对于石油钻头自激振荡脉冲喷嘴真空扩散焊接工艺正交试验研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报(江汉石油学院学报)2009年12月第31卷第6期JournalofOilandGasTechnology(J．JpI)Dec．2009Vo1．31No．6石油钻头自激振荡脉冲喷嘴真空扩散焊接工艺正交试验研究杨雄(长江大学机械工程学院，湖北荆州434023)[摘要]针对石油钻头自激振荡脉冲喷嘴结构复杂和制造困难的问题，提出用“模压法分段成形加真空扩散焊连接”制造的新工艺。采用正交试验法，通过极差分析和方差分析，研究了扩散焊接温度、焊接压力和焊接时间等工艺参数对自激振荡脉冲喷嘴焊接接

2、头抗剪强度的影响，确定了因素的主次顺序、因素的最佳水平组合及扩散焊接的最佳工艺参数。试验结果表明，当采用焊接温度1050℃、焊接压力120MPa和焊接时间20min的参数组合时，可获得强度高、致密性好和耐冲蚀的焊接接头，其抗剪强度≥750MPa。该研究可为选择石油钻头自激振荡脉冲喷嘴真空扩散焊接的最佳工艺方案提供依据。[关键词]石油钻头；喷嘴；自激振荡脉冲喷嘴；真空扩散焊接；正交优化试验[中图分类号]TE921．106[文献标识码]A[文章编号]1000～9752(2009)O6一o161一O4在牙轮钻头和PDC钻头上采用自激振荡

3、脉冲喷嘴，有利于改善井底流场，提高破岩能力，增加钻头进尺，提高机械钻速，从而降低钻井成本。多年来国内外在研制自激振荡脉冲喷嘴方面作了大量的研究试验工作，特别是在理论上探讨了在钻井条件下射流压力和水功率衰减的基本规律，建立了射流到达井底水力能等的计算模式，为这种新型喷嘴的设计提供了理论依据。各高校和工厂也先后设计出多种自激振荡脉冲喷嘴]，部分喷嘴正在石油钻井工程中试验和推广应用，但大多数仍停留在设计阶段。造成这种局面的主要原因是这些喷嘴多为复杂型腔结构，材料一般为硬质合金，因此，加工和制造较为困难，且费用高。为了解决石油钻头自激振荡

4、脉冲喷嘴制造困难的问题，长江大学和江汉油田共同开发了“模压法分段成形加真空扩散焊连接”的新工艺，即先采用技术成熟、质量高、成本低的模压法和粉末冶金烧结的方法制造自激振荡脉冲喷嘴的组件，再利用高强度、高致密的真空扩散焊将各组件连接成形的新工艺，以满足各种石油钻头新型喷嘴制造的需要。为此，笔者通过正交试验来研究石油钻头自激振荡脉冲喷嘴真空扩散焊接时焊接温度、焊接压力、焊接时间等工艺参数对焊接接头力学性能的影响，确定影响接头质量的主次因素和它们的显著性，并得出最佳焊接工艺参数，为石油钻头自激振荡脉冲喷嘴真空扩散焊接工艺参数的确定提供依据

5、。1试验目的及条件1．1试验目的1)应用极差分析法确定石油钻头自激振荡脉冲喷嘴真空扩散焊接中焊接温度、焊接压力和焊接时间等因素的主次和各试验因素的最佳水平；2)应用方差分析法判断因素的主次和显著性；3)依据试验因素主次、显著性综合平衡得出各因素在试验范围内的最佳组合。[收稿日期]2009—10一o7[基金项目]湖；I~-N高等学校优秀中青年科技创新团队项目(T200906)。[作者简介]杨雄(1960一)，男，1982年大学毕业，硕士，教授，现从事现代加工技术和工程测试与控制等方面的教学和研究工作。学兔兔www.xuetutu.c

6、om石油天然气学报(江汉石油学院学报)2009年12月1．2试验条件试验材料为YG11硬质合金，试样尺寸为15mm×10mm，试验设备为V—WSH650多功能真空扩散焊机，采用10ffm厚度的冷轧Ni箔作中间层材料，全部试验在1．2Xl0一。Pa的真空度下完成。该试验以焊接接头的抗剪强度作为评判焊接质量的标准。2正交试验方案设计在真空度和中间层材料确定的情况下，表1因素水平表对焊接接头抗剪强度起主要作用的因素有：焊接温度(A)、焊接压力(B)和焊接时间(c)。选用这3个因素作为研究对象，每个试验因素取3个水平，即按3因素3水平正交

7、试验设计，选用L。(3。)正交表设计试验方案]，共需要9次数值模拟试验(全面试验需要27次)。表2正交试验设计方案及试验结果正交试验设计因素水平如表1所示，正交试验试验曼童圈童旦旦垂抗剪强度r——序号焊接温度／'c焊接压力／MPa焊接时间／rain／MPa设计方案如表2所示。11122233l{((；；1l0O0OOO11OOO5550O0OOOOOOO3试验结果及分析i^^^))3．1试验结果12312312YG11硬质合金真空扩散焊接接头的抗剪强度试验在万能材料试验机上进行，为保证数㈣㈣㈣㈣㈣㈣据的稳定性，每个试验的数据采集点

8、都大于3个。9次的试验结果如表2所示。213132323．2极差分析㈤㈤㈤㈣该试验极差分析的结果如表3所示。从表3可知，R>R>R，表明因素C(焊接时问)的不同水平对石油钻头自激振荡脉冲喷嘴真空扩散焊接接头的抗剪强度影响最大；因素A(焊接温度)影响