一种喉口耐冲蚀区加厚的旋喷喷嘴的制作方法

本发明属于高压旋喷注浆，具体涉及到一种喉口耐冲蚀区加厚的旋喷喷嘴。

背景技术：

1、高压旋喷注浆通过高压泵将水泥浆等含固相浆液输送至喷嘴，浆液经喷嘴收缩流道加速后形成高速射流，并配合钻杆旋转和提升对地层进行切割、混合和固结。喷嘴内孔轮廓、喉部过渡状态以及浆液接触面的材料组成直接关系到流动连续性和局部冲蚀状态。

2、现有旋喷喷嘴通常重点提高材料整体硬度或采用简单锥形收缩孔，但在含固相浆液长期高速冲刷条件下，喉口及其邻近集束段仍可能出现局部材料损失。若仅整体降低硬质合金中的钴含量，会同时降低外侧承载区域的钴含量，难以分别设置近壁区域与外侧区域的材料组成；若通过孔径突变、内凸台或局部台阶增加材料厚度，又会改变既定流道几何。因而，需要在不破坏连续流道的条件下，使耐冲蚀材料在高风险轴向位置具有更大的有效厚度，并在径向上平稳过渡至外侧承载材料。

3、公开文件wo2008032272a2涉及渐缩孔与相邻圆柱孔的喷嘴结构，并公开曲线轮廓以及硬质材料内孔加工，其重点在于喷嘴流道及材料加工，未针对喉口位置给出轴向局部变厚的等成分耐冲蚀区与径向组成梯度的协同空间配置。

4、公开文件cn101818272b涉及表面粘结相含量较低、内部粘结相含量较高的功能梯度碳化钨硬质合金，并讨论液相烧结过程中粘结相迁移问题，但其一般性的表层—内部梯度不能直接限定本发明以喉口为基准的轴向局部变厚关系。

5、公开文件cn109161711b涉及具有双梯度层结构的超细晶梯度硬质合金，公开了不同材料区域的梯度配置，但其“双梯度层”并不等同于本发明沿喷嘴轴向位置和径向距离共同变化、且第一轴向加强区横跨喉口基准截面的双向梯度结构。

6、因此，需要在保持流道无径向台阶的条件下，使耐冲蚀区在喉口两侧较厚、在相邻轴向区域较薄，并使钴质量分数沿径向由近壁向外侧逐渐增加。

技术实现思路

1、本发明提出一种喉口耐冲蚀区加厚的旋喷喷嘴，在不改变连续流道轮廓的条件下，增大横跨喉口基准截面的耐冲蚀区径向厚度，并通过轴向渐变区连接相邻较薄区域；钴质量分数沿径向由近壁区域向外侧承载区域单调增加，承载区沿轴向连续包覆于耐冲蚀区和径向过渡区外侧。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种喉口耐冲蚀区加厚的旋喷喷嘴，包括碳化钨—钴硬质合金制成的喷嘴本体，喷嘴本体沿轴向依次分为入口段、连续收缩段、喉部过渡段和圆柱形集束段，连续收缩段与喉部过渡段的内轮廓沿流动方向连续收缩，喉部过渡段与圆柱形集束段切线连续且连接处无径向台阶，二者的交界截面构成喉口基准截面；喷嘴本体在流道附近形成沿径向自内向外依次连接的耐冲蚀区、径向过渡区和承载区，钴质量分数由近壁处经径向过渡区向承载区单调增加或分级单调增加；耐冲蚀区沿轴向具有横跨喉口基准截面的第一轴向加强区及与其相邻的第二轴向区，第一轴向加强区的耐冲蚀区径向厚度大于第二轴向区的耐冲蚀区径向厚度，二者通过耐冲蚀区径向厚度逐渐变化的轴向渐变区连接；承载区沿轴向连续包覆于耐冲蚀区和径向过渡区的外侧。

4、优选地，连续收缩段、喉部过渡段和圆柱形集束段在相邻连接处的内轮廓满足切线连续，喉部过渡段在喉口基准截面处的内轮廓切线平行于喷嘴中心轴线。

5、优选地，第二轴向区包括位于第一轴向加强区上游的上游第二轴向区和位于其下游的下游第二轴向区，第一轴向加强区分别通过上游轴向渐变区和下游轴向渐变区与两个第二轴向区连接，第一轴向加强区具有厚度为h1的等厚段，两个第二轴向区具有厚度为h2的等厚段，h1/h2为1.5～3.0；上游轴向渐变区的厚度由h2连续增加至h1，下游轴向渐变区的厚度由h1连续减小至h2，h1为0.65～1.00 mm，h2为0.25～0.50 mm。

6、优选地，第一轴向加强区、上游轴向渐变区、下游轴向渐变区及两个第二轴向区均为绕喷嘴中心轴线连续延伸的环状区域，耐冲蚀区的径向厚度沿轴向的变化不改变成品内孔的连续流道轮廓。

7、优选地，近壁处钴质量分数cs为5%～7%，承载区钴质量分数cb为10%～13%，耐冲蚀区与径向过渡区的分界采用统一钴质量分数阈值c*对应的等成分边界确定，且cs

8、优选地，圆柱形集束段的轴向长度与其成品内径之比为3～6。

9、优选地，圆柱形集束段成品内孔表面的算术平均粗糙度ra不大于0.20 μm。

10、连续收缩段、喉部过渡段与圆柱形集束段采用平滑连接，喉部与集束段连接处不设置径向台阶，使局部材料加强不以改变成品内孔轮廓为代价，减少由几何突变引起的附加流动扰动。

11、第一轴向加强区横跨喉口基准截面，并在喉部下游和集束段上游形成较大的耐冲蚀区径向厚度；相邻第二轴向区采用较小厚度，并通过轴向渐变区连续连接，使耐冲蚀材料能够按轴向位置进行差异化配置。

12、沿同一轴向截面由近壁耐冲蚀区经径向过渡区向承载区提高钴质量分数，使近壁区域与外侧承载区域之间形成连续或分级单调的组成过渡，并通过统一等成分阈值对耐冲蚀区厚度进行成品检测和比较。

13、耐冲蚀区的径向厚度以成品孔面至规定钴质量分数边界的距离确定，各轴向位置采用相同的成分阈值进行比较，材料分区的厚度变化不改变成品流道轮廓。

1.一种喉口耐冲蚀区加厚的旋喷喷嘴，其特征在于：包括碳化钨—钴硬质合金制成的喷嘴本体，喷嘴本体沿轴向依次分为入口段、连续收缩段、喉部过渡段和圆柱形集束段，连续收缩段与喉部过渡段的内轮廓沿流动方向连续收缩，喉部过渡段与圆柱形集束段切线连续且连接处无径向台阶，二者的交界截面构成喉口基准截面；喷嘴本体在流道附近形成沿径向自内向外依次连接的耐冲蚀区、径向过渡区和承载区，钴质量分数由近壁处经径向过渡区向承载区单调增加或分级单调增加；耐冲蚀区沿轴向具有横跨喉口基准截面的第一轴向加强区及与其相邻的第二轴向区，第一轴向加强区的耐冲蚀区径向厚度大于第二轴向区的耐冲蚀区径向厚度，二者通过耐冲蚀区径向厚度逐渐变化的轴向渐变区连接；承载区沿轴向连续包覆于耐冲蚀区和径向过渡区的外侧。

2.根据权利要求1所述的一种喉口耐冲蚀区加厚的旋喷喷嘴，其特征在于：连续收缩段、喉部过渡段和圆柱形集束段在相邻连接处的内轮廓满足切线连续，喉部过渡段在喉口基准截面处的内轮廓切线平行于喷嘴中心轴线。

3. 根据权利要求1所述的一种喉口耐冲蚀区加厚的旋喷喷嘴，其特征在于：第二轴向区包括位于第一轴向加强区上游的上游第二轴向区和位于其下游的下游第二轴向区，第一轴向加强区分别通过上游轴向渐变区和下游轴向渐变区与两个第二轴向区连接，第一轴向加强区具有厚度为h1的等厚段，两个第二轴向区具有厚度为h2的等厚段，h1/h2为1.5～3.0；上游轴向渐变区的厚度由h2连续增加至h1，下游轴向渐变区的厚度由h1连续减小至h2，h1为0.65～1.00 mm，h2为0.25～0.50 mm。

4.根据权利要求3所述的一种喉口耐冲蚀区加厚的旋喷喷嘴，其特征在于：第一轴向加强区、上游轴向渐变区、下游轴向渐变区及两个第二轴向区均为绕喷嘴中心轴线连续延伸的环状区域，耐冲蚀区的径向厚度沿轴向的变化不改变成品内孔的连续流道轮廓。

5.根据权利要求1所述的一种喉口耐冲蚀区加厚的旋喷喷嘴，其特征在于：近壁处钴质量分数cs为5%～7%，承载区钴质量分数cb为10%～13%，耐冲蚀区与径向过渡区的分界采用统一钴质量分数阈值c*对应的等成分边界确定，且cs

6.根据权利要求1所述的一种喉口耐冲蚀区加厚的旋喷喷嘴，其特征在于：圆柱形集束段的轴向长度与其成品内径之比为3～6。

7. 根据权利要求1所述的一种喉口耐冲蚀区加厚的旋喷喷嘴，其特征在于：圆柱形集束段成品内孔表面的算术平均粗糙度ra不大于0.20 μm。