專利名稱：低溫電鑄金剛石復(fù)合片及其石油鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油鉆探工具領(lǐng)域，它是利用特殊的低溫電鑄工藝制造金剛石復(fù)合片及其石油鉆頭。該種鉆頭適用于石油鉆探。
以往的金剛石復(fù)合片和鉆頭制造工藝一般均采用高溫高壓即粉末冶金法。由于金剛石的熱穩(wěn)定性在700℃左右，故復(fù)合片的熱穩(wěn)定性一般也不超過700℃，從而給復(fù)合片的生產(chǎn)制造工藝帶來很大難度，繼而也使復(fù)合片與鉆頭體之間的鑲焊成為一大技術(shù)難題。以往國內(nèi)外常用的粉末冶金法制造復(fù)合片再用釬焊方式將復(fù)合片焊結(jié)于鉆頭體上，但在此加工過程中必須使用高溫才能保證連接強(qiáng)度，這是必然導(dǎo)致金剛石石墨化且易使復(fù)合片上的金剛石層與硬質(zhì)合金襯底層之間產(chǎn)生裂紋造成金剛石層脫落，最終會影響鉆頭的使用壽命。另外經(jīng)檢索出已有專利CN1066205A，它采用了低溫電鍍技術(shù)，解決了金剛石高溫易產(chǎn)生熱損害的問題，但它是先用粉末冶金熱壓法在鉆頭鋼體上制成一圈碳化鎢合金塊，然后在碳化鎢合金塊上用低溫電鍍技術(shù)鍍上多層硬度不同的金剛石孕鑲層，這與本發(fā)明幾乎完全不同。再有是本公司85年申請的專利CN85108125中，采用了一種特殊的低溫電鍍工藝制造的復(fù)合片及其鉆頭。本發(fā)明就是采用了這一專利中的低溫電鍍工藝制造出此新型金剛石復(fù)合片及其石油鉆頭。
本發(fā)明的目的是采用特殊低溫電鑄工藝制造金剛石復(fù)合片，再用此低溫電鑄工藝將復(fù)合片鑲焊于鉆頭體上制成鉆頭，從而完全避免了金剛石在加工時受高溫的影響，確保了復(fù)合片固有的質(zhì)量和鑲焊牢度。
本發(fā)明如圖所示首先是將微粒金剛石層(2)、硬質(zhì)合金襯底(3)及硬質(zhì)合金底托(4)三部分利用低溫電鑄工藝同時一次制成粘結(jié)牢固的金剛石復(fù)合片(7)。其中金剛石粒度很細(xì)，濃度較高，硬質(zhì)合金襯底上與金剛石的結(jié)合面上為了牢固結(jié)合先要進(jìn)行合金化，以便形成一個易于金屬離子沉積或結(jié)合的中間過渡層，并且在此結(jié)合面的周圍有特制的與金剛石層同樣厚度的外圈，它不僅便于金剛石層成形，也有利于提高金剛石層三個方向的抗沖擊強(qiáng)度或者說是抗剪切強(qiáng)度;另外在硬質(zhì)合金底托的背面預(yù)開有安裝槽或30°左右的斜坡，以便于鑲焊金屬沉積其內(nèi)，提高其鑲焊牢度。然后將復(fù)合片(7)鑲嵌在鉆頭鋼體槽內(nèi)，并利用特殊的低溫電鑄工藝?yán)喂痰蔫偤赣阢@頭體(6)上。為適應(yīng)鉆進(jìn)各種類型的地層，鉆頭上復(fù)合片切削刃的負(fù)前角一般為-10°～-20°，旁通角為5°～10°，復(fù)合片在鉆頭上選用全出露方式以盡可能使鉆頭達(dá)到最佳鉆進(jìn)效果。同時，為了提高鉆頭使用壽命和鉆進(jìn)效率，鉆頭上復(fù)合片切削具布置在鉆頭底唇面五個不同半徑的同心圓上，鉆頭采用在內(nèi)外側(cè)唇上鑲金剛石聚晶(5)和鍍金剛石層(1)方式保徑，其水道設(shè)計采用三個主水道以適應(yīng)在不同地層中鉆進(jìn)。
本發(fā)明的優(yōu)點是此種低溫電鑄金剛石復(fù)合片及其石油鉆頭，不僅最大限度地保護(hù)了復(fù)合片中金剛石不受熱損傷，而且復(fù)合片粘結(jié)強(qiáng)度高，不易產(chǎn)生金剛石層脫落現(xiàn)象，所制鉆頭鑲焊牢固保徑效果好、鉆進(jìn)效率高，壽命長，成本低。


圖1為低溫電鑄金剛石復(fù)合片示意圖;
圖2為低溫電鑄金剛石復(fù)合片石油取心鉆頭側(cè)視圖;
圖3為三個主水道復(fù)合體結(jié)構(gòu)的石油取心鉆頭俯視示意圖。
圖中1為金剛石鍍層;2為復(fù)合片的金剛石層;3為硬質(zhì)合金襯底;4為硬質(zhì)合金底托;5為保徑聚晶;6為鉆頭鋼體;7為金剛石復(fù)合片(或稱復(fù)合體)。
最佳實施例如圖所示的低溫電鑄金剛石復(fù)合片石油取心鉆頭，它是先將厚1.5mm的微粒金剛石層(2)、含高1.5mm外圈、厚度為5mm的硬質(zhì)合金襯底(3)、及預(yù)開有2×2mm窄槽的硬質(zhì)合金底托(4)三部分利用特殊的低溫電鑄工藝一次制成粘結(jié)成牢固的金剛石復(fù)合片(7)。然后，將此復(fù)合片采用特殊的低溫電鑄工藝鑲焊到鉆頭體(6)上，復(fù)合體在鉆頭上的安裝負(fù)前角為-15°，旁通角的5°。在鉆頭底唇面五個不同半徑的同心圓上共鑲焊30個復(fù)合片，且采用全出露方式和三個主水道設(shè)計。在鉆頭內(nèi)外側(cè)唇上鑲有保徑金剛石聚晶(5)并鍍有金剛石層(1)。選用鎳錳合金做為胎體金屬，同時增加了鑲焊金屬的厚度以提高胎體的壽命，從而保證了該種復(fù)合體石油取心鉆頭效率和壽命都達(dá)到最佳，成本達(dá)到最低。
權(quán)利要求
1.一種低溫電鑄金剛石復(fù)合片及其石油鉆頭，其特征是a、它將微粒金剛石層(2)、硬質(zhì)合金襯底(3)、以及硬質(zhì)合金底托(4)三部分利用一種特殊的低溫電鑄工藝一次制成三部分之間粘結(jié)牢固的金剛石復(fù)合片(7)。b、利用特殊的低溫電鑄工藝將金剛石復(fù)合片(7)鑲焊到鉆頭體(6)上，制成金剛石復(fù)合片石油鉆頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石復(fù)合片(7)其征是復(fù)合片中硬質(zhì)合金襯底(3)的結(jié)合面先要進(jìn)行合金化，并在其周圍有特制的與金剛石層(2)同樣厚度的外圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石復(fù)合片(7)其征是復(fù)合片中硬質(zhì)合金襯底(3)的背面預(yù)加工有安裝槽或斜坡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆頭，其特征是鉆頭上復(fù)合片(7)鑲焊的負(fù)前角為-10°～-20°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆頭，其特征是鉆頭上復(fù)合片(7)鑲焊的旁通角5°～10°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆頭，其特征是鉆頭上復(fù)合片(7)鑲焊為全出露形式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油鉆頭，其特征是鉆頭體內(nèi)外側(cè)唇上鑲有保徑聚晶(5)并鍍有金剛石層(1)。
全文摘要
一種低溫電鑄金剛石復(fù)合片及其石油鉆頭屬于石油鉆探工具領(lǐng)域。此種復(fù)合片及鉆頭解決了一般加工工藝在制造金剛石復(fù)合片和鑲焊復(fù)合片時金剛石易受熱損傷產(chǎn)生脫落的問題，它最大限度地保護(hù)了金剛石不受熱損傷，同時復(fù)合片整體粘結(jié)牢固，且與鉆頭之間鑲焊強(qiáng)度很高。本發(fā)明是利用一種特殊低溫電鑄工藝將金剛石層、硬質(zhì)合金襯底及硬質(zhì)合金底托三部分一次制成粘結(jié)成牢固的金剛石復(fù)合片，然后，再用特殊的低溫電鑄工藝將復(fù)合片鑲焊于鉆頭上。
文檔編號E21B10/46GK1078766SQ93104748
公開日1993年11月24日 申請日期1993年5月3日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月3日
發(fā)明者李大佛, 李良鋼, 胡三虎, 李天明, 李寶坤 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)長江鉆頭公司