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[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,通过电气控制部分发出指令可实现送丝或退丝,焊提升或下降.
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.