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1、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,(029)83080249,dingjx@pub.xaonline.com。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
2、中图分类号:P634.4+1;TG439.9 文献标识码:A 文章编号:1672-7428(2004)11-0041-03ResearchonAutomaticallyInductiveWeldingEquipmentforPDCBits/DINGJing-xiang(XianBranchofChinaCoalResearchInstitute,Xi’anShanxi710054,China)Abstract:TheautomaticallyinductiveweldingequipmentsforPDCbits,whichhavesingle,double,octuplewor
3、kingpo-sition,havebeenresearched,inviewofthecurrentPDCbitmanufactureproblems.Thealternativedesignsandapplica-tionsareintroduced.Keywords:drillingengineering;PDCbits;automaticallyinductiveweld;inductiveheating;weldcontroldevice1 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
4、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
5、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
6、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。3.1 27mmPDC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
7、接工装来研究适应2741 2004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。3.2 PDC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,采用功率切换技术,配套PLC控制的双工位焊机床实现两工位交替工作。3.2.1 感应焊接设备参数的
