一種有序排列釬焊孕鑲金剛石鉆頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種金剛石鉆頭，特別是涉及一種有序排列釬焊孕鑲金剛石鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國地質(zhì)勘探逐步向深部發(fā)展，深部鉆探所面臨的巖層更為復(fù)雜，對金剛石鉆頭性能要求也更高。傳統(tǒng)制造金剛石鉆頭的方法有熱壓法和電鍍法，熱壓法制造的金剛石鉆頭性能較難控制，難以適應(yīng)深部復(fù)雜多變地層的鉆進(jìn)；電鍍法制造的金剛石鉆頭往往內(nèi)外保徑效果較差，鉆頭的使用壽命較低，也難以適應(yīng)深部復(fù)雜地層，特別是非完整地層和強(qiáng)研磨性地層。此外，傳統(tǒng)金剛石鉆頭工作層內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為單一，也即胎體內(nèi)部的金剛石與胎體成分都是性能一致的均勻分布在工作層中，導(dǎo)致鉆頭對巖層的適應(yīng)性不理想，大大降低了鉆頭的使用性能。
[0003]運用釬焊法制造金剛石工具是近些年國內(nèi)外學(xué)者研宄較多的一種新方法，釬焊技術(shù)可以使得釬料中的某些活性元素與金剛石表層碳原子發(fā)生化學(xué)冶金反應(yīng)，在金剛石表面形成一層金屬碳化物層，通過這層碳化物層，金剛石、釬料與基體三者形成牢固的化學(xué)冶金結(jié)合，有利于提高單顆金剛石的出刃高度和工作時間，進(jìn)而提高工具的切削效率和使用壽命。金剛石鉆頭在孔底的工作環(huán)境非常惡劣，為保證金剛石鉆頭的壽命，應(yīng)采用耐磨性較好的鎳基釬料制作金剛石鉆頭。但是，釬料包鑲金剛石強(qiáng)的同時也會使得金剛石難以出刃，所以目前研制成功的釬焊金剛石工具一般為單層釬焊金剛石工具。中國發(fā)明專利CN 101824968A公開了一種新型孕鑲釬焊金剛石鉆頭，該發(fā)明通過對金剛石顆粒的釬焊預(yù)處理，增強(qiáng)了金剛石與胎體的結(jié)合強(qiáng)度，提高了鉆頭的鉆進(jìn)時效和壽命。但該專利運用的是二次成型的工藝制造金剛石鉆頭，對金剛石的熱損傷有較大的影響。此外，中國專利CN101862834A公開發(fā)明了一次成型多層釬焊金剛石鉆頭的制作工藝，將鎳基釬料與金剛石顆粒混合后在特定條件下燒結(jié)，制成多層釬焊金剛石鉆頭。但該發(fā)明制作出來的鉆頭，胎體太硬，金剛石難以出刃，特別不適用于深部弱研磨性硬巖的鉆進(jìn)。為了實現(xiàn)釬焊孕鑲金剛石的及時出刃，本發(fā)明人曾嘗試采用在胎體中添加細(xì)鐵絲來實現(xiàn)胎體的超前磨損，該方法實現(xiàn)了金剛石的及時出刃，但是鉆頭內(nèi)金剛石濃度較高且為無序排列，金剛石的利用率有待
[0004]對金剛石工具里的金剛石進(jìn)行有序化也是近些年熱門的研宄話題，有序排布金剛石工具可以使得工具內(nèi)每顆金剛石得到充分利用，進(jìn)而降低工具的金剛石用量，降低成本。但是，由于難以制作具有高密度孔洞的有序排布模板，有序排布技術(shù)較適合應(yīng)用于低濃度的金剛石工具制作中。因此，有序排布技術(shù)往往應(yīng)用于金剛石鋸片、金剛石磨輪等低濃度金剛石工具中。為保證鉆頭的壽命，傳統(tǒng)孕鑲金剛石鉆頭的金剛石濃度約為90%，電鍍金剛石鉆頭甚至達(dá)120%，約為金剛石鋸片的2~4倍。發(fā)明專利CN101285371公開了一種金剛石定位排布孕鑲地質(zhì)鉆頭，但該方法屬于傳統(tǒng)熱壓法制造的金剛石鉆頭，金剛石與胎體未能實現(xiàn)化學(xué)冶金結(jié)合，金剛石的利用率還是較低，且由于金剛石濃度較低，鉆頭壽命較短。為實現(xiàn)釬焊孕鑲金剛石鉆頭的有序排列，本發(fā)明人曾嘗試采用在不銹鋼薄片上釬焊好有序排列單層金剛石后，再將多層釬焊片疊加起來，在釬焊片之間添加粘結(jié)胎體粉末，再通過熱壓法制成了釬焊-熱壓多層有序排列金剛石鉆頭，這種鉆頭實現(xiàn)了金剛石的有序排列，降低了金剛石的濃度，提高了鉆頭的鉆進(jìn)時效，但是由于該制造方法屬于二次成型，加重了金剛石的熱損傷，鉆頭的壽命提高不是很明顯，因此還需改進(jìn)制造釬焊孕鑲金剛石鉆頭的制造工
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[0005]綜上所述，現(xiàn)有的金剛石鉆頭難以滿足深孔鉆進(jìn)的需要，因此，研制出一種適應(yīng)于深孔繩索取心鉆進(jìn)的高時效、長壽命、低成本新型金剛石鉆頭很有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型的目的在于提供一種有序排列釬焊孕鑲金剛石鉆頭，該鉆頭為深孔繩索取芯鉆進(jìn)用有序排列釬焊孕鑲金剛石鉆頭，是一種真空無壓鎳基孕鑲金剛石鉆頭，顯著提高了金剛石鉆頭鉆進(jìn)深部硬巖地層時的時效和壽命。
[0007]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]一種有序排列釬焊孕鑲金剛石鉆頭，所述鉆頭包括鉆頭切削齒、水口和鉆頭鋼體，鉆頭鋼體的一端制有內(nèi)螺紋，一端燒結(jié)有切削齒，切削齒的胎體有釬料層和工作層，切削齒中孕鑲有有序排列的金剛石顆粒。
[0009]所述的一種有序排列釬焊孕鑲金剛石鉆頭，所述有序排列為同心圓圓弧狀排列，呈鉆頭內(nèi)外徑處金剛石濃度較高、唇面中間處金剛石濃度較低狀。
[0010]所述的一種有序排列釬焊孕鑲金剛石鉆頭，所述釬料層、金剛石、工作層按照順序疊加。
[0011]本實用新型的優(yōu)點與效果是:
[0012]本實用新型結(jié)構(gòu)獨特，鉆進(jìn)深孔硬巖地層時性能好，工作效率高，使用壽命長。它是用預(yù)合金釬料和工作層制造的一種新型無壓有序排列孕鑲金剛石鉆頭。鉆頭的結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)耐磨性較差的工作層較快磨損，有利于金剛石的出刃，提高鉆頭的鉆進(jìn)效率；在鉆頭內(nèi)外徑處設(shè)計高濃度的金剛石，有利于保護(hù)鉆頭的內(nèi)外徑不被超前磨損，進(jìn)而提高鉆頭的壽命；鉆頭中金剛石按同心圓圓弧狀排列在鉆頭唇面，有利于同一弧面上的金剛石連續(xù)切削巖層，而利用鉆頭旋轉(zhuǎn)時的振動便可較快的實現(xiàn)相鄰兩弧面間巖脊的破碎，提高鉆頭的鉆進(jìn)效率。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型新型之鉆頭的剖視圖；
[0014]圖2(a)是本實用新型新型之鉆頭的剖俯視圖；
[0015]圖2 (b)是本實用新型之鉆頭切削齒內(nèi)金剛石的排列圖；
[0016]圖3是本實用新型新型之鉆頭切削齒組成圖。
[0017]圖中:1——切削齒；2——水口 ；3——鉆頭鋼體；4——內(nèi)螺紋；5——金剛石；6一一胎體；7—一釬料層；8—一工作層。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
[0019]參照圖1，一種有序排列釬焊孕鑲金剛石鉆頭，包括鉆頭切削齒1、水口 2和鉆頭鋼體3，鉆頭鋼體3的一端設(shè)有內(nèi)螺紋4，一端燒結(jié)有切削齒1，切削齒I的胎體有釬料層和工作層，切削齒I中孕鑲有有序排列的金剛石顆粒。
[0020]本實用新型有序排列釬焊孕鑲金剛石鉆頭在具體應(yīng)用過程中，將釬料粉末、工作層粉末通過冷壓成形工藝制成約0.4mm厚的片狀薄坯，分別作為釬料層7和工作層8 ;在工作層8表面刷上一層特殊的有機(jī)膠；利用設(shè)計好的有序排列模板將金剛石粘貼在工作層8上；再將釬料層7粘貼在其上，形成工作層，有序排列模板的孔洞排列規(guī)律為同心圓圓弧狀排列；將多層分布有有序排列金剛石的工作層按同一順序疊加起來，一起放入裝有鉆頭鋼體和過渡層的石墨模具中，在真空爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)至釬焊溫度并保溫一段時間后，隨爐冷卻至室溫，對其進(jìn)行修整、打磨，本鉆頭即制造完成。
[0021]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，本實用新型的保護(hù)范圍不限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術(shù)方案的簡單變化或等效替換均落入本實用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種有序排列釬焊孕鑲金剛石鉆頭，其特征在于，所述鉆頭包括鉆頭切削齒(I )、水口( 2 )和鉆頭鋼體(3 )，鉆頭鋼體(3 )的一端制有內(nèi)螺紋(4)，一端燒結(jié)有切削齒(I)，切削齒(O的胎體有釬料層(7)和工作層(8)，切削齒(I)中孕鑲有有序排列的金剛石顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有序排列釬焊孕鑲金剛石鉆頭，其特征在于，所述有序排列為同心圓圓弧狀排列，呈鉆頭內(nèi)外徑處金剛石濃度較高、唇面中間處金剛石濃度較低狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有序排列釬焊孕鑲金剛石鉆頭，其特征在于，所述釬料層、金剛石、工作層按照順序疊加。
【專利摘要】一種有序排列釬焊孕鑲金剛石鉆頭，涉及一種金剛石鉆頭，所述鉆頭包括鉆頭切削齒（1）、水口（2）和鉆頭鋼體（3），鉆頭鋼體（3）的一端制有內(nèi)螺紋（4），一端燒結(jié)有切削齒（1），切削齒（1）的胎體有釬料層（7）和工作層（8），切削齒（1）中孕鑲有有序排列的金剛石顆粒。所述有序排列為同心圓圓弧狀排列，呈鉆頭內(nèi)外徑處金剛石濃度較高、唇面中間處金剛石濃度較低狀。所述釬料層、金剛石、工作層按照順序疊加。該鉆頭為深孔繩索取芯鉆進(jìn)用有序排列釬焊孕鑲金剛石鉆頭，是一種真空無壓鎳基孕鑲金剛石鉆頭，顯著提高了金剛石鉆頭鉆進(jìn)深部硬巖地層時的時效和壽命。
【IPC分類】E21B10-46
【公開號】CN204419038
【申請?zhí)枴緾N201420739857
【發(fā)明人】章文姣, 曲艷東, 孔祥清, 譚松成
【申請人】遼寧工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2014年12月2日