钢质的圆筒状钻头体上因镶焊有碳化钨的硬质合金切削具而得名。硬质合金切削具的形状和其在钻头上镶焊的数量,排列方式、镶焊角度的不同,称为底出刃、内出刃和外出刃,以保证有通水和排粉的间隙。钻头体的上部是丝扣连接岩心管,钻头体侧部开有水槽,底部唇面上亦开有水口。水槽和水口都是保证冲洗液的流通,达到排除岩粉和冷却钻头的作用。钻进粘土层和页岩地层时为了加大间隙,在硬合金钻头的内外侧壁焊上肋骨,称肋骨式钻头。在研磨性高的硬地层可以使用针状硬质合金自磨式钻头。一般硬合金钻头钻进岩石可钻性为Ⅱ一Ⅶ级的地层；针状硬质合金钻头可钻进Ⅵ一Ⅷ级岩石。

硬质合金钻头是靠钻压和自身旋转产生的冲击载荷破碎岩石的。在凿岩钻进中，钻头经受高频率的冲击载荷，且受到扭转、弯曲、拉伸、压缩等多种复合应力的作用，在高速回转碰撞的环境下经受岩石、岩粉和矿水等工作介质的磨损与腐蚀。

国内外使用的牙轮钻头，多为三牙轮钻头。这种钻头的特点是：轴压和冲击载荷分布范围较大且均匀，并能充分利用有效空间，钻进平稳。牙轮钻头用硬质合金齿的尺寸和形状必须适用于岩石的特性，要求耐磨性好，强度高，不易碎裂和折断。牙轮钻头使用的硬质合金齿主要有：球形齿，锥球齿，楔形齿，边楔齿和用于轮背与爪尖的平顶齿等。

一般地，钻进极坚硬岩层的牙轮钻头主要使用球形齿，钻压为892~1339MPa，转速为50~80r/min；钻进硬和中硬岩层用的牙轮钻头使用锥球齿，钻压为714~1071MPa，转速为60~100r/min；钻进软和中软岩层的牙轮钻头则使用楔形齿或边楔齿，钻压为535~803MPa，转速为80~120r/min。

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