NL8201761A

NL8201761A - Metallurgisch en mechanisch bevestigen van snijorganen in een boorkop.

Info

Publication number: NL8201761A
Application number: NL8201761A
Authority: NL
Original assignee: Nl Industries Inc
Priority date: 1981-04-30
Filing date: 1982-04-28
Publication date: 1982-11-16
Also published as: JPS57187492A; GB2099044A; US4453605A; NO820504L; FR2504836A1; DE3215698A1

Description

t 'i - / N.0. 30620 1

Metallurgisch en mechanisch bevestigen van snijorganen in een boorkop*

De uitvinding heeft betrekking op een boorkop en een werkwijze voor het vervaardigen van een boorkop, in het bijzonder toepasbaar op koppen van het schrapertype. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op boorkoppen die gevormd worden door poedermetallurgie, 5 waarbij de snijorganen in nagenoeg gesloten, qua afmetingen geregelde uitsparingen worden hardgesoldeerd, die in het bindmiddel van de kop zijn gevormd.

De toepassing van boorkoppen van het schrapertype bij het boren van putten, in het bijzonder olie- en gasputten is bekend. De betref-10 fende boorkop van het schrapertype dient voor het overbrengen 'van het gewicht van de serie hoorbuizen op de bodem van het boorgat. De uitstekende snijorganen op het benedenvlak van de boorkop dienen voor het snijden in de formatie wanneer de boorkop roteert. In extreem harde formaties vergruizelen of breken de snijorganen in beginsel de formatie 15 door middel van de grote samendrukkingskracht uitgeoefend op de formatie. Voor zulke harde formaties kunnen de snijorganen de vorm hebben van betrekkelijk kleine diamanten, bijvoorbeeld 1/10 karaat. Bij zachte formaties ploegt de boorkop van het schrapertype in beginsel door de formatie. In de betreffende boorkop die in betrekkelijk zachte forma— 20 ties wordt toegepast, kan gebruik worden gemaakt van grote snijorganen, bijvoorbeeld 2 karaat.

Bij het ontwerp van een boorkop van het schrapertype moet met een groot aantal overwegingen rekening worden gehouden. Zoals hierboven is vermeld wordt de afmeting van het snljorgaan in het bijzonder bepaald 25 door de hardheid van de formatie. Voorts kan het snijorgaan een bepaald profiel hebben, bijvoorbeeld rond of V-vormig. De concentratie en plaats van de diamanten langs het vlak van de boorkop zijn kritisch voor de boorwerking.

Zorgvuldige aandacht moet aan de hydraulische eigenschappen van de 30 kop worden geschonken, aangezien de boorkop betrekkelijk koud moet blijven en de snijorganen direct moeten worden weggezwaaid van het boorgrensvlak, zodat zij niet weer worden afgeschuurd. Hiervoor zijn ingewikkeld ontworpen waterwegen of fluldumwegen op het-vlak van de boorkop aangebracht om het boorslik over het vlak van de boorkop te 35 richten om het koelen en reinigen uit te voeren. Bepaalde hydraulische on- werpen voorzien in hetzij een radiale stroom of omtreksstroom, of een of andere combinatie daarvan. De hydraulische eigenschappen van de boorkop worden ook beïnvloed door het "profiel" van de kop, dat wil 8201761 4 t « 2 zeggen de krommingsstraal aan het vlak van de boorkop.

Commerciële boorkoppen van het schrapertype die tegenwoordig worden gebruikt, worden in het bijzonder gevormd door poeder-metallurgie-methoden, waarbij een grafietmatrijs in de vorm van de kop wordt ge-5 maakt. Uitsparingen zijn zorgvuldig in de matrijs aangebracht en natuurlijke diamanten!jorganen «orden in de uitsparingen op hun plaats gelijmd. Een wolfraamcarbidepoeder wordt in de matrijs geplaatst, waarin men een koperlegering in een ovenbehandeling laat intrekken met een stalen schacht op zijn plaats. De maximale- temperatuur tijdens de oven-10 behandeling kan in de orde van grootte van 1204°C zijn. De kop kan uit de matrijs worden verwijderd en wordt voltooid door op de stalen schacht een verlenging omvattende de pen te lassen, waarna een afwerk-bewerking wordt uitgevoerd.

Bij nieuwe ontwikkelingen voor het vervaardigen van boorkoppen van 15 het schrapertype wordt voorgesteld dat ruwe boorvoorwerpen uit synthetisch polykristallijn diamant kunnen worden gebruikt als de snijorganen in dergelijke boorkoppen. Deze synthetische snijorganen hebben het unieke voordeel dat zij een uniforme- gedaante hebben, in tegenstelling tot de variërende vormen van natuurlijke diamanten. Echter kunnen de 20 tegenwoordige boorvoorwerpen uit synthetisch diamant niet voor de oven— behandeling in de matrijs worden geplaatst zoals natuurlijke- diamanten, omdat het synthetische diamant niet bestand is tegen temperanturen in de orde van grootte van 1204°C.

Synthetische polykristallijne diamanten in een schijfvorm worden 25 rechtstreeks op de matrix van boorkoppen van het schrapertype voor de toepassing in zachte formaties hardgesoldeerd. Tegenwoordig zijn de schijven uit synthetisch diamant die op boorkoppen van het schrapertype zijn bevestigd, betrekkelijk groot, bijvoorbeeld met een diameter van L,27 cm, vanwege beperkingen in de betrouwbare bevestiging van het 30 snijorgaan aan de boorkopmatrix. Omdat de snijorganen niet in een enkel vlak worden geplaatst, moet een of andere vorm van een positieve bevestiging worden toegepast, wanneer de snijorganen op het vooraf gevormde en aan een ovenbehandeling onderworpen voorzijde van de boorkop worden bevestigd.

35 Er is voorgesteld om steungewichten en diverse nokopstellingen toe te passen om snijorganen uit synthetisch diamant te fixeren tijdens het hardsolderen. Zulke fixatiemethoden zijn echter zeer complex en onbetrouwbaar gebleken. Eveneens is voorgesteld om de snijorganen uit synthetisch diamant te fixeren door de toepassing van stelplaatjes uit een 40 sterk uitzettend metaal, die tijdens de verwarming bij het hardsolderen 8201761 V Λ * 3 uitzetten en bij koeling kunnen worden verwijderd. Deze benadering is nadelig gebleken» Aldus Is duidelijk dat er een dringende behoefte is aan een boorkop waaraan snijorganen op betrouwbare wijze zijn bevestigd, bijvoorbeeld snijorganen uit synthetisch polykristallaijn dia-5 mant, die na de ovenbehandeling van de boorkon worden bevestigd. Verbeterde bevestigingsmethoden maken de toepassing van betrekkelijk kleine snijorganen voor middelmatige en harde formaties mogelijk.

Verscheidene methoden voor het tangentieel bevestigen van snijorganen aan de boorkop waarbij hardsolderen wordt toegepast, zin voorge— 10 steld. Bij thans gebruikte methoden is gevonden dat eenvoudig metallurgisch hardsolderen gewoonlijk een ongeschikte bevestiging van het snij-orgaan in de uitsparing daarvan tot gevolg heeft. Volgens de stand van de techniek wordt hardsoldeerfolie rondom de omtrek van een boorvoor-werp of snijorgaan gewikkeld en aangebracht in de uitsparing voor het 15 snijorgaan in de voorzijde van de boorkop. De folie is gewoonlijk 0,076 mm dik. De standaardmethode is het tenminste drie maal wikkelen om de omtrek van het snijorgaan om tenslotte een hardsolderen te bereiken.

Aldus moet de tolerantie tussen het snijorgaan en de uitsparing daarvoor per zijde tenminste drie maal de dikte van de hardsoldeerfolie of 20 o,228 mm zijn. Voor passing in de uitsparing voor het snijorgaan moet de tolerantie groter dan 0,228 mm zijn· Het is bekend, dat bij een ovenbehandeling van het hardsoldseermateriaal nagenoeg 40% van het volume van het materiaal verloren gaat. De toleranties zijn groot teneinde het wikkelen van de folie en het passen in de uitsparing op de voorzijde 25 van de boorkop te bereiken. Een "opvullen’’ met het hardsoldeermateriaal. ontstaat, dat zich aan de bodem van de uitsparing verzamelt, waarbij een bevestiging van het snijorgaan in. de uitsparing slechts op dat punt plaats vindt.

Voor de toepassing van ”S tratapax"-snijorganen vervaardigd door 30 "General Electric” zijn de aanbevolen standaard toleranties 0,228 mm per zijde voor de hardsoldeerfolie bij drie wikkelingen, plus 0,152 mm voor een totaal van 0.381 mm per zijde tussen het snijorgaan en de uitsparing.

Aangezien de hardsoldeermethoden hoofdzakelijk zijn gericht op een 35 opvuleffeet waarbij de bevestiging aan de bodem van de uitsparing van het snijorgaan plaats vindt, wordt de uitsparing zelf gesloten tot minder dan 60% bij commerciële boorkoppen.

Gevonden is dat het snijorgaanprodukt bestand moet kunnen zijn tegen een sterke mechanische belasting. Vanwege deze mechanische belas-40 ting en de ongeschiktheid van de tegenwoordig toegepaste hardsoldeer- 820 1 761 4 * 4 methoden, is gebleken dat de snijorganen tijdens gebruik kunnen afbreken. Een ander probleem bij de tegenwoordige bevestigingsmethoden voor de snijorganen doet zich voor bij de toepassing van boorfluïdum om de snijorganen te reinigen en de boorkop te koelen. Wanneer fluldums met 5 hoge snelheden over de voorzijde van de boorkop stromen, wordt het hardsoldeermateriaal geërodeerd ten dele als gevolg van de spleten tussen het snijorgaan en de uitsparing daarvan.

De uitvinding vermijdt de hierboven beschreven problemen door een werkwijze voor het vervaardigen van een boorkop met een werkvlak waarin 10 uitsparingen aanwezig zijn die zodanig zijn gevormd dat een verplaatsing van de snijorganen uit de uitsparingen in een richting dwars op het werkvlak wordt verhinderd.

De werkwijze omvat stappen voor het mechanisch grijpen van de uitsparing aan het snijorgaan en het metallurgisch hechten van het snij— 15 orgaan aan de uitsparing.

De bij voorkeur toe te passen werkwijze volgens de uitvinding omvat het vormen van een voorzijde van een boorkop, zodanig dat de boorkop een werkvlak heeft met een aantal uitsparingen die zodanig zijn gevormd, dat een verplaatsing van de snijorganen; uit de uitsparingen in 20 een richting dwars op het werkvlak wordt voorkomen. De werkwijze omvat voorts het bevestigen van de snijorganen in de uitsparingen daarvoor.

Deze bevestigingsstap omvat een hardsoldeermethode, waarbij het snijor— gaat. zodanig met een hardsoldeerfolie wordt omwikkeld, dat de zijden van de snijorganen dwars op het vlak van het werkvlak vrij zijn van de 25 hardsoldeerfolie, dat wil zeggen dat het beneden- en achtervlak wordt bekleed met de overtollige hardsoldeerfolie die boven de bovenzijde van het snijorgaan uitsteekt. De hardsoldeermethode omvat het verwarmen van de boorkop tot een vooraf bepaalde hardsoldeertemperatuur, die echter lager is dan de thermische ontledingstemperatuur van het snijorgaan. De 30 bevestigingsstap kan ook bestaan uit het warm krimpen van de uitsparing om het snijorgaan om een mechanisch in elkaar grijpen daarvan te bereiken.

De krimpbevestiging bij de bij voorkeur toe te passen uitvoeringsvorm is slechts mogelijk als gevolg van het vormen van de uitsparingen 35 op een dimensioneel bestuurde wijze, teneinde toleranties tussen het snijorgaan en de uitsparing voor het snijorgaan te bereiken, die kleiner zijn dan de helft van de krimp van de uitsparing. De uitsparing is ook zodanig gevormd, dat deze nagenoeg gesloten is met een omtreksaf-sluiting in het gebied van 335° tot 345°.

40 Het snijorgaan wordt in de uitsparing in een vlak evenwijdig aan 8201761 _ • · ...... ......... ................ " " ” * ’ I ' \ .....

Γ 5 ' het werkvlak van de boorkop ingebracht. De uitsparingen worden bij de bij voorkeur toe te passen uitvoeringsvorm zodanig gevormd, dat zij een 1 cilindrische gedaante hebben met een cirkelvormige dwarsdoorsnede om de cilindrische snijorganen op te nemen. Voorts wordt bij de bij voorkeur 5 toe te passen uitvoeringsvorm de boorkop gevormd uit een carbide bind-middelmateriaal.

Snijbladen kunnen ook op het werkvlak van de boorkop worden ge-* vormd, die zijn voorzien van een aantal uitsparingen voor de snijorganen, die zich in radiale richting naar buiten uitstrekken vanaf het 10 midden van de boorkop. Teneinde de boorkop vrij van insnijdingen te houden, en voorts de koeling uit te voeren, kunnen fluïdumwegen ook op de boorkop worden aangebracht. De koelfunctie wordt ook verbeterd door mondstukken, die binnen de boorkop zijn aangebracht, in een vlak evenwijdig aan en beneden het werkvlak. De mondstukken kunnen van het ge-15 sinterde carbidetype zijn.

Het hardsolderen wordt bij de bij voorkeur toe te passen uitvoeringsvorm uitgevoerd door toepassing van een nikkel-zilver-hardsoldèer— folie bij een soldeertemperatuur van minder dan 816°C, of de thermische ontledingstemperatuur van het snijorgaan. Het snijorgaan bij de bij 20 voorkeur toe te passen uitvoeringsvorm is een polykristallijn synthetisch diamantmateriaal. Het snijvlak van het snijorgaan is vlak en is bij de bij voorkeur toe te passen werkwijze onder een hellingshoek van 0° tot -30° ingezet.

Om de· juiste- krimpeigenschappen bij het verwarmen en koelen te 25 verkrijgen, wordt bij de bij voorkeur toe te passen uitvoeringsvorm de boorkop gevormd uit een carbide bindmiddelmateriaal, zoals bijvoorbeeld carbidemens trum.

De uitvinding zal hierna nader worden toegelicht aan de hand van de tekeningen. In de tekening toont: 30 figuur 1 een onderaanzicht van een voorzijde van een boorkop die met de werkwijze volgens de uitvinding is vervaardigd; figuur 2 een grafietmatrijs om de in figuur 3 geïllustreerde uitsparingen te verkrijgen; figuur 3 een dwarsdoorsnede volgens de lijnen II-II van figuur 1, 35 die uitsparingen voor de snijorganen illustreert, die volgens de werkwijze van de uitvinding zijn gevormd; figuur 4 een prespectivisch aanzicht van het snijorgaaninzetstuk, waarbij een hardsoldeerfolie om het snijorgaan is gewikkeld volgens een werkwijze van de uitvinding; 40 figuur 5 een in een uitsparing aangebracht snijorgaan met een fo— 8201761 V « 6 lievormig stelplaatje alvorens het hardsolderen wordt uitgevoerd; en figuur 6 een dwarsdoorsnede van de uitsparing waarin het snijorgaan is geplaatst na het hardsolderen.

De werkwijze volgens de uitvinding omvat het vervaardigen van 5 boorkoppen en het bevestigen van snijorganen op de boorkoppen. Deze werkwijze vermijdt de bekende problemen van het loskomen van uit synthetisch diamant materiaal vervaardigde snijorganen uit de voorzijde van de boorkop door het mechanisch en metallurgisch bevestigen van de snijorganen op de boorkop. Een boorkop volgens de uitvinding is kon-10 struktief bepaald om het mechanisch grijpen van het snijorgaan in de op de boorkop gevormde uitsparingen te verbeteren, teneinde een verplaatsing van de snijorganen uit de uitsparingen in een richting dwars op het werkvlak van de boorkop te voorkomen.

Thans wordt verwezen naar de figuren, in het bijzonder naar figuur 15 1 waarin de voorzijde van een boorkop 10 is getoond. De voorzijde van de boorkop 10 omvat een werkvlak 12 met een aantal uitsparingen 14 die zijn ingericht voor het opnemen van snijorganen 16.

De uitsparingen hebben een zodanige gedaante, dat de verplaatsing van de snijorganen 16 uit de uitsparing in een richting dwars op het 20 werkvlak 12 wordt voorkomen.

De voorzijde van de boorkop is voorts voorzien van- fluïdumwegen 18 en mondstukken 20. De fluïdumwegen en mondstukken dienen tijdens bedrijf voor het verwijderen van gesneden stukken van de boorkop en voor het koelen van de boorkop met boorfluïdum. De mondstukken 20 kunnen van 25 het gesinterde carbidetype zijn en in de boorkop 10 zijn ingeplant teneinde in een vlak te liggen evenwijdig aan en beneden het werkvlak 20.

De uitsparingen 14 zijn aangrenzend aan elkaar geplaatst, waarbij banden van snijorganen 22 worden gevormd. De fluïdumwegen 18 en de mondstukken 20 zijn op de boorkop 10 zodanig aangrenzend aan de banden 30 van snijorganen 22 geplaatst, dat het grootste effect van het verwijderen van boormateriaal wordt bereikt en tegelijkertijd de snijorganen 16 worden gekoeld.

Figuur 2 illustreert een grafietmatrijs 24 met een reeks uitsteeksels 26. Deze in dwarsdoorsnede getekende grafietmatrijs wordt gebruikt 35 bij het vervaardigen van de voorzijde van de boorkop 10 volgens een poeder-metallurgiemethode. Door toepassing van deze methode wordt de grafietmatrijs in de vorm van de boorkop 10 gemaakt. Een aantal platte vlakken worden in de matrijs door een bewerking gevormd, op plaatsen die overeenkomen met de in de boorkop 10' te vormen uitsparingen. In elk 40 plat vlak: wordt een uitstekend matrijsdeel 26 dat in figuur 2 is. ge- 8201761 7 F . - - toond, op de grafietmatrijs 24 bevestigd voor het vormen van de uitsparing. Het uitstekende deel 26 is zodanig gevormd, dat binnen de uitsparing er geen negatief reliëf zal zijn. Volgens bekende methoden wordt de matrijs 24 eerst gevuld met een wolfraamcarbidepoeder. De matrijs 24 5 wordt daarna in trilling gebracht om het poeder te verdichten en een bindmiddel uit een koperlegering wordt op het poeder aangebracht. De gevulde matrijs wordt daarna in een oven behandeld bij een temperatuur in de orde van grootte van 1204°C, zodat het koper smelt en in het poeder intrekt. Het uitstekende deel 26 van de matrijs 24 dat de uitspa-10 ring vormt, heeft een zodanige grootte, dat de uitwendige afmetingen enigszins groter zijn dan die van het gerede produkt, teneinde een krimpen tijdens de ovenbehandeling van de voorzijde van de boorkop 10 mogelijk te maken.

De gesinterde carbidemondstukken 22 die in figuur 1 zijn geïllu-15 streerd, worden eveneens ingebracht tijdens het vormen van de boorkop 10 in het vormproces. De mondstukken 20 worden zodanig ingeplant, dat zij tenslotte liggen in een vlak beneden het uiteindelijke werkvlak 12 van de boorkop 10.

De uitsparingen 14 voor de snijorganen hebben een configuratie die 20 is ingericht voor het opnemen van de snijorganen 16. Tijdens het poe-der-metallurgieproces worden de in figuur 3 geïllustreerde uitsparingen voor de snijorganen dimensioneel ingesteld op een vooraf bepaalde diameter. De diameter X bij de bij voorkeur toe te passen uitvoeringsvorm ligt in de orde van grootte van 13,56 tot 13,61 mm. De in figuur 3 ge-25 toonde uitsparingen zijn zodanig ontworpen, dat zij nagenoeg gesloten zijn met een spleet 15 aan de bovenzijde van de uitsparing, waarbij de bedekking 335° tot 345° bedraagt. Deze konstruktie van de uitsparingen 14 voor de snijorganen blokkeert de verplaatsing van de snijorganen 16 uit de uitsparing 20 in een richting dwars op het werkvlak 12 van de 30 boorkop 10.

De snijorganen 14 die bij de voorzijde van de boorkop 10 van de bij voorkeur toe te passen uitvoeringsvorm behoren, omvatten een boor-voorwerp dat bestaat uit een vlak uit synthetisch polykristallijn diamant, dat op een wolfraamcarbide achterplaat is bevestigd. Een boor-35 voorwerp dat met succes bij de uitvinding wordt toegepast, is een boor— voorwerp vervaardigd door "General Electric Corporation”, met een synthetisch polykristallijn diamantvlak van het merk "Stratapax". (Model 2540-T van General Electric).

De snijorganen 14 die bij de betreffende toepassing worden ge— 40 bruikt, hebben een diameter van 13,41 mm. Echter wordt ook een voorver- 8201761 ψ · 8 tind voorwerp overwogen, dat een diameter heeft in het gebied van 13,46 tot 13,56 mm·

Zoals in de figuren 1 en 3 is geïllustreerd, worden de snijorganen i 16 in de uitsparingen 14 evenwijdig aan het werkvlak 12 opgenomen. Al-5 dus zullen door het instellen van de afmetingen van de uitsparingen 14 en door toepassing van snijorganen 16 met een vooraf bepaald gebied van diameters, de snijorganen 16 een slippassing in de uitsparingen 14 hebben. Bij de bij voorkeur toe te passen uitvoeringsvorm zal de slippassing een tolerantie tussen de snijinrichting 16 en de uitsparing 14 van 10 0,0508 tot 0,0762 mm hebben.

De werkwijze volgens de uitvinding omvat het vervaardigen van een boorkoporgaan door het vormen van een boorkop met een werkvlak dat is voorzien van uitsparingen die een zodanige gedaante hebben, dat een verplaatsing van de snijorganen uit de uitsparingen in een richting 15 dwars op het werkvlak wordt voorkomen. De afmetingen van de uitsparingen worden zodanig ingesteld, dat hetzij een metallurgisch hechten tussen de uitsparing en het snijorgaan, of een mechanisch grijpen van de uitsparingwanden aan het snijorgaan of beide mogelijk is.

Het metallurgisch hechten bij de werkwijze voor het vervaardigen 20 van de voorzijde van een boorkop, zoals in figuur 1 bij wijze van voorbeeld is geïllustreerd, omvat een hardsoldeermethode. De hardsoldeer— methode omvat het wikkelen van een hardsoldeerfolie om de snijorganen 16, zoals in figuur 4 is geïllustreerd. Figuur 4 laat de hardsoldeerfolie 28 zien, die langs de onderzijde 16A en de achterzijde 16B van het 25 snijorgaan 16 wordt gewikkeld. De hardsoldeerfolie 28 bij de bij voorkeur toe te passen, uitvoeringsvorm is een nikkel-zilverlegering met een dikte van ongeveer 0,0762 mm. De hardsoldeerfolie 28 wordt zodanig op het snijorgaan 16 gewikkeld, dat de overtollige folie 30 kan uitsteken boven de bovenzijde 16C van het snijorgaan 16. Wanneer geplaatst in de 30 uitsparingen 14, zoals in figuur 5 is getoond, steekt dus de overtollige folie 30 via de spleet 15 in de uitsparing 14.

De hardsoldeerfolie 28 voorziet in een stelplaatje 28a, wanneer deze met het snijorgaan 16 in de uitsparing 14 wordt geplaatst. Dit stelplaatje 28a verplaatst het snijorgaan 16 naar de bovenzijde van de 35 uitsparing 14 nabij de spleet 15. De foliewikkeling 28 vereist een bevestiging van de snijorganen 16 in de uitsparingen 14 door kloppen. De tolerantie Y langs de zijden van de snijorganen 16 dwars op het werkvlak, die vrij zijn van hardsoldeerfolie, hebben een afmeting in de orde van grootte van 0,0508 mm. De overtollige folie 30 heeft een volume 40 in het gebied van vier tot zes maal het volume bepaald door de toleran— 8201761 ^---- 9 « * ' tie tussen de snijorganen 16 en de uitsparingen 14.

Een belangrijke maatregel van deze methode is het bepalen van de toleranties tussen de snijorganen 16 en de uitsparingen 14 om de metallurgische hechting te verbeteren en het mogelijk maken van het mecha-5 nisch grijpen van het snijorgaan aan de uitsparing. Bij het metallurgisch hechten of hardsolderen na de klopbevestiging van de snijorganen 16 met hardsoldeerfolie 28 in de uitsparingen 14, wordt de boorkop verwarmd tot een vooraf bepaalde hardsoldeertemperatuur in de orde van grootte van minder dan 816°C, maar lager dan de thermische ontledings-10 temperatuur van de snijorganen 16» Gedurende deze verwarming zullen de uitsparingen 14 uitzetten in de orde van grootte van 0,152 mm, waardoor de overtollige folie 30 in de uitsparing kan vloeien waarbij de gehele omtrek van het snijorgaan 16 wezenlijk wordt bevochtigd.

Tenslotte voorziet de werkwijze in een koelstap, waarbij het hard- 15 soldeermateriaal 28 uithardt en de snijorganen 16 aan de binnenzijde ___ van de uitsparingen 14 worden bevestigd.

Een mechanisch grijpen van de snijorganen 16 in de uitsparingen 14 wordt óok volgens de werkwijze voor het vervaardigen van een boorkop volgens de uitvinding uitgevoerd met of zonder de metallurgische hech— 20 ting* De uitsparingen 14 waarvan de afmetingen worden ingesteld bij het verwarmen van de voorzijde van de boorkop 10 die in figuur 1 is getoond,. zullen een krimppassing om de snijorganen 16 vormen. De afmeting is zodanig kritisch, dat een krimppassing slechts- een mechanisch vasthouden van de snijorganen kan teweeg brengen, indien de tolerantie per 25 zijde minder is dan de helft van de krimp van de uitsparingen 14. Om verder het scheuren van het bindmateriaal te voorkomen, dat de voorzijde van de boorkop 10 vormt, moeten de tolerantie-afmetingen in de orde van grootte van tenminste 10% van de krimp per zijde zijn.

Figuur 6 illustreert het resultaat van de combinatie van een me-30 tallurgische en een mechanische hechting van de snijorganen 16 aan de uitsparingen 14. In dit geval is het hardsoldeer 28 aangebracht tussen het snijorgaan 16 en de uitsparing 14, teneinde de snijorganen hoofdzakelijk te omgeven. De krimp door warmte van de uitsparingen 14 vermindert de diameter daarvan van X tot X* waardoor een mechanisch vasthou-35 den van het snijorgaan 16 door de uitsparing 14 ontstaat.

De koelbewerking bij de bij voorkeur toe te passen werkwijze wordt uitgevoerd in een inert gas of reducerende omgeving, zoals waterstof.

De boorkop wordt gewoonlijk gedurende een periode van ongeveer 3 uur gekoeld.

40 De- werkwijze waardoor de uitsparingen 14 qua afmeting worden inge— 8201761 * % 10 steld, maakt het mogelijk dat het hardsoldeermateriaal hoofdzakelijk de snijorganen 16 omgeeft. Bij de* toleranties in de orden van grootte van 0,0508 mm is tijdens de krimppassing van de uitsparing het hardsoldeermateriaal 28 nog in een kneedbare toestand en zal worden samengedrukt 5 tot aan het punt van uitpuilen uit de spleet 15 in de uitsparingen 14. Hierdoor worden holten in het hardsoldeermateriaal vermeden, alsmede wordt een opvullen van het hardsoldeer aan de bodem van de uitsparingen op doelmatige wijze geëlimineerd.

Standaardmethoden van hardsolderen omvatten het omwikkelen van de 10 gehele omtrek van het boorvoorwerp met een hardsoldeerfolie. Door "General Electric" worden drie wikkelingen om de snijorganen voorgesteld, plus een tolerantie van 0,152 mm tussen de omwikkelde snijorganen en de uitsparingen daarvoor. Dit betekent ongeveer 0,381 mm per zijde vergeleken met 0,0508 mm per zijde volgens de uitvinding. Deze tolerantie-15 maat is niet geschikt voor het uitvoeren van de krimppassing en de werkwijze van het metallurgisch hechten volgens de uitvinding.

Voorts zal een vergroting van het antal wikkelingen van de folie rondom de omtrek van de snijorganen niet leiden tot het mechanisch en metallurgisch vasthouden bereikt door de werkwijzen van de uitvinding. 20 Een toename van het aantal wikkelingen zal een uitsparing met een grotere diameter noodzakelijk maken om de snijorganen met de wikkelingen in de uitsparingen te laten passen.. Het is bekend dat bij verwarming er een verlies van het volume van het hardsoldeermateriaal van ongeveer 40% optreedt. Derhalve zullen de overblijvende toleranties na het ver— 25 warmingsproces groot zijn, waardoor een opvullen aan de bodem van de uitsparingen ontstaat en geenszins een mechanisch vasthouden wordt bereikt.

Hoewel de uitvinding aan de hand van bij voorkeur toe te passen werkwijzen en inrichtingen is beschreven en geïllustreerd,, zal het dui— 30 delijk zijn dat binnen het kader van de uitvinding diverse varianten mogelijk zijn.

8201761

Claims

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een boorkoporgaan door het vormen van een werkvlak aan de voorzijde van een boorkop, met het kenmerk, dat uitsparingen voor snijorganen in het genoemde werkvlak een 5 zodanige gedaante hebben, dat een verplaatsing Van de snijorganen uit de uitsparingen in een richting dwars op het werkvlak wordt verhinderd.

2. Werkwijze voor het vervaardigen van een boorkop, met het kenmerk, dat een boorkoporgaan wordt voorzien van een werkvlak met een 10 aantal uitsparingen die een zodanige gedaante hebben, dat een verplaatsing van snijorganen uit de uitsparingen in een richting dwars op het werkvlak wordt· voorkomen en dat de snijorganen in de genoemde uitsparingen worden bevestigd.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de snijor- 13 ganen aan de uitsparingen worden bevestigd door hardsolderen.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het hard— solderen van de snijorganen aan de uitsparingen omvat het zodanig wikkelen van een hardsoldeerfolie in aanraking met elk van de· snijorganen, zodanig dat de· zijden van de snijorganen in het vlak dwars op het werk- 20 vlak vrij zijn van hardsoldeerfolie en dat alle overtollige hardsoldeerfolie boven de bovenzijde van de snijorganen wordt geplaatst.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het volume van de boven het snijorgaan aangebrachte, overtollige hardsolderfolie vier tot zes maal het volume bedraagt, dat door de tolerantie tussen 25 het snijorgaan.en de uitsparing voor het snijorgaan voor het verwarmen wordt bepaald.

6. Werkwijze volgens conclusie 4, gekenmerkt door het door kloppen bevestigen van de snijorganen met hardsoldeerfolie in de uitsparingen voor de snijorganen, waarbij de snijorganen in een richting uit het 30 werkvlak naar de bovenzijde van de uitsparingen worden verplaatst.

7. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de voorzijde van de boorkop wordt verwarmd tot een vooraf bepaalde hardsoldeer-temperatuur voor het uitzetten van de uitsparingen, waarbij de hardsoldeerfolie kan vloeien in de uitsparingen waardoor de snijorganen wezen- 35 lijk worden omgeven.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de vooraf bepaalde soldeertemperatuur lager is dan de thermische ontledingstemperatuur van de genoemde snijorganen.

9. Werkwijze volgens een van de conclusies 3-8, met het kenmerk, 40 dat de uitsparingen voor de snijorganen door warmte worden gekrompen om 8201761 * * een mechanisch in elkaar grijpen van de uitsparingen en de snijorganen tot stand brengen.

10. Werkwijze! volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat bij het bevestigen van de snijorganen in de uitsparingen, de genoemde uitspa- 5 ringen door warmte worden gekrompen tot deze mechanisch in ingrijping zijn met hun respectieve snijorganen.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat het door warmte krimpen omvat het verwarmen van de voorzijde van de boorkop tot een temperatuur die lager is dan de thermische ontledingstemperatuur 10 van de snijorganen, waarna de voorzijde van de boorkop wordt afgekóeld in een atmosfeer van een inert gas.

12. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de uitsparingen voor de snijorganen qua afmeting worden ingesteld om een tolerantie tussen het snijorgaan en de uitsparing per zijde van minder 15 dan de helft van de krimp van de uitsparing tot stand te brengen na het verwarmen en koelen.

13. · Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de uitsparingen vor de snijorganen zodanig worden gevormd, dat zij nagenoeg zijn gesloten over een gebied van 335 tot 345°.

14. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de voor zijde van de boorkop wordt gevormd door toepasing van een materiaal met krimpeigenschappen die groter zijn dan de tolerantie tussen het snijorgaan en de uitsparing daarvoor.

15. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de uitspa- 25 ringen voor de snijorganen qua afmeting worden ingesteld om een tolerantie tussen het snijorgaan en de uitsparing per zijde van minder dan de helft van de krimp van de uitsparing na verwarming tot stand te brengen.

16. Werkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de voor— 30 zijde van de boorkop wordt gevormd door toepassing van een materiaal met krimpeigenschappen die groter zijn dan de tolerantie tussen het snijorgaan en de uitsparing voor het snijorgaan.

17. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de uitsparingen voor de snijorganen in een hoofdzakelijk cylindrische vorm 35 worden gebracht met een cirkelvormige dwarsdoorsnede om cilindrische snijorganen op te nemen.

18. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 of 2, met het kenmerk, dat de voorzijde van de boorkop wordt gevormd uit een carbide bindmiddel.

19. Werkwijze voor het vormen van een voorzijde van de boorkop, 8201761 ψmr^rr.---- “· * —............. +- « gekenmerkt door: het vormen van een boorkoporgaan met een werkvlak, welk werkvlak Is voorzien van een aantal uitsparingen die een zodanige gedaante hebben, dat de verplaatsing van de snijorganen uit de uitsparingen in een 5 richting dwars op het werkvlak wordt voorkomen; het inbrengen van de snijorganen met een snijvlak in de uitsparingen in een vlak evenwijdig aan het werkvlak, waarbij het snijvlak in een vlak dwars op het werkvlak ligt; en het bevestigen van de snijorganen in de uitsparingen door een 10 warmte-krimpbevestiging van de snijorganen om een axiale verplaatsing daarvan te verhinderen.

20. Werkwijze volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat de snijorganen zodanig met een hardsoldeermateriaal worden omwlkkeld, dat de zijden van de snijorganen dwars op het werkvlak vrij zijn van hardsol- 15 deermateriaal en dat het met hardsoldeer omwikkelde snijorgaan door kloppen wordt bevestigd in de uitsparing voor het snijorgaan, voorafgaand aan de warmte-krimpbevestiging.

21. Werkwijze volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat banden van snijorganen worden gevormd, die een aantal uitsparingen voor de 20 snijorganen omvatten, die zich radiaal naar buiten uitstrekken vanaf het midden van de voorzijde van de boorkop.

22. Werkwijze voor het bevestigen van snijorganen aan een boorkop met een aantal uitsparingen, met het kenmerk, dat de snijorganen in de uitsparingen worden aangebracht door een metallurgische bevestiging van 25 de snijorganen en een warmte-krimping van de uitsparingen om een mechanisch in elkaar grijpen van de snijorganen en de uitsparingen tot stand te brengen.

23. Werkwijze volgens conclusie 22, met het kenmerk, dat bij het metallurgisch bevestigen van de snijorganen in de uitsparingen, de 30 snijorganen met een folie uit een nikkel-zilverlegering wordt hardge-soldeerd, welke soldeerstap omvat: het wikkelen van de folie om het snijorgaan zodanig dat de onderzijde en de achterzijde van elk snijorgaan wordt bedekt, waarbij overtollige folie in de orde van grootte van vier tot zes maal het volume 35 dat door de ruimte tussen het snijorgaan en de uitsparing wordt bepaald, boven elk snijorgaan uitsteekt; het door kloppen bevestigen van de snijorganen met de hardsoldeer-folie in de uitsparingen daarvoor; en het verwarmen van de boorkop tot een temperatuur die lager is dan 40 de thermische ontledingstemperatuur van de snijorganen om de uitsparing 8201761 te laten uitzetten, opdat het hardsoldeermaterlaal in de uitsparing vloeit.

, 24. Werkwijze volgens conclusie 22, met het kenmerk, dat na het krimpen door warmte de boorkop in een atmosfeer van een inert gas wordt 5 gekoeld, waardoor een mechanisch in elkaar grijpen van de uitsparingen en de respectieve snijorganen wordt voortgebracht.

25. Een boorkop gekenmerkt door een orgaan met een werkvlak voorzien van een aantal uitsparingen, en met snijorganen die in de uitsparingen zijn geplaatst en bevestigd door middel van een metallurgische 10 hechting tussen de wanden van de uitsparing en het snijorgaan en een mechanisch in elkaar grijpen van de uitsparing en het snijorgaan door warmte-krimpen van de wanden van de uitsparing om het snijorgaan*

26. Boorkop volgens conclusie 25, met het kenmerk, dat de uitsparingen voor de snijorganen zijn opgesteld in banden die zich radiaal 15 naar buiten uitstrekken vanaf het midden van de genoemde boorkop.

27. Boorkop volgens conclusie 25, met het kenmerk, dat het werkvlak. is voorzien van fluïdumwegen om het koelen van de boorkop tijdens, bedrijf te verbeteren*

28. Boorkop volgens conclusie 24, gekenmerkt door mondstukken voor 20 het reinigen van de boorkop ten aanzien van gesneden stukken en het koelen van de boorkop.

29. Boorkop volgens conclusie 28, met het kenmerk, dat de mondstukken gesinterde carbidemondstukken zijn die in de boorkop zijn geplaatst in een vlak evenwijdig aan het werkvlak en dicht aangrenzend 25 aan de. snijorganen*

30. Boorkop met een werkvlak, met het kenmerk, dat het werkvlak is voorzien van een aantal uitsparingen met een zodanige gedaante, dat een verplaatsing van de snijorganen uit de uitsparingen in een richting dwars op het werkvlak wordt voorkomen, welke uitsparingen zijn inge- 30 richt voor het opnemen van de snijorganen zodanig dat zij bijvoorbeeld evenwijdig aan het werkvlak verlopen.

31. Boorkop gekenmerkt door: een orgaan met een werkvlak met een aantal uitsparingen, en snijorganen met een snijvlak in een vlak dwars op het werkvlak, 35 waarbij de snijorganen in de uitsparingen zijn bevestigd door een metallurgische hechting tussen de wanden van de uitsparingen en de snijorganen en door een mechanisch in elkaar grijpen van de uitsparingen en de snijorganen door een warmte-krimpen van de wanden van de uitsparingen.

32. Boorkop volgens conclusie 32, met het kenmerk, dat een hard- 8201761 soldeermateriaal tussen de snijorganen en de uitsparingen voor de sni j-organen is aangebracht om een metallurgische hechting tot stand te brengen.

33. Werkwijze voor het bevestigen van snijorganen aan een boorkop 5 met een werkvlak, gekenmerkt door: het vormen van snijbladen op het werkvlak die zich radiaal naar buiten vanaf het midden van de genoemde boorkop uitstrekken, welke bladen een aantal qua afmeting ingestelde en nagenoeg gesloten uitsparingen hebben, die zijn ingericht voor het opnemen van de snijorganen; 10 het omwikkelen van elk van de snijorganen met een strook hardsol- deerfolie langs de achterzijde en benedenzijde van het snijorgaan, waarbij overtollige folie uitsteekt boven de bovenzijde van het snijorgaan; het kloppen van het omwikkelde snijorgaan in de uitsparing, zoda-15 nig dat het snijorgaan evenwijdig ligt aan het werkvlak; het verwarmen van de boorkop tot een vooraf bepaalde hardsoldeer— temperatuur* om de uitsparing te laten uizetten, waardoor de hardsol— deerfolie- vloeit in de uitsparing, opdat het snijorgaan wezenlijk wordt omgeven; en 20 het koelen van de boorkop in een reducerende atmosfeer om de uit sparing om het snijorgaan te laten krimpen.

34. Werkwijze volgens conclusie 33, met het kenmerk, dat de uitsparingen zijn ingericht voor het opnemen van cylindrische snijorga— nen.

35. Werkwijze volgens conclusie 33, met het kenmerk, dat het ver warmen van de boorkop wordt uitgevoerd in een geregelde atmosfeer van een inert gas.

36. Werkwijze volgens conclusie 33, met het kenmerk, dat de boorkop in een waterstof-geregelde atmosfeer wordt gekoeld.

37. Werkwijze volgens conclusies 33-36, met het kenmerk, dat de uitsparingen qua afmeting worden ingesteld om een tolerantie per zijde tussen de uitsparingen en de snijorganen tot stand te brengen van minder dan de helft van de krimp van de uitsparingen als gevolg van het verwarmen en afkoelen van de boorkop, opdat de snijorganen door de uit-35 sparingen mechanisch worden vastgehouden.

38. Werkwijze voor het vervaardigen van een boorkop, gekenmerkt door; het vormen van een voorzijde van een boorkop door een poèder-me-tallurgische methode onder toepassing van een grafietmatrijs met een 40 reeks uitsteeksels voor het vormen van uitsparingen, waarbij de uit— 8201761 steeksels uitwendige afmetingen hebben die enigszins groter zijn dan de binnenafmetingen van de gerede uitsparingen, teneinde een krimpen van de voorzijde van de boorkop tijdens de ovenbehandeling mogelijk te maken; en 5 het bevestigen van snijorganen met snijvlakken in de genoemde uit sparingen door: het vormen van een aantal nagenoeg gesloten qua afmeting ingestelde uitsparingen in de boorkop; het plaatsen van hardsoldeerfolie in aanraking met de achterzijden 10 en benedenzijden van de snijorganen, waarbij overtollige folie uitsteekt boven de bovenzijde van de snijorganen; het kloppen van de snijorganen en het hardsoldeermateriaal in de uitsparingen; het metallurgisch- bevestigen van de snijorganen aan de uitsparin-15 gen door verwarmen van de boorkop tot een vooraf bepaalde hardsoldeer-temperatuur, teneinde de uitsparingen te laten uitzetten, waardoor de hardsoldeerfolie kan vloeien in de uitsparingen en de snijorganen wezenlijk kan omgeven; en het krimpen van de uitsparing om het snijorgaan door koelen van de 20 boorkop in waterstof.

39. Werkwijze voor het vervaardigen van een boorkop volgens conclusie 38, gekenmerkt door het plaatsen van gesinterde carbidemondstuk— ken binnen de voorzijde van de boorkop aangrenzend aan de snijorganen.

40. Werkwijze voor het vervaardigen van een boorkop volgens con— 25 clusie 38, met het kenmerk, dat de snijorganen boorvoorwerpen omvatten, die bestaan uit een voorplaat uit synthetisch polykristallijn diamant en een achterplaat die aan de genoemde voorplaat is bevestigd.

41. Werkwijze voor het vervaardigen van een boorkop volgens conclusie 38, met het kenmerk, dat de snijorganen zijn voorzien van een 30 voorvertinning en een diameter hebben in het gebied van 13,46 tot 13,56 mm.

42. Werkwijze voor het vervaardigen van een boorkop volgens conclusie 38, met het kenmerk, dat de boorkop is gevormd uit een carbide bevattend bindmiddel.

43. Werkwijze voor het vervaardigen van een boorkop volgens con clusie 38, met het kenmerk, dat het hardsoldeermateriaal een folie uit een nikkel-zilverlegering is.

44. Werkwijze voor het vervaardigen van een boorkop volgens conclusie 38, met het kenmerk, dat de voorzijde van de boorkop een bind-40 middelmateriaal omvat, dat bestaat uit een koolstof oplossing. 8201761

45. Boorkop vervaardigd volgens de werkwijze van conclusie 1.

46- Boorkop vervaardigd door de werkwijze van conclusie 2.

47. Boorkop vervaardigd door de werkwijze van conclusie 19.

48. Boorkop vervaardigd door de werkwijze volgens conclusie 38.

49. Werkwijze voor het vervaardigen van een boorkop volgens con clusie 38, met het kenmerk, dat de uitsparingen qua afmeting groter zijn ingesteld dan 10% van de krimp per zijde als gevolg van het koelen van de boorkop na de ovenbehandeling voor de metallurgische hechting, teneinde een zodanige krimpdruk op het snijorgaan te verhinderen, die 10 de boorkop zou doen scheuren.

50. Boorkop voor grondboringen ingericht voor de toepassing met een roterende boorstang, gekenmerkt door; een schacht met een boring; een boorkop gevormd door poedermetallurgie en vast bevestigd aan 15 de genoemde schacht, waarbij de boorkop is voorzien van een kroonge— deelte waarin een aantal bladen aanwezig zijn voor het vormen van flul-dumwegen daarop en waarbij elk blad is voorzien van een aantal qua afmeting ingestelde, nagenoeg, gesloten uitsparingen gevormd door uitsteeksels in een grafietmatrijs die wordt toegepast bij het poeder-me— 20 tallurgisch vormen van de boorkop; cilindrische snij-inrichtingen met een schacht en een diamantvlak, waarbij, elke snij-inrichting een zodanige afmeting heeft, dat deze volgens een slippassing in de uitsparing kan worden aangebracht, hardsoldeermateriaal dat tussen elk van de snijorganen en de res-25 pectieve uitsparingen is aangebracht en wezenlijk de snijorganen omgeeft voor het bevestigen daarvan aan de genoemde uitsparing, waarbij de uitsparingen zodanig qua afmeting zijn ingesteld, dat de tolerantie tussen de snijorganen en de uitsparingen per zijde minder is dan de krimp van de uitsparingen na koeling van de boorkop volgend op de oven-30 behandeling voor de metallurgische hechting, waardoor een krimppassing van de uitsparing om het snijorgaan ontstaat. ************** 8201761