PDC钻头自动感应焊接装置的研究.doc

PDC钻头自动感应焊接装置的研究
收稿日期:2004-07-06
作者简介:丁景祥(1952-),男(汉族),陕西人,煤炭科学研究总院西安分院钻探研究所高级工程师,自动控制专业,从事钻探工程自动化的
研究工作,陕西省西安市西影路102号,[phone],[e-mail]。
PDC钻头自动感应焊接装置的研究
丁景祥
(煤炭科学研究总院西安分院,陕西西安710054)
摘要:根据目前PDC钻头生产存在的问题,研究了单工位、双工位及八工位PDC钻头自动感应焊接装置,介绍了
方案设计及试验情况。
关键词:钻探工程;PDC钻头;自动感应焊接;感应加热;焊接控制装置
中图分类号:P634.4+1;TG439.9文献标识码:A文章编号:1672-7428(2004)11-0041-03
ResearchonAutomaticallyInductiveWeldingEquipmentforPDCBits/DINGJing-xiang(XianBranchofChinaCoal
ResearchInstitute,Xi’anShanxi710054,China)
Abstract:TheautomaticallyinductiveweldingequipmentsforPDCbits,whichhavesingle,double,octupleworkingpo-
sition,havebeenresearched,inviewofthecurrentPDCbitmanufactureproblems.Thealternativedesignsandapplica-
tionsareintroduced.
Keywords:drillingengineering;PDCbits;automaticallyinductiveweld;inductiveheating;weldcontroldevice
1问题的提出
在钻探工程所用钻头的生产制造中,先进的生
产设备是决定钻头生产效率和质量的重要因素,对
保证钻头产品优质、高效、低耗起着决定性作用。目
前国内钻头产品生产制造所用设备基本上都是一些
老式设备,钻头生产所用的工艺方法也是手工作业
的工艺方法。使用的钻头生产设备和火焰焊接方
法,存在加热不均匀,焊缝易出现气孔、加渣,焊接质
量不稳定,工人劳动强度大等问题,这些设备和工艺
方法已不能满足当今市场大批量、大规模生产经营
的要求,已成为制约钻头生产的主要障碍。因此,钻
头生产设备和工艺方法的改造、更新换代,建设适应
现代化钻头批量、规模化生产的设备和工艺方法,就
成为提高钻头生产效率和质的首要任务。为此,我
们对钻头自动感应焊接装置进行了研究试验。
2钻头感应焊接的原理
当感应电流流经感应线圈时,会在线圈的周围
产生感应磁场,此时钻头钢体金属材料置于该磁场
中,在金属中会产生涡流,利用涡流产生的焦耳热来
加热,称之感应加热。钻头感应自动焊接设备包括
感应加热电源、焊接时刀头加压和复合片扶正等设
备,电源控制、温度控制、焊接工作步骤控制、焊接加
压和刀头扶正数字控制等控制系统。采用集成、数
字电路控制、IGBT电源设备,具有较高的可靠性。
感应加热与燃烧加热相比,具有燃烧加热方式
无法实现的很多优点:频率自动跟踪;加热速度快,
热效率高;加热时间短,金属表面不易氧化;具有较
小的热变形;在其频率范围内可自由选择加工范围;
计算机监控系统,易于实现自动化控制;易与各种配
置形成流水线或自动线;设备成套率高。
钻头感应焊接是钻头内侧钢体与复合片银焊,
是用圆环节能内磁场加热感应器,利用感应磁场的
圆环效应和集夫效应使钻头钢体与金刚石复合片加
热进行焊接。钻头的感应焊接生产设备都是一些专
用设备,市场没有直接购买回来便可使用的现成设
备,PDC钻头感应焊接设备也是如此。目前飞速发
展的电子控制技术为各行各业也为钻探行业和
PDC钻头感应焊接设备的研发提供了良好的条件。
3方案设计研究
根据PDC钻头生产制造的具体情况,设计了3
套PDC钻头自动感应焊接方案。
3.127mmPDC锚杆钻头感应单工位焊接
采用IGBT感应焊接电源,对锚杆钻头进行焊
接加热,用时间控制焊接过程,用单工位感应焊接气
动工装进行锚杆钻头的焊接。该方案通过简易感应
加热电源和单工位感应焊接工装来研究适应27
412004年第11期探矿工程(岩土钻掘工程)mmPDC锚杆钻头的感应焊接工艺,为实现PDC钻
头全自动感应焊接设备的研制积累经验,从而达到
稳定提高27mmPDC锚杆钻头生产质量的目的。
3.2PDC锚杆钻头感应双工位焊接
加热锚杆钻头,考虑生产效率和设备的利用率,
采用多匝串联感应器,同时焊接5个钢体工件。为
合理使用感应电源,采