专利名称：一种钢体pdc钻头表面强化防护工艺的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种防护工艺，尤其涉及一种通过热喷涂技术硬化钢体钻头表面，特别是硬化钻头冠部，以此提高钻头在井下的耐磨性等综合性能的钢体PDC钻头表面强化防护工艺。
背景技术：
钢体PDC钻头是PDC钻头中的一种类别，相对于胎体PDC钻头而言，钢体PDC钻头造型不受刀翼强度限制，冠部主体强度高，生产成本低，效率高。但是钢体钻头在复杂的工况下(如复合磨损，泥浆冲蚀等交替作用)极易出现冠部磨损严重的情况，大大限制了钢体钻头的使用范围。针对这一问题，以往通常采用堆焊的方法，即在钻头冠部敷焊一层耐磨材料。这种工艺的生产效率过低，在复杂的工况下，特别是在大位移的定向井和超深井中，容易发生堆焊层脱落的事故。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种通过热喷涂技术硬化钢体钻头表面，特别是硬化钻头冠部，以此提高钻头在井下的耐磨性等综合性能的钢体PDC钻头表面强化防护工艺。本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的一种钢体PDC钻头表面强化防护工艺，所述工艺包括如下步骤步骤一涂层设计；步骤二 表面预处理；步骤三涂层施工；步骤四保温缓冷；步骤五机械后处理；所述步骤一中的涂层设计包括在施工前明确施工步骤以及确定各施工步骤中的具体操作参数，以利于施工时各工序的紧密衔接，从而最终保证产品质量；所述步骤二中的表面预处理包括冠部凹切、屏蔽非喷涂层、表面粗化和表面净化共四个环节；所述步骤三中的涂层施工包括工件预热、喷涂粘结底层、喷涂工作层共三个环节。在本发明的具体实施例子中，所述冠部凹切包括凹切区域和凹切余量，钢体roc钻头冠部由内锥、顶部、侧翼、肩部和保径五部分组成，在凹切时依次对冠部的这五个组成区域进行打磨，凹切应以满足粘结底层和喷涂层的容量为原则，根据喷涂粉末和基体的材质特性，涂层的厚度为2. 50-3. 00mm，上述涂层在强化钻头抗磨损性的前提下，可以有效的保证涂层与基体的结合强度，故确定凹切的加工余量为3. 0—3. 5mm。
在本发明的具体实施例子中，所述屏蔽非喷涂层包括喷涂区域即为凹切的钻头冠部处，因此只需对钻头冠部上的齿穴进行屏蔽，用与齿穴同尺寸相同的石墨替块屏蔽是首选方案。在本发明的具体实施例子中，所述表面粗化包括用喷砂的方式粗化工件，喷砂压力为O. 6-0. 7Mpa,喷砂介质是石英砂，粒度为O. 5-1. 5mm,喷砂后工件表面粗糙度应达到8-10 μ mRa,喷砂的重点区域为凹切的钻头冠部。在本发明的具体实施例子中，所述表面净化包括用压缩空气吹净钻头体表面的砂粒和其它杂质，然后用丙酮清洗钻头冠部，清洗的重点区域为凹切的钻头冠部。在本发明的具体实施例子中，所述工件预热包括用功率为80KW的中频炉预热，预热时要与可升降平台配合使用，要求升温速率3—5 V /min，中频频率1000Hz，预热温度为550。。。在本发明的具体实施例子中，所述喷涂粘结底层中喷涂方式选择氧一乙炔焰粉末喷涂，喷涂设备采用氧乙炔喷涂炬，使用规格为100目的F512作为喷涂材料，喷涂前应将粉末用电热鼓风干燥箱干燥Ih,干燥温度为100°C,涂层厚度应为O. 10一O. 18mm,氧气表压力3. 5—4. OMpa,乙炔表压力O. 10—0. 14Mpa，喷涂时调整火焰至微碳化焰，垂直于工件表面喷涂，喷涂距离以150— 200mm为宜，喷涂时，喷涂炬的移动面速度为20— 25cm/s。在本发明的具体实施例子中，所述喷涂工作层包括喷涂方式选择氧一乙炔焰粉末喷涂，喷涂设备采用氧乙炔喷涂 炬，使用规格为150目的F102与WC的复合粉末作为喷涂材料，其中WC的含量为60 %，要求粉末杂质含量小于O. 3 %，喷涂前应将粉末用电热鼓风干燥箱干燥lh，干燥温度为100°C，涂层厚度应为2. 5—2. 8mm,氧气表压力3. 5—4. OMpa,乙炔表压力O. 10—0. 14Mpa，喷涂时调整火焰至微碳化焰，垂直于工件表面喷涂，喷涂距离(焰芯端面至工件表面)以150-200mm为宜，喷涂时，喷涂炬的移动面速度为2025cm/s。在本发明的具体实施例子中，所述施工完毕后应立即把钻头放入保温盒中保温缓
*T" ^
冷，保温时间根据经验公式t = ~;^确定，其中T为钻头基体温度，h为钻头基体厚度。
1 200X25在本发明的具体实施例子中，所述机械后处理具体如下选择100目的平形金刚石砂轮对保径半精磨。本发明的积极进步效果在于本发明突破传统认识，采用火焰类热喷涂技术，尤其提出了 “喷涂-重熔-喷涂”的循环式生产工艺，使喷涂材料实现了在涂层和钻头体之间的有机扩散，有效地增强了涂层和钻头体之间的结合强度。本发明以生产效率高，质量优和经济成本低等显著优点，完善发展了钢体PDC钻头的生产工艺。
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施例方式下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。图1是本发明的工艺流程图，参见图1，本发明包括如下步骤步骤一涂层设计；步骤二 表面预处理；步骤三涂层施工；步骤四保温缓冷；步骤五机械后处理。下面为一个具体的实施过程以81//钢体钻头的加工过程为例，实施过程如下
1、涂层设计(I)冠部凹切冠部凹切包括凹切区域和凹切余量.钢体PDC钻头冠部由内锥，顶部，侧翼，肩部和保径五部分组成.在凹切时要依次对冠部的这五个组成区域进行打磨.凹切应以满足粘结底层和喷涂层的容量为原则.根据喷涂粉末和基体的材质特性，涂层的厚度以2. 50-3. OOmm为宜，上述涂层在强化钻头抗磨损性的前提下，可以有效的保证涂层与基体的结合强度。故确定凹切的加工余量为3. 0-3. 5mm。(2)屏蔽非喷涂层喷涂区域即为凹切的钻头冠部处.因此只需对钻头冠部上的齿穴进行屏蔽。(3)表面粗化用喷砂的方式粗化工件.喷砂压力为O. 6-0. 7Mpa,喷砂介质是石英砂，粒度为O. 5—1. 5mm，喷砂后工件表面粗糙度应达到8 —10 μ mRa，喷砂的重点区域为凹切的钻头冠部。(4)表面净化用压缩空气吹净钻头体表面的砂粒和其它杂质，然后用丙酮清洗钻头冠部，清洗的重点区域为凹切的钻头冠部。(5)工件预热用功率为80KW的中频炉预热，预热时要与可升降平台配合使用。要求升温速率3 — 5°C /min,中频频率1000Hz，预热温度为550°C。(6)喷涂粘结底层喷涂方式选择氧一乙炔焰粉末喷涂，喷涂设备采用外国进口的氧乙炔喷涂炬，使用规格为100目的F512作为喷涂材料，要求镍粉含量为95 %，喷涂前应将粉末用电热鼓风干燥箱干 燥lh，干燥温度为100°C，涂层厚度应为O. 10—0. 18_，氧气表压力3. 5—4. OMpa,乙炔表压力O. 10—0. HMpa0喷涂时调整火焰至微碳化焰，垂直于工件表面喷涂，喷涂距离(焰芯端面至工件表面)以150— 200mm为宜，喷涂时喷涂炬的移动面速度为20—25cm/s。F512可以选用市场上可以方便买到的上海斯米克供应的F512喷涂材料。(7)喷涂工作层喷涂方式选择氧一乙炔焰粉末喷涂，喷涂设备采用外国进口的氧乙炔喷涂炬，使用规格为150目的F102与WC的复合粉末作为喷涂材料，其中WC的含量为60 %。要求粉末杂质含量小于O. 3 %。喷涂前应将粉末用电热鼓风干燥箱干燥Ih,干燥温度为100°C，涂层厚度应为2.52.8mm。氧气表压力3. 5 — 4. OMpa，乙炔表压力O. 10—O. HMpa0喷涂时调整火焰至微碳化焰，垂直于工件表面喷涂，喷涂距离(焰芯端面至工件表面)以150— 200mm为宜，喷涂时，喷涂炬的移动面速度为20— 25cm/s。F102可以选用市场上可以方便买到的河北恒瑞特种耐磨焊条厂供应的F102喷涂材料。2、表面预处理(I)冠部凹切使用电动角向磨光机对钻头冠部的内锥、顶部、侧翼、肩部、保径的正面及两侧面进行凹切打磨，凹切时的打磨加工余量为3. 0—3. 5mm。(2)屏蔽非喷涂层根据齿穴尺寸选择对应的石墨替块(1913，1308等)填充屏蔽。(3)表面粗化将喷砂机的喷砂压力调整至O. 6—0. 7Mpa，以粒度为O. 5—1. 5的石英砂为喷砂介质对凹切的钻头冠部进行粗化处理，喷砂后的工件表面粗糙度应达到8—10 μ mRa。(4)表面净化用压缩空气吹净钻头体表面的砂粒和其它杂质。然后用丙酮清洗钻头冠部，清洗的重点区域为凹切的钻头冠部。
(5)工件预热用功率为80KW的中频炉预热，预热时要与可升降平台配合使用。要求升温速率3 — 5°C /min,中频频率1000Hz，预热温度为550°C。3、涂层施工( I)喷涂粘结底层喷涂方式选择氧一乙炔焰粉末喷涂，喷涂设备采用外国进口的氧乙炔喷涂炬，使用规格为100目的F512作为喷涂材料，要求镍粉含量为95 %。喷涂前应将粉末用电热鼓风干燥箱干燥lh，干燥温度为100°C。涂层厚度应为O. 10—0. 18_。氧气表压力3. 5—4. OMpa,乙炔表压力O. 10—0. HMpa0喷涂时调整火焰至微碳化焰，垂直于工件表面喷涂，喷涂距离(焰芯端面至工件表面)以150-200mm为宜，喷涂时喷涂炬的移动面速度为20_25cm/s。(2)喷涂工作层喷涂方式选择氧一乙炔焰粉末喷涂，喷涂设备采用外国进口的氧乙炔喷涂炬，使用规格为150目的F102与WC的复合粉末作为喷涂材料，其中WC的含量为60 %。要求粉末杂质含量小于O. 3 %。喷涂前应将粉末用电热鼓风干燥箱干燥lh，干燥温度为100°C，涂层厚度应为2. 52. 8mm，氧气表压力3. 54. OMpa,乙炔表压力O. 100. HMpa0喷涂时调整火焰至微碳化焰，垂直于工件表面喷涂，喷涂距离(焰芯端面至工件表面)以150—200mm为宜，喷涂时喷涂炬的移动面速度为20_25cm/s。4、保温缓冷施工完毕后应立即把钻头放入保温盒中保温缓冷，保温时间根据经
验公示
权利要求
1.一种钢体PDC钻头表面强化防护工艺，其特征在于所述工艺包括如下步骤 步骤一涂层设计； 步骤二 表面预处理； 步骤三涂层施工； 步骤四保温缓冷； 步骤五机械后处理； 所述步骤一中的涂层设计包括在施工前明确施工步骤以及确定各施工步骤中的具体操作参数； 所述步骤二中的表面预处理包括冠部凹切、屏蔽非喷涂层、表面粗化和表面净化共四个环节；所述步骤三中的涂层施工包括工件预热、喷涂粘结底层、喷涂工作层共三个环节。
2.根据权利要求1所述的钢体PDC钻头表面强化防护工艺，其特征在于所述冠部凹切包括凹切区域和凹切余量，钢体PDC钻头冠部由内锥、顶部、侧翼、肩部和保径五部分组成，在凹切时依次对冠部的这五个组成区域进行打磨，凹切应以满足粘结底层和喷涂层的容量为原则，根据喷涂粉末和基体的材质特性，涂层的厚度为2. 50-3. 00mm，上述涂层在强化钻头抗磨损性的前提下，可以有效的保证涂层与基体的结合强度，故确定凹切的加工余量为 3. O—3. 5mm。
3.根据权利要求1所述的钢体PDC钻头表面强化防护工艺，其特征在于所述屏蔽非喷涂层包括喷涂区域即为凹切的钻头冠部处，因此只需对钻头冠部上的齿穴进行屏蔽。
4.根据权利要求1所述的钢体PDC钻头表面强化防护工艺，其特征在于所述表面粗化包括用喷砂的方式粗化工件，喷砂压力为O. 6-0. 7Mpa,喷砂介质是石英砂，粒度为O. 5—1.5mm,喷砂后工件表面粗糙度应达到8 —10 μ mRa,喷砂的重点区域为凹切的钻头冠部。
5.根据权利要求1所述的钢体PDC钻头表面强化防护工艺，其特征在于所述表面净化包括用压缩空气吹净钻头体表面的砂粒和其它杂质，然后用丙酮清洗钻头冠部，清洗的重点区域为凹切的钻头冠部。
6.根据权利要求1所述的钢体PDC钻头表面强化防护工艺，其特征在于所述工件预热包括用功率为80KW的中频炉预热，预热时要与可升降平台配合使用，要求升温速率3—50C /min,中频频率1000Hz，预热温度为550°C。
7.根据权利要求1所述的钢体PDC钻头表面强化防护工艺，其特征在于所述喷涂粘结底层中喷涂方式选择氧一乙炔焰粉末喷涂，喷涂设备采用氧乙炔喷涂炬，使用规格为100目的F512作为喷涂材料，喷涂前应将粉末用电热鼓风干燥箱干燥lh，干燥温度为100°C，涂层厚度应为O. 10—0. 18_，氧气表压力3. 5—4. OMpa,乙炔表压力O. 10—0. 14Mpa，喷涂时调整火焰至微碳化焰，垂直于工件表面喷涂，喷涂距离以150—200mm为宜，喷涂时，喷涂炬的移动面速度为20— 25cm/s。
8.根据权利要求1所述的钢体PDC钻头表面强化防护工艺，其特征在于所述喷涂工作层包括喷涂方式选择氧-乙炔焰粉末喷涂，喷涂设备采用氧乙炔喷涂炬，使用规格为150目的F102与WC的复合粉末作为喷涂材料，其中WC的含量为60 %，要求粉末杂质含量小于O.3 %，喷涂前应将粉末用电热鼓风干燥箱干燥lh，干燥温度为100°C，涂层厚度应为2. 5—.2.8mm，氧气表压力3. 5-4. OMpa,乙炔表压力O. 10-0. 14Mpa，喷涂时调整火焰至微碳化焰，垂直于工件表面喷涂，喷涂距离(焰芯端面至工件表面)以150200mm为宜，喷涂时，喷涂炬的移动面速度为20— 25cm/s。
9.根据权利要求3所述的钢体PDC钻头表面强化防护工艺，其特征在于所述施工完 毕后应立即把钻头放入保温盒中保温缓冷，保温时间根据经验公式
10.根据权利要求1所述的钢体PDC钻头表面强化防护工艺，其特征在于所述机械后处理具体如下选择100目的平形金刚石砂轮对保径半精磨。
全文摘要
本发明涉及一种钢体PDC钻头表面强化防护工艺，包括如下步骤涂层设计、表面预处理、涂层施工、保温缓冷、机械后处理；涂层设计包括在施工前明确施工步骤以及确定各施工步骤中的具体操作参数；表面预处理包括冠部凹切、屏蔽非喷涂层、表面粗化和表面净化共四个环节；涂层施工包括工件预热、喷涂粘结底层、喷涂工作层共三个环节。本发明突破传统认识，采用火焰类热喷涂技术，尤其提出了“喷涂—重熔—喷涂”的循环式生产工艺，使喷涂材料实现了在涂层和钻头体之间的有机扩散，有效地增强了涂层和钻头体之间的结合强度。本发明以生产效率高，质量优和经济成本低等显著优点，完善发展了钢体PDC钻头的生产工艺。
文档编号E21B10/00GK103045985SQ20121055995
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者李朋, 张明利, 张敏, 何樱子 申请人:上海中盟石油天然气有限公司, 上海融智金刚石钻头有限公司