本發明涉及耐磨層的敷焊材料，尤其是一種用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩及其制備方法。

　　背景技術：

　　：隨著地質勘探鉆井技術的進步，鉆井泵壓不斷提高，鋼體鉆頭的沖蝕失效問題日益加重，嚴重影響了鉆井速度。石油鉆井鉆頭應對的工況也越來越復雜、惡劣，對鉆頭上耐磨敷焊層的耐磨性也提出了越來越高的要求。鉆頭上需要提高耐磨性的區域較多，從鉆頭的使用工況和耐磨性的要求看，一種是對低應力下的耐磨性要求較高，低應力下的耐磨性通常用astmg65標準方法測量評價；另一種是對高應力下的耐磨性要求較高，高應力下的耐磨性通常用astmb611標準方法測量評價。根據鉆頭使用工況的復雜性，在鉆頭的不同部位需要應用不同性能特點的敷焊焊條，以提高鉆頭的整體性能。針對上述問題，現有技術中通常采用堆焊的方法進行改進，即用氧氣乙炔焰的方法將碳化鎢管狀焊條堆焊在鋼體鉆頭表面。堆焊是在零部件表面熔覆上一層耐磨、耐熱、耐蝕的合金層，從而實現堆焊層與基體之間、堆焊層內顆粒之間的冶金結合，堆焊層與基體的結合，以增強其強度、使其不易脫落。但管狀焊條的堆焊的方法也存在一些問題：堆焊層的耐磨性不高，鉆頭的冠部和保徑在研磨性地層易于磨損；堆焊的致密性不高，碳化鎢管狀焊條熔化后的流動性低，堆焊后表面凹凸不平；在制造鉆頭中，需要對堆焊層表面進行長時間的打磨，降低了鉆頭的生產效率。技術實現要素：針對上述不足，本發明旨在提供一種用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩，本發明所述用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩的中采用了鎳基合金粉作為粘結金屬，而鎳基合金具有熔點低、流動性好、與wc顆粒和鋼件的潤濕性良好的特點，提升了柔性焊的柔性焊繩焊接性能、焊接效率、焊層的平整性和減少了焊層的孔隙缺陷。柔性焊繩中采用包覆金剛石顆粒、硬質合金球粒、球形鑄造碳化鎢顆粒和鑄造碳化鎢顆粒作為硬質相，提升焊層的耐磨性能。本發明所述柔性焊繩為成盤生產包裝，每盤重量(單根)一般為10～20kg，也免去了像管狀焊條使用時需要不斷續接的問題，有利于提高鋼體鉆頭堆焊的效率。本發明通過調整硬質相顆粒和鎳基合金的具體組分，使得柔性焊繩具有良好的焊接性能和耐磨性能。本發明所述柔性焊繩也不僅僅適合用于牙輪鉆頭和鋼體鉆頭的表面強化，也可用于其它鋼鐵材料的表面的強化。為實現上述目的，本發明提供的技術方案是：一種用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩，由以下重量百分比組分組成：0～2％金剛石顆粒、25～40％硬質合金球粒、10～25％球形鑄造碳化鎢顆粒、0～15％鑄造碳化鎢顆粒、35～40％鎳基合金粉、0.5～2％粘結劑和3～5％鎳絲。作為本發明的一個具體實施方式，所述的鎳基合金粉由以下重量百分比組成：鎳70～85％、鉻5～20％、硼1～4％、硅2～5％、鐵0～8％。作為本發明的一個具體實施方式，所述的金剛石顆粒為包覆金剛石顆粒，包覆金屬為w、ti和/或ni，包覆金剛石顆粒粒度按iso標準篩為60～100目。作為本發明的一個具體實施方式，所述硬質合金球粒的粒度按iso標準篩為10～30目。作為本發明的一個具體實施方式，所述硬質合金球粒中各元素所占重量百分比為：5～8％co、5.2～5.9％c、86～89％w。作為本發明的一個具體實施方式，所述球形鑄造碳化鎢顆粒和鑄造碳化鎢顆粒的粒度按iso標準篩為40～200目。作為本發明的一個具體實施方式，所述球形鑄造碳化鎢顆粒和鑄造碳化鎢顆粒中c和w相同，即球形鑄造碳化鎢顆粒和鑄造碳化鎢顆粒的各元素所占重量百分比均為：≥95.0％w、3.8～4.1％c。作為本發明的一個具體實施方式，所述鎳絲的直徑為φ0.5mm～φ1.5mm，ni質量百分比≥98％。作為本發明的一個具體實施方式，所述粘結劑為環氧樹脂和/或纖維素。為了使得本領域技術人員更好的了解本發明所述焊繩，本發明還提供了上述用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩的制備方法，包括以下步驟：將0～2％金剛石顆粒、25～40％硬質合金球粒、10～25％球形鑄造碳化鎢顆粒、0～15％鑄造碳化鎢顆粒、35～40％鎳基合金粉和0.5～2％粘結劑在攪拌器內攪拌為泥狀并置于擠壓機內擠出，同時將鎳絲通過送絲機送出，獲得鎳絲位于中心部位的繩條狀的焊繩半成品，經干燥后獲得柔性焊繩。本發明與現有技術相比，具有以下優點：本發明所述用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩中采用了鎳基合金粉作為粘結金屬，而鎳基合金具有熔點低、流動性好、與wc顆粒和鋼件的潤濕性良好的特點，提升了柔性焊的柔性焊繩焊接性能、焊接效率、焊層的平整性和減少了焊層的孔隙缺陷。柔性焊繩中采用包覆金剛石顆粒、硬質合金球粒、球形鑄造碳化鎢顆粒和鑄造碳化鎢顆粒作為硬質相，提升焊層的耐磨性能。本發明所述用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩為成盤生產包裝，每盤重量(單根)一般為10～20kg，也免去了像管狀焊條使用時需要不斷續接的問題，有利于提高鋼體鉆頭堆焊的效率。本發明通過調整硬質相顆粒和鎳基合金的具體組分，使得用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩具有良好的焊接性能和耐磨性能。本發明所述用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩也不僅僅適合用于牙輪鉆頭和鋼體鉆頭的表面強化，也可用于其它鋼鐵材料的表面的強化。將本發明所制得的用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩分別進行磨損量以及耐磨性的性能評價，應用astmb611標準方法進行了敷焊層耐磨性的測量評價，并與國際上現有的性能先進的同類焊繩的性能進行對比，實驗結果表明：與現有國際某焊繩產品相比，按astmb611(測定硬質材料高應力耐磨性的標準試驗方法)標準方法(主要特征是鋼輪、濕式磨粒磨損、磨粒為剛玉)進行性能測試。結果顯示，本發明所述用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩的耐磨性相較于國際上現有的性能先進的同類焊繩的耐磨性提高27％-47.1％。具體實施方式下面結合實施例對本發明做進一步的描述，但本發明的保護范圍不限于所述的實施例。實施例1-3所述柔性焊繩通過以下步驟制備而得：將0～2％金剛石顆粒、25～40％硬質合金球粒、10～25％球形鑄造碳化鎢顆粒、0～15％鑄造碳化鎢顆粒、35～40％鎳基合金粉和0.5～2％粘結劑在攪拌器內攪拌為泥狀并置于擠壓機內擠出，同時將鎳絲通過送絲機送出，獲得鎳絲位于中心部位的繩條狀的焊繩半成品，經干燥后獲得柔性焊繩。將下述實施例1-3所制得的用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩分別進行磨損量以及耐磨性的性能評價，應用astmb611標準方法進行了敷焊層耐磨性的測量評價，并與國際上現有的性能先進的同類焊繩的性能進行對比，對比結果詳見表1：表1本發明焊條與現用焊條性能對比astmb611磨損量(g)astmb611耐磨性能提升(％)國外某焊繩0.5225-實施例1所得焊繩0.411327.0實施例2所得焊繩0.371640.6實施例3所得焊繩0.365247.1實施例1一種直徑為φ6用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩，包括以下重量百分比組分：0％金剛石顆粒、25％硬質合金球粒、25％球形鑄造碳化鎢顆粒、8％鑄造碳化鎢顆粒，40％鎳基合金粉和2％有機粘結劑。其中，金剛石顆粒粒度是40～60目，硬質合金球粒粒度是16～30目，球形鑄造碳化鎢顆粒粒度是40～200目，鑄造碳化鎢顆粒粒度40-200目，上述粒度均按iso標準篩。其中，鎳基合金粉中各組分重量百分比為：鎳81％、鉻10％、硼2.5％、硅3.5％、鐵3％。其中，鎳絲直徑為φ1.2。實驗結果表明：與現有國際某焊繩產品相比，按astmb611(測定硬質材料高應力耐磨性的標準試驗方法)標準方法(主要特征是鋼輪、濕式磨粒磨損、磨粒為剛玉)進行性能測試，本實施例所得用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩的耐磨性提高27％。實施例2一種直徑為φ6用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩，包括以下重量百分比組分：1％金剛石顆粒、30％硬質合金球粒、25％球形鑄造碳化鎢顆粒、7％鑄造碳化鎢顆粒，35％鎳基合金粉和2％有機粘結劑。其中，金剛石顆粒粒度是40～60目，硬質合金球粒粒度是16～30目，球形鑄造碳化鎢顆粒粒度是40～200目，鑄造碳化鎢顆粒粒度40-200目，上述粒度均按iso標準篩。其中，鎳基合金粉中各組分重量百分比為：鎳81％、鉻10％、硼2.5％、硅3.5％、鐵3％。其中，鎳絲直徑φ1.2。實驗結果表明：與現有國際某焊繩產品相比，按astmb611(測定硬質材料高應力耐磨性的標準試驗方法)標準方法(主要特征是鋼輪、濕式磨粒磨損、磨粒為剛玉)進行性能測試，本實施例所得用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩的耐磨性提高40.6％。實施例3：一種直徑為φ8用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩，包括以下重量百分比組分：1％金剛石顆粒、40％硬質合金球粒、20％球形鑄造碳化鎢顆粒、2％鑄造碳化鎢顆粒，35％鎳基合金粉和2％有機粘結劑。其中，金剛石顆粒粒度是40～60目，硬質合金球粒粒度是16～30目，球形鑄造碳化鎢顆粒粒度是40～200目，鑄造碳化鎢顆粒粒度40-200目，上述粒度均按iso標準篩。其中，鎳基合金粉中各組分重量百分比為：鎳85％、鉻7％、硼2.0％、硅3.0％、鐵3％。其中，鎳絲直徑φ1.5。實驗結果表明：與現有國際某焊繩產品相比，按astmb611(測定硬質材料高應力耐磨性的標準試驗方法)標準方法(主要特征是鋼輪、濕式磨粒磨損、磨粒為剛玉)進行性能測試，本實施例所得用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩的耐磨性提高47.1％。由此可見，本發明所述用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩的中采用了鎳基合金粉作為粘結金屬，而鎳基合金具有熔點低、流動性好、與wc顆粒和鋼件的潤濕性良好的特點，提升了柔性焊的柔性焊繩焊接性能、焊接效率、焊層的平整性和減少了焊層的孔隙缺陷。柔性焊繩中采用包覆金剛石顆粒、硬質合金球粒、球形鑄造碳化鎢顆粒和鑄造碳化鎢顆粒作為硬質相，提升焊層的耐磨性能。本發明所述柔性焊繩為成盤生產包裝，每盤重量(單根)一般為10～20kg，也免去了像管狀焊條使用時需要不斷續接的問題，有利于提高鋼體鉆頭堆焊的效率。本發明通過調整硬質相顆粒和鎳基合金的具體組分，使得柔性焊繩具有良好的焊接性能和耐磨性能。本發明所述柔性焊繩也不僅僅適合用于牙輪鉆頭和鋼體鉆頭的表面強化，也可用于其它鋼鐵材料的表面的強化。當前第1頁12

　　技術特征：

　　1.一種用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩，其特征在于，由以下重量百分比組分組成：0～2％金剛石顆粒、25～40％硬質合金球粒、10～25％球形鑄造碳化鎢顆粒、0～15％鑄造碳化鎢顆粒、35～40％鎳基合金粉、0.5～2％粘結劑和3～5％鎳絲。

　　2.根據權利要求1所述用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩，其特征在于，所述的鎳基合金粉由以下重量百分比組成：鎳70～85％、鉻5～20％、硼1～4％、硅2～5％、鐵0～8％。

　　3.根據權利要求1所述用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩，其特征在于，所述的金剛石顆粒為包覆金剛石顆粒，包覆金屬為w、ti和/或ni；進一步地，包覆金剛石顆粒粒度按iso標準篩為60～100目。

　　4.根據權利要求1所述的用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩，其特征在于，所述硬質合金球粒的粒度按iso標準篩為10～30目。

　　5.根據權利要求1所述的用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩，其特征在于，所述硬質合金球粒中各元素所占重量百分比為：5～8％co、5.2～5.9％c、86～89％w。

　　6.根據權利要求1所述的用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩，其特征在于，所述球形鑄造碳化鎢顆粒和鑄造碳化鎢顆粒的粒度按iso標準篩為40～200目。

　　7.根據權利要求6所述的用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩，其特征在于，所述球形鑄造碳化鎢顆粒和鑄造碳化鎢顆粒的各元素所占重量百分比均為：≥95.0％w、3.8～4.1％c。

　　8.根據權利要求1所述的用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩，其特征在于，所述鎳絲的直徑為φ0.5mm～φ1.5mm，ni質量百分比≥98％。

　　9.根據權利要求1所述的用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩，其特征在于，所述粘結劑為環氧樹脂和/或纖維素。

　　10.一種如權利要求1-9任一所述用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

　　將0～2％金剛石顆粒、25～40％硬質合金球粒、10～25％球形鑄造碳化鎢顆粒、0～15％鑄造碳化鎢顆粒、35～40％鎳基合金粉和0.5～2％粘結劑在攪拌器內攪拌為泥狀并置于擠壓機內擠出，同時將鎳絲通過送絲機送出，獲得鎳絲位于中心部位的繩條狀的焊繩半成品，經干燥后獲得柔性焊繩。

　　技術總結

　　本發明公開了一種用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩，所述焊繩由以下重量百分比組分組成：0～2％金剛石顆粒、25～40％硬質合金球粒、10～25％球形鑄造碳化鎢顆粒、0～15％鑄造碳化鎢顆粒、35～40％鎳基合金粉、0.5～2％粘結劑和3～5％鎳絲；本發明通過調整硬質相顆粒和鎳基合金的具體組分，使得柔性焊繩具有良好的焊接性能和耐磨性能；且不僅僅適合用于牙輪鉆頭和鋼體鉆頭的表面強化，也可用于其它鋼鐵材料的表面的強化。本發明還公開了上述用于鋼體鉆頭堆焊的硬質合金耐磨柔性焊繩的制備方法。

　　技術研發人員：余偉;王維民;李玉璽;顏維;雷勇;曾華;賀香堅

　　受保護的技術使用者：自貢長城硬面材料有限公司

　　技術研發日：2020.05.29

　　技術公布日：2020.07.31