專利名稱：一種粉末燒結(jié)制造物探鉆頭的配方及工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種粉末燒結(jié)制造物探鉆頭的配方及工藝，特別適用于石油和天然氣
物探作業(yè)的硬質(zhì)合金鉆頭。
二背景技術(shù)：
目前，隨著我國油氣資源勘探領(lǐng)域逐漸擴大，在一些復(fù)雜地層地區(qū)(如沙漠地區(qū)、 沼澤地地區(qū)和黃土塬地區(qū)等)的復(fù)雜地層(如礫石層、軟硬交錯地層和極硬地層等)的物 探作業(yè)中，現(xiàn)有的物探鉆具無法滿足勘探的需要，尤其是物探鉆頭表現(xiàn)更為明顯。主要是因 為(l)現(xiàn)有的物探鉆頭主要以空氣錘鉆頭為主，品種單一。(2)空氣錘鉆頭結(jié)構(gòu)單一，對巖 層的適用性差。在硬地層，破巖效果好，但在礫石層、軟硬交錯地層和極硬地層，破巖效果不 理想。鉆頭本體因磨損嚴重而發(fā)生掉齒、崩斷等事故，很難實現(xiàn)有效鉆進。因而，鉆進速度 慢、效率低，鉆井成本高，大大地制約了物探鉆井作業(yè)的發(fā)展。 因此，為有效地解決上述問題，必須根據(jù)不同的地區(qū)和不同的地層條件制造不同 結(jié)構(gòu)和不同材料的物探鉆頭，而物探鉆頭現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝滿足不了這種需求。當(dāng)前，物探鉆 頭的生產(chǎn)主要采用機械加工的方式制造，這種工藝由于在加工過程中需考慮刀具的加工能 力和加工結(jié)構(gòu)等因素，材料的選擇范圍較窄，鉆頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計較為單一，影響了鉆頭的耐磨 性以及對地層的適用性，以致在復(fù)雜地層條件下難以鉆進成孔。而且，對于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的 鉆頭，采用機械加工的方式，成本過高。因此，必須開發(fā)出一種新的生產(chǎn)工藝來制造不同結(jié) 構(gòu)和不同材料的物探鉆頭。
三
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供質(zhì)量高、工藝成本低、生產(chǎn)效率高 和適用范圍廣的一種粉末燒結(jié)制造物探鉆頭的配方及工藝。 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案為本發(fā)明一種粉末燒結(jié)制造物探 鉆頭的配方及工藝，燒結(jié)原材料主要由碳化鎢粉、粘結(jié)合金和四硼酸鈉組成。其中，碳化鎢 粉由60 80目和80 200目兩種不同粒度的粉末均勻混合而成，粘結(jié)合金為熔煉好的銅 鎳錳合金成品，四硼酸鈉為脫水四硼酸鈉。在上述材料中，按重量份為計量單位，混合后的 碳化鎢粉中60 80目碳化鎢粉占30% 40%，80 200目碳化鎢粉占60% 70% ;銅、 鎳、錳合金的組成比例為68 : 27 : 11。碳化鎢粉、粘結(jié)合金以及脫水四硼酸鈉的重量比為 100 : 62. 5 : 5。
其工藝包含以下步驟 ①制模步驟用石墨電極依照模具加工圖紙車制全套模具(底模、中模和上模)，
并在底模上劃線，劃出牙齒、排屑塊和噴嘴的位置。根據(jù)硬質(zhì)合金齒齒徑在底模上劃好的位
置鉆出齒孔，并粘結(jié)上硬質(zhì)合金齒；排屑塊根據(jù)括好的模板壓入石墨泥成形，經(jīng)脫模休整光
平后粘結(jié)在底模相應(yīng)的位置；制作好的噴嘴芯子也粘結(jié)在底模相應(yīng)的位置上。 ②混料步驟將60 80目和80 200目的碳化鴇粉末按配比均勻混合后，再添加碳化鎢粉重5%。的脫水四硼酸鈉進行加熱，并裝罐密封待用。 ③鋼體預(yù)加工步驟按鋼體加工圖紙機械加工燒結(jié)用鋼體，其結(jié)構(gòu)依所設(shè)計的鉆 頭結(jié)構(gòu)而定。 ④填料步驟扶正器固定好燒結(jié)用鋼體后，將其置入已裝配好的底模和中模上，然 后向模具和鋼體間的空間內(nèi)填充碳化鎢粉，再依次裝填粘結(jié)合金和脫水四硼酸鈉，最后蓋 上上模和蓋板。 ⑤燒結(jié)步驟燒結(jié)爐先預(yù)熱升溫，再將裝填好的全套模具整體放入燒結(jié)爐中，恒溫 加熱一段時間，燒結(jié)完成后經(jīng)脫模得到燒結(jié)半成品件。 ⑥修整步驟將燒結(jié)半成品件進行表面清洗、修圓，鋼體鉆中心氣道直至與噴嘴相
通，最后去除表面毛剌，對表面進行噴漆處理。
為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的技術(shù)措施還包括 上述制模步驟①中，模具結(jié)構(gòu)可根據(jù)鉆頭結(jié)構(gòu)進行改變，以便燒結(jié)出不同結(jié)構(gòu)的 鉆頭。 上述混料步驟②中，粉料加熱溫度設(shè)定在70°C ll(TC，加熱時間是2 3小時。
上述填料步驟④中，鋼體置入高度需預(yù)先計算出，根據(jù)模具圖紙、扶正器高度和鉆 頭尺寸計算，以保證鉆頭尺寸達到鉆頭設(shè)計圖紙所示尺寸；在填裝粉料時，邊填充邊用工具 敲打模具來振動粉料，以增加粉料的密實度。 上述燒結(jié)步驟⑤中，燒結(jié)爐先用電加熱預(yù)熱，預(yù)熱溫度是1220°C 124(TC，燒結(jié)
溫度是1230°C 1240°C ，燒結(jié)時間是25min 45min。出爐后若發(fā)現(xiàn)粘結(jié)合金未熔化，立即
回爐再升溫l(TC，恒溫10min。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點 (1)本發(fā)明的配方成本低廉，成品性能可靠，適用范圍廣。
(2)本發(fā)明的工藝步驟經(jīng)過了適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，簡化了工藝，性價比高。
(3)采用本發(fā)明的工藝，通過設(shè)計出不同的模具，能夠靈活、快速地生產(chǎn)出各種復(fù)
雜結(jié)構(gòu)的鉆頭，以滿足不同地質(zhì)條件對不同結(jié)構(gòu)的鉆頭的要求，做到"針對性"生產(chǎn)，從而提
高鉆進速度。 (4)采用本發(fā)明的工藝，可通過選擇不同種類的燒結(jié)材料和不同的材料配方，可以 快速制造出具有不同性能的鉆頭，以提高鉆頭的耐磨耐沖擊和適應(yīng)不同地質(zhì)條件下特殊要 求的能力，進一步提高鉆井效率和鉆頭的使用壽命。


圖1是本發(fā)明實施例工藝流程示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行描述 如圖1所示，本發(fā)明一種粉末燒結(jié)制造物探鉆頭的配方及工藝包括以下步驟
(1)制模步驟依照模具加工圖紙，用高純石墨電極在車床上加工出底模、中模和 上模全套模具，用有機玻璃板制作好噴嘴模板和排屑塊模板。將石墨泥壓入制好的排屑塊 模板內(nèi)，將調(diào)配好的噴嘴芯子混合物壓入噴嘴模板，成形后取出。用直徑為150mm的分度頭
4和磁性劃針盤在底模上劃線定位硬質(zhì)合金孔、排屑塊和噴嘴芯子，用麻花鉆鉆出硬質(zhì)合金 齒孔，并在孔內(nèi)用白乳膠粘結(jié)硬質(zhì)合金齒，在底模劃線處粘結(jié)排屑塊和噴嘴芯子等。
其中，噴嘴芯子的配方如下石墨粉為70%、膨潤土為20%、耐火土為10%和少許 脫脂棉(大約30 40揪)，加水調(diào)和攪勻，放上8小時為宜，進行捶打，使棉花起到均勻連
接作用。 (2)混料步驟將不同粒度的鑄造碳化鎢粉和脫水四硼酸鈉配比，60 80目碳化 鎢粉和80 200目碳化鎢粉比例為3 : 7，總粉重2kg，脫水四硼酸鈉與混合后碳化鎢粉按 50 : 1的比例配比，配比好后混合均勻。然后，將配好的混合物放入電烘箱內(nèi)烘烤2小時， 保溫溫度是7(TC。 (3)鋼體預(yù)加工步驟鋼體材料選擇35CrMo鋼，按照鋼體的加工圖紙機械加工出 燒結(jié)用鋼體的結(jié)構(gòu)，先在車床上精加工，然后在銑床上銑出鍵槽。 (4)填料步驟先向底模內(nèi)裝填lkg碳化鎢粉料，鋼體固定在扶正器后，置入已裝 配好的底模和中模上，置入高度預(yù)先計算出，可通過調(diào)節(jié)鋼體與扶正器間的連接螺紋，達到 所需高度。然后繼續(xù)裝填粉料，直至粉料全部裝完。最后在粉料上裝填熔煉好的粘結(jié)合金 成品及脫水四硼酸鈉。粘結(jié)合金用量按和碳化鎢粉以5 : 8的比例添加，要求其組分銅、 鎳、錳元素的比例為68 : 27 : ll，若達不到此要求，粘結(jié)合金需進行二次熔煉。脫水四硼 酸鈉的用量按碳化鎢粉重的5%添加。燒結(jié)材料全部裝填完畢后，最后蓋上上模和蓋板。在 粉料填充過程中，邊填充邊用工具敲打模具下部，從而振動粉料以增加粉料的密實度。
(5)燒結(jié)步驟箱式碳棒高溫?zé)Y(jié)爐燒結(jié)，放入模具前燒結(jié)爐預(yù)熱升溫，溫度上升 到122(TC，用專用夾具將模具從爐門口放入爐內(nèi)，并用長鉗將模具推至爐膛正中，目的是 保證受熱均勻。進爐后，繼續(xù)升溫，待溫度升至123(TC時，開始計時，保持恒溫，恒溫時間是 35min。出爐后，揭開蓋板檢查粘結(jié)合金是否完全熔化，如果未熔化，立即進爐再升溫l(TC， 恒溫10min。注意在出爐時，用長卡鉗夾住模具底部臺階，慢慢脫至爐門邊緣，再用專用夾具 移至待冷平臺上。此過程中，千萬不要歪斜模具，因為此時合金還是液態(tài)。
(6)修整步驟模具冷卻后，進行脫模處理。半成品的燒結(jié)件表面附著物用鋼絲刷 清理，汽油清洗表面干凈后，再上車床進行精加工修圓，在鉆床上從鋼體末端開始鉆中心氣 道，直到與噴嘴貫通，最后去除表面毛剌。去毛剌包括噴丸和人工去毛剌，噴丸去毛剌就是 把產(chǎn)品倒入噴砂機中用不銹鋼丸用一定的噴射速度噴向產(chǎn)品，產(chǎn)品在橡膠帶上滾動把產(chǎn)品 上毛剌噴掉。人工去毛剌就是用鉆床把產(chǎn)品小孔邊上的毛剌去掉。最后表面刷漆，進行美 觀處理。
權(quán)利要求
一種粉末燒結(jié)制造物探鉆頭的配方，原料由碳化鎢粉、粘結(jié)合金和脫水四硼酸鈉組成，其特征在于，碳化鎢粉由兩種不同粒度的粉末混合而成，按重量份為計算單位，其中60～80目碳化鎢粉為30％～40％，80～200目碳化鎢粉為60％～70％；粘結(jié)合金為銅鎳錳合金，銅、鎳、錳元素的比例為68∶27∶11；碳化鎢粉、粘結(jié)合金以及脫水四硼酸鈉的重量比例為100∶62.5∶5。
2. —種粉末燒結(jié)制造物探鉆頭的工藝，其特征在于，該工藝包括以下步驟(1) 制模步驟用石墨電極按模具加工圖紙車制全套模具，并在底模劃線定位、鉆孔，然后制作排屑塊和噴嘴模具，用石墨泥壓制排屑塊和噴嘴芯子，最后粘結(jié)硬質(zhì)合金齒、排屑 塊和噴嘴芯子。(2) 混料步驟將60 80目和80 200目的碳化鴇粉按配比均勻混合，再添加碳化 鎢粉重5%。的脫水四硼酸鈉混合后進行加熱，并裝罐密封待用。(3) 鋼體預(yù)加工步驟按鋼體加工圖紙機械加工燒結(jié)用鋼體，其結(jié)構(gòu)依所設(shè)計的鉆頭 結(jié)構(gòu)而定。(4) 填料步驟扶正器固定好燒結(jié)用鋼體后，將其置入已裝配好的底模和中模上，然后向模具和鋼體間的空間內(nèi)填充碳化鎢粉，再依次裝填粘結(jié)合金和脫水四硼酸鈉，最后蓋上 上模和蓋板。(5) 燒結(jié)步驟燒結(jié)爐先預(yù)熱升溫，再將裝填好的全套模具整體放入燒結(jié)爐中，恒溫加熱一段時間，燒結(jié)完成后經(jīng)脫模得到燒結(jié)半成品件。(6) 修整步驟對燒結(jié)半成品件進行表面清理、修圓，鋼體鉆中心氣道，鉆至與噴嘴貫 通，最后去除表面毛剌，對表面進行噴漆處理。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種粉末燒結(jié)制造物探鉆頭的工藝，其特征在于，所述的制模步驟的全套模具結(jié)構(gòu)根據(jù)物探鉆頭結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，模具材料選擇高純石墨電極。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種粉末燒結(jié)制造物探鉆頭的工藝，特征在于，所述的混料 步驟的粉料加熱溫度是70°C ll(TC，加熱時間是2 3小時。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種粉末燒結(jié)制造物探鉆頭的工藝，其特征在于，所述的填 料步驟的粉料邊填充邊敲打模具。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種粉末燒結(jié)制造物探鉆頭的工藝，其特征在于，所述的 燒結(jié)步驟的燒結(jié)時間是25min 45min ;所述的燒結(jié)步驟是先用電加熱預(yù)熱，預(yù)熱溫度是 1220°C 124(TC，燒結(jié)溫度是1230°C 1240°C ;出爐后若發(fā)現(xiàn)粘結(jié)合金未熔化，立即回爐 再升溫l(TC，恒溫10min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種粉末燒結(jié)制造物探鉆頭的配方及工藝，其原料配方組成包括混合后的碳化鎢粉中60～80目碳化鎢粉為30％～40％，80～200目碳化鎢粉為60％～70％，碳化鎢粉、粘結(jié)合金以及脫水四硼酸鈉的比例為100∶62.5∶5，粘結(jié)合金為銅鎳錳合金，銅、鎳、錳元素的比例為68∶27∶11；其工藝包含制模、混料、鋼體預(yù)加工、填料、燒結(jié)和修整步驟。目前，物探鉆頭以機械加工制造為主，鉆頭的材料和結(jié)構(gòu)較單一，為了適應(yīng)復(fù)雜地層的地區(qū)的勘探，本發(fā)明采用了粉料，易改變鉆頭材料，通過設(shè)計模具結(jié)構(gòu)能制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鉆頭。本配方成本低廉，成品性能可靠，工藝步驟經(jīng)過了適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，簡化了工藝，性價比高。
文檔編號B22F3/10GK101704101SQ20091021647
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者周已, 宋嘉寧, 李琴, 楊景軒, 邱成松, 黃偉, 黃志強, 黃繼亮 申請人:西南石油大學(xué)