CN204419038U - 一种有序排列钎焊孕镶金刚石钻头 - Google Patents

一种有序排列钎焊孕镶金刚石钻头 Download PDF

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章文姣
曲艳东
孔祥清
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Abstract

一种有序排列钎焊孕镶金刚石钻头,涉及一种金刚石钻头,所述钻头包括钻头切削齿(1)、水口(2)和钻头钢体(3),钻头钢体(3)的一端制有内螺纹(4),一端烧结有切削齿(1),切削齿(1)的胎体有钎料层(7)和工作层(8),切削齿(1)中孕镶有有序排列的金刚石颗粒。所述有序排列为同心圆圆弧状排列,呈钻头内外径处金刚石浓度较高、唇面中间处金刚石浓度较低状。所述钎料层、金刚石、工作层按照顺序叠加。该钻头为深孔绳索取芯钻进用有序排列钎焊孕镶金刚石钻头,是一种真空无压镍基孕镶金刚石钻头,显著提高了金刚石钻头钻进深部硬岩地层时的时效和寿命。

Description

一种有序排列钎焊孕镶金刚石钻头
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种金刚石钻头,特别是涉及一种有序排列钎焊孕镶金刚石钻头。
背景技术
[0002]目前,我国地质勘探逐步向深部发展,深部钻探所面临的岩层更为复杂,对金刚石钻头性能要求也更高。传统制造金刚石钻头的方法有热压法和电镀法,热压法制造的金刚石钻头性能较难控制,难以适应深部复杂多变地层的钻进;电镀法制造的金刚石钻头往往内外保径效果较差,钻头的使用寿命较低,也难以适应深部复杂地层,特别是非完整地层和强研磨性地层。此外,传统金刚石钻头工作层内部结构较为单一,也即胎体内部的金刚石与胎体成分都是性能一致的均匀分布在工作层中,导致钻头对岩层的适应性不理想,大大降低了钻头的使用性能。
[0003] 运用钎焊法制造金刚石工具是近些年国内外学者研宄较多的一种新方法,钎焊技术可以使得钎料中的某些活性元素与金刚石表层碳原子发生化学冶金反应,在金刚石表面形成一层金属碳化物层,通过这层碳化物层,金刚石、钎料与基体三者形成牢固的化学冶金结合,有利于提高单颗金刚石的出刃高度和工作时间,进而提高工具的切削效率和使用寿命。金刚石钻头在孔底的工作环境非常恶劣,为保证金刚石钻头的寿命,应采用耐磨性较好的镍基钎料制作金刚石钻头。但是,钎料包镶金刚石强的同时也会使得金刚石难以出刃,所以目前研制成功的钎焊金刚石工具一般为单层钎焊金刚石工具。中国发明专利CN 101824968A公开了一种新型孕镶钎焊金刚石钻头,该发明通过对金刚石颗粒的钎焊预处理,增强了金刚石与胎体的结合强度,提高了钻头的钻进时效和寿命。但该专利运用的是二次成型的工艺制造金刚石钻头,对金刚石的热损伤有较大的影响。此外,中国专利CN101862834A公开发明了一次成型多层钎焊金刚石钻头的制作工艺,将镍基钎料与金刚石颗粒混合后在特定条件下烧结,制成多层钎焊金刚石钻头。但该发明制作出来的钻头,胎体太硬,金刚石难以出刃,特别不适用于深部弱研磨性硬岩的钻进。为了实现钎焊孕镶金刚石的及时出刃,本发明人曾尝试采用在胎体中添加细铁丝来实现胎体的超前磨损,该方法实现了金刚石的及时出刃,但是钻头内金刚石浓度较高且为无序排列,金刚石的利用率有待
[0004] 对金刚石工具里的金刚石进行有序化也是近些年热门的研宄话题,有序排布金刚石工具可以使得工具内每颗金刚石得到充分利用,进而降低工具的金刚石用量,降低成本。但是,由于难以制作具有高密度孔洞的有序排布模板,有序排布技术较适合应用于低浓度的金刚石工具制作中。因此,有序排布技术往往应用于金刚石锯片、金刚石磨轮等低浓度金刚石工具中。为保证钻头的寿命,传统孕镶金刚石钻头的金刚石浓度约为90%,电镀金刚石钻头甚至达120%,约为金刚石锯片的2~4倍。发明专利CN101285371公开了一种金刚石定位排布孕镶地质钻头,但该方法属于传统热压法制造的金刚石钻头,金刚石与胎体未能实现化学冶金结合,金刚石的利用率还是较低,且由于金刚石浓度较低,钻头寿命较短。为实现钎焊孕镶金刚石钻头的有序排列,本发明人曾尝试采用在不锈钢薄片上钎焊好有序排列单层金刚石后,再将多层钎焊片叠加起来,在钎焊片之间添加粘结胎体粉末,再通过热压法制成了钎焊-热压多层有序排列金刚石钻头,这种钻头实现了金刚石的有序排列,降低了金刚石的浓度,提高了钻头的钻进时效,但是由于该制造方法属于二次成型,加重了金刚石的热损伤,钻头的寿命提高不是很明显,因此还需改进制造钎焊孕镶金刚石钻头的制造工
-H-
O
[0005] 综上所述,现有的金刚石钻头难以满足深孔钻进的需要,因此,研制出一种适应于深孔绳索取心钻进的高时效、长寿命、低成本新型金刚石钻头很有必要。
发明内容
[0006] 本实用新型的目的在于提供一种有序排列钎焊孕镶金刚石钻头,该钻头为深孔绳索取芯钻进用有序排列钎焊孕镶金刚石钻头,是一种真空无压镍基孕镶金刚石钻头,显著提高了金刚石钻头钻进深部硬岩地层时的时效和寿命。
[0007] 本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0008] 一种有序排列钎焊孕镶金刚石钻头,所述钻头包括钻头切削齿、水口和钻头钢体,钻头钢体的一端制有内螺纹,一端烧结有切削齿,切削齿的胎体有钎料层和工作层,切削齿中孕镶有有序排列的金刚石颗粒。
[0009] 所述的一种有序排列钎焊孕镶金刚石钻头,所述有序排列为同心圆圆弧状排列,呈钻头内外径处金刚石浓度较高、唇面中间处金刚石浓度较低状。
[0010] 所述的一种有序排列钎焊孕镶金刚石钻头,所述钎料层、金刚石、工作层按照顺序叠加。
[0011] 本实用新型的优点与效果是:
[0012] 本实用新型结构独特,钻进深孔硬岩地层时性能好,工作效率高,使用寿命长。它是用预合金钎料和工作层制造的一种新型无压有序排列孕镶金刚石钻头。钻头的结构能实现耐磨性较差的工作层较快磨损,有利于金刚石的出刃,提高钻头的钻进效率;在钻头内外径处设计高浓度的金刚石,有利于保护钻头的内外径不被超前磨损,进而提高钻头的寿命;钻头中金刚石按同心圆圆弧状排列在钻头唇面,有利于同一弧面上的金刚石连续切削岩层,而利用钻头旋转时的振动便可较快的实现相邻两弧面间岩脊的破碎,提高钻头的钻进效率。
附图说明
[0013] 图1是本实用新型新型之钻头的剖视图;
[0014] 图2(a)是本实用新型新型之钻头的剖俯视图;
[0015] 图2 (b)是本实用新型之钻头切削齿内金刚石的排列图;
[0016] 图3是本实用新型新型之钻头切削齿组成图。
[0017] 图中:1——切削齿;2——水口 ;3——钻头钢体;4——内螺纹;5——金刚石;6一一胎体;7—一钎料层;8—一工作层。
具体实施方式
[0018] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步详细地说明。
[0019] 参照图1,一种有序排列钎焊孕镶金刚石钻头,包括钻头切削齿1、水口 2和钻头钢体3,钻头钢体3的一端设有内螺纹4,一端烧结有切削齿1,切削齿I的胎体有钎料层和工作层,切削齿I中孕镶有有序排列的金刚石颗粒。
[0020] 本实用新型有序排列钎焊孕镶金刚石钻头在具体应用过程中,将钎料粉末、工作层粉末通过冷压成形工艺制成约0.4mm厚的片状薄坯,分别作为钎料层7和工作层8 ;在工作层8表面刷上一层特殊的有机胶;利用设计好的有序排列模板将金刚石粘贴在工作层8上;再将钎料层7粘贴在其上,形成工作层,有序排列模板的孔洞排列规律为同心圆圆弧状排列;将多层分布有有序排列金刚石的工作层按同一顺序叠加起来,一起放入装有钻头钢体和过渡层的石墨模具中,在真空炉中进行烧结,烧结至钎焊温度并保温一段时间后,随炉冷却至室温,对其进行修整、打磨,本钻头即制造完成。
[0021] 以上所述,仅为本实用新型较佳的具体实施方式,本实用新型的保护范围不限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内,可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种有序排列钎焊孕镶金刚石钻头,其特征在于,所述钻头包括钻头切削齿(I )、水口( 2 )和钻头钢体(3 ),钻头钢体(3 )的一端制有内螺纹(4),一端烧结有切削齿(I),切削齿(O的胎体有钎料层(7)和工作层(8),切削齿(I)中孕镶有有序排列的金刚石颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种有序排列钎焊孕镶金刚石钻头,其特征在于,所述有序排列为同心圆圆弧状排列,呈钻头内外径处金刚石浓度较高、唇面中间处金刚石浓度较低状。
3.根据权利要求1所述的一种有序排列钎焊孕镶金刚石钻头,其特征在于,所述钎料层、金刚石、工作层按照顺序叠加。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107701113A (zh) * 2017-11-22 2018-02-16 祁东县锋速钻探工具有限公司 利于钻进时排水的金刚石复合片取芯钻头

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