所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種組合縫篩管的激光加工方法，屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在石油鉆采作業(yè)中，割縫篩管用來防砂。

割縫篩管是在石油套管或油管上加工出數(shù)千條或上萬條斷斷續(xù)續(xù)的縫隙?？p隙按管子端剖面形狀分為矩形縫，梯形縫和組合縫。矩形縫的縫隙內(nèi)外等寬，縫隙容易被砂粒堵塞；梯形縫的縫隙外窄內(nèi)寬，形成錐度為12°左右的等腰梯形，自潔性好，但縫隙容易被流砂磨蝕變寬，降低濾砂精度；組合縫由外矩形縫和內(nèi)梯形縫組合而成，縫隙外窄內(nèi)寬，縫隙自潔性好且不易被流砂磨蝕變寬。

割縫篩管批量生產(chǎn)加工的方法有cbn薄型砂輪磨縫、銑刀割縫和激光割縫。

cbn薄型砂輪磨縫和銑刀割縫只能割矩形縫。

傳統(tǒng)的激光割縫只能割矩形縫和梯形縫，不能割組合縫。且激光脈沖打孔轉(zhuǎn)換為激光連續(xù)切縫時，依靠聚焦鏡片頻繁往復的機械位移來改變焦點位置，速度慢，有機械磨損，降低了激光切割頭的使用壽命。

有人提出“等離子割梯形縫”，實際是電火花加工方法，只能低效率地割矩形縫，不能割梯形縫。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種組合縫篩管的激光加工方法，利用該方法可以高效率地批量加工生產(chǎn)組合縫篩管。

解決上述問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種組合縫篩管的激光加工方法，具體步驟為：

a.激光切割頭在鉛垂軸方向，以其轉(zhuǎn)動中心到割嘴端部的距離為回轉(zhuǎn)半徑，繞轉(zhuǎn)動中心逆時針回轉(zhuǎn)梯形縫錐度的一半角度α，同時沿鉛垂軸和水平軸移動一定距離，使得割嘴端部到管子最高點在鉛垂軸的高度不變，調(diào)整電液伺服閥使得可變曲率反射鏡產(chǎn)生凹曲變形，用脈沖激光在管子上打孔。

b.調(diào)整電液伺服閥使得可變曲率反射鏡產(chǎn)生凸起變形，激光切割頭沿管子軸線方向移動預定縫長距離，用連續(xù)激光切割出前半條梯形縫。

c.激光切割頭再以其轉(zhuǎn)動中心到割嘴端部的距離為回轉(zhuǎn)半徑，繞轉(zhuǎn)動中心順時針回轉(zhuǎn)梯形縫錐度2α，同時沿鉛垂軸和水平軸反向移動一定距離，使得割嘴端部到管子最高點在鉛垂軸的高度不變，激光切割頭沿管子軸線反向移動預定縫長距離，切割出后半條梯形縫。

d.激光切割頭通過鉛垂軸、水平軸及其轉(zhuǎn)動軸的隨動回到鉛垂軸方向，割嘴端部到管子最高點在鉛垂軸的高度不變，激光切割頭沿管子軸線反向移動預定縫長距離，切割出矩形縫，得到一條完整的組合縫。

上述組合縫篩管的激光加工方法，所述激光切割頭打孔時調(diào)整電液伺服閥控制電壓在0到10v正方向變化，激光焦點的位置移到管子最高點的上方，用脈沖激光在管子上打孔。

上述組合縫篩管的激光加工方法，所述激光切割頭用脈沖激光輸出打孔后，調(diào)整電液伺服閥控制電壓在0到10v負方向變化，焦點的位置移到管子最高點的下方，改用連續(xù)激光割縫。

上述組合縫篩管的激光加工方法，所述激光切割頭在切割出梯形縫后，調(diào)整激光焦點、功率、氣壓等參數(shù)切割矩形縫，使得矩形縫的縫寬大于梯形縫的縫寬，并具有一定的矩形縫深度，得到一條完整的組合縫。

附圖說明

附圖1a是本發(fā)明加工方法控制可變曲率反射鏡產(chǎn)生凹曲變形，脈沖激光打孔圖；

附圖1b是本發(fā)明加工方法控制可變曲率反射鏡產(chǎn)生凸起變形，連續(xù)激光割縫圖。

附圖2a是本發(fā)明加工方法加工前半條梯形縫的位置圖；

附圖2b是本發(fā)明加工方法加工前半條梯形縫的縫型圖；

附圖2c是本發(fā)明加工方法加工前半條梯形縫的速度矢量圖。

附圖3a是本發(fā)明加工方法加工后半條梯形縫的位置圖；

附圖3b是本發(fā)明加工方法加工后半條梯形縫的縫型圖；

附圖3c是本發(fā)明加工方法加工后半條梯形縫的速度矢量圖。

附圖4a是本發(fā)明加工方法加工矩形縫，得到組合縫的位置圖；

附圖4b是本發(fā)明加工方法加工矩形縫，得到組合縫的縫型圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進一步說明。

由附圖1a可知，激光切割頭先在鉛垂z軸方向，以回轉(zhuǎn)中心o1到管子最高點o的距離oo1為回轉(zhuǎn)半徑，繞回轉(zhuǎn)中心o1逆時針回轉(zhuǎn)梯形縫錐度的一半角度α，同時，激光切割頭沿鉛垂z軸和水平y(tǒng)軸移動一定距離，使得激光切割頭回轉(zhuǎn)中心由o1變到o1′，割嘴m點到管子最高點o在z軸的距離mo不變，調(diào)整電液伺服閥控制電壓在0到10v正方向變化，使得可變曲率反射鏡產(chǎn)生凹曲變形，激光焦點f的位置移到管子最高點o的上方，用脈沖激光在管子上打孔。

由附圖1b可知，激光切割頭用脈沖激光打孔后，調(diào)整電液伺服閥控制電壓在0到10v負方向變化，使得可變曲率反射鏡產(chǎn)生凸起變形，焦點f的位置移到管子最高點o的下方，激光切割頭沿管子軸線方向移動預定縫長距離，用連續(xù)激光切割出前半條梯形縫。

由附圖2a可知，激光切割頭先在鉛垂z軸方向，以回轉(zhuǎn)中心o1到管子最高點o的距離oo1為回轉(zhuǎn)半徑，繞回轉(zhuǎn)中心o1逆時針回轉(zhuǎn)梯形縫錐度的一半角度α，使得激光切割頭回轉(zhuǎn)中心由o1變到o1′。

由附圖2b可知，激光切割頭沿管子軸線方向移動預定縫長距離，用連續(xù)激光切割出前半條梯形縫。

由附圖2c可知，激光切割頭用連續(xù)激光割縫時，逆時針回轉(zhuǎn)梯形縫錐度的一半角度α，激光切割頭回轉(zhuǎn)中心由o1變到o1′，還要沿水平的y軸和鉛垂的z軸，同時直線位移一定距離，割嘴上m點變動到m′點，使得割嘴上m′點到y(tǒng)軸的高度仍等于mo。m′點的絕對速度va是其相對速度vr和牽連速度ve的矢量和，即絕對速度。

由附圖3a可知，激光切割頭再以回轉(zhuǎn)中心o1′到管子最高點o的距離oo1′為回轉(zhuǎn)半徑，繞管子最高點o順時針回轉(zhuǎn)梯形縫錐度2α，還要沿水平y(tǒng)軸和鉛垂z軸反向移動一定距離，激光切割頭回轉(zhuǎn)中心由o1′變到o1"，割嘴m點到管子最高點o在z軸的距離mo不變。

由附圖3b可知，激光切割頭沿管子軸線反向移動預定縫長距離，用連續(xù)激光切割出后半條梯形縫，形成形狀對稱的、完整的梯形縫。

由附圖3c可知，激光切割頭用連續(xù)激光割縫時，順時針回轉(zhuǎn)梯形縫錐度2α，激光切割頭回轉(zhuǎn)中心由o1′變到o1"，還要沿水平的y軸和鉛垂的z軸，同時直線位移一定距離，割嘴上m′點變動到m"點，使得割嘴上m"點到y(tǒng)軸高度仍等于mo，m"點的絕對速度va′是其相對速度vr′和牽連速度ve′的矢量和，即絕對速度。

由附圖4a可知，激光切割頭通過水平y(tǒng)軸、鉛垂z軸及回轉(zhuǎn)軸o1的隨動調(diào)整到鉛垂z軸，割嘴m點到管子最高點o在z軸的距離mo不變，激光切割頭沿管子軸線反向移動預定縫長距離，切割出矩形縫。

由附圖4b可知，激光切割頭在切割出梯形縫后，調(diào)整激光焦點、功率、氣壓等參數(shù)切割矩形縫，矩形縫的縫寬大于梯形縫的縫寬，并具有一定的矩形縫深度，與原來割出的梯形縫形成一條完整的組合縫。

與傳統(tǒng)的割縫方法相比較，本發(fā)明有如下優(yōu)點：

1.用傳統(tǒng)加工方法，無法切割出外窄內(nèi)寬的組合縫。本發(fā)明讓激光切割頭產(chǎn)生轉(zhuǎn)動與移動的復合運動，在一條縫隙中實現(xiàn)了外矩形縫和內(nèi)梯形縫的組合，保留了矩形縫不易被流砂磨蝕變寬的優(yōu)點，又保留了梯形縫自潔性好，不易被砂粒堵塞的優(yōu)點。

2.顛覆了傳統(tǒng)的聚焦鏡機械位移變焦的方法，聚焦鏡不動，沒有機械傳動和磨損，即可實現(xiàn)快速變焦，變焦速度由秒級提高到毫秒級，實現(xiàn)了脈沖激光打孔和連續(xù)激光切縫兩種加工方式的快速轉(zhuǎn)換，提高了加工效率，延長了激光切割頭的使用壽命。在壁厚10毫米的石油套管上，不超過10秒鐘即可加工出一條外矩形縫寬0.25毫米，外矩形縫深≥1.50毫米，內(nèi)梯形縫錐度12°的組合縫，實現(xiàn)了石油割縫篩管高效率、高質(zhì)量的工業(yè)化大批量生產(chǎn)要求。