目前地质勘探钻头冲击破岩主要是利用钻头轴向冲击和钻头回转刮削两种作用，这两种作用造成钻头不仅要承受高频的冲击应力，还要承受岩石的剪切反力，受力情况极为复杂。另外在实际工程工作中，地质勘探工作环境恶劣，钻头失效情况十分严重，已经影响到了地质勘探工作的效率，因此研究地质勘探钻头失效机理具有极其重要的意义。
一、地质勘探钻头失效形式
地质勘探钻头失效部位主要是勘探钻头本体以及钻头硬质合金齿。地质勘探钻头本体失效是指钻头花键和钻头冲击端面失效，花键失效主要形式是花键侧面塑性变形之后受压剥落，而钻头冲击端面主要失效形式是断面金属冲击疲劳。钻头硬质合金齿失效形式主要是合金齿磨损、断裂以及脱落等。
二、地质勘探钻头本体失效机理分析
（一）勘探钻头花键部位失效机理。钻头花键是钻头冲击岩石进行地质勘探的轨道，将钻头与冲击器连接成一个整体。对钻头工作时的花键进行受力分析，可知花键侧面在钻头冲击过程中既会受到由于变化的剪切反力造成的脉动压应力，还会受到脉动压应力带来的摩擦等，容易造成花键失效。通常来说钻头花键失效主要有两方面原因，第一钻头花键本身的硬度较低，通常花键材料与钻头母体材料形同，但在脉动压应力下花键侧面容易产生塑性变形；第二钻头花键配合间隙不均匀，花键与冲击器之间需要保持一定的间隙配合才能保证钻头正常的往复运动，但由于金属加工、运输以及安装等原因，钻头花键齿与冲击器之间的配合间隙不够均匀，花间配合间隙大小不一，若是花键配合间隙过于小，则此配合花键齿上应力过于集中，容易导致花键失效，若是花间配合间隙过大，则花键在钻头回转时将受到很大的冲击应力从而产生塑性变形。
（二）钻头冲击端面部位失效机理。在实际工程中，钻头冲击端面部位失效主要是端面受活塞撞击导致金属冲击疲劳。由于活塞与钻头冲击端面不能全面接触，其作用力方向不一定与钻头轴线重合，在大量的冲击作用下必然会产生偏心撞击，使冲击端面产生塑性变形。在冲击端面多次塑性变形后端面会出现裂纹，裂纹向内倾斜，并由内部折向冲击表面，这样裂纹上部分的材料脱落形成麻点，大量的麻点形成麻坑，麻坑进一步扩展造成部分浅层脱落，脱落部位被活塞冲击打平，再次产生裂纹，如此反复，直到冲击端面脱落达到2毫米以上时，活塞已经不能够有效传递能量，钻头冲击端面失效。另外若在冲击端面产生塑性变形后，活塞多次冲击作用在冲击端面上，可能会使裂纹源出现在端面最大切应力处，进一步冲击使得裂纹扩展到表面形成凹坑，裂纹垂直于端面时会造成大块深层脱落，裂纹平行于端面时则出现端面浅层脱落，这两种情况都会造成冲击端面失效。
三、勘探钻头硬质合金齿失效机理分析
（一）硬质合金齿的磨损研究。地质勘探钻头一方面利用冲击回转力破碎岩石，在这个过程中会出现合金齿与岩石之间的两体磨粒磨损，另一方面依靠高压气流排出岩石岩屑，这时会出现合金齿与岩石、岩屑之间的三体磨粒磨损。在实际工作过程中可以将硬质合金齿的磨损分为四类，一是两体磨损时出现的合金齿表面刮削磨损，当高速旋转的合金齿遇到岩石尖锐的棱角时，合金齿圆弧处将受到非常高的压应力，表面出现压痕或者是脆断，当脆断后的合金齿表面与岩石大角度相遇时则容易出现刮削磨损；二是高应力碾碎磨粒磨损，在钻头破碎岩石时，若是硬质合金齿与磨粒之间的最大压应力超过了磨粒的极限破坏强度，则会将磨粒不断碾碎，在接触点处产生集中压应力，该压应力反复作用使硬质合金齿出现疲劳破坏，也即出现高应力粘碾碎磨损；三是磨粒在硬质合金齿表面滑滚进而出现推挤、碾压等磨损；最后一种是三体磨粒磨损时高压气流排出岩石岩屑的冲刷磨损，这种磨损不易发现，需要在特殊的合金齿表面形貌下才能发现。
（二）硬质合金齿断裂研究。在实际工程中，硬质合金齿断裂进而导致合金齿失效主要有三种：第一种是冲击剥落， 根据相关理论介绍，在应力冲击波通过硬质合金齿传递给岩石时，将出现反射波，反射波会以拉应力波的形式返回到钻头处，若是岩石与合金齿接触不良，拉应力波将加大，合金齿抗拉强度比抗弯强度低很多，再加上合金齿两侧面受到很大的岩石剪切应力，因此硬质合金齿中存在着不平衡的应力场，并且在该应力场作用下，硬质合金齿颗粒将会形成微孔，微孔不断长大聚合就会形成微裂纹，微裂纹不断增加则会出现大面积的合金齿断裂，在宏观上看来就是硬质合金齿表面出现很多剥落坑以及由很多剥落坑连接形成的沟槽。第二种是冲击疲劳，在大量变化的冲击压力作用下，金属表面会产生疲劳裂纹，而疲劳裂纹不断增长会导致合金齿局部剥落。第三种则是冲击热疲劳，当钻头冲击回转时，岩石和合金齿之间摩擦将产生冲击热，进而导致硬质合金齿出现冲击热疲劳，这种热疲劳要在足够的热应力和大量磨损平面使裂纹充分发展才能够看到。
（三）硬质合金齿脱落研究。一般来说，硬质合金齿脱落齿数大概占到所有齿数的20%，大多发生在钻头边缘部分，其发生原因主要有：首先是钻头本体磨损，这是造成边缘部分脱齿的重要原因，在钻头工作时，钻杆振动导致钻头偏心旋转，进而造成钻头某一位置瞬时应力很大，使得钻头本体部位磨损，暴露出合金齿的齿根部位。其次是合金齿的松动问题，地质勘探钻头本体材料硬度比较小，在冲击载荷的不断作用下，合金齿与钻头本体之间可能会产生间隙，尤其是边缘齿松动更加严重，其齿孔可能会出现塑性流动、点蚀以及周边疲劳裂纹。另外还有高压气流携带的岩屑等固气混合流体对钻头的冲蚀作用，不断地磨损钻头本体和硬质合金齿和活塞冲击产生的入射波对合金齿拉伸作用等。
四、总结
总而言之，在地质勘探中钻头主要失效部位是钻头本体和硬质合金齿，因此要想提高地质勘探钻头的使用寿命，就要做好钻头花键和冲击端面的保护工作，减少硬质合金齿的磨损问题，延长钻头使用时间，促进地质勘探工作的发展。