一种金刚石钻头智能烧结机的研制与应用

针对我国传统的金刚石钻头烧结机自动化程度低,难以灵活应对不同种类配方的金刚石钻头热压烧结工艺、温度、压力等要求的现状,研制了一种新型金刚石钻头智能烧结机。该智能烧结机集光、电、液压于一体,以单片机为控制系统的核心器件,利用模糊PID控制原理,实时监测、控制烧结温度和工作压力,实现了预存工艺自动运行,控制效果满足钻头烧结工艺要求。对金刚石钻头热压烧结机的工作原理、温度及压力参数对成品钻头质量的影响进行了分析,并介绍了与热压机配套的控制系统的设计。     

改善钎焊金刚石钻头制造工艺的研究

电阻式真空活化钎焊烧结机钎焊烧结金刚石钻头时,由于镍基钎焊温度较高,钎焊温度超过727 ℃时钻头45钢体开始发生奥氏体反应,在钎焊烧结压力下易变形。为了保持一定的压力以减小接触电阻,满足钎焊烧结温度基本不变的要求,成功地通过增大钻头钢体段的过流面积,减小钢体段的电阻以降低钢体的发热功率和温升,有效地减少钻头钢体的塑性变形。     

“两次保温”镶制的金刚石钻头寿命延长的理论分析

1975年我们学习上海砂轮厂中频热压人造金刚石钻头的经验,于1976年在湖北探矿厂试制第一批人造金刚石钻头,由于胎体不耐磨,钻头寿命短.在试制第二批钻头时,我认为980℃烧结温度过高,会降低人造金刚石强度,提出降低烧结温度的试验.5、7、9号钻头烧结温度仍用980℃,6号钻头用950℃,烧结后测定胎体硬度,5号钻头HRC40,7号钻头HRC3,9号     

南海海盆区莫霍面分布规律及其对深部钻探的意义

传统的热压孕镶金刚石钻头胎体配方多为单质金属体系,采用WC或YG8作为骨架材料,Cu合金作为粘结材料,Ni、Co、Fe和Mn等金属作为中间材料。受配方中粘结材料和骨架材料成分及含量的影响,其适宜的烧结压力有限(≤16 MPa),且烧结温度则相对较高(≥ 930℃),常造成金刚石钻头胎体实际密度与理论密度之比偏低(≤ 98%),且高烧结温度会对金刚石产生热损伤,从而使钻头难以同时兼顾机械钻速和使用寿命。采用混料回归试验方法优选了2种全预合金成分的孕镶金刚石钻头胎体配方,并以钻头胎体的硬度(HRC)、磨损量和相对密度作为评价指标,分别开展了上述2种配方的烧结温度和烧结压力的单因素试验,以及配方2的烧结温度(930、940、950℃)和烧结压力(17、18、19、20 MPa)优化试验。试验结果表明,钻头胎体试样的最高压入硬度可达30.1 (HRC),对应磨损量和相对密度分别为134 mg和99.1%。基于此,采用配方2及其优选的热压烧结工艺参数,试制了3只ø75/49 mm规格的普通双管钻头,并在河南洛阳栾川某金矿钻探现场进行了野外钻进试验,其平均机械钻速达到2.02 m/h,平均使用寿命达到121.4 m。同机台使用的其他厂家的金刚石钻头,其平均机械钻速为1.81 m/h,单只钻头平均使用寿命为89 m。野外钻进试验结果表明,相较于其他厂家的常规孕镶金刚石钻头,采用全预合金配方体系和优化配合的烧结压力与烧结温度制备的孕镶金刚石钻头具有明显的优势,可以同时兼顾高效与长寿命的钻进效果。

     

“两次保温”镶制的金刚石钻头

一九七五年底，我们到上海学习上海砂轮厂中频热压人造金刚石钻头的经验，于一九七六年在湖北探矿厂开始试制第一批人造金刚石钻头，到第一地质大队试验，由于胎体不耐磨，钻头寿命短。在试制第二批（四个）人造金刚石钻头时，我认为980℃烧结温度过高，会降低人造金刚石强度，我提出要降低烧结温度到950℃，就议定用两种烧结温度，五、七、九号钻头烧结温度仍用980℃，六号钻头改用950℃。烧结后测定胎体硬度，五号钻头HRC40；七号钻头HRC34；九号钻头HRC33；六号钻头HRC30。根据上海砂轮厂的经验采用63号配方的胎     

比利时迪阿蒙—博特公司金刚石钻头制造工艺要点几则

比利时迪阿蒙—博特公司从事金刚石工具制造有四十余年历史，在金刚石钻头制造工艺方面有其独特之处，本文摘要介绍其两个内容。1．用钢模制造孕镶式金刚石钻头迪阿蒙—博特公司采用钢模制造孕镶式钻头，钢模用比利时生产的耐火钢，钢号为DEVIS，一个钢模能复用100次。热压工艺要点：烧结温度为1000℃，烧结过程是在通N-H混合保护气体的电炉内进行，烧结时间较长，约1—1.5小时。加热后取出炉外加压，压力为150—250公斤/平方厘米。     

降低金刚石钻头烧结温度的方法

人相图上分析了制取预合金胎体粉末以降低钻头烧结温度的可行性，并结合生产实践介绍了２种预合金粉末的制备方法，从而把制造金刚石钻头的烧结温度降低到９００℃。     

金刚石钻头可再生水口的试验

从仿生学的角度,依据脱皮动物的脱皮特性,设计一种可再生水口,用于增加金刚石钻头工作层的高度,进而延长钻头寿命。在可再生水口的加工方法上,首先利用冷压法把含有金刚石的胎体粉料冷压成型,然后组装在模具中,在特定的温度和压力下进行热压烧结,成功获得了具有可再生水口的小口径金刚石钻头;并在此基础上加工了Φ59  mm钻头,模拟野外条件进行室内试验。结果表明：选用特定的水口材料,可以成功实现水口的可再生,为长寿命金刚石取心钻头的研制提供了一种新的思路。     

关于我国金刚石钻头生产技术的分析研究

我国金刚石钻进取得了很大的成绩,但是其技术经济指标尚不理想,与国外相比尚有差距,特别是其中关键的金刚石钻头性能指标更是如此。我国目前主要使用热压烧结技术生产金刚石钻头。但是,热压烧结有“短板”,国外冷压浸渍烧结有强项,微波加热烧结有优点。建议试验研究冷压浸渍、微波烧结金刚石钻头,以便把我国的金刚石钻探技术经济指标提高到一个新水平。     

人造金刚石孕镶钻头胎体组织与性能

人造金刚石烧结孕镶钻头的寿命及效率,主要取决于人造金刚石的性能及胎体的组织、性能。当然,钻进工艺和操作技术也有很大影响。     

热压法双式烧结工艺初探

在分析了传统的金刚石钻头热压法烧结工艺的基础上，提出了金刚石钻头热压法双式烧结工艺，并对其进行了可行性论证。采用此工艺制造的金刚石钻头经实钻应用后，钻头的性能指标满足钻探生产要求。本工艺成倍地提高了制造金刚石钻头的生产效率，大幅度降低了能源消耗。     

关于提高金刚石钻头胎体耐磨性的试验研究

胎体耐磨性（胎体硬度）是金刚石钻头的一个重要技术指标,它直接影响钻头、钻进规程参数的选择和钻探工程技术指标的提高。目前,现场所用钻头实际胎体硬度低于出厂钻头的标称硬度,而钻探施工一般按胎体标称硬度进行安排生产,所以会对钻探效率和进尺的提高带来误导和负面影响。为了提高钻头胎体硬度,进行了如下研究工作：改进钻头烧结工艺,提高胎体材料中碳化钨的比例和增加混料时间。在改进钻头烧结工艺中,建议讨论研究俄罗斯冷压烧结技术,其烧结压力可以达到70～100 MPa,远远高于我国热压烧结的压力,这将有利于胎体耐磨性的提高和钻探技术经济指标的改善。     

钎焊金刚石钻头模具尺寸设计

勘探用金刚石钻头在钎焊烧结过程中,钻头芯模、外模和钢体的尺寸直接决定金刚石钻头的尺寸,对金刚石钻头的使用性能影响很大,而现有的文献中对于模具尺寸设计的研究稍显不全面。对钻头钎焊烧结过程的热涨与冷缩过程进行深入分析研究,提出了更直观的模具计算公式和防止涨模的措施。     

嵌入式电脑自动控制钻头烧结炉

针对通用箱式电阻烧结炉不能烧结直径大于250 mm钻头及烧结回、升温难以控制等问题,研制了可手动、自动、远程操作一体化的智能型钻头烧结炉。该烧结炉采用嵌入式电脑自动控制烧结升温曲线、回温速度、炉门和料车自动升降、高温热态端平烧结工件,并可预置多种功能参数,实现了烧结炉的智能控制,解决了大直径(<400 mm)钻头的烧结问题。     

卵砾石地层钻探用大直径加强型金刚石钻头的研制

采用不同于常规金刚石钻头的设计理念,选用高强度金刚石及耐磨金刚石聚晶体,对普通金刚石钻头胎体配方进行了改进,对常规金刚石钻头的烧结工艺参数作了适当的调整,试制出大直径加强型金刚石钻头。该钻头在耐磨性、抗冲击韧性及保径等方面较常规金刚石钻头显现出较大优势。在不改变常规钻进参数的情况下,较好地解决了卵砾石、破碎地层钻头寿命短、钻进速度慢、钻头易过早损坏等问题,可供类似的地层钻探施工选用。     

热压烧结金刚石钻头工程勘探钻进时效的试验研究

采用热压烧结方法制备5种不同胎体硬度和唇面形状的金刚石钻头,试验于工程勘探中,与常用的电镀金刚石钻头比较,分析其钻进时效情况。结果表明：通过优化设计,热压烧结钻头同样适用于工程勘探领域,其钻进时效与现行电镀钻头的钻进时效相当,甚至更高;对于微风化灰岩地层,热压烧结钻头的胎体硬度越低,其钻进时效越高,胎体硬度越高,其钻进时效越低;异形齿设计比平齿设计的热压烧结钻头的唇面更易出刃,其钻进时效较高。     

金属粉料氧化对热压孕镶金刚石钻头性能的影响

通过热压孕镶人造金刚石钻头的生产实践,逐步认识到作为胎体材料的金属粉料的氧化对钻头性能有严重影响.因此,研究金属粉料的氧化影响.退火还原工艺、防氧化措施等对提高钻头的质量甚为重要.一热压孕镶金刚石钻头对胎体性能的要求及影响胎体性能的主要因素热压钻头的烧结属于有液相存在的热压烧结过程.所用材料为多种金属粉末,分别作为骨架成分和粘结成分,经热压烧结成胎体,用来破碎岩石的金刚石为胎体所包镶.所以胎体的性能是决定钻头质量的主要因素     

烧结温度对金刚石强度的影响

在制造金刚石钻头的过程中，金刚石是在石墨模具中或气体的保护下与其它材料如：金属材料或非金属材料在高温下（900℃～1260℃）烧结成型，在烧结过程中金刚石的高温特性及热稳定性变化如何，尚无实际资料。因此我们认为弄清经高温烧结后金刚石强度的变化情况，对改进和提高金刚石钻头质量是有     

混镶烧结块钻头的初步应用

最近我们开动了两台JT—Ⅰ（利根）型2000米钻机,进行深孔钻探。鉴于合金钻头寿命短,不能适应深孔钻进的需要,改用人造金刚石-针状合金混镶烧结块钻头,并取得了一定效果。     

适用于栅格状孕镶金刚石钻头的胎体配方研究

为了提高钻进坚硬岩层的工作效率,将孕镶金刚石钻头胎体结构设计为栅格状,分析了栅格状孕镶金刚石钻头钻进岩层时的碎岩方式,并采用粉末冶金法制备Inconel 718和CoCrMo试样,通过分析不同烧结温度对两种胎体试样的硬度、耐磨性及抗弯强度的影响,确定了两种材料的最优烧结参数,并对其在该烧结温度下的力学性能进行对比分析。研究结果表明：Inconel 718和CoCrMo均具有较好的抗弯强度,满足钻进坚硬岩层对胎体抗弯强度的要求。Inconel 718的硬度比传统WC基胎体材料小,试样磨损量较大,适合用于地质灾害应急勘查等要求钻进速度快的极端情况;CoCrMo的硬度及耐磨性与传统WC基胎体接近,适合作为孕镶金刚石钻头的胎体材料。