BE1023352B1

BE1023352B1 - Couronne miniere comprenant des segments impregnes de diamant obtenus par frittage a chaud

Info

Publication number: BE1023352B1
Application number: BE2016/5074A
Authority: BE
Inventors: Robert Delwiche; Etienne Lamine; Nicolas Golard
Original assignee: Diarotech S.A.
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2017-02-13

Abstract

Couronne minière comprenant un support de couronne (1) sous forme de manchon cylindrique, des alvéoles radialement traversantes (2) étant usinées à l’une des extrémités du support de couronne, des segments imprégnés de diamant (3) étant placés dans lesdites alvéoles radialement traversantes (2), caractérisée en ce que ladite couronne est obtenue par le procédé suivant : - Fabrication des segments imprégnés de diamant (3) par un procédé comprenant une étape de frittage à chaud ; - Placement desdits segments imprégnés de diamant (3) dans lesdites alvéoles radialement traversantes (2) ; - Solidarisation desdits segments imprégnés de diamant (3) avec lesdites alvéoles radialement traversantes (2).

Description

COURONNE MINIERE COMPRENANT DES SEGMENTS IMPREGNES DE DIAMANT OBTENUS PAR FRITTAGE A CHAUD

Domaine de l'invention

La présente invention concerne les outils miniers, et plus particulièrement une couronne minière à segments imprégnés de diamant, utilisée pour la prospection minière des sols. État de la technique

On connaît actuellement différents types de couronnes minières. Par couronne minière, on entend un élément de forage et/ou de carottage pour minerai. Lors de son utilisation, une telle couronne est en général raccordée à une colonne de forage par l'intermédiaire d'un manchon aléseur habituellement vissé sur ladite couronne.

Dans la première catégorie de l'art antérieur, la couronne comprend un support de couronne en acier, sur lequel est fixé un mélange diamanté. Ce mélange diamanté contient une matrice métallique, des diamants sous forme de petits grains et un infiltrant. Cet infiltrant est en général un composé cuivre, argent ou zinc, ou toute autre métal d'apport.

Le mélange diamanté est placé dans un moule en graphite, et est compacté par le support de couronne en acier. L'ensemble est fixé lors d'un processus thermique, au four ou par chauffage induction. Une pression est émise, soit directement à chaud, soit lors du refroidissement, par le support de couronne qui agit comme un piston sur le mélange diamanté.

Cette pression sous processus thermique permet de réaliser la couronne minière en fixant son support en acier et sa partie diamantée. Cette première catégorie de couronnes comprend à la fois des couronnes à diamants imprégnés et des couronnes à pierres serties. Les couronnes à diamants imprégnés contiennent des grains de diamants mélangés directement avec la matrice métallique et l'infiltrant, comme expliqué précédemment. Par contre, les couronnes à pierres serties comprennent des diamants qui sont d'abord posés à la main dans des alvéoles prévues dans le moule en graphite, et la matrice métallique et l'infiltrant sont par la suite ajoutés sur ces diamants. Comme il vient d'être mentionné, la majorité de ces couronnes sont réalisées grâce à des techniques d'infiltration ou de pressage à chaud dans des moules en graphite afin d'avoir une surface de liaison aussi grande que possible entre le support de couronne et le mélange diamanté.

Dans la seconde catégorie, les diamants sont sous forme de segments à diamant poly-cristallin PDC. La couronne comprend un support de couronne en acier, sur lequel est fixé un mélange non-diamanté grâce à une pression lors d'un processus thermique. Mais différemment de la première catégorie, la matrice métallique comporte des alvéoles. Ces alvéoles permettent le brasage des segments diamantés PDC par la suite. Une autre manière de réaliser les couronnes à segments à PDC est d'avoir les alvéoles directement réalisées dans le support de couronne en acier, afin d'y braser les segments, sans avoir le mélange non-diamanté.

Il apparait un certain nombre de désavantages dans ces deux catégories de couronnes minières. Les couronnes sont actuellement réalisées par des processus métallurgiques qui nécessitent des hautes températures, généralement au-delà de 1000°C (comme l'infiltration par une brasure ou le frittage qui consiste à fabriquer des pièces en chauffant une poudre sans la mener jusqu'à la fusion afin que les grains se soudent entre eux). Ces températures mènent à une graphitisation et à une dégradation des propriétés mécaniques du diamant, ainsi qu'à une mauvaise rétention de celui-ci qui est délogé rapidement lors du processus de coupe. La rétention du diamant ne suffit plus actuellement face aux besoins des applications actuelles, qui rencontrent des couches alternées de roches dures et de roches abrasives. De plus, la qualité de la coupe (« ROP ; rate of penetration ») n'est pas optimale à l'aide des segments déjà existants. D'autre part, la durée de vie des segments de la couronne se trouve limitée car il apparait une usure rapide des outils.

Pour ce qui est des couronnes minières de la première catégorie de l'art antérieur, celle-ci ne permettent pas en général d'avoir des segments de longueur et de composition différente, ce qui peut s'avérer utile dans le cas des sols présentant des couches de duretés et d'abrasivités différentes. De plus, ces segments ne pourront pas être réparés séparément, ce qui obligera de rebuter la couronne entière si un défaut apparait lors de son utilisation ou de sa fabrication.

Un autre aspect de l'invention concerne les manchons aléseurs qui sont fixés à la couronne minière. Ces aléseurs comportent des diamants sur leurs surfaces externes. Ils sont utilisés avec les couronnes minières pour plusieurs raisons. Tout d'abord, le manchon aléseur permet de réduire les vibrations de la couronne minière, grâce à son diamètre plus élevé que celui de la couronne et grâce aussi aux diamants de l'aléseur. En effet, les formations rocheuses qui sont forées dans l'industrie minière sont en général des formations métamorphiques très dures et abrasives et, d'autre part, les vitesses de rotation des équipements de forage sont très élevées, ainsi que les puissances générées sur les outils de carottage. Tous ces éléments mènent à des vibrations importantes de la couronne minière, qui sont diminuées grâce au manchon aléseur. La présence de ce manchon aléseur mène par ailleurs à une durée de vie prolongée de la couronne minière.

Une autre raison d'utiliser un manchon aléseur est qu'il maintient le trou foré à un diamètre bien constant, et évite l'usure des stabilisateurs des carottiers voir des tiges de forage.

Actuellement, les diamants situés sur les surfaces externes du manchon aléseur sont fixés à l'aide d'un processus d'infiltration. Les diamants sont, comme pour les couronnes minières, soit des diamants sertis, soit des diamants imprégnés. Résumé de l'invention L'invention a pour objet de fournir une couronne minière qui a une durée de vie et une résistance à l'usure augmentée, ainsi qu'une grande reproductibilité. Par couronne minière, on entend un élément de forage pour minerai, sous forme tubulaire, raccordé à une colonne de forage.

Un autre objet de l'invention est de fournir une couronne minière qui est adaptée pour forer les formations dures, extra-dures et alternées, difficiles à forer.

Pour ce faire, la couronne minière selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend un support de couronne sous forme de manchon cylindrique, des alvéoles radialement traversantes étant usinées à l'une des extrémités du support de couronne, des segments imprégnés de diamant étant encastrés dans les dites alvéoles radialement traversantes, ladite couronne étant obtenue par le procédé suivant : - Fabrication de segments imprégnés de diamant par un procédé comprenant une étape de frittage à chaud ; - Encastrement desdits segments imprégnés de diamant dans les dites alvéoles radialement traversantes ; - Solidarisation desdits segments imprégnés de diamant (3) avec lesdites alvéoles radialement traversantes (2).

Grâce à l'utilisation de ce procédé, les segments imprégnés de diamants sont fabriqués individuellement, de manière indépendante au support de la couronne. Cela permet tout d'abord de remplacer un segment individuel défectueux ou abimé si le cas se présente, au lieu de remplacer l'entièreté de la couronne comme il est fait actuellement. La reproductibilité en série des segments est envisageable aussi grâce à ce procédé. D'autre part, une plus grande flexibilité est offerte par cette fabrication de segments individuellement, qui pourront être différents les uns des autres au sein d'une même couronne, en fonction des sols à prospecter.

Les segments imprégnés de diamant peuvent être réalisés par tout type de frittage, ce qui n'avait jamais été utilisé auparavant pour réaliser des couronnes minières.

Après leur fabrication, les segments sont encastrés dans les alvéoles radialement traversantes prévues à cet effet dans le support de couronne et solidarisées avec celles-ci. Le procédé utilisé pour fixer les segments dans les alvéoles radialement traversantes peut soit être le brasage, soit le soudage par faisceau d'électrons. Ces deux techniques permettent une bonne rétention des segments dans lesdites alvéoles radialement traversantes. Le soudage au laser peut aussi être envisagé si le segment n'est pas trop épais.

Par « alvéoles radialement traversantes », on entend des alvéoles qui traversent radialement le support de couronne. Les alvéoles radialement traversantes ne sont donc pas fermées le long des pourtours intérieur et extérieur du support de couronne et ne possèdent alors que deux parois latérales.

De cette manière, les segments peuvent avoir une épaisseur plus grande que celle des alvéoles radialement traversantes, afin de dépasser radialement de la couronne. Ce débordement radial est utilisé comme un élément tranchant, qui permet une meilleure coupe lorsque la couronne est mise en rotation.

Dans un mode de réalisation avantageux, les segments imprégnés de diamant sont fabriqués par un procédé comprenant une étape de frittage isostatique à chaud ou de « spark sintering ».

La méthode de frittage isostatique à chaud utilisée dans l'invention permet d'assurer une rétention du diamant meilleure que tout autre processus métallurgique, grâce à la haute pression et à la température inférieure à 1100°C de la méthode. Le diamant n'est pas affecté thermiquement ce qui permet de maintenir ses propriétés mécaniques et d'éviter la dégradation du diamant par graphitisation. De ce fait, ce procédé permet d'augmenter la durée de vie de l'outil ainsi que la qualité de coupe.

Un procédé de « spark sintering » est aussi envisageable pour la fabrication des segments imprégnés de diamant. Dans ce procédé, la poudre métallique est chauffée et une pression est appliquée, le chauffage de la poudre étant au moins en partie généré grâce à un courant électrique appliqué à la poudre, ce qui permet de chauffer les segments à une température plus basse, inférieure à 1100°C. Cela permet en outre de chauffer les segments pendant un temps très court, inférieur à 5 minutes, par rapport à une méthode de frittage classique et de cette manière éviter la dégradation des diamants.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les alvéoles radialement traversantes et les segments imprégnés de diamant comprennent des parois latérales ayant une géométrie définie par une surface courbe ou plusieurs surfaces planes interceptées. En effet, les segments imprégnés de diamant rencontrent des problèmes de débrasage. Dans l'industrie minière, les puissances générées au niveau des outils sont très importantes, ce qui mène à des échauffements considérables au niveau de la surface de la couronne et conduisent à des possibilités de détachement des segments. Ce problème ne se pose généralement pas lorsque les segments ont été soudés par faisceau d'électrons. Pour pallier à ce défaut, une nouvelle géométrie de segment et d'alvéoles radialement traversantes a été mise au point. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, lesdites alvéoles radialement traversantes et les segments imprégnés de diamant comprennent des parois latérales ayant une géométrie définie par une surface courbe et/ou plusieurs surfaces planes interceptées.

Par « parois latérales » d'un segment imprégné de diamant, on entend les deux parois du segment imprégné de diamant en contact avec les deux parois latérales d'une alvéole radialement traversante du support de couronne.

Par « surface courbe », on entend tout type de surface non plane. Elle est définie comme une surface comprenant une infinité de plans non gauches afin de former une surface courbe. Par exemple, une telle surface peut être circulaire ou elliptique.

Par « plusieurs surfaces planes », on entend au moins deux surfaces planes non gauches qui forment la paroi. Par exemple, la paroi pourrait être sous forme d'une intersection de deux surfaces planes, voire même une infinité de surfaces planes qui deviendraient alors une surface courbe. Tout type de paroi latérale qui a sa géométrie définie par au moins deux surfaces planes non gauches interceptées, permet de bloquer les segments radialement dans leurs alvéoles radialement traversantes. En réalité, seule une paroi latérale plane ne permet pas ce blocage du segment. D'une part, le fait que les segments sont encastrés dans les alvéoles radialement traversantes du support de la couronne et d'autre part, la géométrie des parois latérales des segments, empêchent ceux-ci de bouger latéralement, ou radialement. Le seul mouvement possible est alors un mouvement vertical. Pour l'éviter, les segments sont brasés ou soudés dans les alvéoles radialement traversantes. De plus, lorsque la couronne est en cours de forage, une pression s'exerce verticalement sur les segments qui les empêchent de sortir de leur alvéole traversante.

Un autre objet de l'invention est de fournir un manchon aléseur diamanté apte à être fixé à la couronne minière. Ce manchon aléseur comprend des alvéoles et des segments imprégnés de diamants encastrés dans ces alvéoles et solidarisés à celles-ci, par exemple par brasage. Les aléseurs de l'art antérieur ne comportent pas de segments brasés. En réalité, ils sont réalisés soit avec des diamants sertis ou imprégnés qui sont intégrés à la surface de l'aléseur par une méthode d'infiltration.

Les segments imprégnés de diamant du manchon aléseur selon l'invention sont fabriqués à l'aide d'une étape de frittage, par exemple isostatique à chaud, identique à celle des segments des couronnes minières. En particulier, dans le cas du frittage isostatique à chaud, le diamant n'est pas affecté thermiquement ce qui permet de maintenir ses propriétés mécaniques et d'éviter la dégradation du diamant par graphitisation.

Un autre but de l'invention est de fournir un procédé de fabrication de la couronne minière. Ce procédé de fabrication est caractérisé en ce qu'il comprend une première étape d'usinage des alvéoles radialement traversantes dans le support de couronne en acier. D'autre part, les segments imprégnés de diamant sont fabriqués par une méthode comprenant une étape de frittage à chaud. Les segments sont brasés ou soudés par la suite dans les alvéoles radialement traversantes dudit support de couronne.

Plus particulièrement, le procédé de fabrication des segments imprégnés de diamant est avantageusement réalisé selon les différentes étapes suivantes. Premièrement, des granules diamantées sont générées lors d'une étape de granulation (« pelletising ») sur base d'un mélange de grains de diamants et d'au moins une poudre métallique et d'une poudre non-métallique. Le mélange de grains de diamants avec les poudres métallique et non-métallique comprend également des lubrifiants afin d'obtenir une compaction homogène. Les granules sont mises sous presse à froid, généralement dans des moules en acier, afin d'obtenir des préformes de segments imprégnés de diamant, ayant une géométrie adéquate et une compaction homogène. Les préformes de segments sont par la suite pré-frittées dans un four en présence d'une atmosphère réductrice, ceci afin d'éliminer les lubrifiants, désoxyder la matrice métallique et assurer une première densification du segment. Les segments pré-frittés sont ensuite placés dans un four à l'intérieur d'une presse isostatique. La presse est fermée et une pression comprise entre 800 bars et 2000 bars est appliquée à la presse isostatique ainsi qu'une température comprise entre 800°C et 1100°C à l'aide d'un mélange gazeux.

Préférablement, les granules diamantées utilisées dans les segments sont générées à partir de grains de diamant ayant une taille comprise entre 16/18 et 100/120 mesh ASTM, et dont la concentration dans les segments imprégnés est comprise entre 8 à 20% en volume. Les segments sont réalisés avec des concentrations et des tailles de diamants qui sont adaptées à la formation que la couronne doit forer. Les concentrations des diamants sont généralement comprises entre 8 à 20 pourcent en volume.

De plus, selon un mode avantageux de l'invention, ces granules diamantées comprennent au plus un diamant. En effet, le fait d'avoir un diamant par granule diamantée permet d'assurer une distribution parfaite du diamant. Cela mène à une qualité de coupe plus élevée ainsi qu'à une durée de vie plus longue.

Selon un mode de réalisation avantageux, lesdites alvéoles radialement traversantes dans ledit support de couronne sont obtenues par tournage et fraisage. Préférablement, le tournage et le fraisage des alvéoles radialement traversantes ainsi qu'un filetage à l'autre extrémité du support de couronne en vue du raccordement à un manchon aléseur sont réalisés en un seul usinage. En effet, la technique de brasage mise au point grâce au chauffage moyenne fréquence sous pression ne détériore pas la géométrie du filetage ni sa précision. Le tournage et le fraisage des alvéoles radialement traversantes ainsi que le filetage de la couronne peuvent dès lors être usinés en une seule fois, grâce à une machine CNC (computeur numerical control) . Ceci n'est pas le cas avec les technologies à infiltration car les supports en acier sont déformés au refroidissement, ce qui mène au ré-usinage du filetage, ou bien à la réalisation du filetage après le processus d'infiltration, et non pas en un seul usinage.

Suivant un mode de réalisation avantageux, le support de la couronne est réalisé dans un acier minier voire pétrolier. En effet, la technique de brasage dans les alvéoles radialement traversantes permet l'utilisation de tout type d'acier. Dans le domaine minier, on utilise généralement l'acier de grade E, mais il est aussi possible d'utiliser d'autres types d'acier, comme le SAE 8 62 0 ; le SAE 414 0 ; le SAE 4145....

Brève description des figures

Ces aspects ainsi que d'autres aspects de l'invention seront clarifiés dans la description détaillée de modes de réalisation particuliers de l'invention, référence étant faite aux dessins des figures, dans lesquelles :

La Fig. 1 est une vue de côté d'une couronne minière selon l'invention ;

La Fig. 2 est une vue de modes de réalisation des parois latérales des segments imprégnés de diamant solidarisés à la couronne minière ;

La Fig. 3 est une vue en coupe d'une couronne minière lors du brasage des segments à l'aide de la technique de chauffage à moyenne fréquence;

Les figures ne sont pas dessinées à l'échelle. Généralement, des éléments semblables sont dénotés par des références semblables dans les figures.

Description détaillée de modes de réalisation particuliers

La figure 1 représente une couronne minière selon l'invention, comprenant un support de couronne 1 qui comprend lui-même des alvéoles radialement traversantes 2 ayant un profil en U. Les alvéoles radialement traversantes 2 dans ledit support de couronne 1 sont obtenues par tournage et fraisage. Des segments imprégnés de diamant 3 sont encastrés dans les alvéoles radialement traversantes 2 et solidarisés à celles-ci par brasage, par soudage au laser ou par soudage par faisceau d'électrons. Les parois latérales 4 des alvéoles traversaates 2 ont une géométrie définie par une surface courbe.

Le fait que les segments 3 soient encastrés dans les alvéoles radialement traversantes 2 du support de la couronne 1 permet d'éviter un mouvement latéral des alvéoles radialement traversantes. D'autre part, le fait que les parois latérales 4 des segments 3 aient une géométrie particulière, permet d'empêcher les segments de bouger radialement. Le seul mouvement possible est alors un mouvement vertical.

Pour éviter ce mouvement vertical, les segments 3, après leur fabrication, sont brasés ou soudés par faisceau d'électrons dans les alvéoles radialement traversantes 2 prévues à cet effet. Ces deux techniques permettent une bonne rétention du segment dans l'alvéole radialement traversante 2. Le soudage par laser peut aussi être envisagé pour les segments n'étant pas trop épais. De plus, lorsque la couronne est en cours de forage, une pression s'exerce verticalement sur les segments 3 qui les empêche de sortir de leur alvéole radialement traversante 2.

La figure 2 représente différents modes de réalisation des surfaces latérales des segments imprégnés de diamant solidarisés à la couronne minière selon l'invention. Comme déjà exposé précédemment, les parois latérales 4 des segments imprégnés de diamant 3 comprennent avantageusement des parois latérales 4 ayant une géométrie définie par une surface courbe et/ou plusieurs surfaces planes interceptées.

Par « plusieurs surfaces planes », on entend au moins deux surfaces planes non gauches qui forment la paroi. Par exemple, la paroi pourrait être sous forme d'une intersection de deux surfaces planes, voire même une infinité de surfaces planes qui deviendraient alors une surface courbe. Tout type de paroi latérale 4 qui a sa géométrie définie par au moins deux surfaces planes non gauches interceptées, permet de bloquer les segments 3 radialement dans leurs alvéoles radialement traversantes 2. En réalité, seule une paroi latérale plane ne permet pas ce blocage du segment 3. A la Fig. 2 a), la paroi latérale 4 est une surface courbe. A la Fig. 2 b), la paroi latérale 4 a une surface avec une section en dents de scie. A la Fig. 2 c), la paroi latérale 4 a une surface comprenant un échelon. Tous ces modes de réalisation peuvent être envisagés pour réaliser les surfaces latérales des segments imprégnés de diamant.

La figure 3 représente la technique de chauffage à moyenne fréquence. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, les segments imprégnés de diamants 3 sont brasés dans les alvéoles radialement traversantes 2 à l'aide d'une unité de chauffage à moyenne fréquence. Cette technique consiste à disposer des feuilles de brasure dans les alvéoles radialement traversantes 2 du support de couronne 1, et de venir y déposer les segments 3 pardessus. Deux couches dures d’isolant thermique 9 tel que l’oxyde d’aluminium ou de stéatite sont placées de part et d'autre des segments 3 et du support de couronne 1. Une presse 7 englobe ensuite l'ensemble du dispositif, comprenant les segments 3 et le support de couronne 1 ainsi que les deux couches isolantes 9. La presse 7 peut éventuellement être remplacée par un système à pression avec des ressorts. La spire 6 est connectée à l'unité de moyenne fréquence pour chauffer la tête de la couronne contenant les segments imprégnés de diamant 3. La température est augmentée jusqu'à la température de brasage exigée, à l'aide de cette spire 6. Quand la température de brasage est obtenue, une pression identique est appliquée sur tous les segments 3 grâce à la presse 7. Le brasage des segments 3 par chauffage moyenne fréquence sous pression est une technologie avantageuse par rapport aux autres technologies connues. Tout d'abord, le filetage du support de couronne peut être réalisé avant le brasage car il ne sera pas déformé lors du passage au four, étant donné que la spire 6 est placée autour de la partie supérieure du support de couronne 1 uniquement. D'autre part, la vitesse de brasage ainsi que le contrôle de la température sont meilleurs qu'avec les autres méthodes. Pour éviter le mouvement des segments 3, cette technique de brasage est la plus optimale.

Lors du brasage, la pression est exercée sur l'ensemble des segments 3 pour que ceux-ci aient tous leurs faces horizontales supérieures au même niveau. En effet, en cours de forage, des segments 3 situés à des hauteurs différentes engendrent des surpressions importantes qui endommagent voire détruisent totalement la couronne. Afin d'optimiser l'homogénéité de la pression exercée sur les segments 3, une feuille de fibre de graphite 8 peut être placée entre la presse 7 et les segments 3. Cette feuille 8 peut être d'une autre nature, par exemple en matériau isolant comme les laines minérales (de verre, ou d'oxyde d'alumine,...) . Cette feuille 8 doit avoir la propriété de résister à la haute température du procédé de brasage ainsi que d'être apte à atténuer les inégalités et imperfections des surfaces des segments 3. Cette dernière propriété est obtenue grâce à une flexibilité du matériau. En effet, la flexibilité du matériau lui permet de s'adapter aux inégalités de hauteur des segments 3, en égalisant la surface de contact entre les segments 3 et la presse 7 lors du pressage. Ceci permet finalement une meilleure répartition de la pression sur les segments 3 afin que ceux-ci aient tous leurs faces horizontales supérieures au même niveau.

Dans un mode de réalisation, au lieu d'utiliser la technique de chauffage à moyenne fréquence, les segments imprégnés de diamant 3 sont brasés dans lesdites alvéoles radialement traversantes 2 à l'aide d'un chauffage par chalumeau oxyacéthylénique ou par couronne de chauffe oxyacéthylénique.

La méthode de chauffage par chalumeau oxyacéthylénique est intéressante pour les réparations de segments 3 par exemple. Pour la fabrication de couronne neuve, il est recommandé d'utiliser cette technique oxyacéthylénique uniquement si le système permet de chauffer la totalité de la partie supérieure de la couronne, ce qui est possible par exemple à l'aide d'une couronne de chauffe oxyacéthylénique. En effet, cela permet dans ce cas d'appliquer une pression sur l'ensemble des segments 3.

La couronne minière peut également posséder des segments 3 de composition et de hauteur différente. Dans un mode avantageux de l'invention, la couronne minière comprend au moins un segment 3 de composition différente des autres segments de ladite couronne.

Avantageusement, le segment imprégné de diamants 3 comprend plusieurs couches compactées de compositions différentes, lesdites couches étant orientées verticalement, radialement ou longitudinalement. Le fait d'avoir plusieurs couches de compositions différentes au sein d'un même segment permet d'adapter la couronne à l'application désirée, et au type de sol. Ces compositions peuvent par exemple faire varier la proportion de diamants au sein de la matrice. Ce genre d'application est très difficile à réaliser dans les techniques de fabrications conventionnelles. Le fait de fabriquer les segments 3 indépendamment du support de la couronne 1 permet de réaliser plusieurs couches facilement dans les segments 3.

Selon un autre mode avantageux de l'invention, la couronne minière comprend au moins un segment 3 de hauteur différente des autres segments de ladite couronne. Cette alternance de segments 3 de longueur, hauteur et/ou de composition différente est un avantage par exemple lors de formations alternées ayant des couches de dureté différentes. Cela peut être un facteur important pour la durée de vie de l'outil.

Dans un mode de réalisation de l'invention, la hauteur du segment 3 varie en fonction de la profondeur des alvéoles radialement traversantes 2 dans le support de la couronne 1, ledit segment 3 étant brasé de 20 à 30% de sa hauteur dans l'alvéole radialement traversante 2. Ce brasage à 20 à 30% de la hauteur du segment 3 dans l'alvéole radialement traversante 2 du support 1 apporte une bonne rétention du segment 3 durant le travail.

Claims

REVENDICATIONS

1. Couronne minière comprenant un support de couronne (1) sous forme de manchon cylindrique, des alvéoles radialement traversantes (2) étant usinées à l'une des extrémités du support de couronne, des segments imprégnés de diamant (3) étant placés dans lesdites alvéoles radialement traversantes (2), caractérisées en ce que ladite couronne est obtenue par le procédé suivant : - Fabrication des segments imprégnés de diamant (3) par un procédé comprenant une étape de frittage à chaud ; - Placement desdits segments imprégnés de diamant (3) dans lesdites alvéoles radialement traversantes(2) ; - Solidarisation desdits segments imprégnés de diamant (3) avec lesdites alvéoles radialement traversantes (2) .
2. Couronne minière selon la revendication 1, caractérisée en ce que les segments imprégnés de diamant (3) sont fabriqués par un procédé comprenant une étape de frittage isostatique à chaud.
3. Couronne minière selon la revendication 1, caractérisée en ce que les segments imprégnés de diamant (3) sont fabriqués par un procédé comprenant une étape de spark sintering.
4. Couronne minière selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que lesdites alvéoles radialement traversantes (2) et les segments imprégnés de diamant (3) comprennent des parois latérales (4) ayant une géométrie définie par une surface courbe et/ou plusieurs surfaces planes interceptées.
5. Couronne minière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la solidarisation desdits segments imprégnés de diamant (3) avec lesdites alvéoles radialement traversantes (2) est réalisée par brasage, par soudage par faisceau d'électrons, ou par soudage au laser.
6. Couronne minière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les segments imprégnés de diamants (3) sont brasés dans les alvéoles radialement traversantes (2) à l'aide d'une unité de chauffage en moyenne fréquence, et qu'une pression est exercée sur l'ensemble des segments (3).
7. Couronne minière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les segments imprégnés de diamant (3) sont brasés dans lesdites alvéoles radialement traversantes (2) à l'aide d'un chauffage par chalumeau oxyacéthylénique ou par couronne de chauffe oxyacéthylénique.
8. Couronne minière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un segment (3) de composition différente des autres segments (3) de ladite couronne.
9. Couronne minière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un segment (3) de hauteur différente des autres segments (3) de ladite couronne.
10. Couronne minière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le procédé de fabrication des segments imprégnés de diamant (3) comprend les étapes préliminaires de : - Génération de granules diamantées sur base d'un mélange de grains de diamants et d'au moins une poudre métallique et d'une poudre non-métallique ; - Mise sous presse à froid des dites granules pour obtenir des préformes de segments imprégnés de diamant; - Pré-frittage des préformes de segments imprégnés de diamant dans un four en présence d'une atmosphère réductrice;
11. Couronne minière selon la revendication 10 caractérisée en ce que les granules diamantées sont générées à partir de grains diamant ayant une taille comprise entre 16/18 et 100/120 mesh ASTM, et dont la concentration dans les segments imprégnés est comprise entre 8 à 20% en volume.
12. Couronne minière selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisée en ce que l'étape de frittage isostatique à chaud comprend les sous-étapes suivantes : - Placement des préformes de segments imprégnés de diamant à l'intérieur d'une presse isostatique ; - Fermeture de la presse et application à la presse isostatique d'une pression comprise entre 800 bars et 2000 bars et d'une température comprise entre 800°C et 1100°C à l'aide d'un mélange gazeux.
13. Couronne minière selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisée en ce que lesdites granules diamantées comprennent au plus un diamant.
14. Couronne minière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le segment imprégné de diamants (3) comprend plusieurs couches compactées de compositions différentes, lesdites couches étant orientées verticalement, radialement ou longitudinalement.
15. Couronne minière selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que lesdites alvéoles radialement traversantes (2) dans ledit support de couronne (1) sont obtenues par tournage et fraisage.
16. Procédé de fabrication d'une couronne minière caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - Usinage d'alvéoles radialement traversantes (2) dans un support de couronne (1) en acier; - Fabrication de segments imprégnés de diamant (3) par une méthode comprenant une étape de frittage à chaud; - Placement desdits segments imprégnés de diamant (3) dans les alvéoles radialement traversantes (2) dudit support de couronne (1) ; - Solidarisation desdits segments imprégnés de diamant (3) avec les alvéoles radialement traversantes (2) dudit support de couronne (1).
17. Procédé de fabrication d'une couronne minière selon la revendication 16 caractérisé en ce que le procédé de fabrication des segments imprégnés de diamant (3) comprend les étapes préliminaires suivantes : - Génération de granules diamantées sur base d'un mélange de diamants et d'au moins une poudre métallique et/ou d'une poudre non-métallique ; - Mise sous presse à froid desdites granules pour obtenir des préformes de segments imprégnés de diamant ; - Pré-frittage des préformes de segments imprégnés de diamant dans un four en présence d'une atmosphère réductrice;
18. Procédé de fabrication d'une couronne minière selon l'une des revendications 16 et 17 caractérisé en ce que le brasage desdits segments diamantés (3) dans lesdites alvéoles radialement traversantes (2) est effectué à l'aide d'une unité de chauffage à moyenne fréquence.
19. Outil de forage minier caractérisé en ce qu'il comprend une couronne minière selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 fixée sur un manchon aléseur comprenant des alvéoles et des segments imprégnés de diamant dans lesdites alvéoles, ledit manchon aléseur étant obtenu par le procédé suivant : - Fabrication des segments imprégnés de diamant par un procédé comprenant une étape de frittage à chaud; - Placement desdits segments imprégnés de diamant dans lesdites alvéoles du manchon aléseur; - Solidarisation desdits segments imprégnés de diamant avec les alvéoles.
20. Outil de forage minier selon la revendication 19 caractérisé en ce que les segments imprégnés de diamant du manchon aléseur sont fabriqués par frittage isostatique à chaud.
21. Outil de forage selon l'une des revendications 19 et 20 caractérisé en ce que les segments imprégnés de diamant du manchon aléseur sont fabriqués à partir de granules diamantées générées à partir de grains diamant ayant une taille comprise entre 16/18 et 100/120 mesh ASTM, et dont la concentration de diamant dans la matrice métallique peut varier de 8 à 40 % en volume.