一种微压痕牙板

技术领域

本发明属于机械设计制造技术领域，具体涉及一种微压痕压板，用于石油天然气钻修井作业中卡持管柱。

背景技术

套管钳是一种安全、环保、经济、高效的井口套管上卸扣工具，套管钳是用颚板装上牙板咬住套管进行上卸扣操作的。

牙板现主要应用于：吊钳，卡瓦，卡盘，吊卡，动力钳，安全卡瓦等，以及非开挖设备。

现有牙板多是在钢基体表面开齿形槽，并进行热处理提高硬度，使用过程中会存在对油套管过度挤入，滑擦，造成油套管表面出现伤痕，长期工作状态下，有可能造成微裂纹等缺陷。若为降低油套管的压痕而降低牙板表面齿牙的高度，则牙板的抱紧力与摩擦均会降低，影响抱紧效果。

目前在减少牙板压痕方面，有相关文献使用不同形貌的沟槽结构，来降低表面的压痕。但制备工艺工序均较为复杂，成本较高。此外，由于齿牙也是钢材，硬度高于套管，但在使用过程中易出现磨损，齿牙锋利度降低，导致牙板抱紧困难。

为了解决此问题，有报道提出采用在牙板基体表面添加硬质合金涂层来制备微压痕牙板，目前专利CN203097756 U 涉及了一种硬质合金牙板，硬质合金为钎焊在牙板钢基体表面；且硬质合金碎粒结构多为片状、块状等不规则形状，难以保证对油套管的卡紧与均匀压痕。

发明内容

本发明基于现有牙板的卡紧程度和造成压痕难以控制等问题，提供一种微压痕牙板。

本发明所述的微压痕牙板，其结构包括牙板基体和硬质合金涂层；所述硬质合金涂层经钎焊焊接在基体表面。

所述硬质合金涂层由硬质合金颗粒和钎焊焊料组成，所述硬质合金颗粒的中部和底部包埋在所述钎焊焊料中，顶部露出；所述硬质合金颗粒粒度在25目~80目之间，特别地优先在35目~45目之间；且所述硬质合金颗粒在所述硬质合金涂层外表面的高度等高，误差不超过±0.2mm

牙板表面的硬质合金颗粒露出钎焊焊料层的顶部部分称之为齿牙，通过硬质合金涂层中硬质合金颗粒的尺寸控制，使达到牙板表面齿牙出露不高，齿牙等高性佳，抱紧效果好，减少油套管表面损伤的目的。

所述硬质合金颗粒形状，优先选用形状较为规则的块状颗粒。

所述硬质合金颗粒可选用YG系列硬质合金破碎料或顶锤料，具有更高经济性。

所述微压痕牙板的钎焊焊接为真空钎焊工艺，真空焊接过程真空度不低于0.06Pa。

所述微压痕牙板，所采用的钎焊焊料为可与钢基体、硬质合金发生化学冶金反应或元素扩散的镍基合金焊料，优先为BNi2牌号的镍基合金。

所述微压痕牙板，所采用的镍基合金焊料为颗粒球状，粒度范围在20目~120目之间。

所述微压痕牙板的基体为钢材，所述基体选用渗碳钢、合金钢等钢种。

通过硬质合金涂层钎焊在牙板基体表面，制备得到所述微压痕牙板，可有效降低牙板表面对套管的损伤，同时提供较强的抱紧力。克服了传统刻槽式牙板对套管抱紧时嵌入过深的问题，并且基于牙板的抱紧力设计的新型微压痕牙板可定量控制硬质合金颗粒出露高度。

为实现硬质合金在牙板表面良好的把持，硬质合金颗粒分布均匀，等高性较好，需要采用以下制备步骤：

（1）牙板表面喷涂或者刷涂一层粘结剂，粘结剂为油性压敏胶，通过丙酮按体积比1：2.5进行配混。

（2）布洒硬质合金颗粒，硬质合金颗粒均匀分布，平均间距为0.8~1.2倍硬质合金粒径。

（3）选择粒度与硬质合金接近的镍基合金颗粒进行布洒，粒度区间一般为0.8~1.2倍硬质合金粒径，直至牙板基体表面硬质合金颗粒周围均排布有镍基合金颗粒。

（4）布洒中细度镍基合金焊料，粒度区间一般为0.5~0.8倍硬质合金粒径，直至牙板基体表面硬质合金颗粒与大颗粒合金焊料周围均排布有中粒度镍基合金颗粒。

（5）布洒细度镍基合金焊料，粒度区间为小于0.5倍硬质合金粒径，直至牙板基体表面硬质合金颗粒与大颗粒合金焊料、中粒度合金焊料周围均排布有细粒度镍基合金颗粒。

（6）布料完毕后，用与牙板表面形状一致的模板紧压牙板表面，使硬质合金颗粒高度近似一致。由于表面粘结剂的作用，硬质合金高的点会倾斜且保持粘结。

（7）压平后，进炉真空钎焊，最高温1020度至1035度，保温15~25分钟。

在制备步骤中采用不同粒度的镍基合金焊料按粒度大小等级进行分次布料，可以有效地填平硬质合金间隙，达到良好钎焊的目的。而传统的涂覆焊膏然后再布洒硬质合金的工艺，对于牙板这种弧面结构，不仅容易导致焊料层不均匀易流淌，而且表面硬质合金高度不一，抱紧油套管时容易应力分布不均匀。采用颗粒焊料可以有效地解决形状不规则的硬质合金的钎焊制备，且采用不同粒度匹配使用，避免了同种粒度情况下制备不良的情况。仅采用大颗粒焊料，硬质合金焊接时焊料用量过少，出露过度易断裂。仅采用小颗粒焊料，多层布料后，硬质合金表面被焊料覆盖，刃口变钝，严重影响抱紧力。

因此只有采用本发明的制备工艺才能有效地避免硬质合金焊接不良的问题，且通过焊前的整平工艺，使硬质合金分布高度基本一致，更有利于抱紧操作。

通过本工艺制备的硬质合金涂层牙板，硬质合金表面清洁，无焊料涂覆，锋利性佳，牙板等高性好，对油套管的抱紧力应力小，压痕一致且细小。制备工艺简单，稳定可控，对传统牙板具有较好的替代性，批量使用具有较高的生产经济性。使用微压痕牙板，更好地保护保护油套管，抱紧效果好，上卸扣后对管材表面无损伤，节约成本减少开发投入，经济效益显著。

附图说明

图1：硬质合金排布图。

图2：大粒度合金焊料排布图。

图3中粒度合金焊料排布。

图4 排布细粒度合金焊料。

图5压平硬质合金。

其中：1－牙板基体 2－硬质合金 3－大粒度合金焊料 4－中粒度合金焊料 5－细粒度合金焊料 6－压板。

具体实施方式

制备一种套管钳用微压痕牙板，要求对套管压痕小，表面损伤小，且能正常抱紧。

方案：采用硬质合金颗粒为牌号为YG8的硬质合金顶锤料，粒度35/40目。钎焊焊料为BNi2牌号的镍基合金，粒度在35目~100目。采用真空钎焊工艺

所述微压痕牙板的基体为钢材，所述基体选用30Cr钢等钢种。

所述微压痕牙板经下述步骤制备：

（1）牙板表面喷涂或者刷涂一层粘结剂，粘结剂为油性压敏胶，通过丙酮按体积比1：2.5进行配混。

（2）布洒硬质合金颗粒，硬质合金颗粒均匀分布，其分布平均间距为0.8~1.2倍硬质合金粒径。

（3）选择粒度与硬质合金接近的镍基合金焊料颗粒进行布洒，粒度区间35/40目，直至牙板基体表面硬质合金颗粒周围均排布有镍基合金焊料颗粒。

（4）布洒中粒度镍基合金焊料，所述中粒度是指粒度区间为50/80目，直至牙板基体表面硬质合金颗粒与大颗粒合金焊料周围均排布有中粒度镍基合金颗粒。

（5）布洒细度镍基合金焊料，所述细粒度是指粒度区间为70/100目，直至牙板基体表面硬质合金颗粒与大颗粒合金焊料、中粒度合金焊料周围均排布有细粒度镍基合金颗粒。

（6）布料完毕后，用与牙板表面形状一致的模板紧压牙板表面，使硬质合金颗粒高度近似一致。由于表面粘结剂的作用，硬质合金高的点会倾斜且保持粘结。

（7）压平后，进炉真空钎焊，最高温1020度至1035度，保温15~25分钟。