PDC钻头熔化极脉冲气体保护自动焊工艺
2015-01-09李杰等
李杰等
[摘 要]本文对钻头的焊接性进行分析，制定钻头脉冲气体保护焊工艺参数进行了优选，并对焊接所需的设备、焊接规程进行了阐述。
[关键词]PDC钻头 接头 气体保护 自动焊 应用
中图分类号：TG423 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）42-0006-01
1.前言
PDC钻头是靠剪切作用来破碎岩石的，它比牙轮钻头的压碎岩石，或金刚石孕镶钻头的犁切及研磨岩石更为有效，同时配合螺杆钻具复合钻进定向效果好，目前在中原油田钻井中得到广泛的应用，而PDC钻头接头和钻头体之间焊区质量的优劣，对钻头的质量有很大的影响。它是由钻头胎体、切削齿、钢体和上接头组成，其中胎体是通过炉中高温烧结与钢体结合在起，再通过钢体与上接头的焊接连成一整体。通常钻头焊接是采用焊条电弧焊的方法焊接，焊接质量不稳定，劳动强度大，焊接效率低，而钻头在使用过程中，由于地质条件比较复杂，钻头在井底受到钻压和扭矩的作用，因此易发生脆性断裂，这对焊接质量提出了更高的要求。
2.焊接设备：
PDC钻头熔化及脉冲气体保护焊的设备包括脉冲电源基电源，焊接机床，电器控制及焊接机头五大部分组成
2.1 脉冲电源的的作用是输出脉冲焊接电流，给焊接电弧提供脉冲能量，实现脉冲可控喷射过渡，加热熔化工作。
2.2 基值电源的作用是输出基值电流，预熔焊丝和维持电弧燃烧。
2.3 焊接机床由一台S1-127A管螺纹车床改装而成，主要将主轴的最低转速由7.8r/min调到了1r/min以下。
2.4 焊机的电气控制部分包括程序控制器、主电机控制器、送丝控制器、焊枪提升和焊层显示器五个部分。
2.5 焊接机头包括升降机构、焊丝输送机构及焊枪，通过电气控制部分发出指令可实现送丝或退丝，焊枪提升或下降。
3、焊口型式
钻头接头和钻头体之间采用普通细牙螺纹连接，采用“U”型焊口。见图1
4、焊口加工
钻头接头加工为母螺纹，同轴度为0.1mm，以钻具螺纹的基面节径为基准，螺纹长度公差为L-005，钻头体加工为公螺纹，同轴度同钻头接头，以钻头体保径为基准，螺纹长度公差为L5+00。
5.保护气体
焊接过程中的保护气体选择了AR+5%CO2的混合气体，因为AR是一种惰性气体，几乎不与任何金属产生化学作用，也不溶于金属中，其密度比空气大，而比热容和导电系数比空气小。这些特性使氩气在焊区中能够起到良好的保护作用，且具有很好的稳弧特性。另外AR还能使熔池中的铁水不致流失；CO2是一种多原子气体，它在高温时要吸收热分解成CO和O2，因此，CO2对电弧有较强的冷却作用。另外，加入少量的CO2气能够增大熔池中铁水的张力，使焊接过程中焊缝始终保持合理的成型，从而避免焊接缺陷。
6.焊接
（1）按表1第一层调整规范参数
（2）在第一层焊到约3/4圈时转入中间各层焊接规范。
（3）在接近表层（出现咬边前）转入表层焊接规范，直至焊满焊缝为止。
7.工艺要点
（1）焊接过程中焊缝应保持凹月形，避免出现中间凸起（未焊透）。
（2）焊接过程中弧长应保持在7-10mm，避免短路或断弧现象。
（3）保护气体流量波动为±8%。
（4）焊缝上残渣应及时清除。
8.焊后处理
焊接结束后将钻头及时放入专用保温桶中，缓慢冷却至室温。
为了确保焊接的可靠性，对工件进行了检验。检验结果：
1、经过100%磁粉探伤，未发现裂纹、气孔等缺陷；
2、采用γ射线100%探伤，达到JB4630-94标准的Ⅱ级要求；
9.结论
将熔化极脉冲气体保护自动焊工艺应用到了钻头制造领域，既提高了焊接质量，又提高了焊接效率，节约了焊接成本，降低了劳动强度，推动了焊接自动化的发展；目前国内钻井工具大多采用焊接的方法将工具连接起来，而且焊缝多为环形焊缝，材质为低合金高强钢，因此该种高效的焊接方法在钻井工具制造领域具有广阔的前景。
参考文献
[1] 王震澄、郝廷玺。气体保护焊工艺和设备，西安：西北工业大学出版社 1991.endprint
[摘 要]本文对钻头的焊接性进行分析，制定钻头脉冲气体保护焊工艺参数进行了优选，并对焊接所需的设备、焊接规程进行了阐述。
[关键词]PDC钻头 接头 气体保护 自动焊 应用
中图分类号：TG423 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）42-0006-01
1.前言
PDC钻头是靠剪切作用来破碎岩石的，它比牙轮钻头的压碎岩石，或金刚石孕镶钻头的犁切及研磨岩石更为有效，同时配合螺杆钻具复合钻进定向效果好，目前在中原油田钻井中得到广泛的应用，而PDC钻头接头和钻头体之间焊区质量的优劣，对钻头的质量有很大的影响。它是由钻头胎体、切削齿、钢体和上接头组成，其中胎体是通过炉中高温烧结与钢体结合在起，再通过钢体与上接头的焊接连成一整体。通常钻头焊接是采用焊条电弧焊的方法焊接，焊接质量不稳定，劳动强度大，焊接效率低，而钻头在使用过程中，由于地质条件比较复杂，钻头在井底受到钻压和扭矩的作用，因此易发生脆性断裂，这对焊接质量提出了更高的要求。
2.焊接设备：
PDC钻头熔化及脉冲气体保护焊的设备包括脉冲电源基电源，焊接机床，电器控制及焊接机头五大部分组成
2.1 脉冲电源的的作用是输出脉冲焊接电流，给焊接电弧提供脉冲能量，实现脉冲可控喷射过渡，加热熔化工作。
2.2 基值电源的作用是输出基值电流，预熔焊丝和维持电弧燃烧。
2.3 焊接机床由一台S1-127A管螺纹车床改装而成，主要将主轴的最低转速由7.8r/min调到了1r/min以下。
2.4 焊机的电气控制部分包括程序控制器、主电机控制器、送丝控制器、焊枪提升和焊层显示器五个部分。
2.5 焊接机头包括升降机构、焊丝输送机构及焊枪，通过电气控制部分发出指令可实现送丝或退丝，焊枪提升或下降。
3、焊口型式
钻头接头和钻头体之间采用普通细牙螺纹连接，采用“U”型焊口。见图1
4、焊口加工
钻头接头加工为母螺纹，同轴度为0.1mm，以钻具螺纹的基面节径为基准，螺纹长度公差为L-005，钻头体加工为公螺纹，同轴度同钻头接头，以钻头体保径为基准，螺纹长度公差为L5+00。
5.保护气体
焊接过程中的保护气体选择了AR+5%CO2的混合气体，因为AR是一种惰性气体，几乎不与任何金属产生化学作用，也不溶于金属中，其密度比空气大，而比热容和导电系数比空气小。这些特性使氩气在焊区中能够起到良好的保护作用，且具有很好的稳弧特性。另外AR还能使熔池中的铁水不致流失；CO2是一种多原子气体，它在高温时要吸收热分解成CO和O2，因此，CO2对电弧有较强的冷却作用。另外，加入少量的CO2气能够增大熔池中铁水的张力，使焊接过程中焊缝始终保持合理的成型，从而避免焊接缺陷。
6.焊接
（1）按表1第一层调整规范参数
（2）在第一层焊到约3/4圈时转入中间各层焊接规范。
（3）在接近表层（出现咬边前）转入表层焊接规范，直至焊满焊缝为止。
7.工艺要点
（1）焊接过程中焊缝应保持凹月形，避免出现中间凸起（未焊透）。
（2）焊接过程中弧长应保持在7-10mm，避免短路或断弧现象。
（3）保护气体流量波动为±8%。
（4）焊缝上残渣应及时清除。
8.焊后处理
焊接结束后将钻头及时放入专用保温桶中，缓慢冷却至室温。
为了确保焊接的可靠性，对工件进行了检验。检验结果：
1、经过100%磁粉探伤，未发现裂纹、气孔等缺陷；
2、采用γ射线100%探伤，达到JB4630-94标准的Ⅱ级要求；
9.结论
将熔化极脉冲气体保护自动焊工艺应用到了钻头制造领域，既提高了焊接质量，又提高了焊接效率，节约了焊接成本，降低了劳动强度，推动了焊接自动化的发展；目前国内钻井工具大多采用焊接的方法将工具连接起来，而且焊缝多为环形焊缝，材质为低合金高强钢，因此该种高效的焊接方法在钻井工具制造领域具有广阔的前景。
参考文献
[1] 王震澄、郝廷玺。气体保护焊工艺和设备，西安：西北工业大学出版社 1991.endprint
[摘 要]本文对钻头的焊接性进行分析，制定钻头脉冲气体保护焊工艺参数进行了优选，并对焊接所需的设备、焊接规程进行了阐述。
[关键词]PDC钻头 接头 气体保护 自动焊 应用
中图分类号：TG423 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）42-0006-01
1.前言
PDC钻头是靠剪切作用来破碎岩石的，它比牙轮钻头的压碎岩石，或金刚石孕镶钻头的犁切及研磨岩石更为有效，同时配合螺杆钻具复合钻进定向效果好，目前在中原油田钻井中得到广泛的应用，而PDC钻头接头和钻头体之间焊区质量的优劣，对钻头的质量有很大的影响。它是由钻头胎体、切削齿、钢体和上接头组成，其中胎体是通过炉中高温烧结与钢体结合在起，再通过钢体与上接头的焊接连成一整体。通常钻头焊接是采用焊条电弧焊的方法焊接，焊接质量不稳定，劳动强度大，焊接效率低，而钻头在使用过程中，由于地质条件比较复杂，钻头在井底受到钻压和扭矩的作用，因此易发生脆性断裂，这对焊接质量提出了更高的要求。
2.焊接设备：
PDC钻头熔化及脉冲气体保护焊的设备包括脉冲电源基电源，焊接机床，电器控制及焊接机头五大部分组成
2.1 脉冲电源的的作用是输出脉冲焊接电流，给焊接电弧提供脉冲能量，实现脉冲可控喷射过渡，加热熔化工作。
2.2 基值电源的作用是输出基值电流，预熔焊丝和维持电弧燃烧。
2.3 焊接机床由一台S1-127A管螺纹车床改装而成，主要将主轴的最低转速由7.8r/min调到了1r/min以下。
2.4 焊机的电气控制部分包括程序控制器、主电机控制器、送丝控制器、焊枪提升和焊层显示器五个部分。
2.5 焊接机头包括升降机构、焊丝输送机构及焊枪，通过电气控制部分发出指令可实现送丝或退丝，焊枪提升或下降。
3、焊口型式
钻头接头和钻头体之间采用普通细牙螺纹连接，采用“U”型焊口。见图1
4、焊口加工
钻头接头加工为母螺纹，同轴度为0.1mm，以钻具螺纹的基面节径为基准，螺纹长度公差为L-005，钻头体加工为公螺纹，同轴度同钻头接头，以钻头体保径为基准，螺纹长度公差为L5+00。
5.保护气体
焊接过程中的保护气体选择了AR+5%CO2的混合气体，因为AR是一种惰性气体，几乎不与任何金属产生化学作用，也不溶于金属中，其密度比空气大，而比热容和导电系数比空气小。这些特性使氩气在焊区中能够起到良好的保护作用，且具有很好的稳弧特性。另外AR还能使熔池中的铁水不致流失；CO2是一种多原子气体，它在高温时要吸收热分解成CO和O2，因此，CO2对电弧有较强的冷却作用。另外，加入少量的CO2气能够增大熔池中铁水的张力，使焊接过程中焊缝始终保持合理的成型，从而避免焊接缺陷。
6.焊接
（1）按表1第一层调整规范参数
（2）在第一层焊到约3/4圈时转入中间各层焊接规范。
（3）在接近表层（出现咬边前）转入表层焊接规范，直至焊满焊缝为止。
7.工艺要点
（1）焊接过程中焊缝应保持凹月形，避免出现中间凸起（未焊透）。
（2）焊接过程中弧长应保持在7-10mm，避免短路或断弧现象。
（3）保护气体流量波动为±8%。
（4）焊缝上残渣应及时清除。
8.焊后处理
焊接结束后将钻头及时放入专用保温桶中，缓慢冷却至室温。
为了确保焊接的可靠性，对工件进行了检验。检验结果：
1、经过100%磁粉探伤，未发现裂纹、气孔等缺陷；
2、采用γ射线100%探伤，达到JB4630-94标准的Ⅱ级要求；
9.结论
将熔化极脉冲气体保护自动焊工艺应用到了钻头制造领域，既提高了焊接质量，又提高了焊接效率，节约了焊接成本，降低了劳动强度，推动了焊接自动化的发展；目前国内钻井工具大多采用焊接的方法将工具连接起来，而且焊缝多为环形焊缝，材质为低合金高强钢，因此该种高效的焊接方法在钻井工具制造领域具有广阔的前景。
参考文献
[1] 王震澄、郝廷玺。气体保护焊工艺和设备，西安：西北工业大学出版社 1991.endprint