本发明介绍装有颗粒磨料压制坯块的工具，特别是介绍一种该工具与工件铜焊时测量坯块温度的测温装置。这种颗粒磨料压制坯块制成的工具尤其适于在石油、天然气勘探及采矿作业中用作钻头。 颗粒磨料压制坯块是由颗粒磨料例如金刚石和/或立方氮化硼粘接在一起形成的一种具有高强度的、坚硬的整体多晶体坯块。可以在这些颗粒之间加上粘接剂，或者颗粒之间直接结合，以颗粒对颗粒的自身结合形式结合在一起。实例可见美国专利3136615、3141746及3233988。有支撑的颗粒磨料坯块称为组合坯块，也就是把颗粒磨料坯块粘接在例如烧结碳化钨这样的支撑块材料上。这种型式的坯块在美国专利3743489、3767371及3745623中都有介绍。把颗粒磨料坯块粘接到支撑块上的工作可以在压制坯块地同时进行，也可以先单独压制坯块，然后再进行粘接。
已经发现，组合坯块特别适于做钻头上的切削件。这些组合坯块可以利用多种技术手段直接装到钻头的顶部。美国专利4156329建议把一个预先镀有锡金属涂层的坯块铜焊到钻顶的凹座中。美国专利4186628建议使用下列办法将坯块装到钻顶上，即：先把坯块放在一个模子中，然后在模子的钻顶部分装满金属粉末，再在模子中进行低温渗透铜焊，从而模铸出一个其中镶嵌着磨料坯块的钻顶。美国专利4098362建议按上述后面的那个建议的方式进行，但要把刀具坯块安放成一个-10°～-25°的倾斜角。
此外，组合坯块也可以固定到一个加长的托柱或基体上，然后再把这个托柱固定到钻顶上。用托柱以后，可以增大与钻顶的结合面积并且还可以为颗粒磨料坯块提供更大的支撑力，从而增加了坯块的耐冲击强度。到目前为止，组合坯块固定在托柱上的方式有两种，美国专利4200159中介绍的为正圆柱形，另有一种方式为倾斜某一角度的圆柱形结构，例如美国专利4265324中所介绍的。
虽然把组合坯块固定在托柱或基体上的好处是明显的，但在实际制造时却遇到了一些问题。特别是如前所指出的，坯块中的磨料部分是自身结合和金属渗透结合的（例如在美国专利3745623中所介绍的方法），它在市场上可以买到。其商标为“康帕克斯”（Compax）和“辛耐特”（Synnite），但这种组合坯块在温度超过700℃时很容易受到热损伤。（此处“自身结合”一词的含义是磨料颗粒直接相互结合）据认为，这种热损伤是由于磨料和金属相具有不同的热膨胀率所造成的。而且，在更高的温度下磨料颗粒本身还存在着由于石墨化和氧化作用而性能降低的危险。据认为，这种类型的性能下降在任何一种金刚石磨料坯块中都可能出现。因此，起初人们使用液化温度低于700℃的铜焊合金来把组合坯块焊接到基体或托柱上。不幸的是，人们发现，由于它们的焊接强度低，这类低温铜焊合金在市场上的适用范围有限。
在组合坯块与基体焊接方面的一个重大突破是由尼米耶（Knemeyer）在美国专利4225322及4319707中作出的。采用这种K氏工艺，在焊接组合坯块与基体时就可以使用高温铜焊合金。而这类高温铜焊合金又可达到比低温合金高得多的焊接强度。虽然采用K氏焊接方法和设备可以使用高温铜焊合金，但又在选择合适的高温铜焊合金方面发生了困难。例如最初在尼米（Knemeyer）的专利中建议使用的阿纳科达（Anaeonda）773填料金属，现在则认为它与被焊的碳化物工件具有不良的活性反应。最佳铜焊合金包括以统一编号公开的美国专利4527998中的金基合金和以统一编号公开的美国专利申请文件（于1985年7月5日存档752419中的钯基合金。
组合压制的多晶体坯块暴露在完成铜焊操作必需的高温下必然使铜焊操作复杂化。但这最多也不过是在该铜焊操作过程中对铜焊人员及其助手测取多晶体坯块的温度造成困难，尽管这种温度测量对于铜焊的成功可能是关键性的。对这个问题起作用的两个因素包括：铜焊人员必须戴上黑色的护目镜以便保护眼睛不受火焰和加热物体发生的亮光的损害，并且必须专心致力于铜焊操作。由于火焰的温度比使铜焊填料金属达到熔化和流动状态所实际需要的温度要高得多，组合坯块容易发生过热。
本发明的目的是为铜焊操作特别是为能在铜焊或焊接过程中精确地检测多晶体坯块的实际温度选定一种必备的测温装置，以便可以取得一个最低温度，该温度不超过多晶体坯块发生热损伤的极限温度，但却可使铜焊填料金属液化并把工具完好地焊在工件上。该装置包括一个测温探头，探头中有一个其长度从底部到顶部都是预先确定好的刚性支撑杆，支撑杆内部装有热绝缘装置，它沿支撑杆长度方向配置并有第一条通道从这里通过。一个以支承关系与刚性支撑杆相连接的绝缘手柄，在此处有第二条通道通过，该通道与上述第一条通道相接通。隔热板安装在手柄同支撑杆支承部分接合处附近的平面上，手柄的末端有一个电插座，它配置在支撑杆底部的对面。靠温度变化而产生信号的热电偶端点位于支撑杆的顶部，位于第一和第二通道内的导引装置使电插座与热电偶之间实现电连接。一个与测温探头进行电气连接的报警装置，它与电源接通后处于工作状态。该报警装置有一个可激发的信号装置，在激发状态及测温探头与报警装置相接通的情况下发生第一个可感觉的输出。电路装置对来自热电偶的信号作出反应，它与代表两个预定温度的信号相适应做出第一和第二个输出。该报警装置还包括两个音响报警器，第一音响报警器对第一个输出起反应，第二音响报警器则对第二个输出起反应。两种音响报警器的音响是有区别的。本发明还公开了一种检测工具温度的测温方法，所述工具是一个把颗粒磨料层粘接到支撑块上的组合坯块，并且借助于该工具与基体之间的铜焊填料金属，把该工具铜焊到基体上。这一方法包括使用本发明所述的装置。
本发明的优点是，它有一个不仅能检测被铜焊到工件上的工具（如多晶体坯块）的温度，而且能对工具施加一个实际的力，使工具在铜焊操作的完成过程中与工件之间保持在一定的相对位置上。另一个优点是，该装置不论报警装置是否与电源接通，也不论它与探头之间的电接触是否正常，均可提供信号。第三个优点是该装置有两个音响报警器，第一个音响报警器发出音响表示已达到了最低铜焊温度。而用第二个音响报警器发出与第一个音响报警器不同的音响来表示已达到了铜焊温度的上限值，这样就可能把由于铜焊而对工件造成的热损伤减少到最低程度。这些优点以及其它一些优点在本文所公开内容的基础上对于那些熟悉本技术领域的人来说都是显而易见的。
图1为测温探头和报警装置在操作处态下的透视图;
图2为图1所示报警装置背面的正视图;
图3为图1所示探头沿3-3线所切取的横剖面图;
图4为图3所示测温探头沿4-4线所切取的横剖面图;
图5为图3所示探头沿5-5线所切取的横剖面图。
我们将在下面对这些图作详细的介绍。
图1为本发明所述的把工具铜焊到工件上时所用的测温装置，它由测温探头10、报警装置12组成。两者之间通过导线14相连接。报警装置12由外壳16、前面板20、背面板22（图2）、指示灯30及报警器32、34等几部分组成。外壳16是一个长方形的盒子（它也可以做成其它的形状），因为报警装置12为便携式仪器，故外壳16的顶面上有一个提手18;前面板20通过螺钉24a-24d固定在外壳16上，其上装有一个插头座26，用于与插头28相连接，插头28位于导线14的一端;指示灯30位于面板20上，当指示灯亮时，表示报警装置已经接通（由电源供电），并表明装置运行正常。人们将认识到：必要时用音响指示器与指示灯配套使用或者代替指示灯则更为理想或更为方便，不论这类指示器工作方式如何，将一种与设备正常运行有关的信号提供给铜焊人员，就可以使他把全部精力集中于铜焊操作。
报警器32、34能敏感地对探头10所测温度发出警报声，其过程是：报警装置12内的电路装置预先调到第一输出点，该点与代表铜焊得以进行的热电偶所测的最低温度相对应，该最低温度值可根据所用的特定铜焊填充金属具体确定。一旦测温探头10的信号触发该第一回路输出点时，报警器32就马上发出报警音响（该声音最好是连续的）;告诉铜焊人员铜焊操作可以进行。按钮33和35分别控制报警器32和34的响度。当测温探头损坏或插头被拔掉时，报警器34也将发出声音，这一音响报警提示铜焊人员该装置未处于正常使用状态。
此外，报警装置12中的电路装置还预先调有第二个输出点，该点与热电偶信号所代表的第二个预测点即可进行铜焊的较高的温度设置点相对应，当测温探头10指示该点时，报警器34发出断续的声响，该音响告诉铜焊人员铜焊的上限温度极限值快到了。例如，该上限温度极限可设置在多晶体金刚石可能发生热损伤的温度。此时铜焊人员就可以把全部精力集中在铜焊操作上，而不必关心现在有时使用的测量仪表或其它温度测量装置的指示值。人们将会了解到：除了音响报警装置外，可见信号可以交替地提供灯光指示及音响指示以用来显示已预调入报警装置12内的两个温度限额。一种装有类似的电路和报警器并适合使用本发明技术方案的典型的报警装置包括AP 120～AP1224热电偶在内可输入两个极限值的仪器，加里福尼亚州圣迭戈的阿克逊（Action）仪器公司就制造这类报警仪器。
报警方式的变化很容易实现，例如所设定的上限温度在探头温度接近上限温度设置点时，可通过不断增加的响度、改变音调或频率等方式来表示。这样，报警装置最初可在低于上限温度20℃时（或其它合适的温度）发出声音，然后，当探头所测温度接近上限温度时，增大其频率、音调等。有选择地增加一个频闪光源，可向铜焊人员提供一种独特而又可靠的报警方式。
参看图2，背面板22装有接通/断开开关36及用于一般交流电源的电缆38。人们将会认识到：为了便于携带，报警器12可适当改型为用直流电源操作。最后，为了便于检修，保险丝和保险丝盒组件40也配置于背面板22上。
参看图1和图3所示的测温探头10，这种结构的探头具有双重功能，一个功能是借助于热电偶来感受温度的能力，该感受到的温度通过报警装置12可用来表示工具（例如多晶体金刚石）被铜焊时的温度。第二个功能是使用探头10对工具提供一个能触知的实际作用力，以便把工具固定在与工件相焊接时的位置上。例如：利用探头10可把一个安装在碳化物托柱上的组合坯块有力地压住并将其保持在与刀头铜焊的位置上。
探头10由绝缘手柄42、隔热板44及刚性支撑杆46组成，绝缘手柄虽然也可用陶瓷或其它绝缘材料制造，但最好是木制的。手柄上有一个通道。隔热板44虽然也可用陶瓷或其它材料制成，但最好是不锈钢制品。刚性支撑杆46虽然也可用其它结构材料制造，但考虑到它的耐久性及刚性，最好是用不锈钢制造。手柄42的下端有一个固定的接线柱或插座48，以便与导线14另一端的插头50相插接来实现探头10与报警装置12之间的电连接。隔热板44通过螺钉52a-52c固定在手柄42上，也可以用其它方法实现这种连接。支撑杆46可以在一处或多处弯曲，以便插入难以接近的位置。
支撑杆46的顶部装有热电偶54，只要有足够的强度能经得住日常的使用，热电偶54应制造得尽可能细，很小的接点应能使探头最大程度地反应所测的温度。人们都知道，探头10能否得到成功的使用取决于热电偶54和被铜焊工具（例如多晶体金刚石工具）之间的良好的热接触。由于铜焊人员可能要根据被铜焊工具所在的位置改变探头的角度，因此在铜焊过程中始终保持良好的热接触是困难的。这是一个特别实际的问题，因为在铜焊操作中接触可能偶然中断。对这一问题的独特的解决方案，正是本发明的一个方面。解决的办法是：使用一种玻璃质物质，例如一种焊剂，它有足够的粘性，在热电偶/被焊工具的交界面形成一个极小的槽或熔池，用来增加它们之间的热接触，合适的焊剂或热接触增强剂对热电偶和被铜焊工具都应是惰性的，此外这种导热介质还应在低温下熔化，最好是在低于最低铜焊温度下熔化，并且在铜焊操作过程中以至在铜焊温度范围的最高温度下都不发生分解。由于被铜焊的工具很可能偶尔处于侧向或甚至朝下的位置，因此，焊剂的粘性是很重要的，以便于该焊剂既能充分润湿热接点的表面，保持接点间的良好热接触，又不至于流掉或滴下来。满足上述各种性能要求的合适的焊剂或玻璃物质有：氯化硼、无水氧化硼、碱金属氯化物和/或碱金属氟化物等以及它们的混合物。用这类焊剂来加强接点间的热接触，提高了本发明装置的实用性，这比一般用它来作清洁剂使用意义更大。
由图3可以看到：电源插座48和热电偶54之间的电路是通过两据细导线或嵌镶在探头10的环形通道内的导引装置实现的。为了达到电绝缘，这些导线（在图4与图5中用56和58来表示）以常规形式铠装，甚至还可以达到一定程度的热绝缘。在支撑杆46内，装有陶瓷绝缘隔离套60，隔离套间留有使导线56和引导装置58通过的通道，该通道与手柄42内的通道相通，陶瓷绝缘套60使导线与在一般铜焊操作中探头所遇到的过高或过低的温度相隔离，从而对导线起保护作用，探头在每天使用的过程中会出现一些不慎的操作，支撑杆46此时则保护陶瓷绝缘套免遭损坏。此外，探头10能使被铜焊的工具固定在与工件铜焊的位置上，也是靠支撑杆46来实现的。从图可以看出，为了使探头的各另件接在一起，支撑杆46伸进手柄42内一段较短的距离。
如上所述，本发明所述的测温装置优先用于把组合坯块工具铜焊到工件上，工件的典型代表即为钻头，所述工具是由一个多晶体组合坯块，一个托柱或基体及分布在组合坯块与基体之间的连续的薄填料金属层组成。组合坯块又由多晶体颗粒坯块（或粘结在一起的颗粒磨料层）及一个支撑块（或基底）组成，该支撑块（或基底）最好是粘结在坯块上的烧结碳化物。关于这种工具的更详细的叙述包括它们的制造方法，可从美国专利4225322、4319707、4527998及申请号为752419等文献中找到。如上所述，多晶体金刚石的热损伤温度始于700℃左右，因此在铜焊过程中除非使用散热装置来降低多晶体金刚石的温度，否则多晶体金刚石坯块的温度应低于这一温度。从实际上讲，这种散热装置在日常操作中是不实用的，因此，把碳化物托柱铜焊到钻头或其它工件上时，多晶体金刚石的温度应该在不超过使其性能发生损坏的极限温度以下进行，为此本发明所述测温装置，在这种情况下找到了它的主要用途。
如上所述，探头结构有足够的强度和耐用性，因此它可以对组合坯块工具施加一个实际的力，使它在铜焊过程中保持在与钻头或其它工件的应有的相对位置上。这样铜焊人员只需要一只手握住探头，而另一只手握住焊矩（或其它加热装置）来完成铜焊操作，不需要用眼读出工件的温度而不断地观察那些目前有时使用的刻度盘或其它显示装置了。该音响报警装置作为把工具铜焊到钻头（或其它工件上）的一个有效的附属装置，达到了铜焊人员所提出的检测温度的要求。这一方法所包括本发明的其它方面，对于那些熟悉本技术领域的人来说是显而易见的。本文所利用的所有的参考文献都在本文中明确作了说明。