SE437178B

SE437178B - DIAMANTKERNBORRKRONA

Info

Publication number: SE437178B
Application number: SE7800293A
Authority: SE
Inventors: R E Generoux
Original assignee: Lamage Ltd
Priority date: 1977-11-18
Filing date: 1978-01-11
Publication date: 1985-02-11
Also published as: SE7800293L; GB2009284A; ES475183A1; DE2850015A1; AU4162378A; CA1053938A; GB2009284B; FR2409372A1; ZA786359B

Description

7800293-8 e V2' och 3 127 715. Dessa borrkronqr har den fördelen, att de är konsu- merbara vid användning, så att borrkronan kan användas för borr- ning en avsevärd sträcka utan att borttagas från borrsträngen. Ty-' värr har borrkronor av denna typ inte haft lika bra styrnings- och spolningsegenskaper och lika hög genomträngningshastighet som borr- kronor av förstnämnda typ. Av det skälet användes i stor utsträck- ning borrkronor av förstnämnda typ trots att de är mycket dyrare och är besvärliga att använda. 7800293-8 e V2 'and 3 127 715. These drill bits have the advantage that they are consumable in use, so that the drill bit can be used for drilling a considerable distance without being removed from the drill string. Unfortunately, drill bits of this type have not had as good control and flushing properties and as high a penetration rate as drill bits of the first-mentioned type. For that reason, drill bits of the former type are widely used, even though they are much more expensive and difficult to use.

Enligt föreliggande uppfinning åstadkommas en diamantkärnborr- krona, som är av nämnda andra typ och som vid försök visat sig kunna borra avsevärda sträckor vid höga genomträngningshastigheter och med bra styrning och spolning, innan utbyte erfordras. Diamant- borrkronan enligt uppfinningen kännetecknas därav, att den har en ringformig kronkropp med en ände och en ringformig krona, vilken är fäst vid kronkroppens ände och har en skäryta och inre och yttre koncentriska sidoytor och vilken innefattar ett flertal sam- mansatta segment, vilka vart och ett sträcker sig huvudsakligen radiellt mellan sidoytorna och vilka är belägna på avstånd från varandra i omkretsriktningen,är långsträckta i kronans djupleds- riktning och sträcker sig till skärytan för att vid användning förslitas med denna, och ett omkretsdistansmaterial, vilket är vidhäftat de sammansatta segmenten och sträcker sig i omkrets- riktningen mellan de sammansatta segmenten för att hålla dessa på avstånd från varandra i omkretsriktningen och vilket också sträc- ker sig huvudsakligen radiellt mellan sidoytorna, är långsträckta i kronans djupledsriktning och sträcker sig till skärytan för att vid användning förslitas med denna, att varje sammansatt segment innefattar ett flertal diamantimpregnerade segment, vilka hålles på radiellt avstånd från varandra medelst ett radialdistansmate- rial, varvid ett diamantimpregnerat segment är beläget vid var och en av sidoytorna och-varvid de diamantimpregnerade segmenten och det mellanliggande radialdistansmaterialet sträcker sig till skär- ytan, att de diamantimpregnerade segmenten har större nötnings- hållfasthet än radialdistansmaterialet, så att detta material för- slites med en reglerad hastighet, som är större än förslitnings- hastigheten för de diamantimpregnerade segmenten men icke är så stor, att dessa segment frilägges för snabbt, att radialdistans- materialet har större nötningshållfasthet än mkretsdistansmateria- let, så att sistnämnda material förslites med en reglerad hastig- het, som är större än förslitningshastigheten för radialdistans- 3 780029348 materialet men icke är så stor, att de sammansatta segmenten fri- lägges för snabbt, samt att omkretsdistansmaterialet har avsevärd värmeledningsförmâga och formbarhet.According to the present invention, a diamond core drill bit is provided, which is of the said second type and which in experiments has been shown to be able to drill considerable distances at high penetration speeds and with good control and flushing, before replacement is required. The diamond drill bit according to the invention is characterized in that it has an annular crown body with one end and an annular crown, which is attached to the end of the crown body and has a cutting surface and inner and outer concentric side surfaces and which comprises a plurality of composite segments, each and one extends substantially radially between the side surfaces and which are spaced apart in the circumferential direction, are elongate in the depth direction of the crown and extend to the cutting surface to be worn therewith in use, and a circumferential spacer material adhered to the composite segments and extends in the circumferential direction between the composite segments to keep them spaced apart in the circumferential direction and which also extends substantially radially between the side surfaces, is elongate in the depth direction of the crown and extends to the cutting surface to be worn therewith in use, that each composite segment comprises a plurality diamond impregnated segments, which are kept radially spaced apart by a radial spacer material, a diamond impregnated segment being located at each of the side surfaces and the diamond impregnated segments and the intermediate radial spacer material extending to the cutting surface, that the diamond impregnated segments has greater abrasion resistance than the radial spacer material, so that this material wears at a controlled rate which is greater than the wear rate of the diamond impregnated segments but is not so great that these segments are exposed too quickly that the radial spacer material has greater abrasion resistance than the circumferential distance material, so that the latter material wears at a controlled rate which is greater than the wear rate of the radial distance material but is not so great that the composite segments are exposed too quickly, and that the circumferential distance material has considerable thermal conductivity and formability.

Ytterligare ändamål och fördelar med uppfinningen kommer att framgå av nedanstående, till bifogade ritning hänvisande beskriv- ning. Fig l är en perspektivvy med delvis bortbrutna delar och visar en borrkrona enligt uppfinningen. Fig 2 visar borrkronan enligt fig 1 uppifrån. Fig 3 är en perspektivvy och visar ett sam- mansatt segment, som utgör en del av borrkronan enligt fig l. Fig 4 är en schematisk perspektivvy och illustrerar framställning av det sammansatta segmentet enligt fig 3. Fig 5 är en perspektivvy med delvis bortbrutna delar och visar en form för användning vid framställning av borrkronan enligt fig l. Fig 6 är en perspektiv- vy och visar ett borrkroneämne för en alternativ utföringsform av uppfinningen. Fig 7 är en genomskärningsvy längs linjen 7-7 i fig 6 och visar ett sammansatt segment, som är anbringat på plats i ämnet enligt fig 7 och är klart för fastlödning. Fig 8 är en sidovy och visar ett modifierat segment för användning vid upp- finningen.Additional objects and advantages of the invention will become apparent from the following description, taken in conjunction with the accompanying drawings. Fig. 1 is a perspective view with partially broken away parts and shows a drill bit according to the invention. Fig. 2 shows the drill bit according to Fig. 1 from above. Fig. 3 is a perspective view showing a composite segment forming part of the drill bit of Fig. 1. Fig. 4 is a schematic perspective view illustrating the manufacture of the composite segment of Fig. 3. Fig. 5 is a perspective view with partially broken away parts and shows a mold for use in the manufacture of the drill bit according to Fig. 1. Fig. 6 is a perspective view showing a drill bit blank for an alternative embodiment of the invention. Fig. 7 is a sectional view taken along line 7-7 of Fig. 6, showing a composite segment applied in place to the blank of Fig. 7 and ready for soldering. Fig. 8 is a side view showing a modified segment for use in the invention.

I fig l visas en borrkrona 2 enligt uppfinningen. Borrkronan 2 innefattar en borrnacke 4 och en krona 6. Borrnacken 4 är normalt framställd av stål och är vanligtvis gängad, såsom anges vid 8, för fastsättning vid en borrsträng. Kronan 6 har en skäryta 10, inre och yttre koncentriska sidoytor l2 resp 14 och en botten 16, som är fäst vid borrnacken 4 för att bilda en enhet exempelvis genom hårdlödning eller genom gjutning i ett stycke, såsom kommer att beskrivas.Fig. 1 shows a drill bit 2 according to the invention. The drill bit 2 comprises a drill neck 4 and a crown 6. The drill neck 4 is normally made of steel and is usually threaded, as indicated at 8, for attachment to a drill string. The crown 6 has a cutting surface 10, inner and outer concentric side surfaces 12 and 14, respectively, and a bottom 16, which is attached to the drill neck 4 to form a unit, for example by brazing or by casting in one piece, as will be described.

Kronan 6 har ett antal i omkretsriktningen åtskilda, samman- satta segment 18. Varje samansatt segment är, såsom också visas i fig 2, bildat av ett antal på avstånd från varandra belägna, parallella, diamantimpregnerade segment 20, vilka hålles på av- stånd från varandra medelst ett radialdistansmaterial 22. De sam- mansatta segmenten 18 sträcker sig huvudsakligen radiellt mellan den inre och den yttre ytan 12 resp 14 och sträcker sig också över en del av kronans djup från skärytan 10 i riktning mot bott- nen 16. Ett diamantimpregnerat segment 20 är, såsom visas, belä- get vid varje sammansatt segments vardera ände för att hjälpa till att upprätthålla dimensionerna för det hål, som skall bor- ras med borrkronan. Extra diamantimpregnerade segment 21 är be- lägna vid den inre och den yttre ytan 12 resp 14 under varje sam- POOR QUALITY 1soo293-se 4 mansatt segment för att ytterligare hjälpa till att upprätthålla dimensionerna för hålet.The crown 6 has a number of circumferentially spaced, composite segments 18. Each composite segment is, as also shown in Fig. 2, formed by a plurality of spaced apart, parallel, diamond impregnated segments 20, which are spaced apart from each other. each other by means of a radial spacer material 22. The composite segments 18 extend substantially radially between the inner and outer surfaces 12 and 14, respectively, and also extend over a part of the depth of the crown from the cutting surface 10 towards the bottom 16. A diamond impregnated segment 20 is, as shown, located at each end of each composite segment to help maintain the dimensions of the hole to be drilled with the drill bit. Extra diamond impregnated segments 21 are located at the inner and outer surfaces 12 and 14, respectively, under each assembled segment to further assist in maintaining the dimensions of the hole.

De sammansatta segmenten 18 hâlles på kronan på avstånd från varandra i omkretsriktningen medelst ett omkretsdistansmaterial 24, som sträcker sig över kronans hela djup och tjocklek utom vid kon- ventionella radiella vattenkanaler 26, som är utformade för att medge passage för borrfluidum och borrkaxt. Distansmaterialet 24 är förbundet med de sammansatta segmenten 18 för att hålla och skydda dessa, såsom kommer att beskrivas. Distansmaterialet 24 ”âtskiljer också segmenten 21 både i omkretsled och i radiell led och är förbundet med dessa. I _ Det är väsentligt för uppfinningen, att de diamantimpregnerade segmenten 20 har större nötningshâllfasthet än radialdistansmate- rialet 22 och att radialdistansmaterialet 22 i sin tur har större nötningshâllfasthet än omkretsdistansmaterialet 24. Radialdistans- materialet 22 mâste ha mindre nötningshållfasthet än de diamant- impregnerade segmenten 20, så att det förslites snabbare än seg- menten 20 och således åstadkomer cirkulära ribbor eller ringar i det material, som borras. Denna effekt, vilken är känd, under- lättar styrning av borrkronan (eftersom ribborna fungerar som en styrning för borrkronan) och förbättrar också genomträngningshas- tigheten, eftersom ribborna i det material, som borras, tenderar att brytas av och bortspolas av borrfluidet utan att diamanter behöver konsumeras för att slita bort ribborna. Radialdistans- materialet 22 får emellertid inte ha mycket mindre nötningshåll- fasthet än de diamantimpregnerade segmenten 20, eftersom dessa i så fall i förtid frilägges i omåttlig utsträckning och tenderar att brytas av och därmed förkorta borrkronans livslängd.The composite segments 18 are held at the crown spaced apart in the circumferential direction by a circumferential spacer material 24 extending over the entire depth and thickness of the crown except for conventional radial water channels 26 designed to allow passage for drilling fluid and cuttings. The spacer material 24 is connected to the composite segments 18 to hold and protect them, as will be described. The spacer material 24 ”also separates the segments 21 both circumferentially and radially and is connected thereto. It is essential to the invention that the diamond impregnated segments 20 have greater abrasion resistance than the radial spacer material 22 and that the radial spacer 22 in turn have greater abrasion resistance than the circumferential spacer material 24. The radial spacer 22 must have less abrasion strength impregnations than the radial spacer material 22. , so that it wears faster than the segments 20 and thus creates circular ribs or rings in the material being drilled. This effect, which is known, facilitates control of the drill bit (since the ribs act as a guide for the drill bit) and also improves the penetration speed, since the ribs in the material being drilled tend to break off and be flushed away by the drilling fluid without diamonds. needs to be consumed to tear off the ribs. However, the radial spacer material 22 must not have much less abrasion resistance than the diamond impregnated segments 20, since in that case these are prematurely exposed to an excessive extent and tend to break off and thus shorten the life of the drill bit.

Radialdistansmaterialet 22 måste ha större nötningshållfast- het än omkretsdistansmaterialet 24, så att materialet 24 i sin tur förslites snabbare än materialet 22. Detta säkerställer att de sammansatta segmentens 18 radiellt orienterade kanter friläg- ges på ett lämpligt sätt för skärning och att materialet 24 inte stör skärverkan. Den snabbare_förslitningen av materialet 24 kan också ge upphov till extra vattenkanaler med mycket liten area mellan de samansatta_segmenten 18 och därigenom förbättra bort- spolningen av borrkax och ytterligare reducera förslitningen av borrkronan. Omkretsdistansmaterialet_24 får emellertid icke för- ¿gslitas så mycket snabbare än radialdistansmaterialet 22, att de J sammansatta segmenten 18 frilägges för tidigt. Om de samansatta 7800293-8 segmenten 18 frilägges för tidigt, förslites radialdistansmateria- let 22 för snabbt och tenderar de diamantimpregnerade segmenten 20 att brytas eller skavas bort, varigenm borrkronans livslängd för- kortas. Materialet 24 verkar företrädesvis för att stötta de sam- mansatta segmenten 18, absorbera stötar, skydda dem mot sönderbryt- ning och avleda värme från dem, särskilt i området för skärytan 10.The radial spacer material 22 must have greater abrasion resistance than the circumferential spacer material 24, so that the material 24 in turn wears faster than the material 22. This ensures that the radially oriented edges of the composite segments 18 are exposed in a suitable manner for cutting and that the material 24 does not interfere. cutting effect. The faster wear of the material 24 can also give rise to extra water channels with a very small area between the composite segments 18 and thereby improve the flushing of drill cuttings and further reduce the wear of the drill bit. However, the circumferential spacer material 24 must not wear so much faster than the radial spacer material 22 that the composite segments 18 are exposed prematurely. If the composite segments 18 are exposed prematurely, the radial spacer 22 wears too rapidly and the diamond impregnated segments 20 tend to break or abrade, thereby shortening the life of the drill bit. The material 24 preferably acts to support the composite segments 18, absorb shocks, protect them from breakage and dissipate heat from them, especially in the area of the cutting surface 10.

Vid den föredragna utföringsformen av uppfinningen framställes de sammansatta segmenten 18 som en enhet, såsom visas i fig 3. Så- som visas schematiskt, placeras skikt av diamantimpregnerat mate- rial 20 och radialdistansmaterial 22 växelvis i en form 30. Varje skikt kan, då det bringats på plats, sammanpressas med hjälp av tryckkolvar 32, varefter dessa kolvar återdrages och nästa skikt an- bringas. Då erforderligt antal skikt brinqats på plats, varmpressas eller sintras den erhållna konstruktionen vid en lämplig tempera- tur (vanligtivs ca 980°C-lO90°C) för att bilda ett sammansatt seg- ment 18. Materialuppvärmningen kan ske med hjälp av en brännare eller ugn eller vanligtvis genom elektrisk induktionsuppvärmning.In the preferred embodiment of the invention, the composite segments 18 are made as a unit, as shown in Fig. 3. As shown schematically, layers of diamond impregnated material 20 and radial spacer material 22 are placed alternately in a mold 30. Each layer can, when brought into place, compressed by means of pressure pistons 32, after which these pistons are retracted and the next layer is applied. When the required number of layers have been brought into place, the resulting structure is hot pressed or sintered at a suitable temperature (usually about 980 ° C-1090 ° C) to form a composite segment 18. The material can be heated by means of a burner or oven or usually by electric induction heating.

Normalt placeras en kolpropp på formens 30 övre del under sintring- en för att reducera ytporositeten hos det sammansatta segmentets 18 övre yta. Vanligtvis framställes ett mycket stort sammansatt segment, vilket därefter skäres i längder för bildande av erfor- derliga sammansatta segment l8. Dimensionerna för segmenten 20 och det radiella avståndet dememellan kan varieras i beroende av slaget av material, som skall borras.Vüd en utföringsform är emellertid segmentens 20 radiella tjocklek ungefär 1,57 mm, är segmentens 20 utsträckning i omkretsriktningen ungefär 3,18 mm och är avståndet mellan segmenten 20 ungefär 0,13 mm.Normally, a carbon plug is placed on the upper part of the mold 30 during the sintering to reduce the surface porosity of the upper surface of the composite segment 18. Usually a very large composite segment is produced, which is then cut into lengths to form the required composite segments 18. The dimensions of the segments 20 and the radial distance between them can be varied depending on the type of material to be drilled. In one embodiment, however, the radial thickness of the segments 20 is about 1.57 mm, the circumference of the segments 20 is about 3.18 mm and is the distance between the segments 20 is approximately 0.13 mm.

Såsom antytts är materialvalet för kronans olika delar väsentligt.As indicated, the choice of material for the different parts of the crown is essential.

Den matris, i vilken diamanterna inbäddas för att bilda de diamant- impregnerade segmenten 20, måste uppfylla flera krav. Matrisen måste ha tillräcklig hårdhet för att de diamanter, som frilägges vid skärytan l0, inte skall skjutas in'i matrismaterialet under påverkan av de mycket höga tryck, som föreligger under borrning.The matrix in which the diamonds are embedded to form the diamond impregnated segments 20 must meet several requirements. The die must have sufficient hardness so that the diamonds exposed at the cutting surface 10 are not pushed into the die material under the influence of the very high pressures present during drilling.

Vidare måste matrisen ha tillräcklig nötningshållfasthet för att diamantpartiklarna inte skall frigöras för snabbt. Vidare måste sintrings- eller varmpressningstemperaturen för matrismaterialet för segmentet 20 vara tillräckligt låg (under ee 137o°c) för ett diamanterna inte skall grafitera under sintring eller varmpress- ning.Furthermore, the matrix must have sufficient abrasion resistance so that the diamond particles are not released too quickly. Furthermore, the sintering or hot pressing temperature of the matrix material of the segment 20 must be sufficiently low (below ee 137 ° C) for the diamonds not to graphite during sintering or hot pressing.

För att uppfylla dessa krav kan följande material väljas för få '* 0_ Y2'fr ~*"¿Lm vsoozsz-ß p 005 den matris, i vilken diamanterna inbäddas: volframkarbid, volfram- legeringar, såsom volfram/kobolt-legeringar, volframkarbid eller volfram/kobolt-legeringar i kombination med eller elementart volf- ram (samtliga med en lämplig bindemedelsfas för underlättande av bindning av partiklar och diamanter), och de matriser, som fram- ställes av Wall Colmonoy Corporation of Detroit, Michigan under nr ll och nr 50. Det av Wall Colmonoy Corporation-framställda ma- terialet med nr 50 är en järn-bronsblandning, innehållande 40%-60% järn-brons, och i övrigt en självflussande legering, huvudsakli- gen bestående av 70% - 80% nickel och i övrigt krom, bor, kisel och järn. Det av Wall Colmonoy Corporation framställda materialet med nr ll beskrives fullständigt i den kanadensiska patentskrif- ten 781 677. En form av denna matris innehåller ca 26% koppar, 22% volfram, 2l,7% järn, 18% nickel, 4,4% krom, 2,5% tenn, l,7% kol, 1% bor och en l,2% kisel. I allmänhet är Rockwall-hårdheten för den matris, i vilken diamanterna inbäddas för att bilda seg- menten 20, åtminstone l00B, och sannolikt åtminstone ll0B. De i de diamantimpregnerade segmenten 20 inrymda diamanterna förelig- .ler i en koncentration av åtminstone 75, vanligtvis i en koncen- tration av 100 eller mer. (En koncentration av 100 är ekvivalent med 72 karat per kubiktum).To meet these requirements, the following materials can be selected to obtain the matrix in which the diamonds are embedded: tungsten carbide, tungsten alloys, such as tungsten / cobalt alloys, tungsten carbide or tungsten / cobalt alloys in combination with or elemental tungsten (all with a suitable binder phase to facilitate the bonding of particles and diamonds), and the matrices manufactured by the Wall Colmonoy Corporation of Detroit, Michigan under n. 50. The No. 50 material produced by Wall Colmonoy Corporation is an iron-bronze mixture, containing 40% -60% iron-bronze, and otherwise a self-flowing alloy, consisting essentially of 70% -80% nickel and chromium, boron, silicon and iron The No. 11 material produced by Wall Colmonoy Corporation is fully described in Canadian Patent Specification 781 677. One form of this matrix contains about 26% copper, 22% tungsten, 2.1%. iron, 18% nickel, 4.4% chromium, 2.5% tin, 1.7% carbon, 1% boron and 1.2% silicon. In general, the Rockwall hardness of the matrix in which the diamonds are embedded to form the segments 20 is at least 100B, and probably at least 10B. The diamonds contained in the diamond impregnated segments 20 are present in a concentration of at least 75, usually in a concentration of 100 or more. (A concentration of 100 is equivalent to 72 carats per cubic inch).

Radialdistansmaterialet 22 måste, såsom nàmms,förslitas med större hastighet än de diamantimpregnerade segmenten 20 men inte med en så stor hastighet, att de diamantimpregnerade segmenten 20 frilägges för snabbt. Eftersom radialdistansmaterialet 22 företrä- desvis varmpressas eller sintras i samma operation som segmenten , är samma varmpressnings- och sintringstemperaturgränser tillämp- liga. Radialdistansmaterialet 22 är därför vanligtvis av samma mate- rial som matrismaterialet i segmenten 20 men saknar naturligtvis diamanter. Alternativt kan materialet 22 vara ett kopparbaserat material, som har en dispersion av sekundärt slipmedel, såsom volframkarbid, för att förbättra nötningshållfastheten. Vid mycket speciella tillämpningar, där det material, som skall borras, åstad- kommer mycket ringa förslitning, kan stålmellanlägg användas, om så önskas.The radial spacer material 22 must, as mentioned, wear at a greater speed than the diamond impregnated segments 20 but not at such a speed that the diamond impregnated segments 20 are exposed too quickly. Since the radial distance material 22 is preferably hot pressed or sintered in the same operation as the segments, the same hot pressing and sintering temperature limits are applicable. The radial distance material 22 is therefore usually of the same material as the matrix material in the segments 20 but of course lacks diamonds. Alternatively, the material 22 may be a copper-based material having a dispersion of secondary abrasive, such as tungsten carbide, to improve abrasion resistance. In very special applications, where the material to be drilled causes very little wear, steel spacers can be used, if desired.

Omkretsdistansmaterialet 24 måste, såsom angivits ovan, ha lägre nötningshållfasthet än radialdistansmaterialet 22, så att det förslites snabbare men inte så snabbt, att de samman- satta segmenten 18 frilägges för snabbt. Omkretsdistansmaterialet 24 måste också ha avsevärd värmeledningsförmåga, så att det kan 1soo29s-el fungera som värmeavledare för de sammansatta segmenten 18 (under borrning kan kronans arbetstemperatur överskrida ca 260°C). Om- kretsdistansmaterialet 24 bör vidare ha så låg varmpressnings- eller sintringstemperatur, att degi de sammansatta segmenten be- lägna diamanternas kvalitet inte försämras under den andra upp- värmning, som erfordras vid framställning av själva kronan. Mate- rialets 24 varmpressnings- eller sintringstemperatur bör emeller- tid vara så hög, att materialet 24 inte försvagas vid arbetstempe- raturer av ca 260°C. Omkretsdistansmaterialet 24 bör vidare ha till- räcklig formbarhet för att absorbera stötar och slag under borrning.The circumferential spacer material 24 must, as stated above, have lower abrasion resistance than the radial spacer material 22, so that it wears faster but not so fast that the composite segments 18 are exposed too quickly. The circumferential spacer material 24 must also have considerable thermal conductivity, so that it can act as a heat sink for the composite segments 18 (during drilling, the working temperature of the crown can exceed about 260 ° C). Furthermore, the circumferential spacer material 24 should have such a low hot pressing or sintering temperature that the quality of the diamonds facing the composite segments does not deteriorate during the second heating required in the production of the crown itself. However, the hot pressing or sintering temperature of the material 24 should be so high that the material 24 does not weaken at operating temperatures of about 260 ° C. The circumferential spacer material 24 should furthermore have sufficient formability to absorb shocks and impacts during drilling.

Man har funnit, att kopparbaserade material är mycket lämpliga för användning som omkretsdistansmaterial 24. Brons (85% koppar, % tenn) kan exempelvis användas. Nickel- eller aluminiumbaserade material kan också användas, så länge som den erforderliga varm- pressnings- eller sintringstemperaturen är mindre än smälttempe- raturen för varje fas för materialen 20 och 22 till ett maximum av ca l200°C för att förhindra försämring av diamanterna. Ett annat lämpligt material för omkretsdistansmaterialet 24 är det material, som säljes av Wall Colmonoy Corporation under materialnummer 7 men med vissa slipmedelspartiklar borttagna. Detta material innehål- ler vanligtvis 50%-60% brons, varvid återstoden, bortsett från 1%-5% kromborid, som fungerar san slipmedel, utgöres av järn. För användning som omkretsdistansmaterial 24 hålles delen kromborid vid ett maximum av ca 1%. Andra sekundära slipmedel kan användas i materialet 24, så länge som nötningshållfastheten är mindre än nötningshållfastheten för materialet 22, så att förslitning av materialet 24 sker snabbare under borrning. Detta säkerställer att materialet 24 inte stör de sammansatta segmentens 18 skär- verkan. Snabbare förslitning av materialet 24 under vissa förhål- landen åstadkommer också ett mycket litet spelrum mellan segmen- ten 18 för passage för borrfluidum och borrkax.It has been found that copper-based materials are very suitable for use as circumferential material 24. Bronze (85% copper,% tin) can be used, for example. Nickel or aluminum based materials can also be used, as long as the required hot pressing or sintering temperature is less than the melting temperature of each phase of materials 20 and 22 to a maximum of about 1200 ° C to prevent deterioration of the diamonds. Another suitable material for the peripheral spacer material 24 is the material sold by Wall Colmonoy Corporation under material number 7 but with certain abrasive particles removed. This material usually contains 50% -60% bronze, the remainder, apart from 1% -5% chromium boride, which acts as an abrasive, being iron. For use as a circumferential spacer material 24, the chromium chloride moiety is maintained at a maximum of about 1%. Other secondary abrasives may be used in the material 24, as long as the abrasion resistance is less than the abrasion resistance of the material 22, so that wear of the material 24 occurs more rapidly during drilling. This ensures that the material 24 does not interfere with the cutting action of the composite segments 18. Faster wear of the material 24 under certain conditions also provides a very small clearance between the segments 18 for drilling fluid passage and cuttings.

Vid framställning av den sammansatta kronan kan en konven- tionell form 40 användas, såsc visas i fig 5. Formhåligheten 42 belägges med ett konventionellt släppmedel, varefter de samman- satta segmenten 18 placeras i formhâligheten 42 pâ önskat omkrets- avstånd från varandra. Därefter bringas segmenten 21 (icke visade i fig 5) på plats. Omkretsdistansmaterialet 24 hälles i pulverform in i formhåligheten 42 för att fylla utrymmena mellan segmenten 18 och täcka dessa till önskat djup. Borrnackens 4 övre del införes sedan i formhåligheten med lämpliga tätningsblock (icke visade), POOR Qüﬁífï, 7800293-8 8 anbringade för tätning av utrymmena mellan borrnackens 4 övre del och formhålighetens kanter, varefter det hela sintras. När mate- _rialet 24 till största delen är brons, kan sintringen utföras vid en temperatur av mellan ca 815°C och ca 925°C, vilket väl under- skrider den temperatur, vid vilken betydande skador på diamanterna uppkommer. Vanligtvis har omkretsdistansmaterialet en sintrings- eller varmpressningstemperatur av åtminstone ca 540°C.In making the composite crown, a conventional mold 40 may be used, as shown in Fig. 5. The mold cavity 42 is coated with a conventional release agent, after which the composite segments 18 are placed in the mold cavity 42 at a desired circumferential distance from each other. Thereafter, the segments 21 (not shown in Fig. 5) are brought into place. The circumferential spacer material 24 is poured in powder form into the mold cavity 42 to fill the spaces between the segments 18 and cover them to the desired depth. The upper part of the drill neck 4 is then inserted into the mold cavity with suitable sealing blocks (not shown), applied for sealing the spaces between the upper part of the drill neck 4 and the edges of the mold cavity, after which the whole is sintered. When the material 24 is for the most part bronze, the sintering can be carried out at a temperature of between about 815 ° C and about 925 ° C, which is well below the temperature at which significant damage to the diamonds occurs. Typically, the circumferential spacer material has a sintering or hot pressing temperature of at least about 540 ° C.

En alternativ utföringsform av uppfinningen visas i fig 6 och 7. Vid denna utföringsform utnyttjas samma samansatta segment l8 men är borrnacken och kronan framställda som en enhet 50 av stål.An alternative embodiment of the invention is shown in Figures 6 and 7. In this embodiment, the same composite segments 18 are used, but the drill neck and the crown are manufactured as a unit 50 of steel.

Slitsar 52 är utformade i enhetens 50 skäryta 54, såsom visas vid det i fig 6 visade ämnet. De sammansatta segmenten 18 hårdlödes på plats, såsom visas i fig 7, exempelvis genom att ett tunt kop- parark 56 placeras över segmentens 18 utsida för att fungera sm hårdlödmaterial. I detta fall saknar stålenhetens 50 relativt höga smältpunkt betydelse, eftersom, även om de sammansatta segmenten är fästa vid enheten 50, ingen-bulksmältning av enheten 50 erford- ras. Vanligt mjukt stål kan användas för enheten 50. iDe sammansatta segmenten 18 kan vara orienterade exakt radi- ellt, såsom visas, eller vara anordnade något framför eller bakom ett radialplan. Alla sådana orienteringar kan betraktas som huvud- sakligen radiella.Slots 52 are formed in the cutting surface 54 of the unit 50, as shown by the blank shown in Fig. 6. The composite segments 18 are brazed in place, as shown in Fig. 7, for example by placing a thin sheet of copper 56 over the outside of the segments 18 to act as a brazing material. In this case, the relatively high melting point of the steel unit 50 is irrelevant, since, although the composite segments are attached to the unit 50, no bulk melting of the unit 50 is required. Ordinary mild steel can be used for the unit 50. The composite segments 18 may be oriented exactly radially, as shown, or be arranged slightly in front of or behind a radial plane. All such orientations can be considered as mainly radial.

Segmenten 21, som hjälper till att upprätthålla dimensionerna för det hål, som borras, tills segmenten 18 är fullständigt kon- sumerade, är vanligtvis kraftigt impregnerade med diamanter endast vid sina yttre ytor. En del av segmenten 21 är emellertid på inter- mituama avstånd i omkretsriktningen kring kronan fullt impregnera- de med diamanter för att säkerställa att segmenten 18 kan konsu- meras fullständigt. Matrismaterialet för segmenten 21 är detsamma som det material, som användes för segmenten 20. Vid den i fig 6 visade utföringsformen kan segmenten 21 och de sammansatta seg- menten 18 vara formade i ett stycke med radialdistansmaterial 22 pla- cerat mellan segmenten 21, såsom visas i fig 8.The segments 21, which help maintain the dimensions of the hole being drilled until the segments 18 are completely consumed, are usually heavily impregnated with diamonds only at their outer surfaces. However, some of the segments 21 are at intermittent distances in the circumferential direction around the crown fully impregnated with diamonds to ensure that the segments 18 can be completely consumed. The matrix material for the segments 21 is the same as the material used for the segments 20. In the embodiment shown in Fig. 6, the segments 21 and the composite segments 18 may be formed in one piece with radial spacer material 22 placed between the segments 21, as shown in Fig. 8.

Claims

7800295-8 PATENT REQUIREMENTS

Diamond core drill bit, characterized in that it has an annular crown body (4) with one end and an annular crown (6), which is attached to the end of the crown body (4) and has a cutting surface (10) and inner and outer concentric side surfaces (12, 14) and comprising a plurality of composite segments (18), each of which extends substantially radially between the side surfaces (12, 14) and which are spaced apart in the circumferential direction, are elongate in the crown (6). ) and extends to the cutting surface (10) to wear with it in use, and a circumferential spacer material (24), which is adhered to the composite segments (18) and extends in the circumferential direction between the composite segments to keep these at a distance from each other in the circumferential direction and which also extends mainly radially between the side surfaces (12, 14), is elongated in the depth direction of the crown (6) and extends to the cutting surface (10) so that in use ng is worn with this, that each composite segment (18) comprises a plurality of diamond impregnated segments (20), which are kept at a radial distance from each other by means of a radial distance material (22), a diamond impregnated segment (20) being located at each of the side surfaces (12, 14) and wherein the diamond impregnated segments (20) and the intermediate radial spacer material extend to the cutting surface (10), that the diamond impregnated segments (20) have greater abrasion resistance than the radial spacer material (22), so that this material wears at a controlled rate which is greater than the wear rate of the diamond impregnated segments (20) but not so great that these segments are exposed too rapidly that the radial spacer material (22) has greater abrasion resistance than the circumferential spacer material (24), so that the latter material wears at a controlled speed which is greater than the wear rate of the radial distance material (22), but is not so great , that the composite segments (18) are exposed too quickly, and that the circumferential distance material (24) has considerable thermal conductivity and the mold child. in

2. A drill bit according to claim 1, characterized in that the circumferential spacer material (24) has a sieving temperature which is greater than about 54000 and less than about 1200 ° C.

Drill bit according to claim 2, characterized in that the diamond impregnated segments (20) comprise a matrix material, in which diamonds are mixed in a concentration of at least 75, that the matrix material and the radial distance material (22) have substantially the same sinter ring temperature and that the matrix material has a Rockwall hardness of at least 100B.

A drill bit according to claim 3, characterized in that the diamond impregnated segments (20) and the radial distance segments are formed together again only forming operation to form said composite segments.

Drill bit according to claim 3 or 4, characterized in that the matrix material is selected from the group of materials consisting essentially of tungsten, tungsten / cobalt alloys and tungsten carbide to a substantial extent, that the radial distance material (22) is substantially the same material as the matrix material and that the circumferential spacer material (24) contains a substantial portion of copper.

Drill bit according to claim 1, characterized in that the circumferential spacer material (24) is steel and that the crown (6) is formed by forming radial grooves (52) in the circumferential spacer material, inserting said composite segments (18) into the grooves. and subsequent soldering of the composite segments in the grooves.