[发明专利]金刚石地质取芯钻头的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及金刚石地质取芯钻头，具体是一种用于卵砾石地层或硬、脆、碎地层或破碎地层钻探的金刚石地质取芯钻头的制备工艺。

背景技术

卵砾石地层，硬、脆、碎地层是钻探领域的难题。由于卵砾石地层钻进时，多采用泥浆护壁，而常规的金刚石钻头钻进时，金刚石出刃小，钻头与钻孔环状间隙小，钻头水口、水槽面积小，钻头易烧钻，钻头钢体易被磨穿。常规的合金钻头钻进时，合金在孔底工作时极易崩断，因此一般钻头在此类地层钻进时效率低，钻头寿命短，成本高。金刚石钻头目前国内主要有两种方法生产：电镀法和整体烧结法，其中电镀法制备的金刚石钻头寿命长，但是效率低；烧结法一般是采用中频炉整体烧结法，具优点是效率高，但是缺陷是压制密度不高，导致使用寿命短。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种钻头寿命长、时效高，并可降低钻进成本的金刚石地质取芯钻头的制备工艺。

一种金刚石地质取芯钻头的制备工艺，其特征是按如下步骤实现：

(1)在模具内先装水口料，后装金刚石与粉末的混合料，所述金刚石与粉末的混合料焊接后形成金刚石孕镶体；

(2)装焊接层粉料，所述焊接层粉料焊接后形成焊接层；

(3)插入工作钢体；

(4)放入电阻烧结炉待烧，上、下待压，电阻面积为整个模具面积的1/3；

(5)加热，温度升至720-780℃时，加全压12-18Mpa的1/3压力；

(6)温度升至850-1000℃时，加全压12-18Mpa，保温保压时间2-5分钟，其中升温速度为100-200℃/min；

(7)停止加热，冷却；

(8)待温度降至680-720℃时，停止压力；出炉冷却。

如上所述的金刚石地质取芯钻头的制备工艺，在步骤(8)之后还包括如下步骤：

(9)冷却后，热压后成型部份钢体和冷作钢体车加工配合后，采用气体保护焊接设备进行无渣焊接；

(10)数控车加工丝扣后，开水口，产品完工。

如上所述的金刚石地质取芯钻头的制备工艺，所述的金刚石孕镶体的金刚石：MBD8，粒度40/45，浓度60-100％。

如上所述的金刚石地质取芯钻头的制备工艺，所述金刚石孕镶体的底出刃为0.5-1.5mm，外出刃5-10mm，内出刃为2-4mm，水口面占底唇面积的40-60％。

如上所述的金刚石地质取芯钻头的制备工艺，所述焊接层的配方按照质量百分比为：WC：7-15％，Ni：10％，Fe：20-50％，Mn：2-10％，90Cu：30％。

本发明采用上述生产工艺，其采用电阻烧结炉进行烧制可提高压制密度，另外金刚石孕镶体配方本身可达到合适的硬度和密度，有效地调节金刚石的出刃高度，既有冲韧性又有合适的硬度，从而提高钻头的寿命和提高生产效率，可以按照实际要求设计合适的水口，从而有效地解决地质钻探中效率和寿命的矛盾，达到实际上的统一。本发明制备的金刚石地质取芯钻头平均寿命可达30-70米，时效(即每小时钻进尺度)为2-5米。

附图说明

图1是本发明金刚石地质取芯钻头的结构示意图；

图2是本发明金刚石地质取芯钻头的俯视图；

图3是本发明半成品正视部分截面示意图。

图中：1-工作钢体、2-焊接层、3-金刚石孕镶体、4-水口模具、5-冷作钢体、6-气体保护焊接处。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供一种金刚石地质取芯钻头的制备工艺，其特征是按如下步骤实现：

(1)清洁石墨模具，配模，注意钻头钢体与石墨内、外模的配合间隙；在模具内先装水口料，后装金刚石与粉末的混合料；

(2)装焊接层粉料；

(3)插入工作钢体；

(4)放入电阻烧结炉待烧，上、下待压，电阻面积为整个模具面积的1/3；

(5)加热，温度升至720-780℃时，加全压12-18Mpa的1/3压力；

(6)温度升至850-1000℃时，加全压12-18Mpa，保温保压时间2-5分钟，其中升温速度为100-200℃/min；

(7)停止加热，冷却；

(8)待温度降至680-720℃时，停止压力；出炉冷却。

(9)冷却后，热压后成型部份钢体和冷作钢体车加工配合后，采用气体保护焊接设备进行无渣焊接，具体焊接位置如图3中所示气体保护焊接处6；