复合防砂筛管割缝激光加工工艺研究

油气 井 出砂 是 当前 困扰 疏 松砂 岩油 藏开 采 的重要 问题 ，它 极大 影 响着
油 田生 产 的顺利 进行 ，因而 ，各 种 防砂 机械 及 防砂 方法 的研 制一 直 是众 多
科 研 院所 的重 要课题 。 目前 ， 国 内外油 田上 广泛 使 用的 防砂 筛管 的 割缝 多
为矩 形 和单 梯形 割缝 筛 管 ，这种 割缝 加 工简 单 ，但 易造 成砂 粒堵 塞 ，降 低
个 梯形 面，加 工完 成 一条完 整的梯 形缝 ；７ ）按 照 同样 的操作 ，周而 复始 ，
便 可完 成整根 筛管 的加 工 。
３０ｍ ０ ｍ ￣缝形 截面主 要为 矩形 和梯 形 。切割 时，利 用经 聚焦 的高密 度激 光柬 照射 筛管 需要 加 工部位 ，同时 辅助 同轴 吹 氧 ，激光 束 的能 量被 材料 吸 收 ， 引起 照 射 处 材料 表 面 温 度 急剧 上 升 ， 使管 体 材 料 熔 融 或汽 化 ，并 形成 孔 洞。 当光 束与 工件 沿一 定 轨迹 作相 对运 动 时 ，就可 在 管体 上加 工 出一 定形
［ 关键词］ 复合防砂筛管
中图分类号：Ｔ ２ 文献标识码 ：Ａ 文章编号：１ ７ － ７ ９ ２ １ ）０ １ １ ２ １ Ｕ １ ５ ７（ ０ Ｏ ２ ０ １ —０ ６
０引
于过 管轴 的垂直 面 内，并 使切割 头气 体喷 嘴位 于管 体最 高点处 ；３ ）在机 床 ｚ 向移动 切割 头 ，使焦 点位于 穿孔 位置 上 ，并调整 切割 头喷 嘴与筛 管表 面的 距 离 到预 设值 ；４ ）将筛 管 逆 时针旋 转 ｎ角 （ ａ等 于梯 形缝 锥度 的 １２ ，使 ／） 缝隙 的 ～个 梯形 面处 于 竖直 位置 ，切 割 头 向左平 移 ６＝Ｄ ２ ｓｎ Ａ（为 （／ ） ｉ ａ— Ｄ
状的切 缝 。
４筛 管捌 缝激 光加 工质量 缺 陷及分析
割缝 进 行激光 加 工 的关键 在于 合理 地选 用工 艺参数 ，加工 中如果 选用 的工艺 参数 不 合理 ，就 会 出现 各种 加工 质 量缺 陷 ，严重情 况 下甚 至可 能造 成整 根筛 管 的报废 。 １ ）爆 孔 。单 缝切 割 时 穿孔 的 工艺 参数 设 置不 适 应整 管切 割 时 的穿孔 缺 陷 产生 原 因是 打孔 时激 光输 出 功率 过 高、脉 冲 频率过 快 或筛 管壁 厚不 均 ，解决 的方 法是 调整激 光器 输 出功率和 脉冲 频率 。２ ）勾 头 。这 种缺 陷 出 现在 宽缝 （ 宽大 于 ｌｍ 加 工过程 中 ，主要 原 因是切 割头在 折弯 处速度 没有 缝 ｍ）
工 １ 缝仅 需 十几 秒 ，是机 械 加工 效率 的 几十 倍 ；④ 工 件变 形 小 ，加工 精 条 度 高 ，缝 隙两 端无 残余 圆弧 ，缝形 规整 ；⑤ 加 工 范围广 ，不 但可 以加 工直
线矩 形缝 ，而 且可 以加工 不 同规格 的梯 形缝 、 曲线缝等 。
调整 好或 切割 头和筛 管 的联动 没有 协调好 ，在 加工 时要特 别注 意 。３ ）外喷
裹 Ｖ Ａ
复 合 防砂 筛 管 割 缝 激 光 加工 工 艺 研 究
黄文元 李
（． １ 胜利 油田胜利泵业有 限责任公司 山东 东营
平２ 姜丽丽２
山东 东营 ２７６ ） ５０ １
２ ７ ７ ；２ 中国石油大学 机 电总厂 ５０９ ．
［ 摘
要】 在介 绍激 光加工原理和 数控 激光加工机床基 础上，分析复合 防砂 筛管梯形割缝激 光加工的工艺方 案，并对加工常见质 量缺陷及产生原 因进行分析 。 割缝 激光加 工
筛 管外 径 ， △是 一个 工艺 调整值 ， 与筛管 壁厚 、激光 输 出功 率等 有关） ，保 证 切割 头上 喷嘴 到筛 管表 面距离 保持 不变 ；５ ）利 用脉冲 光在 割缝端 点打孔
将 筛 管 穿透 ，然 后 ，激光 由脉 冲 变为 连续 ，焦 点 变化 到切 割位 置 ，切割 头 沿 筛 管 轴线 方 向切 割 ，加 工 出梯 形 缝 的 ～个 梯形 面 ；６ ）切割 到 设计 缝长 后 ，套管顺 时针旋 转２ａ角 ，切割 头 向左 平移 ２６，然后 沿 回程切 割 出另 一
复 合筛 管割缝 是用 数控 激 光加 工机床 来 进行加 工 的 。筛 管 割缝 激光 加 工机床 与常 规板材激 光切割 机床 相比 的最大不 同在于 它的夹 紧分度 机构 、筛
助气 体压 力 过低 ， 引起筛 管基 体 烧蚀 造成 的 ，在 加工 时要 适 当选择 相 关参
渣 。产 生这 种缺 陷是 打 孔时激 光 器 功率 过低 、脉 冲频 率过 快 、熔渣 反 喷造
成的 。应 调整激 光输 出功 率和 打孔脉 冲频 率 ，减少或 避 免熔渣 外喷 。４ ）超
宽 。超 宽产 生 的原 因是切 割过 程 中激 光输 出功率 过高 ，进 给速 度过 慢 ，辅
２筛 管制缝 激光 加工 装备
防 砂效 果 。复合 防砂 筛 管 的割缝 为 细微 缝 ，形状 为双 梯 形 ，采用 普通 加 工 方 法难 以保 证质 量 。经 过 多次加 工 试验 和工 艺研 究 ，这 一加 工难 题 终于 得 到解 决 ，同时也 为类 似细 缝 的加工提 供 了新 的思路 。
１筛管 割缝 激光加 工原 理 筛管割 缝 的加 工就 是在 高强 度的 合金 钢管 上切 割 出按一 定规 律分 布 的 数 千 条 缝 隙 。 常 用 缝 隙 规 格 为 ： 缝 口 宽 度 ０ １ ～ ３ｍ ． ５ ｍ ；缝 隙 长 度 ５～ ０
激 光加 工 与传 统机 械 加 工方 法相 比具有 很 多优 点 ：① 激 光切 割 的切 缝 窄 ，最 小缝 口宽 度 可 以 达 Ｎｏ １ｍ ．ｍ ；② 激 光 切割 是 一 种 高 能量 、高 密 度、可 控性好 的无 接触 加工 ，无 刀具 磨损和 噪 声：⑨ 切 割效 率高 ，通 常加