质量和成本。
一、 金刚石钻头的技术参数 影响钻头适应性的主要技术参数包括胎体的端面形状、性能,水路系统,金刚石的质量、粒度、出刃量、浓度、排列等。
1、 钻头的钢体 钻头的钢体用中碳钢制成,为了加强钢体同胎体的粘结强度,钢体下端加工成棱嵌式、阶梯式、方形或螺纹形等。 钢体主要分为单管和双管:
2、 胎体的唇面形状 孕镶金刚石钻头的唇面形状多为平底唇面,钻进过程中会自然形成圆弧形。因钻头壁较厚或钻进坚硬而弱研磨性岩层时,钻头容易打滑,往往把唇面制成同心环或交错环的锯齿状。为了克服在钻进坚硬岩层时钻头内、外环磨耗不均,将钻头制成梯形唇面。 表镶金刚石钻头的唇面形状有多种,随岩石的性质、钻头壁厚、工作稳定性和要求不同来选用。
3、钻头的水口和水路 ①钻头的水路包括钻头的水口和水槽。 常用的几种水品及水槽形状: 直水口; 正螺旋水口; 反螺旋水口; 底喷水口.
②钻头的水路要保证钻头破岩面上的热量及时被冲洗液带走,有效地冷却钻头和金刚石;
③大部分冲洗液经钻头内壁水槽均匀分布到整个钻头端面; ④水口的形式有直水口、正螺旋水口、反螺旋水口及底喷水口等。 4、金刚石在唇面上的排列 ①金刚石在唇面上的排列
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和分布是表镶钻头的一个重要结构参量; 金刚石面上的三种排列方式: 放射状; 螺旋状; 等距状.
②钻进过程中,边刃负担最重,其次为底刃,再次为侧刃; ③优质金刚石用于边部,品级较高的用于底部,品级较低及回收金刚石用于侧部。
④充满度:单位面积内摆放金刚石的数目。充满度过小,金刚石工作面过小,相对单粒金刚石负担过大,钻头寿命短;充满度过大,钻头成本高,且影响孔底冲洗。
⑤金刚石在钻头唇面上的排列方式有放射状、螺旋状和等间距状。 ⑥金刚石在钻头唇面厚度方向多采用同心环状排列,并在径向必须有一定的重叠度,减少钻头部位拉槽的可能性。 5、金刚石的粒度 ①金刚石的粒度决定了金刚石在钻头唇面的出刃高度、分布密度、切入岩石的深度、金刚石与岩石的接触面积和孕镶钻头的自锐能力等,对钻进指标有明显影响。 ②岩层越硬、越致密,越应选小粒度的金刚石钻头。 6、金刚石的含量
金刚石的含量取决于钻头直径和岩石性质: 钻头直径大,克取岩石面积大,所需金刚石的数量多;同一直径的钻头,岩层研磨性强,金刚石磨耗快,金刚石的数量也应增加.
金刚石浓度:是胎体工作层单位体积中所含的金刚石量(体积浓度)。
对孕镶钻头金刚石含量还与金刚石的浓度有关: 确定胎体的
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金刚石浓度时,应考虑岩石性质和金刚石的质量、粒度,岩层愈坚硬、致密,金刚石的浓度应降低,金刚石质量好、粒度细、浓度取低值,反之,取高值。 7、胎体的性能
①胎体成分主要由骨架材料和粘结金属组成,改变骨架材料和粘结金属的配方就能改变胎体的硬度和耐磨性; ②对于表镶钻头,胎体的作用主要是牢固包镶金刚石并与钻头体牢固焊接; ③对于孕镶钻头,胎体的作用除了牢固包镶金刚石与钢体牢固焊接外,还要保证金刚石在钻进过程中有自锐作用; ④胎体硬度和耐磨性应与所钻进的岩层相适应; ⑤胎体的磨耗略超前于金刚石磨耗,使得金刚石在旋转方向的背后形成蝌蚪状的胎体支撑,用手触摸时有粗糙感。
8、保径层 ①表镶钻头因有内外侧刃,无需保径; ②孕镶钻头通常采用人造聚晶金刚石、针状合金或质量差的天然金刚石进行保径补强,提高内外径的耐磨性
二、金刚石扩孔器 金刚石钻头一般要配用扩孔器。扩孔器位于钻头和岩心管之间,直径略大于钻头直径:一般大0.5mm。 扩孔器的作用: (1)修整孔壁,保持钻孔直径均匀,避免或减少新钻头扫孔; (2)增加钻具的稳定性,减少摆动现象,提高钻头的寿命。 三、金刚石钻头的制造
1、无压浸渍法-主要用于制造表镶钻头。 先将金刚石按设
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计要求摆放入石墨模具上预先准备的坑内,再把骨架金属放入模槽,并安放钻头钢体。装模后轻轻敲击模壁,使骨架粉末密实。最后把粘结合金碎片放于模心之内,上面撒上助熔剂和保温砂,即可放入马弗炉中加热烧结。当温度达到1100度时,粘结金属熔化,很快渗入骨架金属之中,形成有硬质点的胎体,把金刚石与钻头钢体粘结在一起。也可制造扩孔器。
2、热压法-主要制造孕镶钻头。 先将胎体的骨架金属粉末和粘结金属粉末按设计比例混合,并在胎体工作层混入一定浓度的金刚石,装入石墨模具内。在电阻热压炉上烧结,边加温边加压,按照设计的烧结工艺流程(一般全压10-15MPa,最高温度1000度左右)即可制成孕镶金刚石钻头。
3、电铸法-主要制造孕镶钻头。 原理:在电镀槽内将镍、钴一类金属沉积到钻头体上,同时分层分次把金刚石微粒撒到电镀面上,利用沉积的金属把金刚石孕镶在胎体中。也可制造扩孔器。 优点:在制造中金刚石不接触高温。 第四节 金刚石钻进规程
钻进规程包括钻压、转速和冲洗液量3个参量。表镶和孕镶金刚石钻头的特点和碎岩机理,决定它们必须采用以高转速为主体的钻进规程。特别是孕镶钻头,由于粒度小,切入量有限,要获得较高的钻进速度必须依靠高转速。同时,考虑到金刚石性质较脆和不耐高温等弱点,必须配合适当的钻压和足够的冲洗液量。
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