一種有序排列釬焊孕鑲金剛石鉆頭的制作方法
【技術領域】
[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】
[0002]目前，我國地質勘探逐步向深部發展，深部鉆探所面臨的巖層更為復雜，對金剛石鉆頭性能要求也更高。傳統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，難以適應深部復雜多變地層的鉆進；電鍍法制造的金剛石鉆頭往往內外保徑效果較差，鉆頭的使用壽命較低，也難以適應深部復雜地層，特別是非完整地層和強研磨性地層。此外，傳統金剛石鉆頭工作層內部結構較為單一，也即胎體內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，導致鉆頭對巖層的適應性不理想，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外學者研宄較多的一種新方法，釬焊技術可以使得釬料中的某些活性元素與金剛石表層碳原子發生化學冶金反應，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冶金結合，有利于提高單顆金剛石的出刃高度和工作時間，進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境非常惡劣，為保證金剛石鉆頭的壽命，應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。中國發明專利CN 101824968A公開了一種新型孕鑲釬焊金剛石鉆頭，該發明通過對金剛石顆粒的釬焊預處理，增強了金剛石與胎體的結合強度，提高了鉆頭的鉆進時效和壽命。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，制成多層釬焊金剛石鉆頭。但該發明制作出來的鉆頭，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。為了實現釬焊孕鑲金剛石的及時出刃，本發明人曾嘗試采用在胎體中添加細鐵絲來實現胎體的超前磨損，該方法實現了金剛石的及時出刃，但是鉆頭內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每顆金剛石得到充分利用，進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，有序排布技術較適合應用于低濃度的金剛石工具制作中。因此，有序排布技術往往應用于金剛石鋸片、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120%，約為金剛石鋸片的2~4倍。發明專利CN101285371公開了一種金剛石定位排布孕鑲地質鉆頭，但該方法屬于傳統熱壓法制造的金剛石鉆頭，金剛石與胎體未能實現化學冶金結合，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。為實現釬焊孕鑲金剛石鉆頭的有序排列，本發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，現有的金剛石鉆頭難以滿足深孔鉆進的需要，因此，研制出一種適應于深孔繩索取心鉆進的高時效、長壽命、低成本新型金剛石鉆頭很有必要。
【發明內容】
[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方案實現的:
[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螺紋，一端燒結有切削齒，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]本實用新型的優點與效果是:
[0012]本實用新型結構獨特，鉆進深孔硬巖地層時性能好，工作效率高，使用壽命長。它是用預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。鉆頭的結構能實現耐磨性較差的工作層較快磨損，有利于金剛石的出刃，提高鉆頭的鉆進效率；在鉆頭內外徑處設計高濃度的金剛石，有利于保護鉆頭的內外徑不被超前磨損，進而提高鉆頭的壽命；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切削巖層，而利用鉆頭旋轉時的振動便可較快的實現相鄰兩弧面間巖脊的破碎，提高鉆頭的鉆進效率。
【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]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型的技術方案作進一步詳細地說明。
[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的一端設有內螺紋4，一端燒結有切削齒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膠；利用設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，在真空爐中進行燒結，燒結至釬焊溫度并保溫一段時間后，隨爐冷卻至室溫，對其進行修整、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】，本實用新型的保護范圍不限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型披露的技術范圍內，可顯而易見地得到的技術方案的簡單變化或等效替換均落入本實用新型的保護范圍。
【主權項】
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 )的一端制有內螺紋(4)，一端燒結有切削齒(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.根據權利要求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.根據權利要求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）的一端制有內螺紋（4），一端燒結有切削齒（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深部硬巖地層時的時效和壽命。
【IPC分類】E21B10-46
【公開號】CN204419038
【申請號】CN201420739857
【發明人】章文姣, 曲艷東, 孔祥清, 譚松成
【申請人】遼寧工業大學
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2014年12月2日