随着薄壁金刚石钻头在国内的逐步推广，其应用范围也越来越广泛。已从单纯的在建筑装修领域，在钢筋混凝土墙体或楼板上钻孔，用以安装上下水、暖气和燃气以及通风管道，敷设电缆，取代预留孔，拓展到：为检验钢筋混凝土结构的浇注质量，以钻孔方式采取心样，测定其强度、孔隙度、混凝土与钢筋或骨料的粘结性能等；楼宇等建筑物的改造，以钻排孔方式开凿门窗和洞室以及切割梁或楼板等；建筑物的加固，栽钢筋钻孔，空调或电器安装钻孔；用于地质方面的古地磁地表取样，坑道内取样，大型水坝、电站为测量地应力钻放置仪器孔；大型设备安装钻地锚孔；在山岭岩体上紧固塔基，游览区岩体上安装栏杆、扶手等钻孔；对硬脆装饰装修材料(瓷砖、马赛克、花岗岩和大理岩等)进行钻孔；在冶炼炉的硅质耐火材料上钻孔；工艺品加工中对玛瑙、玉石等材料钻孔。
由于薄壁金刚石钻头应用领域的拓宽，其消耗量也不断增加，据估计，其年消耗量已有3万只左右，而且仍有增加的趋势。因此，如何提高薄壁金刚石钻头的技术经济指标，取得尽量好的经济效益，是钻头制造者和使用者共同关注的热点问题之一，如何达到上述目的，无非是从钻头制造和使用的两个不同角度入手。
1 薄壁金刚石钻头的制造
薄壁金刚石钻头的特点是壁薄，以降低钻头工作时所需的功率，从而使得钻机轻便化，按国际通用惯例，薄壁金刚石钻头的壁厚应为3.175mm(1/8in)。在矿山地质工程中，要求孔内清洁，金刚石钻头严禁钻切钢、铁等器物。而薄壁金刚石钻头恰好相反，使用过程中，在允许的情况下，就是要钻切钢筋。不同的钢筋混凝土结构，钢筋的排列多少、直径大小也不相同。不仅如此，水泥标号和结构中填砾不同，其可钻性相差也较大。以含φ6mm钢筋、厚度为35mm的磨石板为例，标定的抗压强度为20mpa，而实测的抗压强度为36mpa。磨石板中含砾石时抗压强度为70～100mpa。压入硬度(实测)：轴向为830～3480mpa，径向为1160～1990mpa。还有含砾石的多少，胶结的牢固程度等均是薄壁金刚石钻头制造者在设计胎体性能时应考虑的问题。同时，从上述情况不难看出，不可能设计出一种万能的钻头胎体，来适应变化多端的钻进对象。作为薄壁钻头的制造者，应综合各种钻进条件，合理地提供多种胎体的薄壁钻头，供使用者选用。表1列出了我所部分薄壁金刚石钻头的胎体性能和适用条件。
表1 薄壁金刚石钻头胎体性能
| 配方 | 薄 壁 钻 头 | 63号 |
| a | b | c | d |
抗弯强度
/mpa | 9.68 | 10.448 | 7.831 | 11.11 | 11.50 |
冲击韧性/
(j.cm-2) | 0.99 | 1.02 | 0.81 | 0.93 | 0.48 |
| 耐磨性 | 2.45 | 1.43 | 0.93 | 0.74 | 0.62 |
线膨胀系数
/(×10-6
.℃-1) | 17.76 | 17.25 | 13.98 | 15.44 | 12.90 |
特
点 | 较高的冲
击韧性和
较低的耐
磨性 | 较高的冲
击韧性和
中等耐磨
性 | 中等耐磨
性 | 高耐磨性 |
适
用
条
件 | 粗密钢筋
高强度混
凝土和致
密石材 | 粗密钢筋
混凝土和
普通钢筋
混凝土 | 普通钢筋
混凝土和
普通建筑
石材 | 粗密钢筋
混凝土、
混凝土和
砖墙 | 地质
岩心
钻头 |
注：表列数据均按dz2.1-87标准测试
2 薄壁金刚石钻头的操作规程
高质量的薄壁金刚石钻头只为取得良好的技术经济指标提供了前提条件，更重要的是正确地使用好钻头，才能达到钻头的高钻速和长寿命。否则，再好的钻头也会毁于瞬间。正确使用薄壁金刚石钻头应遵照以下操作规程：
(1)根据使用条件，选择设计合理、质量好的钻头。
(2)采用固定式钻孔机时，钻机必须固定可靠，钻进过程中不能出现错位。
(3)钻孔施工前，应将钻头与钻机联接好，空载旋转，检查钻头是否偏摆。同心度不好的钻头要调整后才可钻进。
(4)先给水后开钻，同时要防止钻进过程中断水，否则会"烧坏"钻头。
(5)冷却水量要充足，保证及时排除钻屑或钻粉，否则会加剧钻头磨损。要防止因水量不足造成钻屑或钻粉卡钻，致使钻头非正常损坏。
(6)采用贮水桶方式供水冷却钻头时，应保持一定的水压(贮水桶水嘴位置应高于钻孔位置1m以上)，以利于排除孔内钻屑或钻粉。
(7)当钻机开动、钻头接触地(墙)面时，要慢给进。在有变速的条件下，采用低速开孔有利于保护钻头，当钻头钻入一定深度(3～5mm)后再转入快速钻进。
(8)采用手持式钻机开孔较难掌握，钻水平孔时，可先将钻头微倾斜一个角度，等钻头钻出一个"窝"后，再将钻头移至与墙面垂直位置进行正常钻进。也可采用模板套住钻头开孔，这样可避免钻头非正常损坏。
(9)钻进中出现岩心堵塞时，可采用木棒敲打钻头钢体。严禁用铁器或石头强力敲击，以免钻头变形。
(10)在胶结不好的混凝土中钻孔时，要适当控制钻进速度，以防止卡钻或因振动过大导致钻头出现非正常磨损。
(11)钻垂直孔要求中间采取心样时，第二次下钻前，孔内不得有未胶结好而掉落的钢筋片或石子，以免造成卡钻。如孔内脱落物难以清除时，必须采用出刃良好的钻头，谨慎操作，慢慢钻进。
(12)钻进钢筋时，钢筋内、外切边极易造成卡钻。此时应避免上下活动钻头，尽量做到钻头平稳回转，以防止切边钢片错位卡钻。如果发生卡钻，应小心地旋转钻头，待阻力较小时，缓慢地边旋转边上提，严禁强力转动和提拔钻头。
(13)当钻头遇阻或卡钻造成锥形联接接头脱落时，不允许开动钻机并加大压力来上紧接头和解卡，可采用专用工具，慢慢排除事故，取出钻头。
3 薄壁金刚石钻头的磨损与预防
3.1 正常磨损
目前热压法制造的薄壁金刚石钻头仍属孕镶金刚石钻头。孕镶钻头的工作原理是：在钻进过程中，金刚石切削被钻对象，产生钻粉和钻屑，在冷却水的携带下，钻粉和钻屑排出孔外，与此同时胎体也被不断磨损和冲蚀，金刚石不断暴露，使钻头达到自锐。其磨损形态是金刚石在钻头旋转方向的背后有蝌蚪状的胎体支撑。这表明钻头胎体的抗冲蚀性和耐磨性与所钻对象(混凝土等)相适应，钻进过程呈现出良性循环，也就是所说的钻头是正常磨损。
在生产实践过程中，不同直径的薄壁金刚石钻头其钻进效果不尽相同，往往小直径钻头寿命相对于中等尺寸以上钻头寿命要低一些。其原因是在钻机额定转速下，小直径钻头的线速度低，从金刚石钻进的原理上看，在这种情况下，要获得一定的钻速，只有采取加大钻压的办法，因为小直径钻头的底唇面积小，钻机功率也允许适当提高单位面积上的压力。这样，提高了钻头单位面积压力，钻速是提高了，但冷却钻头和排除孔底钻屑的能力相对较差。这是造成小直径薄壁钻头寿命相对较短的主要原因。对于中等直径以上的薄壁钻头而言，其钻头工作时的线速度相对较高，能较好地满足金刚石钻头的工作要求(一般孕镶金刚石钻头线速度应为2～4m/s)，使钻头能得到较高的钻速。同时由于受钻机功率限制，不可能依靠提高钻头上单位面积压力来获得高钻速。采用这种"轻压快转"的操作规程，对钻头消耗相对也较少，因而能使钻头有较长的寿命。
3.2 非正常磨损原因浅释
(1)钻头底唇面被抛光。其原因是：选用的钻头胎体性能指标不合适，如在高标号混凝土和粗密钢筋条件下，选用的钻头胎体太硬，耐磨性与抗冲蚀性指标不合适，导致钻头无法"自锐"；采用的钻压过小或过大。
(2)钻头出现裂纹。其原因是：钻压过大；钻机固定不牢固，尤其是采用手持式钻机，操作时稳定性差；遇到卡钻现象，强行解卡。
(3)钻头过早磨损。其原因是：选择的钻头胎体不适应；水量、水压不足，不能及时排除孔底钻屑或因冷却条件不好，造成钻头出现"微烧"现象。
(4)钻头偏磨。其原因是：钻机与钻头联接后，同心度差，未进行校正即钻进。
(5)钻头呈喇叭口。其原因是：钻头出现裂纹后，继续加大钻压钻进。
纵观钻头出现的各种非正常磨损原因，就不难归结出解决办法。关键是严格按照钻头的操作规程操作，使钻头处在"良性循环"下工作，这样就会使钻头越钻越快捷；反之，会导致"恶性循环"，使钻头因非正常磨损而过早损坏，影响钻头技术经济指标的正常发挥。
4 结语
(1)随着薄壁金刚石钻头的逐步推广，其应用范围正不断拓宽。(2)为保证良好的经济效益，就钻头制造方面而言，制造者在保证钻头质量的同时，应提供多种胎体性能的钻头，以满足钻进各种对象的需要。(3)在鱼龙混杂、质量良莠不齐的薄壁金刚石钻头市场中，不单纯从价格角度上决定取舍，应在考虑综合技术经济指标的情况下，尽量选用优质钻头。(4)严格按操作规程正确使用好钻头，是取得最佳经济效益的关键。(5)不断总结和积累经验，通过实践分析钻头的磨损原因，及时进行纠正，是充分发挥钻头技术经济指标的保证。 |
