[发明专利]主副底喷型激光焊接金刚石钻头及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及金刚石地质钻头，具体为一种主副底喷型激光焊接金刚石钻头及其制造方法。

背景技术：

随着浅部地层矿产资源的日益枯竭及水涨船高的人工成本，地质找矿工作对“单孔单钻”、“高效长寿”的新型钻头需求愈加迫切。

目前业内公认的提升钻头寿命的有效方法主要为提升钻齿胎体高度，但在目前现有的常规中频制法及电镀制法中，无法很好的解决提升钻齿胎体高度同胎体强度、胎体内金刚石质量、胎体同基体之间结合强度(以下简称胎-基结合强度)之间的矛盾，需从制造方法上进行技术革新才能从根本上解决这些矛盾。

金刚石钻头属超硬工具，其主要特征为含金刚石颗粒的胎体与钢管基体(带连接结构)的一端相连接，钢管基体通过直接或间接安装在压力回转设备上进行磨削钻取而实现钻进的钻进工具，常规制造方法主要有中频烧结法、电阻热烧结法、电镀法等。

但是随着工作胎体的加高，以上制造方法都无法在胎体强度、胎体内磨粒质量、胎体-基体结合强度上有效的保障钻头质量，这限制了金刚石钻头的发展。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出了一种适用于中低功率激光焊机且模具亲和力好，可有效提升厚壁高胎体钻头的胎体强度、胎体内磨粒质量、胎体-基体结合强度及钻进冷却性能的主副底喷型激光焊接金刚石钻头及其制造方法。

能够解决上述技术问题的主副底喷型激光焊接金刚石钻头，其技术方案包括钻头胎体和钢管基体，所不同的是所述钢管基体的管口直径小于管体直径而形成台阶，所述台阶上同轴焊接外径与管体直径一致、高度平齐管口端面的补强环，所述补强环的内径与管口的外径以及台阶之间形成半封闭的水流环腔，多个钻头胎体圆周均布焊接在管口和补强环的端面上，相邻钻头胎体之间的管口和补强环的端面上焊接阻水块；对应于水流环腔位置开设出贯通台阶的多个主底喷孔和多组副底喷孔，各主底喷孔的位置对应于各阻水块的出水孔，各组副底喷孔的位置对应在各钻头胎体的底部。

为避免主底喷孔的孔径过小而造成冷却水流动不畅，各主底喷孔的直径可以加工出大于水流环腔的宽度，而各组副底喷孔的直径则≤水流环腔的宽度加工。

为有效保证补强环的强度，所述台阶高度(即补强环的轴向长度)设计为3mm～8mm。

可视钻头胎体的尺寸大小，将各组副底喷孔中的喷孔选择为2～5个。

所述钢管基体的壁厚设计为与补强环的厚度一致且厚度范围选择在3mm～10mm之间，厚度的取值视金刚石钻头的规格大小而定。

所述主副底喷型激光焊接金刚石钻头的制造方法，其工艺步骤为：

1、将粉料、金刚石颗粒按比例均匀混合。

2、高强度冷压制作若干个钻齿冷压坯。

3、将钻齿冷压坯装至石墨拼装模具中，通过低温真空热压烧结将钻齿冷压坯烧制成型为钻头胎体。

4、加工缩小钢管基体的管口使其与管体形成台阶以及制作尺寸匹配的补强环。

5、将补强环与管口同轴套装于台阶上并与管体用激光焊接，按位置要求加工出与钻头胎体数量一致的多个主底喷孔和多组副底喷孔。

6、通过激光焊接方式分别将钻头胎体焊接于管口和补强环上，钻头胎体之间的管口和补强环上焊接开设有出水孔的阻水块，各钻头胎体的底部位置对应于各组副底喷孔，各阻水块的出水孔位置对应于各主底喷孔。

7、焊后热处理。

8、后续机械加工及成品化处理。

所述钻头胎体与管口和补强环的激光焊接，所用焊接设备的输出功率为1800KW～6000KW，单次焊透深度为3mm～10mm，累计焊透深度为6mm～20mm。

采用激光焊接方式、或采用摩擦焊接方式、或采用埋弧焊接方式、或采用保护气体填料焊接方式焊接补强环与管体。

本发明的有益效果：

1、本发明解决了胎体高度同胎体强度、胎体内金刚石颗粒质量、胎—基结合强度之间的矛盾问题，本专利对于设备要求低，成型效果好；较热压烧结法而言模具重复利用率高，降低了生产成本，可融入流水线化生产作业提升生产率；较电镀法而言无污染排放，更节能环保。

2、本发明自身胎体致密高、金刚石颗粒质量热损小且具有独特设计的主副底喷孔内冷循环水路；该主副底喷孔内冷循环水路冷却冲刷覆盖面积大，可达到钻头胎体全覆式冲刷冷却效果；且在实际钻进过程中可由内而外对焊缝部位进行冷却冲刷，可有效降低钻进时焊缝部位的热疲劳损伤，提升高胎体金刚石钻头的安全使用性能。

3、本发明金刚石钻头具有时效高、质量稳定性好、取芯率高、寿命长等特点。