗粒的立体结构，所述硬质合金螺柱的另一端为螺柱结构，每个所述螺柱结构延伸至所述钢基体内，使所述钢基体与所述磨削层通过螺纹连接；

7、所述磨削层还包括设置在各所述硬质合金螺柱之间的铜基胎体合金。

8、本发明进一步提供了上述硬质合金磨鞋的制备方法，包括如下步骤：

9、获得若干个硬质合金套，所述硬质合金套的一端为带盲孔的立体结构，另一端为螺柱结构；将硬质合金颗粒卡入所述盲孔内，并向所述盲孔内加入焊膏，焊接固定所述硬质合金颗粒，得到硬质合金螺柱。

10、获得具有若干个螺纹孔的钢基体，并将所述硬质合金螺柱拧入所述螺纹孔内；

11、通过焊接将铜基胎体合金填充至各所述硬质合金螺柱之间的缝隙中，冷却后得到所述硬质合金磨鞋。

12、本发明还提供了上述硬质合金磨鞋在钻井和修井中的应用。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

14、(1)本发明提供的硬质合金磨鞋，通过设置若干个硬质合金螺柱，可以解决传统磨鞋在焊接过程中硬质合金颗粒沉淀发生聚集导致各硬质合金颗粒之间间距不均匀造成的应力过大的问题，提高了磨鞋的质量及其使用寿命。

15、(2)本发明提供的硬质合金磨鞋，通过在硬质合金颗粒与立体结构之间填充钎料合金和硬质合金，可实现硬质合金颗粒与立体结构的稳固连接，硬质合金颗粒不易脱落；并且，采用高线膨胀系数的钎料合金和低膨胀系数的硬质合金粉末形成与钢基体相近线膨胀系数的复合材料，可以减少焊后硬质合金颗粒与钢基体界面形成的应力，从而进一步提高了磨鞋的使用寿命。

16、(3)本发明提供的硬质合金磨鞋，采用具有较低的熔化温度的钎料合金，钎焊硬质合金颗粒，凝固后硬质合金颗粒与钎料合金界面应力小，硬质合金颗粒在磨削过程中不容易发生碎裂和脱落。

17、(4)本发明提供的硬质合金磨鞋，采用若干个硬质合金螺柱并配合高效率的mig焊，可缓解各硬质合金颗粒间距不均匀造成的应力过大的现象，进一步提高磨鞋的质量，延长磨鞋的使用寿命，并提高了生产效率。同时，通过mig焊产生的热量由硬质合金螺柱传导至钎料合金和硬质合金，可以缓释硬质合金颗粒与钎料合金之间的界面应力。

技术特征：

1.一种硬质合金磨鞋，其特征在于，包括钢基体和磨削层；

2.根据权利要求1所述硬质合金磨鞋，其特征在于，所述硬质合金颗粒与所述立体结构之间的缝隙为焊缝，所述焊缝通过含有钎料合金和硬质合金粉末的复合材料焊接获得。

3.根据权利要求2所述硬质合金磨鞋，其特征在于，所述钎料合金包括按照质量百分比的如下组分：ag 45％～60％、cu 20％～28％、zn12％～27.5％和sn 1.5％～5.5％。

4.根据权利要求1所述硬质合金磨鞋，其特征在于，采用mig焊，将所述铜基胎体合金填充至各所述硬质合金螺柱之间。

5.根据权利要求1所述硬质合金磨鞋，其特征在于，包括以下特征(1)至(5)中的至少一项：

6.如权利要求1～5任一项所述硬质合金磨鞋的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述硬质合金磨鞋的制备方法，其特征在于，所述焊接的方法包括mig焊；

8.根据权利要求6所述硬质合金磨鞋的制备方法，其特征在于，所述硬质合金螺柱在拧入所述钢基体之前，还经过洗涤；

9.根据权利要求6所述硬质合金磨鞋的制备方法，其特征在于，包括以下特征(1)至(15)中的至少一项：

10.如权利要求1～5任一项所述硬质合金磨鞋在钻井和修井中的应用。

技术总结
本发明涉及磨鞋技术领域，具体而言，涉及一种硬质合金磨鞋及其制备方法和应用。硬质合金磨鞋包括钢基体和磨削层；磨削层包括若干个硬质合金螺柱，硬质合金螺柱的一端为内部设置有硬质合金颗粒的立体结构，硬质合金螺柱的另一端为螺柱结构，每个螺柱结构延伸至钢基体内，使钢基体与磨削层通过螺纹连接；磨削层还包括设置在各硬质合金螺柱之间的铜基胎体合金。本发明通过设置若干个硬质合金螺柱，可以解决传统磨鞋在焊接过程中硬质合金颗粒沉淀发生聚集导致各硬质合金颗粒之间间距不均匀造成的应力过大的问题，进而提高了磨鞋质量及其使用寿命。

技术研发人员：秦建,龙伟民,董博文,裴夤崟,侯江涛,李培艳,张陕南,刘付丽
受保护的技术使用者：郑州机械研究所有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27