使用形状记忆材料的机械锁定机构制造技术

一种紧固设备，包括保持构件，所述保持构件包括形状记忆材料，所述形状记忆材料被构造成响应于刺激的施加而从第一固相转变到第二固相。所述保持构件设置在主体中的孔洞内并通过相变固定在所述孔洞内，所述相变产生过盈配合以抵抗旋转和轴向运动固定所述保持构件。所述孔洞具有第二轴向横截面形状。所述保持构件具有优选地为圆形或矩形的第一轴向横截面形状。

Mechanical locking mechanism using shape memory material

A fastening device includes a retaining member including a shape memory material configured to change from a first solid phase to a second solid phase in response to the application of stimulation. The retaining member is arranged in a hole in the main body and fixed in the hole through phase transformation, and the phase transformation generates interference fit to resist rotation and axial movement to fix the retaining member. The holes have a second axial cross-sectional shape. The retaining member has a first axial cross-sectional shape preferably circular or rectangular.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用形状记忆材料的机械锁定机构相关申请的交叉引用本申请是2016年9月12日提交的“MethodandApparatusforSecuringBodiesUsingShapeMemoryMaterials”的美国专利申请号15/262,893的部分继续申请。本申请的主题涉及以下专利申请的主题：2016年1月20日提交的“Earth-BoringToolsandMethodsofFormingEarth-BoringToolsUsingShapeMemoryMaterials”的美国专利申请号15/002,211；2016年1月20日提交的“Earth-BoringTools,Depth-of-CutLimiters,andMethodsofFormingorServicingaWellbore”的美国专利申请号15/002,230；以及2016年1月20日提交的“NozzleAssembliesIncludingShapeMemoryMaterialsforEarth-BoringToolsandRelatedMethods”的美国专利申请号15/002,189，所述专利申请中的每一者的全部公开内容特此通过此引用并入本文。
本公开的实施方案总体涉及包括形状记忆材料的紧固件、用于形成或服务于井筒的工具，以及相关方法。
技术介绍
钻地工具中使用的切割元件常常包括聚晶金刚石复合片(常常称为“PDC”)切割元件，其是包括聚晶金刚石材料的切割面的切割元件。聚晶金刚石(常常称为“PCD”)材料是包括金刚石材料的相互键合的晶粒或晶体的材料。换句话讲，PCD材料包括金刚石材料的晶粒或晶体之间的直接晶粒间键。PDC切割元件通过以下方式来形成：在存在催化剂(例如，钴、铁、镍或合金或其混合物)的情况下下在高温和高压条件下烧结相对小的金刚石晶粒、并将它们键合在一起以在切割元件基体上形成聚晶金刚石材料层或“台”。这些过程常常称为高温/高压(或“HTHP”)工艺。切割元件基体可包括金属陶瓷材料(即，陶瓷-金属复合材料)，诸如钴结碳化钨。在此类实例中，切割元件基体中的钴(或其他催化剂材料)可在烧结期间扩散到金刚石晶粒中，并且充当用于由金刚石晶粒形成晶粒间金刚石-金刚石键和所得金刚石台的催化剂。在其他方法中，在HTHP工艺中将晶粒烧结在一起之前，可将粉末状催化剂材料与金刚石晶粒混合。在使用HTHP工艺形成金刚石台时，催化剂材料可保留在所得聚晶金刚石台中的金刚石晶粒之间的间隙空间中。当切割元件在使用期间由于切割元件与被切割岩层之间的接触点处的摩擦而被加热时，金刚石台中催化剂材料的存在可能导致金刚石台中的热损坏。其中催化剂材料保留在金刚石台中的PDC切割元件通常在至多达约750℃的温度下是热稳定的，但在超过约400℃的温度下切割元件内可能开始产生内应力，这是由于钴在该温度下发生的相变(从“β”相变为“α”相)。同样从约400℃开始，由于金刚石晶粒和晶界处的催化剂材料的热膨胀差异而产生内应力分量。当PDC切割元件在使用中时，这种热膨胀的差异可在金刚石晶粒之间的接触面处产生相对大的拉伸应力，并且可能导致微结构的热降解。金刚石台与其所键合到的切割元件基体之间的热膨胀差异可能进一步使聚晶金刚石复合片中的应力加剧。这种热膨胀的差异可能在金刚石台与基体之间的接触面处产生相对大的压缩应力和/或拉伸应力，这最终导致金刚石台的劣化，使金刚石台从基体剥离，或者导致切割元件总体失效。此外，在约750℃或高于约750℃的温度下，金刚石台内的金刚石晶体中的一些可与催化剂材料发生反应，从而导致金刚石晶体经历化学分解或转化成另一种碳同素异形体。例如，金刚石晶体可在金刚石晶体边界处石墨化，这可显著削弱金刚石台。而且，在极高的温度下，除了石墨化之外，金刚石晶体中的一些还可转化成一氧化碳或二氧化碳。为了减少与PDC切割元件中的热膨胀差异和金刚石晶体的化学分解相关联的问题，已经开发了所谓的“热稳定”聚晶金刚石复合片(也称为热稳定产品或“TSP”)。这种TSP可通过使用例如酸或酸的组合(例如王水)从金刚石台中的相互键合的金刚石晶体之间的间隙空间浸出催化剂材料(例如，钴)来形成。可从金刚石台去除大量的催化剂材料，或者可仅从金刚石台的一部分去除催化剂材料。据报道，其中基本上所有催化剂材料已从金刚石台浸出的TSP在至多达约1,200℃的温度下是热稳定的。然而，据报道，与未浸出的金刚石台相比，此类完全浸出的金刚石台相对更脆并且易受剪切应力、压缩应力和拉伸应力的影响。另外，可能难以将完全浸出的金刚石台固定到支撑基体。切割元件通常通过钎焊安装在钻头主体上。钻头主体在其中形成有凹槽，用于接收相当大部分切割元件，其方式为以适当的角度和方向呈现PCD层以根据钻头设计进行切割。在此类情况下，钎焊化合物施加到背衬的表面和钻头主体上的其中接收切割元件的凹槽中。切割元件安设在其位于钻头主体中的相应凹槽中，并通过焊炬将热量施加到每个切割元件以将温度升高至足以将切割元件钎焊到钻头主体、但不高至损坏PCD层的程度。
技术实现思路
在一些实施方案中，一种钻地工具包括：工具主体；至少一个切割元件；以及保持构件，所述保持构件包括位于所述工具主体的表面与所述至少一个切割元件的表面之间的形状记忆材料。所述形状记忆材料被构造成响应于刺激的施加而从第一固相转变到第二固相。所述保持构件包括处于所述第二固相的所述形状记忆材料，并且至少部分地保持所述至少一个切割元件邻近所述工具主体。一种形成钻地工具的方法包括：将包括形状记忆材料的保持构件设置在切割元件与工具主体之间的空间中；以及通过施加刺激使所述形状记忆材料从第一固相转变到第二固相，以在所述切割元件、所述保持构件和所述工具主体之间产生机械干涉，以将所述切割元件固定到所述工具主体。在其他实施方案中，一种形成钻地工具的方法包括：将处于第一固相的形状记忆材料训练到第一形状，将处于第二固相的所述形状记忆材料训练到第二形状，使得包括所述形状记忆材料的保持构件表现出在至少一个方向上比在处于所述第一相时的至少一个方向上大的尺寸；使所述形状记忆材料转变到所述第一固相；将包括处于所述第一固相的所述形状记忆材料的所述保持构件至少部分地设置在切割元件与工具主体之间的空间内；以及使所述形状记忆材料转变到所述第二固相以将所述切割元件固定到所述工具主体。在一些实施方案中，一种用于形成或服务于井筒的工具包括：第一主体；第二主体；以及保持构件，所述保持构件位于所述第一主体的表面与所述第二主体的表面之间。所述保持构件相对于所述第一主体至少部分地保持所述第二主体。所述保持构件包括形状记忆材料，所述形状记忆材料被构造成响应于刺激的施加而从第一固相转变到第二固相。在一些实施方案中，一种形成用于形成或服务于井筒的工具的方法包括：将包括形状记忆材料的保持构件设置在第一主体与第二主体之间的空间中。所述方法还包括：通过施加刺激使所述形状记忆材料从第一固相转变到第二固相，以致使所述保持构件在所述第一主体、所述保持构件和所述第二主体之间产生机械干涉，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紧固设备，其包括：/n包括形状记忆材料的保持构件，所述保持构件具有第一横截面形状的轴向横截面；/n位于主体内的孔洞，所述保持构件设置在所述孔洞中，所述孔洞具有第二横截面形状的轴向横截面；/n其中所述形状记忆材料被构造成响应于刺激的施加而从第一固相转变到第二固相；并且/n所述形状记忆材料到所述第二固相的转变将使所述保持构件抵抗旋转和轴向运动固定在所述孔洞内。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170216 US 15/434,2061.一种紧固设备，其包括：
包括形状记忆材料的保持构件，所述保持构件具有第一横截面形状的轴向横截面；
位于主体内的孔洞，所述保持构件设置在所述孔洞中，所述孔洞具有第二横截面形状的轴向横截面；
其中所述形状记忆材料被构造成响应于刺激的施加而从第一固相转变到第二固相；并且
所述形状记忆材料到所述第二固相的转变将使所述保持构件抵抗旋转和轴向运动固定在所述孔洞内。


2.如权利要求1所述的紧固设备，其中所述第二横截面形状是非圆形的。


3.如权利要求2所述的紧固设备，其中所述第一横截面形状是矩形的。


4.如权利要求1所述的紧固设备，其中所述第一横截面形状是圆形的。


5.如权利要求1所述的紧固设备，其中所述第一横截面形状是非圆形的。


6.如权利要求5所述的紧固设备，其中所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡安·米格尔·比伦，俞波，肯尼斯·R·埃文斯，
申请(专利权)人：通用电气GE贝克休斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US