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提高電鍍金剛石鉆頭質量的試驗研究

    電鍍金剛石鉆頭目前多采用鎳基合金胎體,在鉆進硬而完整的巖石中能取得好的效果,但在鉆進較破碎的和強研磨性巖石時,鉆頭的耐磨性不理想,主要表現為鉆頭的保徑能力較差,導致鉆頭的使用壽命縮短,這是電鍍金剛石鉆頭需要解決而長期尚未解決好的問題。本論文針對電鍍金剛石鉆頭的這個薄弱環節進行了試驗與研究,采用二次成型工藝和陰極移動方法,明顯地提高了鉆頭的保徑效果。采用二次成形方法的電鍍鉆頭平均壽命提高22%;而采用陰極移動方法的電鍍鉆頭的硬度平均提高8%,耐磨性提高26%?;旧蠈崿F了鉆頭的同步磨損,明顯地提高了鉆頭的使用壽命。

    關鍵詞:保徑效果;二次成型;陰極移動;同步磨損

    中圖分類號:TQ164;TG74文獻標識碼:A

    DOI編碼:10.3969/.jissn.1006-852X.2010.03.009

    文章編號:1006-852X(2010)03-0041-03

    0問題的提出

    電鍍金剛石鉆頭的胎體是鎳基合金,它具有比較理想的硬度與耐磨性,因而電鍍鉆頭對多數巖層具有好的適應性,得到了廣泛的應用。特別在工程勘察中,由于鉆進時效較高而被廣泛采用。但是,電鍍金剛石鉆頭由于在成型過程中,受到析氫的影響,鍍層中不可避免地出現針孔和滲氫現象,特別是在戴上模具后鉆頭工作層的內外徑部位更加突出,鍍層的孔隙率增加,鍍層由于滲氫而變脆,其耐磨性明顯下降,保徑能力較差,導致電鍍鉆頭的內外徑先行磨損而使得鉆頭提前失效,最終影響整個鉆頭的使用壽命。從上述的分析可知,要提高電鍍鉆頭的保徑效果必須減少鍍層的孔隙率,減少氫脆對鍍層耐磨性的不良影響。經過試驗研究,采用二次成型工藝和陰極移動是電鍍金剛石鉆頭提高保徑效果的有效方法,從而能夠提高鉆頭的使用壽命。

    1二次成型工藝試驗

    二次成型工藝就是指電鍍鉆頭的工作層成型與保徑層成型分兩次完成,改變了過去電鍍鉆頭的保徑層厚度滿足要求后,戴上模具,繼續電鍍工作層,直到鉆頭的設計要求。二次成型工藝則是鉆頭入槽電鍍后戴上模具直接電鍍工作層,當工作層的高度達到設計要求后出槽,卸去模具,經二次鍍前處理入槽電鍍。二次入槽電鍍只電鍍內外徑,鉆頭不戴模具,內外徑處于開放狀態,電鍍中所析出的氫不容易在內外徑表面滯留,有效地保證了鉆頭的內外徑鍍層內極少滲氫,因而鉆頭的保徑效果得到提高。

    1.1模具與工藝設計

    電鍍鉆頭的模具設計不同于一次成型電鍍鉆頭的模具設計。二次成型的模具的壁厚可以減薄,一般為4~5mm即可;其高度必須比鉆頭的工作層高度高出3mm;模具的光潔度盡可能高;內模的外徑比剛體的內徑應小0.10mm,而外模的內徑應比剛體的外徑大0.10mm。模具的這些設計參數將有利于鉆頭成型和電鍍后容易脫模。

    鉆頭的絕緣方法也有別于普通的絕緣方法,見圖1所示。絕緣中除了采用常規的塑料膠帶絕緣外,設計了內、外底模,增強了絕緣效果,減少二次入槽前的準備工作。

 

    電鍍鉆頭工藝參數中,首先要注重鍍前的處理工藝,這是保證電鍍金剛石鉆頭鍍層與剛體結合牢固、不起皮、不掉塊的重要工序。鉆頭經電化學除油、陽極活化后入槽電鍍,電鍍1h后戴上模具,對鉆頭的底唇面加金剛石復合鍍。入槽后加模具前的電鍍時間不要少于1h,這是為了保證鍍層與剛體有很強的結合力,也為了后續的二次成型創造有利的條件。

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