张敏青 冀中能源邢矿集团公司河北煤炭科学研究院，河北邢台054000 摘要：文章介绍了国内外目前金刚石复合片钻头的生产工艺现状及存在问题，简述了低温电镀焊接工艺发展方向及优势。 关键词：复合片;钻头;工艺;电镀 中图分类号：TD350.4 文献标识码：B 文章编号：1007-1083(2012)03-0074-01 1·复合片钻头的切削机理与优势 复合片实际上是由一个人造金刚石的聚晶表层和硬质合金的碳化钨底层在高温高压过程中制造出来的完整产品。金刚石聚晶的晶向结构优于天然金刚石，即其晶体间的不定向排列使它具有比天然金刚石还要高的抗磨性及强度，且无方向偏析。天然金刚石因其各向异性使其具有固有的弱理解面而往往易于破碎，因此其尖角易于崩碎、磨钝、圆化，而导致辞岩原理不是切削而仅仅是一种研磨与挤压作用，所以天然金刚石表镶钻头的高效不能持久。而复合片钻头由于刃面、刃尖两个方向具有自锐作用，刃口锋利，因而能够在较低的钻压和较低的转速条件下实现高速钻进，并能在整个使用过程中保持高速钻进的效果。另外，由于复合片的碳化钨底层提供了抗冲击强度，所以复合片既具有其聚晶金刚石的硬度、耐磨性;又兼而有碳化钨的结构强度及抗冲击性能。复合片切削块工作时的磨损过程实际上是金刚石聚晶体不断剥落，新的锋锐的小晶体不断出露而使复合片切削块自锐的过程。 2·复合片钻头的生产工艺问题现状 复合片的热稳定性可以说很差。这是由于其底层采用合金(碳化钨)粉末，聚晶采用微纳米级单晶金刚石粉，在金刚石与碳化钨之间和金刚石粉内投放有粘结剂，一般是钴或钴的化合物，有时采用石墨粉时而需加上适量的触媒剂，在大约1500℃的高温和6万个大气压下烧结而成。这样由于起粘结和触媒作用的钴元素不仅会造成聚晶金刚石的石墨化，而且还会由于钴或钴的化合物的热胀系数很不相同，因而聚晶层极易受热损坏。除了钴元素的影响以外，聚晶层和碳化钨层的不同热膨胀系数也易于造成聚晶层从底层(或衬底)上脱落的严重缺陷。因此，将复合片这样一个特定的切削块镶焊在钻头体上就成了一个关键技术。因为复合片的聚晶金刚石在高温700℃以上将引起衰化，故其钎焊的金属熔点应低于700℃;倘若钎焊金属熔点过低，则又影响焊接后的连接强度，造成钻头上的复合片在工作过程中易于脱落，这是目前复合片钻头的主要问题。 3·复合片钻头生产工艺研究成果 采用低温电镀的工艺研制这种钻头，完全避免了高温影响，不可能产生热应力，经过几年的工作，取得了一定成果。 通过对钻头钢体与模具加工光洁度及镀前除油污等问题的处理，对电解过程科学合理控制，试验证明低温电镀工艺是可行的，解决了钎焊工艺存在的缺陷和不足。成为复合片钻头生产工艺的发展方向，其特点如下： (1)完全避免了高温的影响，采用低温电镀的工艺研制复合片钻头，应当说是一个创举，而且实践证明是合理的，也是成功的。 (2)复合片钻头对于软地层(3~6级)是比较理想的碎岩工具，它是属于切削型的钻头，具有最高的钻进速度，试验中最高时效高达14m/h，而且也能取得较长的使用寿命。 (3)复合片电镀钻头不仅适用于完整地层，破碎地层也较适用，具有较强的抗冲击性能。 (4)用低温电镀的工艺镶焊复合片是可行的、合理的，因而也是成功的。不仅由于低温不对聚晶金刚石产生热损伤，而且复合片镶焊十分牢固可靠，试验钻头中没有复合片脱落。 (5)复合片钻头的设计应考虑负前角、旁通角，且复合片以其半出露为好。为增强抗冲击性能应辅之以后支撑安排。 (6)目前国内生产的复合片由于耐磨性还不高，正常使用中往往也磨损严重，影响钻头寿命。 (7)由于复合片热稳定性欠佳，所以钻头的冷却显得特别重要。使用中往往有聚晶金刚石与硬质合金分离或剥落以及磨损严重，除了复合片生产质量方面的原因之外，恐怕也是由于其热稳定性差而对冷却、温度特别敏感的原因所致。 |
