焊接式高胎体地质钻头及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种焊接式高胎体地质钻头及其制作方法，包括高胎体钻齿、水口块和钢体。高胎体钻齿和水口块单独烧结成型再的紧密连接成钻齿冠，钻齿冠激光焊接在钢体上；高胎体钻齿由含破岩磨粒的工作齿层、不含磨粒的过渡齿层、以及不含磨粒的焊接齿层组成，高胎体钻齿总高度为15mm～35mm；水口块可采用单质粉、多种金属粉或合金粉烧结制作。本发明专利技术由于采用高胎体钻齿独立烧结，并设计了自适应磨损水口块，烧结温度大大降低，金刚石损伤减少，钻齿高度提高，钻头的钻进效率、使用寿命都得到了大幅度提高，能显著降低地质钻探中钻头起下钻次数，特别适合1000米以下深孔钻进工程中。

【技术实现步骤摘要】
焊接式高胎体地质钻头及其制作方法(一)
：本专利技术涉及地质勘探钻进技术，具体为一种焊接式高胎体地质钻头及其制作方法。(二)
技术介绍
：目前，固体矿藏勘探钻进工程中大多仍采用金刚石地质钻头，金刚石地质钻头制造技术经过数十年的发展，在结构设计、钻探工艺方面有了一定的进步，但是，总的来说发展缓慢，技术创新力度不够。金刚石地质钻头产品目前包括中频整体烧结法地质钻头、电镀法地质钻头。中频整体烧结法地质钻头是采用中频热压烧结机制造，制造过程是先将金刚石与金属粉末的混合物倒入所需尺寸的石墨模具中，然后将经加工形成锯齿面的钢体放置在粉体上，通过中频电磁感应产生的热量和上下压力，将烧结成型的钻齿与钢体结合在一起。这种方法生产的金刚石钻头烧结温度高，钻齿内部致密度差，钻齿与钢体结合力不够强，所以钻齿高度低，且钻进效率、使用寿命都较低。孙友宏等人的《可再生水口的金刚石取芯钻头》(申请号为200810051152.9)专利技术专利提出了从结构上进行了合理设计，实现钻齿和水口的多层化，并保证每一层水口面积比达到15％～35％，但是此专利仍然采用中频整体烧结法制造，烧结温度高、钻齿烧结致密度低，而且结构复杂，制造难度大，模具消耗大。电镀法金刚石地质钻头是在经表面处理后的钢体表面直接镀上金属胎体和金刚石颗粒的复合层，金属胎体与钢体是原子价键结合，因此结合强度较高；电镀法制作的地质钻头金属胎体对金刚石具有比普通方法更高的把持强度，而且金刚石无高温损伤，钻头钻进效率高；然而电镀钻头制作时间长，成本高，且胎体高度越高，制作时间越长，钻头使用寿命往往较低。肖云捷的《一种高效金刚石地质钻头的制造方法》(申请号为201110008431.9)专利技术专利第一次提出了采用激光焊接方法制造金刚石地质钻头的概念，但只是简单的模仿常规激光焊接产品，将钻齿与钢体实现连接而已。由于地质钻头钻齿内金刚石磨粒含量通常较高，钻齿强度也往往较低，随着钻齿高度的增加，钻齿断裂的可能性增加，因此，常规钻头钻齿高度低于8mm，钻头寿命十分有限。(三)
技术实现思路
：为此，本专利技术提供一种焊接式高胎体地质钻头及其制造方法，旨在解决矿产地质勘探钻进工程中、特别是1000米以下深部钻进中钻头钻进效率低、使用寿命短而导致钻头起下钻频率高、钻探总体效率低、钻孔易于塌陷等问题。能够解决上述技术问题的焊接式高胎体地质钻头，包括高胎体钻齿、水口块和钢体，所述高胎体钻齿于钢体上圆周均布，所述水口块设于相邻高胎体钻齿之间的钢体上，所不同的是所述高胎体钻齿包括含破岩磨粒的工作齿层、不含磨粒的过渡齿层以及不含磨粒的焊接齿层，高胎体钻齿总高度为15mm～35mm，其中，所述工作齿层高度为12mm～29mm，所述过渡齿层高度为1mm～3mm，所述焊接齿层高度为2mm～3mm；匹配于高胎体钻齿高度，所述水口块高度为5mm～15mm。根据钻进岩石对象，进一步对水口块高度的设置：所述高胎体钻齿总高度选择为15mm～20mm时，所述水口块高度选择为5mm～10mm；所述高胎体钻齿高度选择为20mm～35mm时，所述水口块高度选择为10mm～15mm。为保证钻削区域供水充分，所述水口块的内、外两侧(直径方向)分别开设内水槽和外水槽，所述内、外水槽深度根据钻进对象选择为1mm～5mm。对于普通钻进岩石，一般不需要添加聚晶进行钻头保径，但对于强研磨性地层，所述高胎体钻齿的内、外表面需镶嵌聚晶，聚晶镶嵌部位为工作齿层、或为过渡齿层、或为工作齿层和过渡齿层。所述工作齿层中包含的破岩磨粒为金刚石，当钻进岩石为中硬、软地层时，工作齿层中包含的破岩磨粒为金刚石和碎聚晶的混合物，通过体积破碎方式实现钻进，可大大提高钻进效率。如上所述的焊接式高胎体地质钻头之制作方法，方案有三种：1、所述高胎体钻齿和水口块分别独立烧结成型，然后通过烧结工艺实现高胎体钻齿和水口块紧密结合成钻齿冠。2、或所述高胎体钻齿和水口块的制作为各自冷压成型，单独成型后的高胎体钻齿和水口块组装在一起烧结成为钻齿冠。3、或所述高胎体钻齿的制作采用先冷压后热压，冷压胚体致密度为50％～70％，热压采用真空电阻式热压烧结，烧结温度为750℃～900℃，保温时间3min～8min，最大加压压力为20MPa～30MPa，所述水口块采用单质粉、或多种金属粉或合金粉烧结而成，烧结致密度为50％～100％，高胎体钻齿与水口块连接成为整体齿冠的方式为将水口块压缩，通过横向挤压作用力使其与高胎体钻齿实现机械嵌固，或采用钎焊法焊接，或者采用浸渍法实现补缝与结合。上述高胎体钻齿和水口块的分别制作，便于单独调节钻齿结合剂配方，同时水口块与高胎体钻齿的组合结构能提高高胎体钻齿高度，能实现高胎体钻齿的制作，从而保证了钻头的长寿命；能够实现高胎体钻齿与水口块的牢固连接，保障水口块能一直正常发挥钻齿支撑作用；所述制作方法操作简易，钻头圆周跳动很低，易于实现高胎体钻齿内部结构设计成不同类型，如“三明治”、高低浓度齿等。将上述1、2、3三种制作方式中所述高胎体钻齿与水口块连接后形成的钻齿冠通过激光焊接方法焊接在钢体上。所述激光焊接方法可采用激光直接焊接，或采用激光熔覆焊接。可采用焊片、或焊丝、或焊膏进行钎焊法焊接。本专利技术的有益效果：1、本专利技术结构中，高胎体钻齿结构中焊接齿层确保了与钢体的连接强度，过渡齿层则起到衔接工作齿层与焊接齿层的作用，能保障高胎体钻齿的整体强度；制作方法中采用先进的激光焊接技术制造具有大的钻齿高度、能保证钻齿强度不至于断裂的地质钻头，此种地质钻头钻齿强度高、钻进效率高、使用寿命高，从而大大减少了钻头起下钻的次数，大大提高了钻探台月效率，减少塌孔事故的发生。2、本专利技术具有钻齿烧结致密度高、金刚石热损伤小、胎体尺寸高等优点，因而较常规地质钻头具有高得多的钻进寿命和较高的钻进效率，大大减少了钻头的起下钻频率，能极大的提升钻进工程效率。(四)附图说明：图1为本专利技术一种实施方式的立体结构图。图2(a)为图1实施方式中矮齿钻头的立体结构图。图2(b)为图1实施方式中中齿钻头的立体结构图。图2(c)为图1实施方式中高齿钻头的立体结构图。图3为图1实施方式中高胎体钻齿与水口块形成为钻齿冠的立体结构图。图4(a)为树脂圈箍紧图3中钻齿冠的结构示意图。图4(b)为图4(a)中的A-A剖示图。图号标识：1、高胎体钻齿；1-1、工作齿层；1-2、过渡齿层；1-3、焊接齿层；2、水口块；3、钻齿冠；4、钢体；5、外水槽；6、内水槽；7、树脂圈。(五)具体实施方式：下面结合附图所示实施方式对本专利技术的技术方案作进一步说明。本专利技术焊接式高胎体地质钻头包括相连接的上部的钻齿冠3和下部的钢体4，所述钻齿冠3包括高胎体钻齿1和水口块2，所述高胎体钻齿1于钢体4上圆周均布，所述水口块2间隔设于相邻高胎体钻齿1之间的钢体4上；所述高胎体钻齿1包括上、中、下三部分，分别为上部含破岩磨粒的工作齿层1-1、中部不含磨粒的过渡齿层1-2，下部不含磨粒的焊接齿层1-3，高胎体钻齿1总高度为15mm～35mm，根据不同的钻进工况，所述工作齿层1-1的高度在12mm～29mm之间选择，所述过渡齿层1-2高度在1mm～3mm之间选择，所述焊接齿层1-3的高度在2mm～3mm之间选择，为了与高胎体钻齿1的总高度相匹配，所述水口块本文档来自技高网...

【技术保护点】
焊接式高胎体地质钻头，包括高胎体钻齿(1)、水口块(2)和钢体(4)，所述高胎体钻齿(1)于钢体(4)上圆周均布，所述水口块(2)设于相邻高胎体钻齿(1)之间的钢体(4)上，其特征在于：所述高胎体钻齿(1)包括含破岩磨粒的工作齿层(1‑1)、不含磨粒的过渡齿层(1‑2)以及不含磨粒的焊接齿层(1‑3)，高胎体钻齿(1)总高度为15mm～35mm，其中，所述工作齿层(1‑1)高度为12mm～29mm，所述过渡齿层(1‑2)高度为1mm～3mm，所述焊接齿层(1‑3)高度为2mm～3mm；匹配于高胎体钻齿(1)高度，所述水口块(2)高度为5mm～15mm。

【技术特征摘要】
1.焊接式高胎体地质钻头，包括高胎体钻齿(1)和钢体(4)，所述高胎体钻齿(1)于钢体(4)上圆周均布，其特征在于：水口块(2)设于相邻高胎体钻齿(1)之间的钢体(4)上，高胎体钻齿(1)与水口块(2)固接成为钻齿冠(3)后再用激光焊接在钢体(4)上；所述高胎体钻齿(1)包括含破岩磨粒的工作齿层(1-1)、不含磨粒的过渡齿层(1-2)以及不含磨粒的焊接齿层(1-3)，高胎体钻齿(1)总高度为15mm～35mm，其中，所述工作齿层(1-1)高度为12mm～29mm，所述过渡齿层(1-2)高度为1mm～3mm，所述焊接齿层(1-3)高度为2mm～3mm；匹配于高胎体钻齿(1)高度，所述水口块(2)高度为5mm～15mm。2.根据权利要求1所述的焊接式高胎体地质钻头，其特征在于：当所述高胎体钻齿(1)总高度选择为15mm～20mm时，所述水口块(2)的匹配高度选择为5mm～10mm；当所述高胎体钻齿(1)总高度选择为20mm～35m时，所述水口块(2)的匹配高度选择为10mm～15mm。3.根据权利要求1或2所述的焊接式高胎体地质钻头，其特征在于：所述水口块(2)的内、外两侧分别开设有内水槽(6)和外水槽(5)，所述内、外水槽(6、5)深度为1mm～5mm。4.根据权利要求1或2所述的焊接式高胎体地质钻头，其特征在于：所述高胎体钻齿(1)的内、外表面镶嵌聚晶，聚晶镶嵌部位为工作齿层(1-1)、或为过渡齿层(1-2)、或为工作齿层(1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志环，潘晓毅，谢德龙，罗文来，林峰，吕智，胡乔帆，王进保，
申请(专利权)人：中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45