激光割縫方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種激光割縫方法。激光割縫方法包括：步驟S1，將激光頭所發(fā)出的激光束的焦點設置在待加工件的內(nèi)部并在待加工件上形成通孔；步驟S2，按預定方向移動激光頭，利用沿遠離出氣口的方向逐漸發(fā)散的高壓氧氣吹除激光束加熱所形成的熔渣。應用本發(fā)明的技術方案，將激光束的焦點設置在待加工件的內(nèi)部，有利于提高待加工件的遠離激光頭的一側的溫度，然后在已發(fā)散了的高壓氧氣的吹力下，可形成沿遠離激光頭方向逐漸擴大的梯形形狀。
【專利說明】激光割縫方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及激光切割領域，具體而言，涉及一種激光割縫方法。

【背景技術】
[0002]國內(nèi)外各大油田的防砂采油，普遍采用繞絲篩管、預充填篩管、金屬網(wǎng)篩管、沖縫篩管等多層結構復雜的防砂篩管及普通無縫鋼制防砂割縫管。各種石油防砂篩管的制作是在厚度為4.0-12.0mm的普通無縫鋼管做基管的上面，用高功率激光切割、等離子切割或機械鉆切等方法，加工數(shù)量眾多的大小不同的各種孔、槽、縫等，再復合不銹鋼耐腐蝕的各類篩網(wǎng)。而石油防砂割縫管的制作則是直接在厚度為4.0-12.0mm的普通無縫鋼管上面，用高功率激光切割、等離子切割或機械切割等方法，加工數(shù)量眾多的、寬度不等的縫槽，主要在采油中起到防砂濾油作用。石油防砂篩管或防砂割縫管分套管類和油管類兩種，套管類的縫槽相對比較粗，油管類的縫隙較細小，普通鋼制石油防砂割縫管的用量將越來越多。
[0003]切割割縫管縫的形狀有矩形縫、梯形縫，新型復合縫三種。其中，管壁外部為矩形縫、內(nèi)部為梯形縫，是防砂濾油最理想的形狀，這樣可以大大增強了過濾效果，管壁內(nèi)層有較大角度的梯形縫，使得縫腔始終保持通暢，降低液流對縫口的磨損速度，且具備很好的“自潔”能力，不容易被腐蝕，堵塞與埋砂。
[0004]高功率激光切割石油防砂割縫管通常采用二氧化碳激光器或光纖激光器設備，功率一般在500kw-4000kw，利用計算機控制軟件和數(shù)控編程技術，完成控制設備技術參數(shù)的實現(xiàn)和切割工藝的實施。設備功率輸出的穩(wěn)定性應該與激光器的硬件質(zhì)量和計算機控制軟件的先進性有關，激光切割效果的實現(xiàn)一般來說與激光頭的類型和激光光斑的大小有關，很類似于照相機的鏡頭，有普通激光頭和變焦激光頭，激光光斑是指聚焦點的尺寸大小，二氧化碳激光器的光斑相對來說做得較大，而光纖激光器的光斑可以做得更較細小。小功率激光器則有半導體激光器、紫外激光器等，這些激光器也可以在薄的金屬表面完成切割、打孔等加工功能。
[0005]金屬的激光加工沒有各種生產(chǎn)污染，工人的勞動條件較好，就是光纖激光雖然有強輻射，但設備屏蔽做到位，還是能避免對員工的身體影響，況且激光切割效率很高，設備運行長期穩(wěn)定可靠，切割縫的質(zhì)量理想。
[0006]石油防砂割縫管上根據(jù)采油的使用技術要求，利用激光加工為割縫、割槽和打孔等形式，其加工的縫隙寬度，根據(jù)采油的地層條件不同而不同，最細的在0.05_左右，粗的達幾毫米，其中分布著粗細不同的縫隙，形成粗濾、細濾，精細過濾等系列產(chǎn)品。
[0007]1、國內(nèi)外用高功率激光器生產(chǎn)石油防砂割縫管，只能完成切割縫寬大于0.20mm的矩形縫，而小于0.20mm的矩形縫就不能切割。要激光生產(chǎn)割縫管的梯形縫，通常有兩種方法來實現(xiàn)。一種方法是利用激光頭在計算機軟件的控制下，切割縫時采取來回擺動，兩刀成型，因此，切割效率低下，割縫較粗壯，生產(chǎn)成本高。還有一種方法是在激光割縫后，利用機械滾壓的方法，僅僅在管壁的外表面收口一些，使得縫寬變窄，成一點點梯形狀，因此，工作效率也低下，況且縫隙在使用時，經(jīng)不起防砂濾油的沖刷就變粗大，而生產(chǎn)成本也較高。所以，這兩種方法在實際生產(chǎn)中都得不到有效的應用推廣。
[0008]2、國內(nèi)外用機械加工的方法生產(chǎn)石油防砂割縫管，只能完成切割縫寬大于0.20mm的矩形縫，而小于0.20mm的矩形縫就不能切割。況且各種生產(chǎn)污染很大，工人的勞動條件極差，切割效率低下，切割縫的質(zhì)量不理想。
[0009]3、國內(nèi)外用等離子切割的方法生產(chǎn)石油防砂割縫管，也只能完成切割縫寬大于
0.20mm的縫，而小于0.20mm的矩形縫就不能切割。況且各種生產(chǎn)污染也較大，工人的勞動條件較差，切割效率低，切割縫的質(zhì)量不理想。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明旨在提供一種激光割縫方法，以解決現(xiàn)有技術中不能采用激光割縫的方法實現(xiàn)單刀完成梯形縫的問題。
[0011]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種激光割縫方法，激光割縫方法包括:步驟Si，將激光頭所發(fā)出的激光束的焦點設置在待加工件的內(nèi)部并在待加工件上形成通孔；步驟S2，按預定方向移動激光頭，利用沿遠離出氣口的方向逐漸發(fā)散的高壓氧氣吹除激光束加熱所形成的熔渣。
[0012]進一步地，在步驟SI中激光頭的輸出功率小于步驟S2中激光頭的輸出功率。
[0013]進一步地，在步驟SI中氧氣的壓力小于在步驟S2中氧氣的壓力。
[0014]進一步地，在步驟SI和S2中，改變激光頭的輸出功率以改變割縫粗細。
[0015]進一步地，在步驟SI和S2中，改變氧氣的壓力以改變割縫粗細。
[0016]進一步地，在步驟SI和S2中，改變激光頭的移動速度以改變割縫粗細。
[0017]進一步地，在步驟SI和S2中，改變激光頭的移動速度以改變割縫的粗糙度。
[0018]應用本發(fā)明的技術方案，在形成割縫的過程中，首先將激光頭所發(fā)出的激光束的焦點設置在待加工件的內(nèi)部并在待加工件上形成通孔；按預定方向移動激光頭，利用沿遠離出氣口的方向逐漸發(fā)散的高壓氧氣吹除激光束加熱所形成的熔渣。應用本發(fā)明的技術方案，將激光束的焦點設置在待加工件的內(nèi)部，有利于提高待加工件的遠離激光頭的一側的溫度，然后在已發(fā)散了的高壓氧氣的吹力下，可形成沿遠離激光頭方向逐漸擴大的梯形形狀。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中:
[0020]圖1示出了本發(fā)明的激光割縫方法所加工割縫的垂直于割縫的延伸方向的截面圖。
[0021]上述附圖包括以下附圖標記:
[0022]1、第一段割縫；2、第二段割縫。

【具體實施方式】
[0023]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發(fā)明。
[0024]本發(fā)明實施例的激光割縫方法包括:步驟SI，將激光頭所發(fā)出的激光束的焦點設置在待加工件的內(nèi)部并在待加工件上形成通孔；步驟S2，按預定方向移動所述激光頭，利用沿遠離出氣口的方向逐漸發(fā)散的高壓氧氣吹除所述激光束加熱所形成的熔渣。
[0025]圖1示出了本發(fā)明的激光割縫方法所加工割縫的垂直于割縫的延伸方向的截面圖。割縫的截面分為靠近激光頭的第一段割縫I和遠離激光頭的第二段割縫2。
[0026]在割縫的過程中，激光束的焦點設置在待加工件的內(nèi)部，有利于提高待加工件位于激光束焦點的遠離激光頭的一側的溫度，發(fā)散的氧氣可以氧化燃燒更寬范圍的待加工件，然后在已發(fā)散了的高壓氧氣的吹力下，可形成沿遠離激光頭方向逐漸擴大的呈梯形的第二段割縫2。
[0027]而在待加工件位于激光束的焦點的靠近所述激光頭的一側，由于高壓氧氣尚未發(fā)散開，可以形成呈矩形或比第二段割縫2的寬度變化小呈梯形的第一段割縫I。
[0028]由于在執(zhí)行步驟SI的過程中，在待加工件上形成通孔時，激光頭在割縫的起始點停留的時間較長，容易出現(xiàn)通孔處的寬度大于割縫的其它部位的寬度的現(xiàn)象。
[0029]在形成所述通孔的過程中，隨孔深的逐漸增加，向所述待加工件內(nèi)部移動所述激光束的焦點。
[0030]影響形成的割縫的寬度的原因由以下幾種:
[0031]1、輸出功率(P)的影響。
[0032]激光輸出功率(P)與管材壁厚成正比關系，厚度越厚，切割所需的熱源就越多，激光輸出的功率相應就越大。反之，激光輸出的功率就相應越小。在切割同樣壁厚時，輸出功率越大，激光產(chǎn)生的熱源就越多，切割熱影響區(qū)就大，所切割的縫就變粗。反之，切割熱影響區(qū)就小，激光切割的縫可細小。
[0033]在步驟SI中所述激光頭的輸出功率小于步驟S2中所述激光頭的輸出功率。有利于解決上述的容易出現(xiàn)通孔處的寬度大于割縫的其它部位的寬度的問題。
[0034]由于上述原因，在步驟SI和S2中，改變所述激光的輸出功率以改變所述割縫粗細。
[0035]2、激光束焦點位置(h)的影響。
[0036]激光途經(jīng)聚光鏡會形成尺寸很小的焦點稱光斑，離開焦點后會產(chǎn)生一定角度的發(fā)散。激光頭光斑離管壁外表面的位置有(+、0、-)三種選擇。調(diào)整激光頭光斑的三種位置，會產(chǎn)生不同形狀的切割縫效果，激光切割梯形復合縫就要調(diào)整，利用激光聚焦點后產(chǎn)生的一定發(fā)散角來實現(xiàn)。如果激光頭光斑處于(+)位置，切割出的是矩形縫。
[0037]3、氧氣氣壓流量⑴的影響。
[0038]激光切割時氧氣氣壓流量是助燃劑，一般氧氣氣壓輸出是相對穩(wěn)定的，只是調(diào)整其流量。流量越大，切割時所產(chǎn)生的溫度就越高，割透的速度會加快，不會產(chǎn)生掛絲。反之，切割產(chǎn)生的溫度就會低，割透的速度會變慢，還容易產(chǎn)生嚴重掛絲，甚至割不透。氣壓高低的作用與氣體流量的作用相似，這里，氣壓流量與輸出功率(熱源)是一個相互匹配，相互協(xié)調(diào)的過程，需要技術經(jīng)驗摸索來實現(xiàn)。
[0039]在步驟SI和S2中，改變所述氧氣的壓力以改變所述割縫粗細。氧氣的壓力越大，形成的割縫的寬度也就越大。
[0040]4、激光切割速度越快，生產(chǎn)效率就越高。切割速度往往會影響割縫表面的粗糙度，影響管壁的割透性。如果切割速度太快，由于切割溫度低，有時就不能實現(xiàn)切割效果，在保證割透的前提下，切割速度快往往有利于割面的粗糙度。反之，太慢則不利于割面粗糙度，而且影響生產(chǎn)效率。切割速度又是與氣壓流量、輸出功率三者相互匹配，相互協(xié)調(diào)的過程，也需要技術經(jīng)驗摸索來實現(xiàn)。
[0041 ] 優(yōu)選地，在步驟SI和S2中，改變所述激光頭的速度以改變所述割縫粗細。
[0042]進一步地，在步驟SI和S2中，改變所述激光頭的速度以改變所述割縫的粗糙度。
[0043]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種激光割縫方法，其特征在于，所述激光割縫方法包括: 步驟SI，將激光頭所發(fā)出的激光束的焦點設置在待加工件的內(nèi)部并在待加工件上形成通孔； 步驟S2，按預定方向移動所述激光頭，利用沿遠離出氣口的方向逐漸發(fā)散的高壓氧氣吹除所述激光束加熱所形成的熔渣。
2.根據(jù)權利要求1所述的激光割縫方法，其特征在于，在步驟SI中所述激光頭的輸出功率小于步驟S2中所述激光頭的輸出功率。
3.根據(jù)權利要求1所述的激光割縫方法，其特征在于，在步驟SI中所述氧氣的壓力小于在步驟S2中所述氧氣的壓力。
4.根據(jù)權利要求1所述的激光割縫方法，其特征在于，在步驟SI和S2中，改變所述激光頭的輸出功率以改變所述割縫粗細。
5.根據(jù)權利要求1所述的激光割縫方法，其特征在于，在步驟SI和S2中，改變所述氧氣的壓力以改變所述割縫粗細。
6.根據(jù)權利要求1所述的激光割縫方法，其特征在于，在步驟SI和S2中，改變所述激光頭的移動速度以改變所述割縫粗細。
7.根據(jù)權利要求1所述的激光割縫方法，其特征在于，在步驟SI和S2中，改變所述激光頭的移動速度以改變所述割縫的粗糙度。
【文檔編號】B23K26/38GK104400233SQ201410584269
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權日:2014年10月27日
【發(fā)明者】高光亮, 金玉葉, 沈建, 林繼興, 李勇 申請人:浙江睿智鋼業(yè)有限公司