PDC鉆頭熔化極脈沖氣體保護自動焊工藝

前言
　　PDC鉆頭是靠剪切作用來破碎巖石的，它比牙輪鉆頭的壓碎巖石，或金剛石孕鑲鉆頭的犁切及研磨巖石更為有效，同時配合螺桿鉆具復(fù)合鉆進定向效果好，目前在中原油田鉆井中得到廣泛的應(yīng)用，而PDC鉆頭接頭和鉆頭體之間焊區(qū)質(zhì)量的優(yōu)劣，對鉆頭的質(zhì)量有很大的影響。它是由鉆頭胎體、切削齒、鋼體和上接頭組成，其中胎體是通過爐中高溫?zé)Y(jié)與鋼體結(jié)合在起，再通過鋼體與上接頭的焊接連成一整體。通常鉆頭焊接是采用焊條電弧焊的方法焊接，焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，勞動強度大，焊接效率低，而鉆頭在使用過程中，由于地質(zhì)條件比較復(fù)雜，鉆頭在井底受到鉆壓和扭矩的作用，因此易發(fā)生脆性斷裂，這對焊接質(zhì)量提出了更高的要求。
　　2.焊接設(shè)備：
　　PDC鉆頭熔化及脈沖氣體保護焊的設(shè)備包括脈沖電源基電源，焊接機床，電器控制及焊接機頭五大部分組成
　　2.1 脈沖電源的的作用是輸出脈沖焊接電流，給焊接電弧提供脈沖能量，實現(xiàn)脈沖可控噴射過渡，加熱熔化工作。
　　2.2 基值電源的作用是輸出基值電流，預(yù)熔焊絲和維持電弧燃燒。
　　2.3 焊接機床由一臺S1-127A管螺紋車床改裝而成，主要將主軸的最低轉(zhuǎn)速由7.8r/min調(diào)到了1r/min以下。
　　2.4 焊機的電氣控制部分包括程序控制器、主電機控制器、送絲控制器、焊槍提升和焊層顯示器五個部分。
　　2.5 焊接機頭包括升降機構(gòu)、焊絲輸送機構(gòu)及焊槍，通過電氣控制部分發(fā)出指令可實現(xiàn)送絲或退絲，焊槍提升或下降。
　　3、焊口型式
　　鉆頭接頭和鉆頭體之間采用普通細牙螺紋連接，采用“U”型焊口。見圖1
　　4、焊口加工
　　鉆頭接頭加工為母螺紋，同軸度為0.1mm，以鉆具螺紋的基面節(jié)徑為基準，螺紋長度公差為L-005，鉆頭體加工為公螺紋，同軸度同鉆頭接頭，以鉆頭體保徑為基準，螺紋長度公差為L5+00。
　　5.保護氣體
　　焊接過程中的保護氣體選擇了AR+5%CO2的混合氣體，因為AR是一種惰性氣體，幾乎不與任何金屬產(chǎn)生化學(xué)作用，也不溶于金屬中，其密度比空氣大，而比熱容和導(dǎo)電系數(shù)比空氣小。這些特性使氬氣在焊區(qū)中能夠起到良好的保護作用，且具有很好的穩(wěn)弧特性。另外AR還能使熔池中的鐵水不致流失；CO2是一種多原子氣體，它在高溫時要吸收熱分解成CO和O2，因此，CO2對電弧有較強的冷卻作用。另外，加入少量的CO2氣能夠增大熔池中鐵水的張力，使焊接過程中焊縫始終保持合理的成型，從而避免焊接缺陷。
　　6.焊接
　?。?）按表1第一層調(diào)整規(guī)范參數(shù)
　　（2）在第一層焊到約3/4圈時轉(zhuǎn)入中間各層焊接規(guī)范。
　　（3）在接近表層（出現(xiàn)咬邊前）轉(zhuǎn)入表層焊接規(guī)范，直至焊滿焊縫為止。
　　7.工藝要點
　?。?）焊接過程中焊縫應(yīng)保持凹月形，避免出現(xiàn)中間凸起（未焊透）。
　?。?）焊接過程中弧長應(yīng)保持在7-10mm，避免短路或斷弧現(xiàn)象。
　?。?）保護氣體流量波動為±8%。
　?。?）焊縫上殘渣應(yīng)及時清除。
　　8.焊后處理
　　焊接結(jié)束后將鉆頭及時放入專用保溫桶中，緩慢冷卻至室溫。
　　為了確保焊接的可靠性，對工件進行了檢驗。檢驗結(jié)果：
　　1、經(jīng)過100%磁粉探傷，未發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔等缺陷；
　　2、采用γ射線100%探傷，達到JB4630-94標準的Ⅱ級要求；
　　結(jié)論
　　將熔化極脈沖氣體保護自動焊工藝應(yīng)用到了鉆頭制造領(lǐng)域，既提高了焊接質(zhì)量，又提高了焊接效率，節(jié)約了焊接成本，降低了勞動強度，推動了焊接自動化的發(fā)展；目前國內(nèi)鉆井工具大多采用焊接的方法將工具連接起來，而且焊縫多為環(huán)形焊縫，材質(zhì)為低合金高強鋼，因此該種高效的焊接方法在鉆井工具制造領(lǐng)域具有廣闊的前景。