金刚石钻头分类
钻进工具 - 金刚石钻头
（3)水力结构和切削刃的分布 刮刀式、单齿式、组合式 刮刀式：将切削齿沿着从钻头中心附近到保径部位的直线 布置在胎体刮刀上，在适当的位置布置水眼。 整体度高、抗冲击能力强、易于清洗和冷却、排泄好、抗 泥包能力强。适合粘性和软地层
三、金刚石钻头和刮刀钻头
3、PDC钻头的结构
（3)水力结构和切削刃的分布 单齿式：将切削刃单个布置在钻头工作面上，适当位置布 置水眼，钻井液流出，切削刃受到清洗和冷却。 布齿区域大、布齿密度高，可提高钻头使用寿命，水力控 制能力低。 组合式：直线刮刀和单齿相结合的方式，适当位置布置水 眼。具有较好的清洗、冷却和排屑能力，布齿密度高。中 硬地层。
硬地层
软地层
坚硬地层
三、金刚石钻头和刮刀钻头
3、PDC钻头的结构
(1) 胎体PDC钻头与钢体PDC钻头 胎体PDC钻头：碳化钨烧制而成，在窝槽上焊接复合片
钢体PDC钻头：与钻头体一致，复合片焊接在切削齿上，再 将切削齿镶嵌在钻头体上
三、金刚石钻头和刮刀钻头
3、PDC钻头的结构
(1) 胎体PDC钻头与钢体PDC钻头
三、金刚石钻头和刮刀钻头
2、天然金刚石钻头和TSP钻头的结构
（2）水力结构（水孔-水槽式）
三、金刚石钻头和刮刀钻头
2、天然金刚石钻头和TSP钻头的结构
（3）金刚石的粒度和排列方式
切入地层深度：软 1/10,硬1/100 最大出刀不超过1/3
粒度： 软-中软 0.5-2粒/克拉 中硬 3-6粒/克拉 硬地层 12粒/克拉 坚硬 小于 12粒/克拉
钻头水力结构 切削齿的大小和
特点
切削齿的密度
1-9，R、X、 O
1-9，0
R-放射式流道
金刚石钻头的保径简介
嵌在钻头胎体的内外保径层内，金刚石的支撑使内外径的
磨耗比大大增加，从而达到保径的目的。
文章来源：金刚石钻头
电镀金刚石钻头
二、金刚石钻头主要保径分类
2，是金钻金刚石复合片钻头保径，这类钻头的保径通过
在钻头齿端和刚体面焊接高质量的合金条，由于合金条的
硬度比刚体高，刚体消耗达到合金条外径时，由于合金条
热压烧结金刚石钻头
三、总结
在地质勘探方面，还有极少数钻头有其自身独特的保 径方式，比如整体烧结钻头的整体保径和石油勘探钻头的
复合片保径等。无论保径方式如何，它们的目的只有一个，
就是钻进过程中通过较少内外径的消耗达到保径的目的，
这才能最大程度的保护钻具的磨损，较少钻探的成本。
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如何做好铁路混凝土抽芯钻探工程
的硬度高，是内外径的单位消耗减少，从而达到保径目的。
金刚石复合片钻头
二、金刚石钻头主要保径分类
3，是金钻热压烧结金刚石钻头保径，这类钻头是通过热 压烧结的方式，将金刚石孕镶在钻头胎体内部形成胎体， 这类钻头的保径的方式是在烧结过程中，将一定数量的金 刚石聚晶同时埋镶在胎体内部，而且对摆放的位置要求比 较高，耐磨度高的金刚石聚晶能非常有效地保护钻头在钻 进过程中缩径的问题。
第四讲：金刚石钻头的保径简介
课件时间：2016年01月10日
主要内容
金刚石钻头钻进过程 金刚石钻头主要保径分类 总结
一、金刚石钻头钻进过程
金刚石钻头在地质钻探过程中，随着钻进总量的增加，金刚石钻头的磨 损量也在逐渐增加，主要体现在钻头的端面工作层面和钻头胎体的内外径。如 果钻头没有保径，那么随着钻头的使用，钻头的工作面减少的同时，内外径也 将磨损。外径的磨损导致钻头外径减小，当达到外径和钻具的外径相当时，孔 壁将和钻具产生摩擦，只是钻具受损严重。内径的磨损则导致钻头内径的增大， 钻取的岩心外径增大，当达到和岩心钻具的内径相当时，岩心进入管内容易导 致卡管现象，致使钻进无法继续进行。
金刚石钻头
第二节 金刚石钻头和扩孔器
三、金刚石钻头碎岩机理
（一）、孕镶金刚石钻头
孕镶金刚石钻头的孔底碎岩过程不同于表镶钻头。因为它用的金刚 石颗粒小，且埋藏于胎体之中，孕镶钻头必须在钻进规程中保持自磨出 刃的性能（称为"自锐"），才能维持钻速恒定而不衰减。 总体来说，孕镶钻头的实际碎岩机理类似于砂轮磨削工件，即以唇 面上多而小的硬质点（金刚石）对加工件（孔底岩石）进行刻划、磨削， 并随着硬质点的逐渐磨损和消失及粘结胎体的不断磨耗，新的硬质点又 裸露出来参加工作。当然，如果唇面金刚石出露较好时，也不排除在磨 削的同时存在着孔底的微剪切和微压碎作用。实际上，砂轮在高速磨削 工作中，自身也被磨耗，由于它的"自锐"作用而常处于锐利状态。
第一节 钻探用金刚石
（一）、天然金刚石
2、非晶质金刚石。 主要有黑色金刚石，产于巴西，颜色为黑色或暗灰色，天然形 状为圆形，呈聚晶结构，硬度、强度、韧性和耐磨性超过所有天然 金刚石，最早用于钻探，后来因稀少而被包尔兹取代。 3、介于结晶与非结晶的金刚石 主要有巴拉斯，多产于巴西和非洲，属于金刚石的变种。颜色 有透明到暗褐色，多呈柱状或圆球状。表面硬度高，主要用于工业。
金刚石钻头
六中队:杜春生
金刚石是目前发现最硬的材 料，广泛应用于工业、国防、科学 研究等。金刚石钻进是目前钻探工 艺中一种比较先进的钻进方法，由 于这种方法的钻进效率比较高，钻 孔质量好，施工劳动强度比较轻， 钻探成本比较低，因此得到了越来 越广泛的应用。最初，金刚石钻进 主要应用于硬岩和坚硬岩石；近年 来由于金刚石烧结体和复合片的研 制成功，并广泛应用，金刚石钻进 的应用越来越广泛,地质钻探用金 刚石约占世界工业金刚石用量的五 分之一。
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金刚石钻头
(5). 钻头铰刀: 为了大量生产之需要,其前端为钻头,后端为铰 刀,钻头直径与铰刀直径只差铰孔之裕留量,也有钻头于螺攻 丝混合使用,故又称为混合钻头. (6).深孔钻头:最早用于枪管及石包管之钻孔加工,又称为枪 管钻头。深孔钻头为一直槽型,在一圆管中切除四分之一强的 部份以产生刃口排屑 (7). 锥度钻头: 当加工模具进料口时,可使用锥度钻头. (8). 圆柱孔钻头: 我们称其为沉头铣刀,此种钻头前端有一直 径较小之部分称为道杆. (9).圆锥孔钻头: 为钻削圆锥孔之用,其前端角度有90°,60° 等各种,我们使用的倒角刀就是圆锥孔钻头的一种.
金刚石钻头的物理性质
1. 硬度 硬度是金刚石最重要的性能之一。金刚石的硬度极高, 莫氏硬度为 10级, 研磨硬度是刚玉的150倍，是石英的1 000倍。 2. 强度 金刚石具有极大的抗静压强度。天然金刚石的抗压强度大约8 600MPa，约为刚玉的3.5倍 , 硬质合金的1.5倍,钢的9倍。用于钻探的人 造金刚石一般要求强度达 500MPa以上。 3. 耐磨性 金刚石具有极高的耐磨性,是刚玉的90倍，硬质合金的40～200 倍 , 钢的2000 ～5000倍。用于钻探的人造金刚石聚晶体 一般要求与中 硬碳化硅砂轮的磨耗比在1∶30000以上。 4. 热稳定性 金刚石是热的良导体，它散热比硬质合金刃具快。金刚石容 易受到热损伤，虽然温度尚低于其燃烧温度，但金刚石的强度、耐磨性 已受到严重影响。所以钻进中必须充分冷却，防止发生金刚石微烧或烧 钻事故。
第二节 金刚石钻头的组成
金刚石钻头是以锋利、耐磨和能够自锐的天然金 刚石或人造金刚石为切削齿，在钻低钻压下即可获 得较高的钻速和钻头进尺，是石油钻井中广泛使用 的一种高效钻头。 1 按金刚石来源可分为天然金刚石钻头和人造金刚 石钻头 2 按功用可分为取心钻头和全面钻进钻头； 3 按镶嵌方式可分为表镶和孕镶两类； 4 按钻井方式则可分为转盘钻井和涡轮钻井用两 类。
石油钻井设备与工具-王镇全第四节聚晶金刚石钻头
①聚晶金刚石复合片 结构：
复合片为圆片状，金刚石层厚度一般小于3 mm， 切削岩石时作为工作层，碳化钨基体对聚晶金刚石薄 层起支撑作用。 特点：
A、金刚石和硬质合金两种材料的有机结合，使 PDC既具有金刚石的硬度和耐磨性，又具有硬质合金材 料的强度和抗冲击能力。
聚晶金刚石层
硬质合金
图1 爪型复合片
对于通常采用的圆弧形冠部，其形状可由内锥角和外锥圆 弧半径r两个参数确定（图）。
②冠部形状参数确定方法 冠部内锥角的大小影响钻头的稳定性，内锥角越
小钻头越稳定。随着地层硬度的增加，内锥角逐渐减小、 内锥高度增加，以保持钻头的稳定性。内锥深度与内锥 角有关，按内锥角的大小将内锥深度分为浅锥和深锥两 种，对应关系为：
因而，金刚石钻头的设计、制造和使用中必须避免金刚石材料经受高的 冲击载荷并保证金刚石切削齿的及时冷却 。
5、金刚石切削齿
1）单晶金刚石 种类：天然、人造 特点：颗粒小。
2）聚晶金刚石 聚晶金刚石是将直径约1～100um之间的人造金刚石单
晶微粉，加入一定配比的粘结金属或其他材料在高温高压
下聚合而成的大颗粒的多晶金刚石材料。有PDC和TSP两类。
5 、刀翼数量、形状及位置角
①刀翼数量 对刮刀PDC钻头而言，钻头冠部形状确定后， 刀翼数量决定了切削齿的布齿密度和数量。同 时其位置角影响钻头的整体受力和流道的结构。
地层越硬钻头磨损越严重，需要增加切削齿的 数量，刀翼数量也越多。常规钻头刮刀数范围为 3~9。刮刀数量与地层硬度的对应关系为：
②刀翼形状
③ 装配角
切削齿柱轴线与钻头轴线成一角度，此角称 作装配角。装配角为确定参数，由钻头的冠部形 状和齿径向半径决定。
④ 位置角
金刚石钻头分类及应用方法探讨
金刚石钻头分类及应用方法探讨1 绪论金刚石钻头在现代水电施工中使用广泛。
大坝防渗墙的加固，墙体入岩后的基岩灌浆、非灌浆段覆盖层的打孔等水电施工中经常遇到的打孔都需要金刚石钻头钻孔。
在使用金刚石钻头时，尽管在整体上是十分满意的，但还是存在或多或少的疑惑。
作者曾经在福建宁德核电厂、四川乐山毛滩电站、江苏省宜兴市油车水库、西藏旁多电站等主要为帷幕灌浆的工地进行施工，现就了解的金刚石钻头种类及使用进行总结。
2 金刚石的性能及来源金刚石是自然界最坚硬物质，金刚石的主要化学成分是C（碳元素），四周为十分稳定共价键连接的碳元素，常温下极其化学性质极其稳定，不溶于强酸、强碱，但是在高温状态下会变得活跃，甚至还可能成为石墨（基于这一特性，故使用金刚石钻头时，严禁干磨）。
3 金刚石钻头的种类3.1 按照钻头胎体的磨料材质分类金刚石钻头胎体中可以采用的磨料，一般是一下材料中的一种，即人造金刚石单晶、天然金刚石单晶、人造金刚石聚晶体、金刚石复合体。
具体各种钻头制作才俩具体区分如下：1、人造金刚石钻头：采用磨料为人造金刚石单晶；2、天然金刚石钻头：采用磨料为天然金刚石单晶；3、聚晶烧结钻头：采用磨料为金刚石聚晶体；4、复合片钻头：采用磨料为金刚石复合体。
尽管各类金刚石磨料的钻头都有其特定的适应范围，但是，在我公司中采用最为广泛的是人造金刚石（单晶）钻头。
由于使用者的称谓习惯，大家把人造金刚石（单晶）钻头笼统地简称为金刚石钻头。
3.2 按钻头胎体中磨料的镶嵌方式分类通过不同的手段将金刚石磨料镶嵌进胎体，从而制造出不同类型的金刚石钻头，按这种方法分类，一般分为两种类型。
3.2.1 孕镶金刚石钻头孕镶金刚石钻头（以下简称为金刚石钻头）的胎体，是采用粉末冶金的方法，一次烧结成型并粘固在钻头钢体上的。
3.2.2 表镶金刚石钻头表镶金刚石钻头的切削刃具部分也是金刚石单晶体、金刚石聚晶体或是金刚石复合体。
3.2.3 牙轮钻头牙轮钻头就是钻头中镶嵌牙轮的钻头，利用牙轮的相互碾压粉粹位于中间的岩心。
分析金刚石钻头的结构及特点
金刚石钻头的结构及特点长沙清泉钻机有限公司为您详细解析分析金刚石钻头的结构及特点1、总体结构金刚石材料钻头属一体式钻头，整个钻头无活动部件，主要有钻头体，冠部，水力结构（包括水眼或喷嘴、水槽亦称流道，排屑槽），保径、切削刃（齿）五部分金刚石钻头的冠部是钻头切削岩石的工作部分，其表面（工作面）镶装有金刚石材料切削齿，并布置有水力结构，其侧面为保径部分（镶装保径齿）它和钻头体相连，由碳化钨胎体或钢质材料制成。
钻头体是钢质材料体，上部是丝扣和钻柱相连接，其下部与冠部胎体连结在一起（钢质的冠部则与钻头体成为一个整体）。
金刚石材料钻头的水力结构分为两类。
一类用于天然金刚石钻头和TSP钻头，这类钻头的钻井液从中心水孔流出，经钻头表面水槽分散到钻头工作面各处冷却、清洗、润滑切削齿，最后携带岩屑从侧面水槽及排屑槽流入环形空间。
另一类用于PDC钻头，这类钻头的钻井液从水眼中流出，经过各种分流元件分散到钻头工作面各处冷却、清洗、润滑切削齿。
PDC 钻头的水眼位置和数量根据钻头结构而定。
金刚石材料的保径部分在钻进时起到扶正钻头、保证井径不致缩小的作用，采用在钻头侧面镶装金刚石的方法达到保径目的。
2、金刚石材料钻头的切削齿材料金刚石钻头切削齿材料分为天然金刚石和人造金刚石两大类。
金刚石为碳的结晶体，晶体结构为正四面体，碳原子之间以共价键相连，结构非常稳定，典型的品形有立方体、八面体和十二面体等。
金刚石是人类目前所知材料中最硬、抗压强度最强、抗磨损能力最高的材料，因此它是作为钻头切削刃最理想的材料。
但是，金刚石作为钻头切削刃材料也存在较大的弱点。
第一，它的脆性较大，遇到冲击载荷会引起破裂。
第二，它的热稳定性较差，在高温下金刚石燃烧变为二氧化碳和一氧化碳（碳化），在空气中约在455～860℃之间，金刚石就要出现石墨化燃烧；在惰性或还原性气体中不会氧化，但在约1430℃时，金刚石晶体会突然爆裂而变成石墨。
因此金刚石钻头的设计、制造和使用中须避免金刚石材料经受高的冲击载荷并保证金刚石切削齿的及时冷却。
金刚石钻头+标准
金刚石钻头标准
金刚石钻头标准分为两种：mm制和英寸制。
mm制一般以直径单位，如1mm、2mm、3mm等；英寸制一般以目数单位，如20目、30目、40目等。
在选购时需要根据具体使用需求选择合适的尺寸标准。
此外，金刚石钻头已通过ISO9001:2000国际质量管理体系认证、欧盟CE认证以及CCC国家强制性产品认证，这些认证证明了金刚石复合片钻头在质量控制和安全方面达到了国家、行业和国际标准的要求。
总的来说，选择合适的金刚石钻头需要考虑多方面的因素，包括使用需求、尺寸标准、质量认证等。
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词目：表镶金刚石钻头
英文：surface set diamond bit
释文：金刚石钻头的一种。
钢质的圆筒状钻头体,上部车有丝扣,下部烧结有钻头胎体,金刚石的颗粒是包镶在钻头胎体的表面上。
胎体的外径略大于钢体直径、内径略小于钢体内径,内外侧和底部都有可以过水的沟槽,在钻进时流过冲洗液带走岩粉和冷却钻头。
表镶金刚石钻头都是包镶的天然金刚石,故价格昂贵,因而只用在一些特殊难钻进的硬地层。
石油钻井用表镶金刚石钻头较多。
词目：孕镶金刚石钻头
英文：impregnated diamond bit
释文：金刚石钻头的一种。
钻头胎体里均匀包镶着金刚石颗粒的钻头。
钻进时胎体磨损,金刚石不断出露克取岩石,可以一直将胎体全部磨完,都有新出露的金刚石进行工作,类似于砂轮磨削金属材料。
胎体有一定高度,外径略大于钻头体外径、内径也略小于钻头体内径,胎体的外侧面、内侧面和底面均有水槽,以便通过冲洗液排除岩粉和冷却钻头。
大多数的孕镶金刚石钻头是使用的人造金刚石,称为人造孕镶金刚石钻头。
人造金刚石比天然金刚石价格便宜很多,也能较广泛地用在硬地层中钻进。
[
词目：电镀金刚石钻头
英文：electro-plated diamond bit
释文：又称铸造金刚石钻头。
中国独有的利用电镀原理而制成的金刚石钻头。
金刚石的胎体是在电镀槽里被一层一层镀覆在钻头体上,电镀覆盖电解金属的同时,撒布金刚石颗,金刚石就被包裹在电镀金属层里。
长时间的反复补砂和镀覆就形成了钻头的工作层。
电镀时钻头钢体也采用塑料模具定型,使镀层沿钻头轴线方向增长,并保证胎体的内外径尺寸和小槽等。
电镀金刚石钻头所用的金刚石也多是人造金刚石,钻头胎体的成分主要是镍,与普通孕镶金刚石钻头有相同的适用条件。
词目：钻头胎体
英文：matrix
释文：包镶金刚石和连接空白钻头体的钻头冠部合金或金属称胎体。
它一般用难熔金属碳化钨粉末或铸造碳化钨为骨架材料；以易熔金属如Cu、cu-Ni、zn、Sn、Mn等为粘结剂,在模具内以高温条件下压结，温度一般为1000～1200℃。
钻头的工作能力在很大程度上取决于胎体的性质,要有相当的强度、抗冲击韧性,特别是硬度与耐磨性要与所钻岩层性质相适应。
孕镶金刚石钻头随钻进胎体要相应磨损,使金刚石不断裸露出来以破碎岩石,因此胎体硬度与耐磨性是孕镶钻头的一个重要指标。
调节胎体骨架金属的成分、粒度,以及粘结金属的成分、比例和烧结工艺可改变胎体硬度和耐磨性,保证在各类岩层中都能取得最好的钻进效果。
按胎体的硬度进行了分类分级,共分软、中硬、硬3类,6级,见表。
坚硬致密的弱研磨性地层应选用软胎体,即洛氏硬度(HRC)在35以下；在强研磨性地层、裂隙地层则应选用硬胎体,即HRC 硬度在35～45之间。
用金刚石复合片做切削刃的钻头称为金刚石复合片钻头。
介绍编辑本段
金刚石复合片钻头金刚石复合片（PDC）是在高温
条件下，由人造金刚石与硬质合金一次性合成的特殊超硬材料，它不但具有金刚石硬度高、耐磨等优点，同时还具备了硬质合金抗冲击性强、出刃大等特点，用它做钻头的刀翼可大大提高钻头的工作效率，是钻进中硬岩层和坚硬岩层的理想钻头。
系列金刚石PDC钻头，托体采用优质钢材煅压成型，经过真空全自动热处理设备进行增加机械性能处理。
普通型采用国内优质复合片做刀翼，超强型采用美国GE公司生产的刀片，根据地质条件的不同选用相应的质量等级，可达到更高的产品性价比，达到节能高效的经济指标。
金刚石钻头遍布全国煤田、石油钻探、地质勘探、水利水电、铁路公路、隧道建设等行业。
两翼PDC锚杆钻头（半片标准型）适应岩层八级以下，在同等岩层条件下钻进寿命是普通合金钻头的10-30倍，效率至少提高60%以上，不需修磨，大大降低工人的劳动强度，节约工时。
两翼PDC锚杆钻头（半片加强型）刀翼关键原材料由美国GE公司生产，其金刚石含量是普通钻头的1.5倍，耐磨性极好，效率显著提高，综合成本降低，适应12级以下中硬岩层。
高强型金刚石钻头刀翼采用最新研制的球型金刚石刀片，特点是钻进速度快，抗冲击能力强。
当钻头钻进时，唇边用于正常均匀地层岩石的刮削，突出部分可以抑制钻头钻进过程中遇到缝隙时瞬间大幅度进尺，大大降低了钻头的意外损坏，提高了应对复杂岩层的钻进水平。