專利名稱：切削件和包含該切削件的切削工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請通常涉及切削件，使用該切削件的井下切削工具，包括管下擴(kuò)眼器、銑刀和其它井下切削工具的臂和刀翼，以及其制造方法。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)切削銑刀、心軸切刀等是井下切削裝置或工具，其包含在鉆柱中并用于通過金屬管狀構(gòu)件(例如位于井眼側(cè)面的套管、襯管、油管、管子或心軸)進(jìn)行橫向切削。心軸切刀用于使多個金屬管狀構(gòu)件產(chǎn)生分離。切削銑刀是在側(cè)鉆井操作中用于切出穿過環(huán)繞套管的窗口并允許鉆出偏斜鉆井的工具。在這類傳統(tǒng)工具上，許多單個的小切削件附接到圍繞鉆軸(hub)旋轉(zhuǎn)的多個臂部或刀翼上。大部分傳統(tǒng)切削件具有圓形切削面。其它傳統(tǒng)切削件形狀包括正方形、星形和梯形，但這些不是常見的。已經(jīng)提出了改進(jìn)的切削件設(shè)計(jì)和用于使用所述切削件的井下切削工具(例如心軸切削件和旋轉(zhuǎn)切削件銑刀)的改進(jìn)設(shè)計(jì)，具有矩形圓角“菱形”形狀。該切削件的橫截面切削區(qū)域具有一對曲線端部部分，和長度大于寬度的細(xì)長中央部分。切削件還可以包括在切削期間用于斷屑的凸起的外周切削邊緣。這類切削件具有優(yōu)于圓形切削件的改進(jìn)幾何形狀，尤其是與圓形切削件相比，具有減小的孔隙空間。盡管這些菱形形狀的切削件具有與相鄰切削件相關(guān)的減小的孔隙空間，但是它們結(jié)合(bonding)到切削工具(切削件在其上使用)上所需的總表面面積較大。這種結(jié)合通常通過將切削件的菱形形狀基座硬釬焊到切削工具的希望切削面上實(shí)現(xiàn)。切削件的總表面面積增加會增大切削件和切削工具之間的硬釬焊接頭存在缺陷的可能性。因此，除了實(shí)現(xiàn)所述切削件的性能優(yōu)勢以外，人們希望提高與增大的表面面積相關(guān)的冶金接合部(metallurgical bond)。

發(fā)明內(nèi)容
在示例性實(shí)施例中公開了用于井下切削工具的切削件。該切削件包括具有切削面、外周側(cè)壁側(cè)面和基座的切削件主體，所述基座具有凹陷通道，該凹陷通道從所述外周側(cè)壁側(cè)面向內(nèi)延伸并且提供位于其中的進(jìn)口。在另一示例性實(shí)施例中公開了井下切削工具。該井下切削工具包括具有切削面的工具主體。該切削工具還包括具有切削面、外周側(cè)壁側(cè)面和基座的切削件主體，所述基座具有凹陷通道，該凹陷通道從所述外周側(cè)壁側(cè)面向內(nèi)延伸并且提供位于其中的進(jìn)口。該切削工具還包括位于基座和切削工具的焊接面之間的硬釬焊接頭(braze joint)。


現(xiàn)在參考附圖，其中，相同的元件在附圖中以相同的數(shù)字進(jìn)行標(biāo)注圖1是這里所公開的切削件的示例性實(shí)施例的前視圖；圖2是沿剖面2-2截取的圖1所示切削件的剖視圖；圖3是沿剖面3-3截取的圖1所示切削件的剖視圖；圖4是這里所公開的切削件的第二示例性實(shí)施例的透視圖；圖5是這里所公開的切削件的第三示例性實(shí)施例的頂視圖；圖6是這里所公開的切削件的第三示例性實(shí)施例的前視圖；圖7是圖6所示切削件的底視圖；圖8是這里所公開的切削件的第四示例性實(shí)施例的前視圖；圖9是沿剖面8-8截取的圖8所示切削件的剖視圖；圖10是這里所公開的切削件的第五示例性實(shí)施例的前視圖；圖11是圖10所示切削件的頂視圖；圖12是圖10所示切削件的底視圖；圖13是圖10所示切削件的透視圖；圖14是這里所公開的切削件通道的示例性實(shí)施例；圖15是圖14所示切削件通道的前側(cè)局部透視圖；圖16是這里所公開的心軸切削件的臂部的透視圖；圖17是沿圖16所示臂部的剖面16-16所作的放大透視圖；圖18是這里所公開的旋轉(zhuǎn)切削銑刀的示例性實(shí)施例的透視圖；和圖19A-19C是這里所公開的多個冶金接合部和硬釬焊接頭的橫截面示意圖。
具體實(shí)施例方式申請人:已經(jīng)注意到，在使用菱形切削件而通過將切削件的平坦接觸面硬釬焊到切削工具上形成切削工具時，在切削件基座和切削工具的焊接面之間的冶金接合部中存在形成空隙的可能。由于不能按照理論焊接，這些空隙是由硬釬焊材料圍繞切削件基座的外周快速流動所導(dǎo)致的，從而將空氣、焊劑或其它污染物截留在硬釬焊接頭的冶金接合部中。一旦被截留在接頭內(nèi)，這些材料會在截留它們的凹窩內(nèi)施加壓力，從而阻礙硬釬焊材料在切削件基座上的進(jìn)一步流動。在硬釬焊材料冷卻和凝固時，這些污染物凹窩在硬釬焊接頭以及位于切削件和切削工具之間的相關(guān)冶金接合部內(nèi)形成空隙，從而在切削工具操作期間在接頭內(nèi)產(chǎn)生增大的應(yīng)力，尤其是剪切應(yīng)力，從而在接頭內(nèi)起到應(yīng)力增大器的作用。硬釬焊接頭中由這些空隙引起的應(yīng)力增大會導(dǎo)致切削件分離和減少相關(guān)切削工具的使用年限。申請人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，有利的情況為可以使用具有形成在接觸面上的凹陷流動通道的切削件來控制和引導(dǎo)硬釬焊接頭形成期間的硬釬焊材料的流動，從而減少將焊劑、空氣和其它污染物截留在接頭中的趨勢，相應(yīng)地，減少硬釬焊接頭和相關(guān)冶金接合部中的空隙的形成，從而提高這些接頭的質(zhì)量和強(qiáng)度。切削件和切削工具之間的改進(jìn)的硬釬焊接頭延長了這些工具的使用壽命。申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用流動通道并控制其特征(包括其位置、長度、寬度和高度)能夠有利地提供熔融硬釬焊材料在切削件接觸面上的流動和潤濕，從而減少或消除污染物截留和空隙形成的趨勢。盡管申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以使用許多通道形狀來改進(jìn)接觸面上的流動，特別地，申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，相對于切削件的一個或更多個軸線，例如其縱軸線或橫軸線不對稱布置的流動通道對于提高如上所述的硬釬焊材料的流動而言尤為有用。另外，申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，增加接頭周長有助于流動，通過減小接頭厚度則限制流動。 有利地，可以控制流動通道的幾何形狀來增強(qiáng)相對于周向長度的毛細(xì)作用，從而增強(qiáng)硬釬焊過程期間硬釬焊材料在接觸面上的流動。這里所公開的流動通道的應(yīng)用與具有平面基座的切削件設(shè)計(jì)或具有多個隔開的圓柱形或圓錐形或凸?fàn)钪?其從基座伸出作為限定硬釬焊接頭厚度的間隔物)的設(shè)計(jì)存在區(qū)別且具有有利改進(jìn)。與平面基座或者具有作為間隔物的多個隔開的突出支腿的平面基座相比，本發(fā)明的特征在于包括位于基座中的凹部。這些區(qū)別導(dǎo)致硬釬焊過程期間熔融硬釬焊材料的流動差異，從而導(dǎo)致最終硬釬焊接頭和相關(guān)冶金接合部的差異?；鶠槠矫娴幕蛘甙ǜ糸_的突出支腿的設(shè)計(jì)導(dǎo)致硬釬焊材料圍繞基座外周迅速流動以有效密封外周， 從而將焊劑、氣體或其它污染物截留在外周內(nèi)部，在硬釬焊接頭中產(chǎn)生空隙或其它缺陷。例如，增加隔開的支腿不會引起硬釬焊過程期間毛細(xì)作用的改變，而毛細(xì)作用的改變則能夠避免與平面基座切削件相關(guān)的問題，即，包圍外周，或者迫使硬釬焊材料流過與凹部相關(guān)的流動通道并流過作為切削件的基座表面，從而減少將焊劑、氣體或其它污染物截留在切削件外周內(nèi)的趨勢，如這里所公開的切削件硬釬焊過程期間發(fā)生的那樣。因此，申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了具有包含在其焊接面中的流動通道的新穎且有用的切削件，從而在結(jié)合到井下切削工具的切削面上時形成質(zhì)量和強(qiáng)度提高的硬釬焊接頭。改進(jìn)的切削件和硬釬焊接頭提高和延長了使用它們的井下切削工具的強(qiáng)度和壽命。通過改進(jìn)硬釬焊材料的流動和潤濕，所述流動通道還減少了硬釬焊接頭和相關(guān)冶金接合部中的孔隙或空隙形成。圖1-13顯示了與井下切削工具一起使用的本文披露的切削件10的示例性實(shí)施例。在示例性實(shí)施例中，切削件10具有由硬質(zhì)材料形成的切削件主體12，這種硬質(zhì)材料具有使其適合作為用于井下切削工具的切削件的硬度、強(qiáng)度和其它材料性質(zhì)。適當(dāng)?shù)挠操|(zhì)材料包括硬度足以對希望的地層進(jìn)行鉆孔且同樣可進(jìn)行硬釬焊的任何材料。以舉例而非限制的方式來說，用于形成硬質(zhì)材料的材料包括碳化鎢(WC，W2C)。切削件主體12的特征在于包括切削面14、外周側(cè)壁側(cè)面16和基座18。切削面14是切削件的自由表面，其構(gòu)造為當(dāng)切削件10在切削工具中使用時提供切削作用。它可以是平坦或彎曲表面，包括外凸或內(nèi)凹的切削面構(gòu)造。優(yōu)選地，切削件10的特征在于凸起的斷屑邊緣20。斷屑邊緣20位于切削面 14的突出部22上。例如，如圖1所示，突出部22可以位于切削面14的中央部M上。例如，如圖4所示，突出部22和凸起的斷屑邊緣20還可以位于緊鄰切削面14的外周沈的位置。外周側(cè)壁側(cè)面16連同切削面14和基座18 —起限定了切削件10的形狀。外周側(cè)壁側(cè)面16和切削件10的適當(dāng)形狀包括各種菱形形狀，其可為具有相對的半圓形端部的大致矩形(例如，圖4)以及圓角矩形形狀(例如，圖6和7)，其中，矩形的角部由各種半徑或其它曲線形狀限定，以及所述外周側(cè)壁側(cè)面和切削件可為弓狀矩形(例如，圖5)，其中，端部包括外凸或內(nèi)凹彎曲形狀，例如弧段，或弧段組合。另外，外周側(cè)壁側(cè)面16可以是平面并且在切削面14和基座18之間與它們垂直地延伸，例如，在基座18與切削面具有同樣的形狀和尺寸的情況下(例如，圖4)。可替換地，外周側(cè)壁側(cè)面16可以是平面并且在切削面14和基座18之間向內(nèi)漸縮，例如，在基座18與切削面具有相同形狀，但是切削面14大于基座 18的情況下(例如，圖12)。切削面14和基座18大體上彼此平行。大體上平行是指切削面14的至少一部分與基座18的至少一部分平行，即使如此，例如，在一些實(shí)施例(未顯示) 中，切削面14的凸起的斷屑邊緣20與基座18不平行。基座18構(gòu)造成將切削件10固定到切削工具13的焊接面11上。基座包括凸起部 19或多個凸起部19以及凹陷部21或多個凹陷部21。更特別地，凸起部19可以形成平坦表面，該平坦表面構(gòu)造成與井下切削工具的切削面的平坦焊接面配合并接觸，如這里所公開的那樣。在使用多個凸起部19的情況下，每個凸起部19可以具有平坦表面并且平坦表面可以包括單個平面，使得這些平坦表面構(gòu)造成與井下切削工具的切削面的平坦焊接面配合和接觸，如這里所公開的那樣。凹陷部包括凹陷通道50或多個凹陷通道，如這里所公開的那樣。參考圖4、6、7和10-12，切削件10的切削件主體12通常由三部分組成具有端壁 32、34的兩個相對端部部分觀、30具有形成圓角矩形形狀的端部的圓角，或者，可替換地， 具有例如如圖4所示的半圓形狀，和大致矩形的中間部分36，其連接兩個端部部分觀、30以使切削件10具有圓角矩形(例如，圖6、圖7)或者“菱形”形狀(例如，圖4)。圖1-13還顯示了對切削件10而言目前優(yōu)選的尺寸比例。切削件10具有從一個端部部分觀的尖端到另一個端部部分30的尖端測得的總軸向長度38。切削件10還具有從中間部分36的一個側(cè)面33延伸到另一個側(cè)面33的寬度40。長度38大于寬度40。就具有菱形形狀的切削件10來說，寬度40還等于半圓形端部部分觀、30的直徑。在一個特定實(shí)施例中，切削件10的長度38是寬度的大約1. 4倍到大約1. 6倍，更特別地，是寬度的大約1.5倍。在一個特定實(shí)施例中，切削件10的寬度是高度42的大約1.4倍到大約1.6 倍，更特別地，是高度的大約1. 5倍。在一個示例性實(shí)施例中，長度為大約0. 56英寸，寬度為大約0. 4英寸，高度為大約0. 25英寸。切削件主體12還包括位于基座18中的凹陷通道50，該凹陷通道從外周側(cè)壁側(cè)面 16向內(nèi)延伸并且提供位于其中的進(jìn)口 52。貫穿通道構(gòu)造還包括出口 53。切削件主體12 還可以包括多個凹陷通道50，所述多個凹陷通道具有位于其中的相應(yīng)的多個進(jìn)口 52。如圖 1-13所示多個示例性實(shí)施例所示，凹陷通道50可以具有多種構(gòu)造。不管使用封閉通道還是貫穿通道構(gòu)造，并且不管凹陷通道50橫向延伸、縱向延伸或?qū)茄由旎蛘咂浣M合，與通道相關(guān)的特征，包括本申請中描述的長度、寬度或高度及其變形適用于任何通道構(gòu)造。在所有不同構(gòu)造的凹陷通道50中，凹陷通道具有長度(L)、寬度(W)和高度(H)。凹陷通道50的這些空間特征中的每一個可以是恒定的或者可以隨一個或更多個其它特征變化，例如，高度和寬度可以隨著長度變化，長度和高度可以在寬度上變化等。這在圖1-15和19A-C中的多個示例性實(shí)施例中進(jìn)行了舉例說明。還是如這些附圖所示，凹陷通道50的基部58可以為平面(例如，圖6-1 ，或者可以是任何適當(dāng)?shù)姆瞧矫嫘螤?，包括圖14和15所示透鏡狀輪廓并且包括多個相鄰的半圓形凹槽，或包括圖1-3所示弓形輪廓等。凹陷通道50還包括從基部58延伸至接觸面18的凸出部19的一對相對側(cè)壁60。側(cè)壁60可以豎直地延伸(例如， 圖19A)，或者可以從基部58向外遠(yuǎn)離凹陷通道50的中心線(或中心面)以直線輪廓(圖 19B)或曲線(未顯示)輪廓或其組合(未顯示)的方式傾斜，或者可以包括一個或更多個向外延伸臺階，其中，臺階的高度(H1)或多個臺階的高度小于臺階以外的通道部分的高度(例如，圖19C)。在一個示例性實(shí)施例中，基部58以弓形形狀彎曲，使得實(shí)際上不存在側(cè)壁或者側(cè)壁高度為零。另外，所描述的任何側(cè)壁60輪廓的高度可以沿著凹陷通道50的長度以與通道總高度變化相同的方式變化，如這里描述的那樣。凹陷通道50的側(cè)壁60以所述方式在寬度上變窄，以及高度沿著長度變化可以單獨(dú)或組合使用以增強(qiáng)毛細(xì)作用和改進(jìn)熔融硬釬焊材料沿著凹陷通道50的長度和在其寬度上的流動。例如，沿著通道長度的遞進(jìn)式高度減小會提高毛細(xì)作用和增強(qiáng)熔融硬釬焊材料通過通道的流動，并且增強(qiáng)的流動還改進(jìn)了沿著通道長度在基座18的凸起部19的表面上向外流動，從而減少了截留污染物和形成空隙的趨勢。在另一實(shí)例中，側(cè)壁60沿著長度變窄或者包含使側(cè)壁60變窄的特征例如錐形、臺階、彎曲基座也會提高毛細(xì)作用和增強(qiáng)熔融硬釬焊通過通道的流動，增強(qiáng)的流動還可以改進(jìn)沿著通道的長度在寬度和基座18的凸起部19的表面上的向外流動，獲得如上所述的優(yōu)點(diǎn)。通常，通道寬度是重要因素，因?yàn)橛测F焊材料傾向于首先沿著基座18的外周和凹陷通道50的側(cè)壁流動。因此，在一個實(shí)施例中，具如下特點(diǎn)的寬度是優(yōu)選的，即，這種寬度有助于硬釬焊材料在通道內(nèi)與相應(yīng)的流體流發(fā)生重要反應(yīng)之前沿著兩側(cè)壁流動通過至少一部分通道。在另一實(shí)施例中，寬度是通道長度的至少三分之一。在多個實(shí)施例中，凹陷通道50內(nèi)的熔融硬釬焊材料的毛細(xì)作用或毛細(xì)管驅(qū)動壓力與浸潤(以潤濕角表示)除以通道面積成正比。在圖1-3所示示例性實(shí)施例中，通道50的高度在通道的寬度上以弓形方式變化。 弓形可以定義為限定曲率半徑的函數(shù)，但是可以使用各種其它曲線函數(shù)和形式。在這種構(gòu)造中，所述高度從通道外周邊緣M處的大約0變化到由剖面線2-2表示的頂點(diǎn)56。如圖2 所示，高度還作為長度的函數(shù)并沿著其變化。如圖3所示，凹陷通道50的寬度也作為長度的函數(shù)并沿著其變化。在這種情況下，高度和寬度的變化為線性變化；然而，還可以是曲線變化和其它函數(shù)關(guān)系。當(dāng)基座18放置成與切削工具的焊接面接觸時，高度和寬度沿著長度的變化以及高度在寬度上的變化可以有助于提高熔融硬釬焊材料在凹陷通道50內(nèi)的毛細(xì)作用。可以選擇一個端部處的寬度和高度以及寬度和高度沿長度的變化，以及高度在寬度上的變化以提供希望的毛細(xì)作用，這種毛細(xì)作用可以沿著凹陷通道50的長度變化，并且其在凹陷通道50中優(yōu)于切削件主體的基座18和切削工具的焊接面11之間圍繞位于凹陷通道以外和凸起部19以內(nèi)的切削件主體12的外周的接觸結(jié)構(gòu)，即如果不存在通道時存在的結(jié)構(gòu)。毛細(xì)管驅(qū)動壓力與通道周長除以其橫截面面積成正比。流動阻力隨著橫截面面積增大而減小。因此，當(dāng)通道橫截面面積增大時，流動阻力減小，但是毛細(xì)管抽吸壓力也減小。通道的弓形使其高到剛好足以減小流動阻力，同時不會使毛細(xì)管驅(qū)動壓力降低過多。同樣，通道長度越長，流動阻力越大。毛細(xì)作用的變化增強(qiáng)了熔融硬釬焊材料在通道內(nèi)的流動，同樣增強(qiáng)了在位于凹陷通道50以外的基座18的凸起部19，即基座18在進(jìn)行硬釬焊之前與切削工具的焊接面接觸的部分上的流動。流動增強(qiáng)有助于基座18的這些部分的潤濕，從而減小了在基座18的這些部分中截留焊劑、空氣或其它污染物的趨勢。在將切削件10硬釬焊到切削工具13上期間供給的硬釬焊材料的量優(yōu)選地足以潤濕和覆蓋凸起部19，并且在硬釬焊材料冷卻和再凝固時形成位于其間的硬釬焊接頭，并且完全充滿凹陷部21和凹陷通道50， 從而在切削面18和切削工具13的焊接面11的部分之間形成連續(xù)冶金接合部，如圖19所示。
在圖4和5所示示例性實(shí)施例中，通道50的高度在通道的寬度上恒定，并且在與切削工具13的平坦焊接面11接觸時形成具有大體上矩形通道輪廓的封閉通道。大體上矩形是指相鄰?fù)ǖ辣诖笾麓怪?，相對的通道壁大致平行；然而，限定所述通道的角部和邊緣可以為圓角或錐形以增強(qiáng)潤濕性、制造性和其它考慮因素。如圖4和5所示，高度和寬度也沿著長度恒定。在本實(shí)施例中，可以選擇高度和寬度以提供在凹陷通道50內(nèi)基本恒定的希望毛細(xì)作用以及這里所描述的改進(jìn)?？梢詰?yīng)用凹陷通道的任何適當(dāng)高度和寬度以增強(qiáng)毛細(xì)作用。在示例性實(shí)施例中，可以在大約0. 003英寸到大約0. 020英寸的范圍內(nèi)選擇凹陷通道的高度。凹陷通道的面積可以為基座面積的大約25%到大約75%。在圖6和7所示示例性實(shí)施例中，通道50的高度恒定并且寬度沿著通道的長度變化，在基座放置成與切削工具13的平坦焊接面11接觸時，所述寬度和高度形成寬度沿著長度變化的大體上封閉矩形通道輪廓。在這種情況下，寬度變化為線性變化；然而，寬度變化也可以是曲線變化和其它函數(shù)關(guān)系。當(dāng)基座18與切削工具的焊接面接觸時，寬度沿長度的變化有助于增強(qiáng)熔融硬釬焊材料在凹陷通道50內(nèi)的毛細(xì)作用。在本實(shí)施例中，可以選擇一個端部處的寬度和寬度沿著長度的變化以提供可以沿著凹陷通道50的長度變化的希望的毛細(xì)作用以及這里所描述的改進(jìn)。在圖8和9所示示例性實(shí)施例中，通道50的寬度恒定并且高度沿著通道的長度變化，在基座與切削工具13的平坦焊接面11接觸時，所述寬度和高度形成高度沿著長度變化的封閉矩形通道輪廓。在這種情況下，高度變化為線性變化；然而，高度變化也可以是曲線變化和其它函數(shù)關(guān)系。當(dāng)基座18與切削工具的焊接面接觸時，高度沿長度的變化有助于增強(qiáng)熔融硬釬焊材料在凹陷通道50內(nèi)的毛細(xì)作用。在本實(shí)施例中，可以選擇一個端部處的高度和高度沿著長度的變化以提供可以沿著凹陷通道50的長度變化的希望的毛細(xì)作用以及這里所描述的改進(jìn)。在圖10-13所示示例性實(shí)施例中，通道50的高度恒定并且寬度沿著通道的長度變化，所述寬度和高度形成寬度沿著長度變化的大體上矩形通道輪廓，與圖6和7所示實(shí)施例類似并且當(dāng)基座放置成與切削工具的平坦焊接面11接觸時，形成具有大體上矩形通道輪廓的封閉通道。然而，在這種情況下，寬度變化是非線性變化。寬度進(jìn)行如下變化，即，從一個側(cè)面按照第一曲率半徑向內(nèi)收斂，隨后沿著一部分長度恒定，隨后按照第二曲率半徑發(fā)散變化。當(dāng)基座18放置成與切削工具的焊接面接觸時，寬度沿長度的變化有助于增強(qiáng)熔融硬釬焊材料在凹陷通道50內(nèi)的毛細(xì)作用。在本實(shí)施例中，可以選擇一個端部處的寬度和寬度沿著長度的變化以提供可以沿著凹陷通道50的長度變化的希望的毛細(xì)作用以及這里所描述的改進(jìn)。在圖14和15所示示例性實(shí)施例中，通道50的寬度恒定并且高度在該通道的寬度上按照形成于基部58中的透鏡方式變化，當(dāng)基座放置成與切削工具13的平坦焊接面11接觸時，寬度和可變高度形成高度在寬度上變化并且不沿著長度變化的部分封閉的矩形通道輪廓。在這種情況下，高度變化是曲線變化。當(dāng)基座18與切削工具的焊接面接觸時，高度在寬度上的變化有助于增強(qiáng)熔融硬釬焊材料在凹陷通道50內(nèi)的毛細(xì)作用。在本實(shí)施例中， 可以選擇曲線輪廓和高度在寬度上的變化以提供在寬度上并沿著凹陷通道50的長度變化的希望的毛細(xì)作用以及這里所描述的改進(jìn)。參考圖19A-19C，切削件10可以結(jié)合到切削工具13的焊接面11上，其中，熔融硬釬焊材料被引入凹陷通道50的進(jìn)口 52中，并且其中，熔融硬釬焊材料在凹陷通道50內(nèi)流動。熔融硬釬焊材料在凹陷通道50內(nèi)的流動受到毛細(xì)作用的影響，所述毛細(xì)作用包括這里所描述的增強(qiáng)毛細(xì)作用和改進(jìn)熔融硬釬焊材料在通道內(nèi)流動的各種特征在內(nèi)。優(yōu)選地，供應(yīng)足夠的熔融硬釬焊材料以完全充滿凹陷通道50以及基座18的凸起部19和切削工具13 的焊接面11之間的空間。熔融硬釬焊材料與基座18處的切削件10的材料相互作用，從而在硬釬焊材料再凝固時與之形成冶金接合部62。硬釬焊材料還與位于切削工具13的焊接面11處的材料相互作用，從而在熔融硬釬焊材料再凝固時與之形成冶金接合部64。冶金接合部62和64連同凝固的硬釬焊材料形成切削件10和切削工具13之間的硬釬焊接頭66。盡管硬釬焊接頭66具有較低強(qiáng)度，尤其是與凹陷通道50內(nèi)的所述接頭的增大厚度相關(guān)的剪切強(qiáng)度，由于這里所描述的凹陷通道50之外的流動特性增強(qiáng)的緣故，上述強(qiáng)度降低跟與基座18的凸起部19相關(guān)的硬釬焊接頭部分內(nèi)的空隙減少(尤其是接頭為無空隙的話)引起的強(qiáng)度增大相比通常無關(guān)緊要。圖16和17顯示了用于心軸切削工具13的示例性臂部70。臂部70包括遠(yuǎn)側(cè)切削部76和具有銷開口 74的近側(cè)部72，臂部70樞轉(zhuǎn)附接到插入所述銷開口中的切削工具心軸(未顯示)上。遠(yuǎn)側(cè)切削部76 (圖17的放大圖中對其進(jìn)行了更清楚的顯示)包括切削件夾持區(qū)域78以及由側(cè)面77和支座79界定的焊接面11。切削件10容納在切削件夾持區(qū)域78內(nèi)并且留下非常小的孔隙空間。圖16和17顯示了形成硬釬焊接頭之前的臂部70和切削件10。圖18顯示了示例性切削工具13，其包括在側(cè)鉆井操作中用于在井眼套管中銑削出側(cè)孔的旋轉(zhuǎn)切削銑刀80。這種設(shè)計(jì)的切削銑刀在本領(lǐng)域已知，并且包括可從Baker Oil Tools of Houston，Tex購得的SILVERBACK 套管開窗銑刀。切削銑刀80具有在操作期間圍繞鉆軸84旋轉(zhuǎn)的五個切削刀翼或臂部82。這些刀翼82. 1-82. 5中的每一個具有安裝在切削面86的焊接面11上的切削件10。應(yīng)當(dāng)注意，刀翼82可以包括一些包含凹陷通道50 的圓形切削件10和包含凹陷通道50的菱形切削件10。還應(yīng)當(dāng)注意，切削件10以如下方式安裝在切削刀翼82. 1-82. 5上，即使得切削件10與相鄰刀翼中的切削件彼此偏離。例如，刀翼82. 1的邊緣遠(yuǎn)側(cè)尖端具有以首尾相連方式布置的四個切削件10。然而，相鄰刀翼 82. 2的第一切削件10相對于其它切削件10旋轉(zhuǎn)90度，從而在相鄰刀翼上沿著相鄰刀翼 82的長度交錯的切削件10之間形成孔隙空間88。作為交錯的結(jié)果，刀翼82. 1-82. 5在孔隙空間88處磨損較少。切削工具13和焊接面11可以由具有所需拉伸強(qiáng)度、斷裂韌度和其它機(jī)械性能的任何適當(dāng)?shù)墓ぞ卟牧闲纬?。在示例性?shí)施例中，適當(dāng)?shù)墓ぞ卟牧习ǜ鞣N鋼(包括不銹鋼) 以及鎳基合金和鈷基合金?？梢允褂眠m于焊接到切削工具13的焊接面11上的任何硬釬焊材料形成這里所描述的硬釬焊接頭66。根據(jù)為焊接面11所選擇的具體材料，適當(dāng)?shù)挠测F焊材料包括各種鎳青銅合金、銀焊料合金、軟焊料以及NiCrB合金。盡管已經(jīng)顯示和描述了一或多個實(shí)施例，但是在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下可以對其進(jìn)行變型和替換。因此，應(yīng)當(dāng)理解，上文僅以舉例而非限制的方式對本發(fā)明進(jìn)行了描述。
權(quán)利要求
1.一種切削件，包括具有切削面、外周側(cè)壁側(cè)面和基座的切削件主體，所述基座具有凹陷通道，該凹陷通道從所述外周側(cè)壁側(cè)面向內(nèi)延伸并且提供位于其中的進(jìn)口。
2.如權(quán)利要求1所述的切削件，其中，所述凹陷通道具有深度、寬度和長度。
3.如權(quán)利要求2所述的切削件，其中，所述寬度或高度沿著所述凹陷通道的長度變化。
4.如權(quán)利要求2所述的切削件，其中，所述寬度和高度沿著所述凹陷通道的長度變化。
5.如權(quán)利要求2所述的切削件，其中，所述高度在所述凹陷通道的寬度上變化。
6.如權(quán)利要求5所述的切削件，其中，所述寬度或高度沿著所述凹陷通道的長度變化。
7.如權(quán)利要求5所述的切削件，其中，所述寬度和高度沿著所述凹陷通道的長度變化。
8.如權(quán)利要求2所述的切削件，其中，所述寬度是所述高度的至少三倍。
9.如權(quán)利要求2所述的切削件，其中，所述凹陷通道具有縱向軸線，所述凹陷通道的基座具有縱向延伸的凸起部。
10.如權(quán)利要求6所述的切削件，其中，所述縱向延伸的凸起部具有高度，并且其中，所述凸起部的高度小于所述凹陷通道的高度。
11.如權(quán)利要求7所述的切削件，其中，所述縱向延伸的凸起部包括多個鄰接部，所述多個鄰接部為多個鄰接的縱向延伸凹槽。
12.如權(quán)利要求1所述的切削件，其中，所述凹陷通道包括多個凹陷通道，每個凹陷通道從外周側(cè)壁側(cè)面向內(nèi)延伸并且提供位于其中的進(jìn)口。
13.如權(quán)利要求1所述的切削件，其中，所述凹陷通道是從進(jìn)口延伸到出口的貫穿式通道。
14.如權(quán)利要求10所述的切削件，其中，所述凹陷通道具有深度、寬度和長度。
15.如權(quán)利要求11所述的切削件，其中，所述寬度或長度沿著所述凹陷通道的長度變化。
16.如權(quán)利要求11所述的切削件，其中，所述寬度和長度沿著所述凹陷通道的長度變化。
17.如權(quán)利要求1所述的切削件，其中，所述切削面具有突出部。
18.如權(quán)利要求14所述的切削件，其中，所述突出部位于切削面的外周或切削面的中央部，或者其組合。
19.如權(quán)利要求1所述的切削件，其中，所述基座大體上平行于所述切削面。
20.如權(quán)利要求1所述的切削件，其中，所述側(cè)壁的外周具有橢圓形、圓角矩形或圓形形狀。
21.一種井下切削工具，包括 具有焊接面的切削工具；具有切削面、外周側(cè)壁側(cè)面和基座的切削件主體，所述基座具有凹陷通道，該凹陷通道從所述外周側(cè)壁側(cè)面向內(nèi)延伸并且提供位于其中的進(jìn)口 ；和位于切削面和焊接面之間的硬釬焊接頭。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于井下切削工具的切削件。該切削件包括具有切削面、外周側(cè)壁側(cè)面和基座的切削件主體。所述基座具有凹陷通道，其從所述外周側(cè)壁側(cè)面向內(nèi)延伸并提供位于其中的進(jìn)口。本發(fā)明還公開了使用所述切削件的井下切削工具。該切削工具包括具有切削面的工具主體。該工具還包括具有切削面、外周側(cè)壁側(cè)面和基座的切削件主體，所述基座具有凹陷通道，該凹陷通道從所述外周側(cè)壁側(cè)面向內(nèi)延伸并且提供位于其中的進(jìn)口。該工具還包括位于所述基座和所述焊接面之間的硬釬焊接頭。
文檔編號E21B29/00GK102472085SQ201080034627
公開日2012年5月23日 申請日期2010年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月7日
發(fā)明者A·龐德, C·J·斯托二世 申請人:貝克休斯公司