一個鑽探元件和用於在熱化學表面處理中遮蓋元件的裝置及其方法
2023-10-09 21:35:34 1
專利名稱：一個鑽探元件和用於在熱化學表面處理中遮蓋元件的裝置及其方法
技術領域：
在諸如滲碳、滲碳氮化、滲硼等熱化學表面處理中，經常要求特定區域的表面保持有與熱處理前相同的化學組成。通常，通過使用一些製備品覆蓋在這些區域的表面來實現這個要求，這些製備品能夠防止鋼表面直接暴露於爐內氣氛。對於在爐內氣氛中的元件，進行的覆蓋形成了或多或少擴散的密封層，該密封層不與鋼發生平衡反應。可以使用多種方法進行覆蓋，例如通過刷、浸、噴形成液體塗層，通過粘漿或通過電鍍銅。在管子進行滲碳的例子中，希望末端和沿著管子大約20mm的長度的外部和內部不進行滲碳，通常的方法是將管子末端浸入到塗料中，然後在升高的溫度下進行乾燥。覆蓋層不能過厚，也不能過薄，因此在浸入形成光滑的覆蓋層以後，必須使用刷子或其它工具進行調整。這個方法花費較高，因為它對於塗料(粘度、組分等)和使用二者要求有很高的準確性。
圖1顯示了通過傳統的方法將末端2浸入形成覆蓋層的鑽探元件或管子1的例子。箭頭指示了在表面上爐內氣氛的運動。圖3顯示了在滲碳之前已經在末端表面2上塗有覆蓋層的已滲碳的管子1的例子。通常大約1mm厚的滲碳層在覆蓋表面的起始處具有一個相對較陡的過渡區5。過渡區的長度用字母a表示，通常大約為1mm。通過將過渡區的長度和表面硬化層深度相除，即a/d，能夠得到過渡區5的陡峭度。因此，在例如US-A4165243中所公開的傳統的熱處理方法中，陡峭度大約為1。陡的過渡區具有不良的表面應變狀態，例如在承受彎曲或衝擊應力時。在US4867015中描述的孔向下的鑽頭的熱化學處理中，其中在熱處理開始以前在鑽頭的插入孔中覆蓋有塗料。
本發明的目的本發明的一個目的是提供一個以簡單的節省成本的方式在熱化學表面處理中遮蓋元件的方法。
本發明的另一個目的是提供一個在熱化學表面處理中遮蓋元件的方法，以用於改善元件的強度。
本發明的另一個目的是提供帶有連續變化的表面硬化層深度的鑽探元件。
本發明的另一個目的是提供一個能夠控制表面硬化層深度的裝置。
附圖描述圖1顯示了鑽探元件的透視圖的實例，其通過傳統的浸入的方式覆蓋有保護層；圖2顯示了本發明的一個裝置的截面側視圖；圖3顯示了在一末端進行傳統塗料和滲碳後的鑽探元件的實施例的截面圖；圖4顯示了根據本發明的滲碳後的鑽探元件的實施例的截面圖；圖5顯示了本發明的裝置的另一個實施例的截面側視圖；圖6顯示了根據本發明的鑽探元件的另一個實施例在滲碳後的截面圖。
本發明詳細描述圖2顯示了一個例如為陶瓷或鋼製成的裝置或一個蓋3，用於防止在鋼表面14上的熱化學作用。該鋼表面優選設置在一個管或杆的末端以被用於進行衝擊鑽探。該裝置具有一個旋轉的對稱的管狀的外壁或蓋外部部分11和一個旋轉的對稱的管狀的內壁或蓋內部部分12。內壁12和外壁11通過在一末端表面的環狀壁部分13連接在一起，以致於形成用於接收管1的末端的環形的凹槽。外壁11的內直徑和內壁12的外直徑應當如此進行尺寸設計以至相對於被保護的不進行熱化學處理的管1的縫隙開口不大於0.1mm。在熱處理期間將蓋安裝在管1的末端2。箭頭指示了爐內氣氛圍繞表面的運動。
圖4顯示了滲碳的管1的實施例，其通過藉助於本發明的一個蓋的幫助在管的末端(內和外)被保護以防止進行滲碳。該蓋遮蓋了端部表面14和外表面的相連部分。該滲碳層具有一個在滲碳層和未處理的末端表面2之間的伸長的和連續的過渡區。字母b表示過渡區的長度。熱化學處理的表面的過渡區的長度b大於通過其它諸如浸入和塗料等保護方法所得到的過渡區長度，優選大於表面硬化層深度d的兩倍。蓋外部部分11和蓋內部部分12具有相同的長度並藉此在管1的各自的內和外表面上給出正好長度的保護區域。這裡所表述的「未滲碳」和相似的表述，意味著該表面具有可忽略的碳的增加，其實質上沒有受到熱處理的結果的影響。
圖5顯示了根據本發明的裝置或蓋3′的另一個實施例。裝置3′具有在內部和在外部的倒角的引出端7′，其中在管1′的滲碳部分的滲碳層4′和管末端2′的未滲碳的表面之間的過渡區變得較長。在圖6中顯示的過渡區的長度由字母c表示。可以通過或大或小的蓋外部部分的內直徑的倒角和同樣的裝置3′的內壁的外直徑的倒角，來調整過渡區的長度。
通過以上描述的三個不同的變化的對比，可以應用以下的滲碳層的過渡區的長度的關係a＜b＜c。
所開發的保護蓋被安裝到旋轉的對稱的管或杆的末端。其目的是蓋應當有足夠的配合以便爐內氣氛不能深入進入到要保護的以防止諸如滲碳的熱化學處理的管壁部分。通常，如果在管末端的端部表面和蓋的底部之間的同時鄰接的間隙小於0.1mm，其配合是足夠的。
通過蓋的倒角，如圖5所示的，帶有倒角7′的間隙開口將加大。藉此例如對於滲碳層的過渡區6′的長度c能夠被製造得更長，大於具有恆定寬度的間隙開口的過渡區的長度。以這樣的方式，優選例如當管或杆承受彎曲應力時，將得到在過渡區的拉伸。
可選擇的蓋外部部分11和蓋內部部分12具有不同的長度並且藉此給出在管1的內和外表面上的不同的延伸的保護區域。同樣，蓋內部部分在10處的內直徑能夠被減少以便在管1的內部的熱化學作用小於在管表面上的。
蓋必須由不影響管表面內的組分的材料製成。優選的是，使用陶瓷材料或鋼，其具有一個與相對於在管中的鋼相平衡的組分。
蓋或者放置在豎立的管的頂部，以便蓋由於它自身的重量下降靠在管的末端表面上，或者管能夠放置在蓋上。穿過蓋的孔使在管的內部不被蓋保護的表面上得到熱化學處理。通過在蓋上製造小孔，在內側未保護表面上的滲碳深度能夠製造得小於在外部未保護的表面上的滲碳深度。
涉及將蓋應用到管的未進行熱化學處理的部分上的方法。在諸如滲碳或氮化的熱化學表面處理中遮蓋鑽探元件的方法，所述方法包括以下步驟提供一個鑽探元件，例如鑽管或鑽杆，所述元件具有實質上基本伸長的形狀和至少一個自由末端以及用於流出介質的中央通道，提供一個基本與元件的自由末端幾何尺寸相配合的蓋，將蓋和元件的自由端彼此相互緊靠者鄰接在一起，將蓋和元件放置在具有適合的爐內氣氛和用於金屬熱處理的適合的溫度的爐內，允許爐內氣氛部分地進入到蓋和元件之間的地方，以便熱處理沿著朝向自由端表面的方向連續減弱，和以便過渡區變長，和將蓋和元件在環境溫度下冷卻並將蓋從元件上拆下。然後鑽探元件被適應地部分地焊接到用於衝擊鑽探的帶有螺紋的部件或鑽頭上。
這個方法還有一些優點，例如快速應用和拆下保護，保護效果的良好的再重現，能夠改變在熱化學處理表面和未處理表面之間的過渡區，能夠改變在管的內部的熱化學處理和能夠控制過渡區的程度和形狀。
權利要求
1.在諸如滲碳或氮化的熱化學表面處理中遮蓋鑽探元件的方法，所述方法包括以下步驟-提供一個衝擊鑽探用的鑽探元件(1、1′)，例如鑽管或鑽杆，所述元件具有基本伸長的形狀和至少一個自由末端(2、2′)以及用於流出介質的中央通道，-提供一個基本與元件的自由末端(2、2′)幾何尺寸相配合的蓋(3、3′)，-將蓋和元件的自由端(2、2′)彼此相互緊靠者鄰接在一起，-將蓋和元件放置在具有適合的爐內氣氛和用於金屬熱處理的適合的溫度的爐內，-允許爐內氣氛部分地進入到蓋和元件之間的地方，以便熱處理沿著朝向自由端表面(2、2′)的方向連續減弱，和以便過渡區變長，-將蓋和元件在環境溫度下冷卻和-將蓋從元件上拆下。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還進行以下步驟-將元件部分地焊接到帶有螺紋的部件或鑽頭上。
3.用於衝擊鑽探的根據權利要求1所述的方法製造的鑽探元件，例如鑽管或鑽杆，所述元件(1、1′)具有基本伸長的形狀和至少一個自由末端(2、2′)以及用於流出介質的中央通道，其中帶有第一表面硬化層深度(d)的變硬的部分(4)被至少部分地設置在元件的外殼表面上，其中未變硬的部分被至少部分地設置在所述自由末端(2、2′)，其中過渡區(6、6′)沿著在變硬和未變硬材料之間的縱向方向上具有第一長度(b、c)，其特徵在於，過渡區(6、6′)的第一長度(b、c)大於第一表面硬化層深度(d)。
4.如權利要求3所述的鑽探元件，其特徵在於，過渡區(6、6′)的第一長度(b、c)至少是第一表面硬化層深度(d)的兩倍。
5.如權利要求3或4所述的鑽探元件，其特徵在於，它具有管或杆的形狀。
6.如權利要求3、4和5所述的鑽探元件，其特徵在於，自由末端表面通過部分焊接被連接到帶螺紋的部件或鑽頭上。
7.用於保護金屬表面不受熱處理作用的裝置，所述裝置(3、3′)被有意設置在用於衝擊鑽探的伸長的鑽探元件的一個末端，其特徵在於，蓋(3、3′)包括一個凹槽(15)，凹槽(15)至少被與鑽探元件尺寸相關的一個徑向的外壁(11)所連接，以便在使用中它允許爐內氣氛部分地進入到在凹槽(15)和元件之間的地方，以在鑽探元件中產生加長的過渡區。
8.如權利要求7所述的裝置，其特徵在於，蓋(3、3′)包括一個中央孔(10)和一個徑向的內壁(12)。
9.如權利要求7或8所述的裝置，其特徵在於，徑向的外壁(11)和/或徑向的內壁(12)包括倒角部分(7′)。
10.如權利要求7、8和9所述的裝置，其特徵在於，蓋(3、3′)是旋轉對稱的並且形成一個管狀的外壁和一個旋轉對稱的管狀的內壁，它們被在一個末端表面的環形壁部分連接在一起。
全文摘要
本發明涉及一個鑽探元件和用於在熱化學表面處理中遮蓋元件的裝置及其方法。諸如鑽管或鑽杆的鑽探元件(1)具有實質上基本伸長的形狀和至少一個自由末端(2)以及用於流出介質的中央通道。帶有第一表面硬化層深度(d)的變硬的部分(4)被至少部分地設置在元件的外殼表面上。未變硬的部分被至少部分地設置在所述自由末端(2),其中過渡區(6)沿著在變硬和未變硬材料之間的縱向方向上具有第一長度(b)。過渡區(6)的第一長度(b)大於第一表面硬化層深度(d)。
文檔編號E21B17/00GK1269846SQ98809000
公開日2000年10月11日 申請日期1998年8月26日 優先權日1997年9月10日
發明者拉爾斯·貢納爾·倫德爾 申請人:桑德維克公司