1 激光切割設(shè)備的改進(jìn)和板材激光切割機(jī)相比，管材切割機(jī)有特殊的結(jié)構(gòu)和性能，如：激光器必須帶脈沖輸出功能；機(jī)床部分必須設(shè)帶加緊旋轉(zhuǎn)頭和尾座的支架、除渣裝置、排熱裝置等；光路部分必須適應(yīng)光軸相對(duì)管軸的轉(zhuǎn)動(dòng)；控制部分應(yīng)滿(mǎn)足多軸的控制和聯(lián)動(dòng)等。為此，作者研制了一種割縫篩管專(zhuān)用的激光切割機(jī)[1]，其結(jié)構(gòu)和性能包括了上述的特殊要求：激光器具有連續(xù)輸出和脈沖輸出功能；管材的夾緊旋轉(zhuǎn)頭A及定中尾座、輔助支架等部件座落在平臺(tái)上，平臺(tái)又置于帶導(dǎo)軌的底座上，通過(guò)齒輪齒條副平臺(tái)可沿著底座的導(dǎo)軌移動(dòng)；本機(jī)設(shè)置的除渣系統(tǒng)解決了渣堵和除渣問(wèn)題；排熱系統(tǒng)解決了切割的冷卻問(wèn)題；旋轉(zhuǎn)頭A的轉(zhuǎn)動(dòng)能完成縫的周向定位，平臺(tái)的移動(dòng)能完成縫的軸向定位；縫本身的切割（包括縫長(zhǎng)和梯形角）由管體與切割頭的聯(lián)動(dòng)完成或僅靠切割頭的運(yùn)動(dòng)完成。因而本機(jī)切割頭設(shè)計(jì)成多維運(yùn)動(dòng)的形式，能作x，y，z方向的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和y，z方向的浮動(dòng)，而聚焦透鏡的光軸能在管軸的垂面內(nèi)作±/2角的（為梯形角）旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所以本機(jī)在控制方面達(dá)到了五軸控制（x，y，z，A，），兩軸浮動(dòng)（y，z）和任意三軸聯(lián)動(dòng)，非常適于梯形縫的切割。梯形縫的激光切割方法
　　1.1 光軸轉(zhuǎn)動(dòng)切割法

　　厚壁長(zhǎng)篩管轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，用管體轉(zhuǎn)動(dòng)的切割方法難以保證精度和速度，而用光軸轉(zhuǎn)動(dòng)切割法則適宜。本方法的特點(diǎn)是在切割過(guò)程中管體不動(dòng)，僅靠切割頭的運(yùn)動(dòng)便可以切出梯形縫。
　　切割頭的運(yùn)動(dòng)包括平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)及聯(lián)動(dòng)。切割過(guò)程如下：調(diào)整好切割工藝參數(shù)，在管體定位和設(shè)備調(diào)整到起始位置后，先把切割頭的光軸以垂直方向?yàn)榛鶞?zhǔn)在管軸的垂面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng) /2角并在 y向平移，使其處在梯形角第一個(gè)斜面的方向。切割開(kāi)始先在縫的端部用脈沖光穿刺，穿刺孔打通后即刻用連續(xù)光（或脈沖光）在 x向進(jìn)行切割。在第一個(gè)斜面切完后切割頭隨即轉(zhuǎn)動(dòng)角度，同時(shí)在-y向聯(lián)動(dòng)，使切割光軸始終對(duì)準(zhǔn)已切出的切口并作管軸垂面內(nèi)的掃描，這樣便切開(kāi)去除體的一個(gè)端面，此時(shí)光軸也處在了另一個(gè)斜面的方向，接著切割頭在-x向運(yùn)動(dòng)，切出另一個(gè)斜面，以后切割頭即刻轉(zhuǎn) 角度，同時(shí)在 y向聯(lián)動(dòng)切開(kāi)去除體的另一個(gè)端面，這樣便完成了一條梯形縫的切割。切割頭在軸轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，光軸及焦點(diǎn)的空間位置時(shí)刻在發(fā)生變化，因而切割頭必須在y，z兩個(gè)方向和軸聯(lián)動(dòng)并浮動(dòng)，以保證切割光軸始終在已割出的切口內(nèi)，切口中心始終通過(guò)管軸，同時(shí)也保證焦點(diǎn)一直處在正確的位置。
　　1.2 管軸轉(zhuǎn)動(dòng)切割法

　　薄壁短篩管轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，適宜用本方法。本方法的特點(diǎn)是聚焦透鏡的光軸為垂直方向，在管軸轉(zhuǎn)動(dòng)和光軸平動(dòng)聯(lián)動(dòng)的條件下便可以切出梯形縫。切割過(guò)程如下：調(diào)整好切割工藝參數(shù)，在管體定位和設(shè)備調(diào)整到起始位置后，先把管體轉(zhuǎn)動(dòng) /2角度，使梯形角的一個(gè)斜面處于垂直位置，同時(shí)在-y向平移光軸到垂直斜面的上方。切割開(kāi)始在縫的端部用脈沖光穿刺，穿刺孔打通后即刻用連續(xù)光（或脈沖光）在 x向進(jìn)行第一個(gè)斜面的切割。當(dāng)這個(gè)斜面切完后管體隨即轉(zhuǎn)動(dòng)-角度，光束同時(shí)在 y向聯(lián)動(dòng)，使光束始終對(duì)準(zhǔn)第一個(gè)斜面的切口并在管軸的橫截面內(nèi)掃描，這樣便切開(kāi)去除體的一個(gè)端面，屆時(shí)另一個(gè)待切斜面已處在了垂直位置，切割頭便在-x向運(yùn)動(dòng)，切出另一個(gè)斜面，緊接著管體轉(zhuǎn)動(dòng) 角度，光束同時(shí)在-y向聯(lián)動(dòng)切開(kāi)去除體的另一個(gè)端面，這樣便完成了一條梯形縫的切割。管軸在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，割縫的空間位置時(shí)刻在發(fā)生變化，因而切割頭的光軸必須在y，z兩個(gè)方向隨管體的轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)動(dòng)并浮動(dòng)，從而保證切割光軸始終在已割出的切口內(nèi)，切口中心始終通過(guò)管軸，同時(shí)也保證焦點(diǎn)一直處在正確的位置。

　　1.3梯形縫激光切割的特殊情況

　　當(dāng)=0°時(shí)，縫形已為矩形縫。上述的兩種切割方法中，管軸及光軸不再轉(zhuǎn)動(dòng)。只要光軸垂直通過(guò)管軸，在軸向作單向切割線(xiàn)切割加工中如何選用電極絲，即可切出矩形縫。
　　當(dāng)>0°但梯形縫的內(nèi)開(kāi)口寬度≤2倍表面縫寬時(shí)，則上述的兩種切割方法中，縫腔的形成不需再進(jìn)行去除體兩個(gè)端面的切割，因在軸向切出兩個(gè)斜面的同時(shí)，縫腔內(nèi)的材料已全部去除。

　　1.4 梯形縫篩管的激光切割

　　單條梯形縫的切割是整根篩管的切割基礎(chǔ)，從切割程序來(lái)看，單縫的切割是一個(gè)子程序。
　　整根篩管上按一定規(guī)律分布著幾千條縫，旋轉(zhuǎn)頭A的旋轉(zhuǎn)或平臺(tái)的位移完成了縫與縫之間的周向定位或軸向定位，然后調(diào)用子程序，逐一切出每一條縫。是軸向一排排地切、周向一圈圈地切還是按其他順序切，都直接關(guān)系到切割的效果?？紤]到切割過(guò)程中的管體傳熱和管腔排熱，還是將整根篩管分成幾段，軸向一排排地切較好。

　　2 切割效果
　　用上述設(shè)備和方法切割的割縫篩管梯形縫達(dá)到了較高的技術(shù)指標(biāo)：縫寬：≥0.15±0.05mm；梯形角：0～40°；切割面粗糙度：Ra<6.3m；熱影響硬化層：厚度：≥0.3mm；硬度：≥HV800，增強(qiáng)了耐磨性和耐腐蝕性，提高了壽命。梯形縫結(jié)構(gòu)克服了矩形縫的砂堵現(xiàn)象，有很強(qiáng)的自潔作用，即進(jìn)入到縫腔中的砂粒，很容易被流體沖走。因而這種篩管流壓損失小、產(chǎn)量高、壽命長(zhǎng)、成本低，促進(jìn)了石油行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步和效益的提高。割縫篩管梯形縫激光切割的樣品見(jiàn)圖1.圖中，同一參數(shù)在軸向有兩條縫，一條是整縫，一條是斷面縫。在斷面上最窄的一條縫是0°，逆時(shí)針數(shù)第二條縫也是0°，但縫寬增加1倍，以后順次每縫增加4°，最大梯形角為40°。
　　
　　3 激光切割設(shè)備的改進(jìn)和板材激光切割機(jī)相比，管材切割機(jī)有特殊的結(jié)構(gòu)和性能，如：激光器必須帶脈沖輸出功能；機(jī)床部分必須設(shè)帶加緊旋轉(zhuǎn)頭和尾座的支架、除渣裝置、排熱裝置等；光路部分必須適應(yīng)光軸相對(duì)管軸的轉(zhuǎn)動(dòng)；控制部分應(yīng)滿(mǎn)足多軸的控制和聯(lián)動(dòng)等。為此，作者研制了一種割縫篩管專(zhuān)用的激光切割機(jī)[1]，其結(jié)構(gòu)和性能包括了上述的特殊要求：激光器具有連續(xù)輸出和脈沖輸出功能；管材的夾緊旋轉(zhuǎn)頭A及定中尾座、輔助支架等部件座落在平臺(tái)上，平臺(tái)又置于帶導(dǎo)軌的底座上，通過(guò)齒輪齒條副平臺(tái)可沿著底座的導(dǎo)軌移動(dòng)；本機(jī)設(shè)置的除渣系統(tǒng)解決了渣堵和除渣問(wèn)題；排熱系統(tǒng)解決了切割的冷卻問(wèn)題；旋轉(zhuǎn)頭A的轉(zhuǎn)動(dòng)能完成縫的周向定位，平臺(tái)的移動(dòng)能完成縫的軸向定位；縫本身的切割（包括縫長(zhǎng)和梯形角）由管體與切割頭的聯(lián)動(dòng)完成或僅靠切割頭的運(yùn)動(dòng)完成。因而本機(jī)切割頭設(shè)計(jì)成多維運(yùn)動(dòng)的形式，能作x，y，z方向的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和y，z方向的浮動(dòng)，而聚焦透鏡的光軸能在管軸的垂面內(nèi)作±/2角的（為梯形角）旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所以本機(jī)在控制方面達(dá)到了五軸控制（x，y，z，A，），兩軸浮動(dòng)（y，z）和任意三軸聯(lián)動(dòng)，非常適于梯形縫的切割。