篩管的雷射割縫機的製作方法
2023-05-14 04:42:31 1
專利名稱：篩管的雷射割縫機的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於雷射加工工具機，它涉及一種用雷射工藝的割縫工具機的結構。
篩管是用在油井、氣井中完井或防砂的地下管道，它應具有生產率高即過流面積大，還要有防止砂粒通過的性能，因此對在管子上所作出縫隙的尺寸、分布情況和縫隙的斷面形狀都有嚴格的要求。早期的篩管採用繞絲的結構，將不鏽鋼筋均布成圓管形，在上邊按一定間隙纏繞不鏽鋼絲並焊接固定，形成篩狀圓管。這種篩管用於側鑽井，水平井時極易產生「亂絲」現象，使防砂失敗，不能滿足油田氣田的要求。近年來又出現了一種新型篩管，即在鋼管管體上按一定的分布規律割出細縫，以這種形式可以代替過去的繞絲篩管，它的質量穩定性有很大改善，但它在加工工藝和設備上還受到很大限制。目前常見的加工方法用薄的陶瓷刀片來切割，它存在著生產效率低、成本高及汙染環境的問題，且只能切割直線縫隙，在批量生產中存在著較大問題。經實踐和研究發現曲線縫比直線縫有更大的過流面積，在油氣田的使用中能提高產量；另外，縫隙斷面為梯形的，有明顯的自潔作用，即管子外表面的縫寬小於管子內表面的寬度，它不會被砂粒堵死而降低生產率。前述的曲線型縫是片狀刀片根本作不出來的，梯形縫的加工受尺寸限制用片狀刀加工也極為困難。隨著工業技術的發展，雷射加工工具機的種類很多，但用於切割加工曲線型或梯形縫篩管的專用雷射加工工具機還沒有見到。
本實用新型的目的是為了克服使用陶瓷刀片加工篩管工藝和設備上的不足及通用的雷射加工工具機加工大量長管的篩縫難度極大的問題特提出一種能加工曲線縫和梯形截面縫的篩管的雷射割縫機，它採用了先進的雷射工藝，具有質好生產率高的特點。
按如上構思，本方案所提出的能加工出截面為梯形或曲線、折線縫篩管的雷射割縫機，它是由雷射器、光學切割頭、工作檯、用計算機和軟體控制各種關聯運動和雷射參數的控制臺所組成，其具體的特徵是它的雷射器內裝帶脈衝功能的CO2雷射發生器，或高重複頻率高平均功率的YAG雷射發生器；它的光學切割頭是具有三個平動一個轉動共四處自由度的傳遞雷射光束的部件，它由反射鏡K、L、M、聚焦鏡N、高度傳感器O、橫向傳感器P所組成，其中光學切割頭B相對雷射器可作Y向平動，反光鏡L、M和聚焦鏡N的部分I相對反光鏡K可作Z向平動，反射鏡M和聚焦鏡N的部分II相對反射鏡L可作X向平動，聚焦鏡N的中心線相對於反射鏡L、M的光軸線可作轉動，各向平動都是用滾球導軌支撐、滾珠絲槓傳動、步進電機或伺服電機驅動的，轉動運動是由步進電機或伺服電機驅動的，高度傳感器和橫向傳感器均採用工具機編碼器；它的工作檯是一個為工件提供進給運動的床身部件，它包括基座、床面、驅動齒輪、齒條和液壓馬達，它的驅動齒輪是由液壓馬達驅動的，在床面上裝有前後兩個旋轉頭支架，在支架上裝有可夾緊工件的旋轉頭，旋轉頭用步進電機或伺服電機驅動，在旋轉頭支架中通過固定支架夾持一個比工件略長的集渣器，在支架上還接出一個排熱管，排熱管另一端接引風機。
本方案中的光學切割頭中的三個反射鏡之間光線傳遞的光路轉折均為90°，其聚焦鏡的轉動範圍為±35°。該方案中集渣器是一個半圓弧形的長板，安裝時凹面向上。
採用本方案能體現如下的優越性①本工具機工作時各種關聯運動是由控制臺上的計算機及軟體進行程序控制，使各自由度的運動和工具機進給運動相結合，可形成複雜的合成運動，能加工出梯形縫、曲線縫、折線縫，這些對陶瓷刀片機械加工來說都是力所不及的；②雷射加工篩管的縫隙表面質量好；③它加工的速度快，生產率高，運轉成本低，因此篩管的售價低；④適於大批量生產篩管使用。
圖1、圖2是本方案雷射的篩管割縫機主要工作部件雷射器和光學切割頭的示意圖。圖2是圖1的側視圖。
圖3、圖4是工作檯的結構示意圖。圖4是圖3的側視圖。
圖5是曲線縫的示意圖。
圖6是折線縫的示意圖。
圖7、圖8是梯形縫的加工示意圖。
現結合
本方案的實施例。該方案是一個加工篩管的專用工具機。它的雷射器(A)內裝CO2雷射發生器或YAG固體雷射發生器，可採用型號很多，如PRC2200、RS2000SM、RS1000P、或CW020等。它的光學切割頭(B)內部裝有反射鏡(K)、(L)、(M)、聚焦鏡(N)、高度傳感器(O)、橫向傳感器(P)，該光學切割頭相對雷射器可作Y向平動，反射鏡(L)、(M)和聚焦鏡(N)組成的部分I相對反射鏡(K)可作Z向平動，反射鏡(M)和聚光鏡(N)組成的部分II相對反射鏡(L)可作X向平動，聚焦鏡(N)相對反射鏡(L)和(M)之間的光軸線作轉動，各向平動都是用滾珠導軌支撐、滾珠絲槓傳動、步進電機或伺服電機驅動的，其轉動亦由步進電機或伺服電機驅動的。滾珠導軌可選用GGB型，滾珠絲槓可選用FF2型浮動內循環形式。高度傳感器(O)和橫向傳感器(P)可選用LF型工具機用編碼器。工作檯部分採用與管子等長的方式架持，管長為12米，床面(2)由床身(1)支持，其導軌一邊為三角形，另一邊為平面，床面通過驅動齒輪(4)和齒條(3)傳動，齒輪的轉動由液壓馬達驅動。床面兩端用旋轉支架(6)上的旋轉頭(7)夾緊工件(11)，在兩端旋轉頭支架中通過固定支架(13)固定聯接著集渣器(9)，集渣器不動，其凹面永遠朝上，旋轉頭用步進電機或伺服電機驅動，在一端的旋轉頭支架上還接出一排熱管(12)，排熱管的另一端接引風機，加工時有大量的風流過管子使之冷卻。控制臺上裝有計算機，通過軟體可以控制各種相關聯的運動參數及雷射器的各種參數。由於它能使工件相對於雷射束作出複雜的合成運動，故可加工出折線縫和曲線縫。至於梯形縫的加工可用轉動切割頭或將工件旋轉並偏置的方法得出。
本方案的構思經各種實驗得到驗證，雷射加工的線速度高於機械加工方法的速度，所以它的生產率高；該工具機是專用於加工篩管的，所以它的操作方便；它切出的割縫粗糙度好且尺寸準確，它能切≥0.1mm的縫，其誤差為±0.05mm。梯形角度可達35°。與陶瓷刀片割縫相比顯示了極大的優越性。
權利要求1.一種縫隙截面為梯形而縫型為曲線或折線縫篩管的雷射割縫機，它是由雷射器(A)、光學切割頭(B)、工作檯、用計算機和軟體控制各種關聯運動和雷射器工作參數的控制臺所組成，其具體的特徵是它的雷射器內裝帶脈衝功能的CO2雷射發生器，或高重複頻率高平均功率的YAG雷射發生器；它的光學切割頭(B)是具有三個平動一個轉動共四個自由度的傳遞雷射光束的部件，它由反射鏡(K)、(L)、(M)、聚焦鏡(N)、高度傳感器(O)、橫向傳感器(P)所組成，其中光學切割頭相對雷射器(A)可作Y向平動，反射鏡(L)(M)和聚焦鏡(N)的部分I相對反射鏡(K)可作Z向平動，反射鏡(M)和聚焦鏡(N)的部分II相對反射鏡(L)可作X向平動，聚焦鏡(N)的中心線相對於反射鏡(L)、(M)的光軸可作轉動，各向平動都是用滾球導軌支撐、滾珠絲槓傳動、步進電機或伺服電機驅動的，轉動運動是由步進電機或伺服電機驅動的，高度傳感器(O)和橫向傳感器(P)均採用工具機編碼器；它的工作檯是一個為工件提供進給運動的床身部件，它包括基座(1)、床面(2)、驅動齒輪(4)、齒條(3)和液壓馬達(5)，它的驅動齒輪(4)是由液壓馬達(5)驅動的，在床面上裝有前後兩個旋轉頭支架(6)，在支架上裝有可夾緊工件(11)的旋轉頭(7)，旋轉頭用步進電機或伺服電機(10)驅動，在旋轉頭支架中通過固定支架(13)夾持一個比工件略長的集渣器(9)，在支架上還接出一個排熱管(12)。
2.按照權利要求1所述的割縫機，其特徵是它的光學切割頭中的三個反射鏡之間光線轉折角度均為90°，其聚焦鏡的轉動自由度為±35°。
3.按照權利要求1所述的割縫機，其特徵是本方案中的集渣器(9)是一個半圓弧的長板，其凹入面向上。
專利摘要本實用新型屬於雷射加工工具機。為克服繞絲篩管及用陶瓷刀片割縫的篩管質量和工藝上所存在的問題特提出本方案。該專用工具機由雷射器、光學切割頭、工作檯及控制臺所組成，它的切割頭可作三向平動一個轉動，工作檯可提供工件的平動和轉動，在計算機和軟體的控制下，工件對雷射束可作出複雜的合成運動，因此可以切出各種縫隙，可以切出片狀刀製作不出的曲線縫、折線縫和梯形縫。它具有生產率高、質量好、便於操作、適於大批量加工篩管的特點。
文檔編號B23K26/00GK2269265SQ96205220
公開日1997年12月3日 申請日期1996年3月7日 優先權日1996年3月7日
發明者張珊, 馬效賢, 康少英, 張桂華, 郭元龍, 王玉海, 申旺周, 溫勁葦, 高巖, 申鵬 申請人:天津市雷射技術研究所