專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于篩管梯形縫成形的激光切割方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于篩管梯形縫成形的激光切割方法。
背景技術(shù)：
篩管為油田抽油機(jī)所使用的濾沙器，其上沿管軸向排布密集的通縫，用以防沙 和滲油，其中通縫截面呈梯形的篩管，即為梯形縫篩管。梯形縫篩管與現(xiàn)有的近似矩形 通縫的篩管相比，具有很好的“自潔”作用，不易產(chǎn)生沙塞，可將防沙有效期提高2-3 倍，透油流阻降低1倍以上。梯形縫篩管為系列產(chǎn)品，通常管長(zhǎng)L為1500 10000mm， 管徑Φ 為73 127mm，管壁厚δ為5.5. 10.0mm。梯形通縫長(zhǎng)L為100 150mm， 梯形通縫的橫截面要呈“外小里大”狀，管外表面縫寬0.2 0.3mm，管內(nèi)壁縫寬要比外 縫大0.2mm以上。梯形縫篩管對(duì)其通縫截面的梯形形狀并無(wú)嚴(yán)格要求，可為等腰梯形， 不等腰梯形和直角梯形。在本發(fā)明之前，曾有采用等離子束切割梯形縫篩管的報(bào)道。其方法是減少等離 子束能量和單次脈沖放電時(shí)間，增加放電頻率，以及水力和磁力箍縮的方法，在IOmm 厚的篩管上切割出0.15mm的縫。采用外加電磁場(chǎng)控制離子束在不同切割深度上的偏擺量 的方法，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合型腔(梯形)縫的切割。此種梯形縫加工方法至今未見(jiàn)推廣應(yīng)用， 用外加磁場(chǎng)控制等離子體在切縫不同深度上的偏擺量，從而成形梯形縫的技術(shù)實(shí)現(xiàn)與控 制會(huì)是十分困難的。采用激光單次切割成形梯形縫的方法也被廣泛的研究過(guò)，主要通過(guò)調(diào)整激光束 焦點(diǎn)相對(duì)篩管表面位置，即調(diào)整離焦或入焦量的方法，以求獲得梯形切縫。激光單次切 縫的截面形狀是由激光功率、光束模式、透鏡焦距，光束入射角、切割速度、輔助氣體 壓力與氣體吹入角等參數(shù)的綜合因素所決定的。從理論上講，通過(guò)調(diào)整激光束焦點(diǎn)離入 焦量等參數(shù)實(shí)現(xiàn)梯形縫切割是可能的，但在實(shí)際切割工藝實(shí)施中，對(duì)于厚壁篩管而言， 由于高能量密度激光束的加熱特性及輔助吹氣等因素的影響，切縫往往呈“外寬內(nèi)窄” 的矩形。采用激光單次切割法獲得梯形縫的技術(shù)實(shí)施同樣也是很困難的，使其獲得工業(yè) 實(shí)際應(yīng)用則更為困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種容易實(shí)施、制作簡(jiǎn)單、易于控制，且易于 在工業(yè)上應(yīng)用的用于篩管梯形縫成形的激光切割方法。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí) 現(xiàn)的本發(fā)明的用于篩管梯形縫成形的激光切割方法，包括以下步驟1).首縫切割調(diào)整激光束與法線(xiàn)之間的夾角，即入射角的條件下，激 光束沿篩管的軸向切割首縫；2).同縫復(fù)切完成首縫切割后，激光束偏擺至法線(xiàn)的另一側(cè)，在入射角θ2<6°條件下，激光束起切點(diǎn)選在首縫的延長(zhǎng)線(xiàn)上，所述延長(zhǎng)線(xiàn)即為激光復(fù)切引導(dǎo)段，其長(zhǎng)可在3 IOmm間選擇，對(duì)準(zhǔn)首縫往回進(jìn)行同縫復(fù)切；復(fù)切完成后，兩切縫間未被切 割區(qū)將會(huì)自動(dòng)去除，所得復(fù)合縫截面為梯形。本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是提供一種容易實(shí)施、制作簡(jiǎn)單、易于控制，且 易于在工業(yè)上應(yīng)用的用于篩管梯形縫成形的激光切割方法。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案 來(lái)實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的用于篩管梯形縫成形的激光切割方法，所述激光切割機(jī)包括激光切割 頭、安裝板、轉(zhuǎn)軸、滑板和懸臂；所述懸臂上設(shè)置有導(dǎo)軌；其中，所述激光切割頭固定 于安裝板上，安裝板再通過(guò)轉(zhuǎn)軸與滑板相連，激光切割頭與安裝板相對(duì)滑板一起偏擺， 滑板置于懸臂上，可沿其導(dǎo)軌攜安裝板和激光切割頭整體水平運(yùn)動(dòng)；其特征在于包括 以下步驟1).首縫切割激光切割頭通過(guò)安裝板相對(duì)被加工管的切點(diǎn)法線(xiàn)偏擺，使其中心 線(xiàn)與法線(xiàn)的偏擺角為Q1 ；然后通過(guò)滑板的水平移動(dòng)，使激光切割頭的中心線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)法線(xiàn)與 管的交點(diǎn)，即起切點(diǎn)，并沿管的母線(xiàn)進(jìn)行激光切割頭運(yùn)動(dòng)行程內(nèi)的所有首縫切割，切割 的首縫與法線(xiàn)間的偏擺角為θ i ；2).同縫復(fù)切完成首縫切割后，再依據(jù)所確定的入射角θ2，激光切割頭轉(zhuǎn)角 O^e2,激光切割頭中心線(xiàn)則相對(duì)法線(xiàn)構(gòu)成92偏擺角；激光切割頭沿懸臂平移，使其 中心線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)首縫，返回復(fù)切，復(fù)切縫與首縫形成了所要求的梯形截面。本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是提供一種容易實(shí)施、制作簡(jiǎn)單、易于控制，且 易于在工業(yè)上應(yīng)用的用于篩管梯形縫成形的激光切割方法。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案 來(lái)實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的用于篩管梯形縫成形的激光切割方法，所述激光切割機(jī)包括激光切割 頭、安裝板、轉(zhuǎn)軸、滑板和懸臂；所述懸臂上設(shè)置有導(dǎo)軌；其中，激光切割頭垂直裝于 滑板上，可借助懸臂的導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)垂直水平移動(dòng)；其特征在于包括以下步驟1).首縫切割先依據(jù)所確定的激光束入射角θ i和被加工管半徑!·按Ll = rsin Θ”計(jì)算出激光切割頭中心線(xiàn)相對(duì)被加工管中心垂線(xiàn)間的水平距Ll ；通過(guò)滑板與懸臂 和導(dǎo)軌所組成的機(jī)構(gòu)將激光切割頭平移，使切割頭的中心線(xiàn)與管的中心垂線(xiàn)的間距為L(zhǎng)l 后，再沿管的軸向切割其行程內(nèi)的同一條母線(xiàn)上的所有首縫，所獲首縫，則與切點(diǎn)法線(xiàn) 成Q1角，即以入射角Q1進(jìn)行了首縫切割；2).同縫復(fù)切完成首縫切割后，再依所確定的激光束同縫復(fù)切入射角θ2，將 管以其圓心轉(zhuǎn)角θ1+θ2;首縫切點(diǎn)法線(xiàn)轉(zhuǎn)角與管的中心垂線(xiàn)夾角則為θ2，首縫起切點(diǎn) 與管的中心垂線(xiàn)垂直距離為L(zhǎng)2=r*sine2;激光切割頭沿管懸臂的導(dǎo)軌平移L1+L2，其 中心線(xiàn)即可與轉(zhuǎn)角的首縫對(duì)準(zhǔn)，進(jìn)行同縫返回復(fù)切；切縫的激光切割入射角則為θ2，復(fù) 切縫與首縫形成了所要求的梯形截面。本發(fā)明的用于篩管梯形縫成形的激光切割方法，由于采用激光切割成形梯形 縫，包括首縫切割和同縫復(fù)切，復(fù)切縫與首縫形成了所要求的梯形截面；其容易實(shí)施、 制作簡(jiǎn)單、易于控制，且易于在工業(yè)上應(yīng)用。


為了易于說(shuō)明，本發(fā)明由下述的較佳實(shí)施例及附圖作以詳細(xì)描述。圖1是本發(fā)明中篩管的示意圖；圖2是圖1所示篩管的剖視圖； 圖3是本發(fā)明用于篩管梯形縫成形的激光切割方法的示意圖；圖4是本發(fā)明用于篩管梯形縫成形的激光切割方法第一實(shí)施例的示意圖；圖5是本發(fā)明用于篩管梯形縫成形的激光切割方法第二實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1至圖5所示，本發(fā)明的用于篩管梯形縫成形的激光切割方法，包括以 下步驟在激光束1與法線(xiàn)2之間的夾角，即入射角θ的條件下，進(jìn)行首縫切割， 如圖3(a-l)所示。激光束1沿管4的軸向切割首縫，從A點(diǎn)起，B點(diǎn)止，如圖3(a-2) 所示。其切縫的橫截面如圖(a_l)中的首縫3所示，為近似矩形。完成首縫切割后，激光束1偏擺至法線(xiàn)2的另一側(cè)，在入射角θ2《6°條件下， 對(duì)準(zhǔn)首縫3進(jìn)行同縫復(fù)切，如圖3(b_l)所示。復(fù)切時(shí)，激光束起切點(diǎn)要選在(A-B)延長(zhǎng) 線(xiàn)上的C點(diǎn)處，如圖3(b_2)所示。圖中(C-B)為激光復(fù)切引導(dǎo)段，其長(zhǎng)可在3 IOmm 間選擇。激光復(fù)切自身的切縫截面如圖3(b_l)復(fù)切縫5所示，亦為近似矩形。激光束偏擺同縫復(fù)切的合成縫的理論構(gòu)成如圖3 (b_l)所示。兩切縫間未被切割 區(qū)6只是原理分析保留區(qū)，在激光束復(fù)切中，此區(qū)將會(huì)被去除，所得復(fù)合縫截面，如圖 3(b-2)中(B-A)間切縫截面所示，為梯形。激光復(fù)切的引導(dǎo)段(C-B)間切縫截面近似 矩形，這對(duì)篩管制品是完全允許的。圖2中Q1* θ 2為切割激光束入射角，a為梯形截面外縫寬度，b為梯形截面內(nèi) 縫寬度，S為管壁厚度。在光束偏擺同縫復(fù)切中，激光束入射角與復(fù)切成形的梯形截面的幾何參數(shù)關(guān)系 如圖2所示，其內(nèi)縫b和外縫a的寬度差為(b-a) = δ (tan θ 丄+tan θ 2)......(1)式中(b-a)是梯形切縫最重要的參數(shù)，為預(yù)先確定的定值。實(shí)際加工中要依據(jù)(b-a)值確定θ i和θ 2。當(dāng)θ工=θ 2時(shí)，所對(duì)應(yīng)的θ工和θ 2相互配合的取值最小，因此通常選用等入射 角進(jìn)行梯形縫成形。取θ丨=θ 2 = θ，式1則為(b-a) = 2 δ tan θθ = atan(b-a)/2 δ......(2)依據(jù)式2，則可確定復(fù)切光束的入射角，即θ = θ1= θ2，此時(shí)復(fù)合切縫的截 面為等腰梯形。對(duì)于θ i興θ 2與θ i = 0或θ 2 = 0的情況，也可按式1確定所采用的光束入射 角θ工和θ 2。此時(shí)合成梯形截面分別為不等腰梯形(θ工興θ 2)和直角梯形(θ工= 或 θ 2 = 0)。按式1或式2所確定的光束入射角僅為推理值。激光加工工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合梯形截面的幾何參數(shù)也有相當(dāng)?shù)挠绊憽Ｔ趯?shí)際應(yīng)用中，要對(duì)光束切割入射角，以推理值為基礎(chǔ)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚１景l(fā)明的梯形縫激光成形方法的加工原理主要是基于激光切割技術(shù)理論。當(dāng)采 用焦距的長(zhǎng)焦透鏡，對(duì)直徑2 Φ 73mm的篩管進(jìn)行激光切割時(shí)，由于長(zhǎng)焦距透鏡的焦 深較大，而大直徑管的表面曲率又較小，因此，切割激光束的入射角在的范圍內(nèi)偏 擺，對(duì)輻照被加工管表面的激光光斑尺寸形狀影響甚微，屬激光切割工藝參數(shù)允許的波 動(dòng)范圍內(nèi)，可獲得質(zhì)量較好的激光切縫。實(shí)際激光切割實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了這種光束小角度偏 擺切割的可行性。光束相對(duì)偏擺同縫復(fù)切時(shí)，由于采用了圖3(b_2)所示的引導(dǎo)段復(fù)切方式，激光 束是在小角度偏擺穩(wěn)定切割狀態(tài)下與首縫重疊復(fù)切的。這有效的減少了首縫側(cè)壁與復(fù)切 光束入射角相對(duì)較大的不利影響，同時(shí)寬度動(dòng).2_的首縫內(nèi)壁可能有助于射入的復(fù)切光 束能量的吸收，因此首縫對(duì)激光束復(fù)切的影響很小。本發(fā)明所提出的激光束小角度偏擺，同縫復(fù)切成形梯形縫方法的技術(shù)實(shí)施，可 采用兩種方案予以實(shí)現(xiàn)。
具體實(shí)施方式
1:被加工篩管無(wú)需轉(zhuǎn)角，利用激光切割頭相對(duì)切割點(diǎn)法線(xiàn)偏擺 實(shí)現(xiàn)梯形縫成形切割，如圖4所示。激光切割頭10固定于安裝板20上，安裝板20再通過(guò)轉(zhuǎn)軸30與滑板40相連， 激光切割頭10與安裝板20，相對(duì)滑板40—起偏擺?；?0置于懸臂50上，可沿其導(dǎo) 軌60攜安裝板20和激光切割頭10整體水平運(yùn)動(dòng)。首縫切割如圖4(a)所示。激光切割頭通過(guò)安裝板20相對(duì)被加工管100的切點(diǎn) 法線(xiàn)(即管的中心垂線(xiàn))80偏擺，使其中心線(xiàn)70與法線(xiàn)80的偏擺角為Q1偏角。然后通 過(guò)滑板40的水平移動(dòng)，使激光切割頭的中心線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)法線(xiàn)80與管100的交點(diǎn)，即起切點(diǎn)， 并沿管100的母線(xiàn)進(jìn)行激光切割頭10運(yùn)動(dòng)行程內(nèi)的所有首縫切割，切割的首縫與法線(xiàn)80 間的偏擺角為θ1 5完成首縫切割后，再依據(jù)所確定的入射角θ 2激光切割頭10，按圖4(b)所示， 轉(zhuǎn)角(θ θ 2)，激光切割頭中心線(xiàn)70則相對(duì)法線(xiàn)80構(gòu)了 θ 2偏擺角。激光切割頭10按圖4(c)所示，沿懸臂50平移，使其中心線(xiàn)70對(duì)準(zhǔn)首縫，返回 復(fù)切。復(fù)切縫110與首縫90形成了所要求的梯形截面。
具體實(shí)施方式
2 激光切割頭無(wú)需偏擺，利用被加工管自身轉(zhuǎn)角實(shí)現(xiàn)激光束相對(duì)其切點(diǎn)法線(xiàn)偏擺 進(jìn)行同縫復(fù)切，如圖5所示。其中，激光切割頭10垂直裝于滑板20上，可借助懸臂30的導(dǎo)軌40實(shí)現(xiàn)垂直水 平移動(dòng)。首縫加工如圖5(a)所示，先依據(jù)所確定的激光束入射角θ工和被加工管半徑 r(圖中未示)按Ll = rsin θ 計(jì)算出激光切割頭中心線(xiàn)60相對(duì)被加工管中心垂線(xiàn)70間 的水平距Li。通過(guò)滑板20與懸臂30和其上的導(dǎo)軌40所組成的機(jī)構(gòu)將激光切割頭10平 移，使切割頭的中心線(xiàn)(即激光束60)與管90的中心垂線(xiàn)70的間距為L(zhǎng)l后，再沿管90 的軸向切割其行程內(nèi)的同一條母線(xiàn)上的所有首縫，所獲首縫80，則與切點(diǎn)法線(xiàn)50成Q1 角，即以入射角Q1進(jìn)行了首縫切割。
完成首縫切割后，再依所確定的激光束同縫復(fù)切入射角θ2，按圖5(b)所示將管 以其圓心轉(zhuǎn)角(θ θ 2)。首縫切點(diǎn)法線(xiàn)50轉(zhuǎn)角與管90的中心垂線(xiàn)70夾角則為θ 2，首 縫80起切點(diǎn)與管90的中心垂線(xiàn)垂直距離為L(zhǎng)2 = r*sin θ 2。同縫復(fù)切如圖5(c)所示，激光切割頭10沿管懸臂30的導(dǎo)軌40平移L1+L2，其 中心線(xiàn)60即可與轉(zhuǎn)角的首縫對(duì)準(zhǔn)，切縫的激光切割入射角則為θ 2，進(jìn)行同縫返回復(fù)切， 形成所要求的梯形截面。本發(fā)明的用于篩管梯形縫成形的激光切割方法，由于采用激光切割成形梯形 縫，包括首縫切割和同縫復(fù)切，復(fù)切縫與首縫形成了所要求的梯形截面；其容易實(shí)施、 制作簡(jiǎn)單、易于控制，且易于在工業(yè)上應(yīng)用。上述實(shí) 施例，只是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例，并不是用來(lái)限制本發(fā)明的實(shí)施與權(quán)利范 圍，凡依據(jù)本發(fā)明申請(qǐng)專(zhuān)利保護(hù)范圍所述的制作工藝方法所作的等效變化和修飾，均應(yīng) 包括在本發(fā)明申請(qǐng)專(zhuān)利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于篩管梯形縫成形的激光切割方法，其特征在于包括以下步驟1).首縫切割調(diào)整激光束與法線(xiàn)之間的夾角，即入射角θ的條件下，激光束 沿篩管的軸向切割首縫；2).同縫復(fù)切完成首縫切割后，激光束偏擺至法線(xiàn)的另一側(cè)，在入射角條 件下，激光束起切點(diǎn)選在首縫的延長(zhǎng)線(xiàn)上，所述延長(zhǎng)線(xiàn)即為激光復(fù)切引導(dǎo)段，其長(zhǎng)可在 3 IOmm間選擇，對(duì)準(zhǔn)首縫往回進(jìn)行同縫復(fù)切；復(fù)切完成后，兩切縫間未被切割區(qū)將會(huì) 自動(dòng)去除，所得復(fù)合縫截面為梯形。
2.—種用于篩管梯形縫成形的激光切割方法，所述激光切割機(jī)包括激光切割頭、安 裝板、轉(zhuǎn)軸、滑板和懸臂；所述懸臂上設(shè)置有導(dǎo)軌；其中，所述激光切割頭固定于安裝 板上，安裝板再通過(guò)轉(zhuǎn)軸與滑板相連，激光切割頭與安裝板相對(duì)滑板一起偏擺，滑板置 于懸臂上，可沿其導(dǎo)軌攜安裝板和激光切割頭整體水平運(yùn)動(dòng)；其特征在于包括以下步 驟1).首縫切割激光切割頭通過(guò)安裝板相對(duì)被加工管的切點(diǎn)法線(xiàn)偏擺，使其中心線(xiàn)與 法線(xiàn)的偏擺角為Q1 ；然后通過(guò)滑板的水平移動(dòng)，使激光切割頭的中心線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)法線(xiàn)與管的 交點(diǎn)，即起切點(diǎn)，并沿管的母線(xiàn)進(jìn)行激光切割頭運(yùn)動(dòng)行程內(nèi)的所有首縫切割，切割的首 縫與法線(xiàn)間的偏擺角為Q1 ；2).同縫復(fù)切完成首縫切割后，再依據(jù)所確定的入射角θ2，激光切割頭轉(zhuǎn)角 O^e2,激光切割頭中心線(xiàn)則相對(duì)法線(xiàn)構(gòu)了 92偏擺角；激光切割頭沿懸臂平移，使其 中心線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)首縫，返回復(fù)切，復(fù)切縫與首縫形成了所要求的梯形截面。
3.—種用于篩管梯形縫成形的激光切割方法，所述激光切割機(jī)包括激光切割頭、安 裝板、轉(zhuǎn)軸、滑板和懸臂；所述懸臂上設(shè)置有導(dǎo)軌；其中，激光切割頭垂直裝于滑板 上，可借助懸臂的導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)垂直水平移動(dòng)；其特征在于包括以下步驟1).首縫切割先依據(jù)所確定的激光束入射角θ工和被加工管半徑r按Ll=Tsinei, 計(jì)算出激光切割頭中心線(xiàn)相對(duì)被加工管中心垂線(xiàn)間的水平距Ll ；通過(guò)滑板與懸臂和導(dǎo)軌 所組成的機(jī)構(gòu)將激光切割頭平移，使切割頭的中心線(xiàn)與管的中心垂線(xiàn)的間距為L(zhǎng)l后， 再沿管的軸向切割其行程內(nèi)的同一條母線(xiàn)上的所有首縫，所獲首縫，則與切點(diǎn)法線(xiàn)成Q1 角，即以入射角Q1進(jìn)行了首縫切割；2).同縫復(fù)切完成首縫切割后，再依所確定的激光束同縫復(fù)切入射角θ2，將管以 其圓心轉(zhuǎn)角θ1+θ2;首縫切點(diǎn)法線(xiàn)轉(zhuǎn)角與管的中心垂線(xiàn)夾角則為θ2，首縫起切點(diǎn)與管 的中心垂線(xiàn)垂直距離為L(zhǎng)2 = r*sine2;激光切割頭沿管懸臂的導(dǎo)軌平移L1+L2，其中心 線(xiàn)即可與轉(zhuǎn)角的首縫對(duì)準(zhǔn)，切縫的激光切割入射角則為θ2，進(jìn)行同縫返回復(fù)切，復(fù)切縫 與首縫形成了所要求的梯形截面。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于用于篩管梯形縫成形的激光切割方法，包括以下步驟1)首縫切割調(diào)整激光束與法線(xiàn)之間的夾角，即入射角θ1≤6°的條件下，激光束沿篩管的軸向切割首縫；2)同縫復(fù)切完成首縫切割后，激光束偏擺至法線(xiàn)的另一側(cè)，在入射角θ2≤6°條件下，激光束起切點(diǎn)選在首縫的延長(zhǎng)線(xiàn)上，所述延長(zhǎng)線(xiàn)即為激光復(fù)切引導(dǎo)段，其長(zhǎng)可在3～10mm間選擇，對(duì)準(zhǔn)首縫往回進(jìn)行同縫復(fù)切；復(fù)切完成后，兩切縫間未被切割區(qū)將會(huì)自動(dòng)去除，所得復(fù)合縫截面為梯形。由于采用激光切割成形梯形縫，包括首縫切割和同縫復(fù)切，復(fù)切縫與首縫形成了所要求的梯形截面；其容易實(shí)施、制作簡(jiǎn)單、易于控制，且易于在工業(yè)上應(yīng)用。
文檔編號(hào)B23K26/36GK102019506SQ20101050600
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者劉永紅, 李雨田 申請(qǐng)人:東莞市紅鋒激光科技有限公司