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合鉆進定向效果好，目前在中原油田鉆井中得到廣泛的應用，而PDC鉆頭接頭和鉆頭體之間焊區質量的優劣，對鉆頭的質量有很大的影響。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燒結與鋼體結合在起，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，焊接質量不穩定，勞動強度大，焊接效率低，而鉆頭在使用過程中，由于地質條件比較復雜，鉆頭在井底受到鉆壓和扭矩的作用，因此易發生脆性斷裂，這對焊接質量提出了更高的要求。
　　2.焊接設備：
　　PDC鉆頭熔化及脈沖氣體保護焊的設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速由7.8r/min調到了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、焊絲輸送機構及焊槍，通過電氣控制部分發出指令可實現送絲或退絲，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生化學作用，也不溶于金屬中，其密度比空氣大，而比熱容和導電系數比空氣小。這些特性使氬氣在焊區中能夠起到良好的保護作用，且具有很好的穩弧特性。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
　　（1）按表1第一層調整規范參數
　　（2）在第一層焊到約3/4圈時轉入中間各層焊接規范。
　　（3）在接近表層（出現咬邊前）轉入表層焊接規范，直至焊滿焊縫為止。
　　7.工藝要點
　　（1）焊接過程中焊縫應保持凹月形，避免出現中間凸起（未焊透）。
　　（2）焊接過程中弧長應保持在7-10mm，避免短路或斷弧現象。
　　（3）保護氣體流量波動為±8%。
　　（4）焊縫上殘渣應及時清除。
　　8.焊后處理
　　焊接結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。檢驗結果：
　　1、經過100%磁粉探傷，未發現裂紋、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；
　　結論
　　將熔化極脈沖氣體保護自動焊工藝應用到了鉆頭制造領域，既提高了焊接質量，又提高了焊接效率，節約了焊接成本，降低了勞動強度，推動了焊接自動化的發展；目前國內鉆井工具大多采用焊接的方法將工具連接起來，而且焊縫多為環形焊縫，材質為低合金高強鋼，因此該種高效的焊接方法在鉆井工具制造領域具有廣闊的前景。