復合材料鑽頭

『壹』 鑲有人造金剛石復合材料TVESAL 的鑽頭

中硬－硬岩石的鑽探工作量在國家地質勘探任務中占相當大的比例。本書第三章講到，對於中硬和部分硬岩石可以用PDC鑽頭取得很好的鑽探效果。但是，由於PDC鑽頭切削具出刃很大(相對於普通金剛石鑽頭)，如果把它用於軟硬互層和裂隙性地層，可能造成鑽具強烈的振動，容易導致切削具宏觀破裂或其他事故，從而大幅度降低其鑽進效率及工作壽命。而在野外實際生產中，經常會遇到泥岩和硅質岩軟硬互層，砂質和泥質頁岩軟硬互層的現象，甚至在煤田鑽探中每個鑽孔里都會出現這種情況。令鑽探工作者感到困難的是，在砂質和泥質頁岩組合地層中經常會遇到堅硬的砂岩，其厚度變化莫測，可以在1.5～100m的范圍內波動。用PDC鑽頭擔心遇到裂隙性和非常破碎的砂岩;用普通金剛石鑽頭鑽進，在砂岩中也只能保證機械鑽速達到1.2m/h左右的水平。

本書第二章第三節介紹過烏克蘭超硬材料研究所近年來研製並生產了以硬質合金為基礎，內含人造金剛石的TVESAL復合材料。它具有一系列優良的工作特性，而且可以用比優質金剛石更便宜的AC80T人造金剛石來製成不同形狀的TVESAL鑲嵌塊，以滿足不同鑽進條件的需求。

為了提高軟硬互層岩層中的鑽探效率，超硬材料研究所研製了一種既能有效地鑽進頁岩，又能鑽進砂岩的新型ВК鑽頭。該鑽頭使用了具有高性能的TVESAL鑲嵌體，其結構特點是工作單元接觸面積最小，從而可保證足夠高的鑽進速度，並提高了鑽頭的堅固性，以適應鑽進裂隙性岩石時出現的動載。

研製的ВК1型試驗鑽頭直徑93mm，鑲有方柱狀TVESAL鑲嵌體(圖4－1)。鑽頭結構上有8個扇形塊，每個扇形塊上布置了3×4×10mm的方柱狀TVESAL切削單元。為了實現鑽進時的孔底重疊，切削具在扇形塊上的布置為:第一排———3個切削具相互之間的間隙為0.7mm;第二排———2個切削具間隙為4.5mm;而第三排———又是3個切削具……如此重復。

圖4－1鑲有方柱狀TVESAL的93mmВК1型鑽頭

在切削具之間的間隙放置鋼板，以保護切削具，防止取心鑽進過程中出現的動載。

鑽頭的切削單元用前端防護薄板和後面的支撐板來保護。為了保護鑽頭的圓周部分免受孔壁的強烈磨損，在每個扇形塊下方布置了圓柱形TVESAL單元。

鑽頭扇形塊之間的水口構成了良好的沖洗系統，使鑽頭在使用粘度較高的泥漿條件下仍能有效地工作。鑽頭上切削具與孔底的接觸面積不超過2.4cm²。

因為TVESAL材料的機械性能比硬質合金更脆，為了防止孔內動載引起鑲嵌體的破壞，在設計ВК1型鑽頭結構時，曾參考CA－3型鑽頭為硬質合金鑲嵌塊提供保護措施的辦法。在ВК1型鑽頭各工作單元前面(沿回轉方向)整個高度上都設置了梳狀防護板，把它們固定在支撐凸台上並包圍工作單元。

在水平面上，通過厚度不超過0.5mm的焊縫把工作單元、防護板與鋼體連接起來。

使用直徑5mm、高度3mm的TVESAL鑲嵌體作為鑽頭的保徑單元，通過在鑽頭外側鑽孔的方式把它們安裝進去。

ВК1型TVESAL試驗鑽頭與硬質合金工具的生產試驗對比結果列於表4－1。試驗鑽頭曾用於鑽進石炭紀岩石，包括Ⅴ～Ⅶ級的砂岩、泥岩和粉砂岩，Ⅵ級的煤和緻密的石灰岩，以及Ⅷ～Ⅸ級的砂岩。岩石的平均可鑽性等級為5.4～6.2級。這個地區鑽進的特徵之一是剖面中存在著粘土質岩石，導致鑽進過程中泥漿不斷變稠，為此必須採用半肋骨鑽頭或直徑為93/97mm的專用擴孔器。試驗中所有的ВК1－93mm鑽頭都帶有PC93/97mm擴孔器。

表4－1 鑲有TEVSAL的ВК1－93試驗鑽頭和批量硬質合金鑽頭對比試驗結果

鑽頭試驗在兩個礦區進行。讓TVESAL試驗鑽頭和批量鑽頭在同一種鑽進規程下試驗:軸向載荷12kN;轉速238r/min。

在頓聶茨克礦區試驗時，ВК1型TVESAL試驗鑽頭和CA－3硬質合金鑽頭同樣鑽進可鑽性Ⅶ級的砂質和泥質頁岩，還可能經常遇到Ⅷ～Ⅸ級的砂岩夾層。鑽孔深度400～650m。在砂質頁岩中CA－3硬質合金鑽頭的機械鑽速達1.8m/h時，平均壽命不超過6m;而在砂岩中的機械鑽速減少到1.0～1.5m/h。

ВК1型試驗鑽頭的壽命可達60m，機械鑽速2.2m/h。所鑽的岩石不僅有頁岩，還有很厚的堅硬砂岩夾層。必須指出，鑽遇煤層底板時鑽頭的工作效果並未產生明顯變化，其外徑出現均勻的磨損。而批量生產的鑽頭已出現了外側硬質合金切削具的強烈磨損，導致鑽頭直徑損失過快甚至鑽頭失效(圖4－2)。

在瑪基斯克地區鑽進的是可鑽性Ⅷ級的強裂隙性砂岩地層，孔深400～500m。在這種條件下硬質合金鑽頭的平均壽命為0.7m。而TVESAL試驗鑽頭的壽命達5～23m(平均11.4m)，平均機械鑽速為1.8m/h。甚至在鑽進強裂隙性砂岩中，也沒有出現過由於TVESAL鑲嵌體損壞而使試驗鑽頭失效的現象。

綜上所述，所用的ВК1－93型TVESAL試驗鑽頭具有很好的工作性能，就是在特別復雜的地質條件下也能使鑽進效率穩步增長。並能在正常鑽進中和專門的取心作業中保證必需的岩心採取率。因此，這種類型的鑽頭能推薦用於鑽進Ⅷ級的硬砂岩和可鑽性Ⅵ～Ⅸ級的硬夾層。

由含TVESAL的ВК1－93型鑽頭的生產試驗結果還可看出，一般情況下，在鑽進泥岩和粉砂岩類時，鑽頭工作性能的提高幅度並不理想。

圖4－2 批量生產的鑽頭(1)和TVESAL試驗鑽頭(2)在鑽進Ⅶ～Ⅸ級岩石中的外徑磨損情況

為鑽進泥岩和粉砂岩互層，研製了命名為ВК2－93的鑽頭(圖4－3)。在該類鑽頭中明顯減少了切削單元的接觸面積，從2.4cm²減至1.44cm²，改善了沖洗體系。此外，該鑽頭端面的切削具還分別安裝在兩個錯開的環形上。新型鑽頭的主要特點是，由於減少了鑽頭底部環圈的總寬度(由ВК1型的11mm減為ВК2型的9mm)，加之在每個切削具的安裝位置上還留有內外水槽，從而減少了8個扇形塊的接觸總面積。

圖4－3 含TVESAL的ВК2－93型鑽頭

ВК2－93型試驗鑽頭與批量硬質合金鑽頭(各8個)的機械鑽速對比試驗資料列於表4－2。由試驗結果可以看出，ВК2型試驗鑽頭的機械鑽速比硬質合金鑽頭增大了39%～65%。

表4－2 ВК2－93試驗鑽頭與批量鑽頭的試驗結果

『貳』 復合耐磨鋼板鑽孔，請問用什麼材質的鑽頭急急急

鑽頭要用整體硬質合金的鑽頭，不要買焊接的，國內有許多小作坊的焊接鑽頭不版正，磨阻大、切權削刃角度不好、沒准拿淬火的普通碳素鋼矇事。而且整體硬質合金鑽頭可以自己磨，如果不迸斷，至少等於幾十個焊接鑽頭。


新刀刃口鋒利的沖擊都會引起刃口微崩，建議開始使用新刀時的前幾十個孔應特別小心沖擊，並緩慢進刀防止崩刃，待刀刃自然鈍化後可正常使用，這種做法可大幅度延長刀具使用壽命。

『叄』 有做用於鑽碳纖維復合材料的小鑽頭的嗎2.1mm直徑。

量少一般合金鑽頭就可以，一次可以鑽50個孔左右，量大用金剛石塗層鑽頭比較好

『肆』 我想問下鑽岩石用的金剛石復合片錨桿鑽頭的材質是45號圓鋼還是其他什麼材料有沒有進行過熱處理謝謝

應該採用DZ50以上牌號的鋼材，DZ是地質用鋼的標示。 看到你的鑽頭部分好像是電鍍金剛石粉的樣子，應該使用調質工具鋼，可以釺焊金剛石小粒。