0引言

　　油氣井出砂是當(dāng)前困擾疏松砂巖油藏開(kāi)采的重要問(wèn)題，它極大影響著油田生產(chǎn)的順利進(jìn)行，因而，各種防砂機(jī)械及防砂方法的研制一直是眾多科研院所的重要課題。目前，國(guó)內(nèi)外油田上廣泛使用的防砂篩管的割縫多為矩形和單梯形割縫篩管。這種割縫加工簡(jiǎn)單，但易造成砂粒堵塞.降低防砂效果。復(fù)合防砂篩管的割縫為細(xì)微縫，形狀為雙梯行，采用普通加工方法難以保證質(zhì)量。經(jīng)過(guò)多次加工試驗(yàn)和工藝研究。這一加工難題終于得到解決，同時(shí)也為類似細(xì)縫的加工提供了新的思路。

　　1篩管割縫激光加工原理

　　篩管割縫的加工就是在高強(qiáng)度的合金鋼管上切割出按一定規(guī)律分布的數(shù)千條縫隙。常用縫隙規(guī)格為：縫口寬度0.15～3mm：縫隙長(zhǎng)度50～300mm：縫形截面主要為矩形和梯形。切割時(shí)利用經(jīng)聚焦的高密度激光束照射篩管需要加工部位，同時(shí)輔助同軸吹氧，激光束的能量被材料吸收，引起照射處材料表面溫度急劇上升，使管體材料熔融或汽化，并形成孔洞。當(dāng)光束與工件沿一定軌跡作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就可在管體上加工出一定形狀的切縫。

　　激光加工與傳統(tǒng)機(jī)械加下方法相比具有很多優(yōu)點(diǎn)：①激光切割的切縫窄，最小縫口寬度可以達(dá)到0.1mm;②激光切割是一種高能量、高密度、可控性好的無(wú)接觸加工，無(wú)刀具磨損和噪聲;③切割效率高，通常加工1條縫僅需十幾秒，是機(jī)械加工效率的幾十倍;④工件變形小，加工精度高，縫隙兩端無(wú)殘余圓弧，縫形規(guī)整：⑤加工范圍廣，不但可以加工直線矩形縫，而且可以加工不同規(guī)格的梯形縫，曲線縫等。

　　2篩管割縫激光加工裝備

　　復(fù)合篩管割縫是用數(shù)控激光加工機(jī)床來(lái)進(jìn)行加工的。篩管割縫激光加工機(jī)床與常規(guī)板材激光切割機(jī)床相比的最大不同在于它的夾緊分度機(jī)構(gòu)、篩管支撐和拖動(dòng)裝置。夾緊分度機(jī)構(gòu)主要完成加工過(guò)程中篩管的旋轉(zhuǎn)和周向定位，篩管支撐和拖動(dòng)裝置主要完成篩管的拖動(dòng)以及防止篩管的懸伸變形。

　　常用的數(shù)控激光加工機(jī)床主要有2種形式：懸臂式和龍門式。懸臂式機(jī)床的特點(diǎn)是加工過(guò)程中，整個(gè)篩管不動(dòng)，激光切割頭沿工件軸線方向做高速移動(dòng)，切割效率高。機(jī)床懸臂為鋁合金板材焊接成的框架結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度和剛度高，可避免高速移動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)慣量過(guò)大、光斑漂移等弊?。糊堥T式機(jī)床的特點(diǎn)是激光切割頭不動(dòng)，篩管相對(duì)于激光切割頭進(jìn)行同轉(zhuǎn)分度和沿軸線方向移動(dòng)。機(jī)床整體剛度好，激光輸出穩(wěn)定。由于篩管長(zhǎng)商重，位移速度慢，裝卸難度也較大。復(fù)合篩管割縫加工常用的是懸臂式機(jī)床.

　　3篩管割縫激光加工工藝

　　復(fù)合防砂篩管的布縫規(guī)律是：在軸向，各割縫以一定軸向距均布在篩管同一母線上，形成一列縫，整根篩管均布著幾十列割縫。具體加工工藝如下(如圖l所示)：

　　1)將管體裝在支架上，一端由旋轉(zhuǎn)定中器支撐，另一端由數(shù)控旋轉(zhuǎn)頭夾緊，保證管軸和機(jī)床x軸平行;

　　2)調(diào)整激光切割頭，使切割頭光軸位于過(guò)管軸的垂直面內(nèi)，并使切割頭氣體噴嘴位于管體最高點(diǎn)處;

　　3)在機(jī)床Z向移動(dòng)切割頭，使焦點(diǎn)位于穿孔位置上，并調(diào)整切割頭噴嘴與篩管表面的距離到預(yù)設(shè)值：

　　4)將篩管逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)a角a等于梯形縫錐度的I/2)，使縫隙的一個(gè)梯形面處于豎直位置，切割頭向左平移δ=(D/2)Sina-△(D為篩管外徑，△是一個(gè)工藝調(diào)整值，與篩管壁厚、激光輸出功率等有關(guān))，保證切割頭上噴嘴到篩管表面距離保持不變：

　　5)利用脈沖光在割縫端點(diǎn)打孔將篩管穿透，然后，激光由脈沖變?yōu)檫B續(xù)，焦點(diǎn)變化到切割位置，切割頭沿篩管軸線方向切割，加工出梯形縫的一個(gè)梯形面：

　　6)切割到設(shè)計(jì)縫長(zhǎng)后。套管順時(shí)針旋轉(zhuǎn)2a角.切割頭向左平移2δ，然后沿回程切割出另一個(gè)梯形面，加工完成一條完整的梯形縫：7)按照同樣的操作，周向復(fù)始，便可完成整根篩管的加工。

　　4篩管割縫激光加工質(zhì)量缺陷及分析

　　割縫進(jìn)行激光加工的關(guān)鍵在于合理地選用工藝參數(shù)，加工中如果選用的工藝參數(shù)不合理，就會(huì)出現(xiàn)各種加工質(zhì)量缺陷，嚴(yán)重情況下甚至可能造成整根篩管的報(bào)廢。

　　1)爆孔。單縫切割時(shí)穿孔的工藝參數(shù)設(shè)置不適應(yīng)整管切割時(shí)的穿孔缺陷。產(chǎn)生原因是打孔時(shí)激光輸出功率過(guò)高、脈沖頻率過(guò)快或篩管壁厚不均.解決的方法足調(diào)整激光器輸出功率和脈沖頻率。

　　2)勾頭。這種缺陷出現(xiàn)在寬縫(縫寬大于1mm)加工過(guò)程中，主要原因是切割頭在折彎處速度沒(méi)有調(diào)整好或切割頭和篩管的聯(lián)動(dòng)沒(méi)有協(xié)調(diào)好，在加工時(shí)要特別注意。

　　3)外噴渣。產(chǎn)生這種缺陷是打孔時(shí)激光器功率過(guò)低、脈沖頻率過(guò)快、熔渣反噴造成的。應(yīng)調(diào)整激光輸出功率和打孔脈沖頻率，減少或避免熔渣外噴。

　　4)超寬。超寬產(chǎn)生的原因是切割過(guò)稗中激光輸出功率過(guò)高，進(jìn)給速度過(guò)慢，輔助氣體壓力過(guò)低，引起篩管基體燒蝕造成的，在加工時(shí)要適當(dāng)選擇相關(guān)參數(shù)來(lái)避免。

　　5)內(nèi)掛渣。是篩管切割過(guò)程中容易出現(xiàn)、難以解決的技術(shù)難題，生產(chǎn)中主要通過(guò)提高輔助氣體的壓力和其他相應(yīng)工藝措施來(lái)避免內(nèi)掛渣的產(chǎn)生。

　　割縫激光加工出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷還有很多，如燒切、分度不均、錐形縫等，每類缺陷產(chǎn)生原因各不相同，應(yīng)根據(jù)情況認(rèn)真分析，采取措施，提高篩管加工質(zhì)量。

　　5結(jié)論

　　1)復(fù)合防砂篩管割縫的加工質(zhì)量主要取決于單條割縫的尺寸精度、縫形規(guī)整度、縫腔表面粗糙度以及割縫軸向和周向分布精度;

　　2)激光切割與傳統(tǒng)機(jī)械加工相比具有加工效率高、加工精度高、加工范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，篩管割縫的加工應(yīng)優(yōu)先選用激光加工;

　　3)細(xì)微梯形縫和寬縫的加工難度較大。采用本文介紹的工藝方案可解決這些技術(shù)難題;

　　4)割縫激光切割的關(guān)鍵在于選用合理工藝參數(shù)，參數(shù)選用不合理，會(huì)造成各種加工質(zhì)量缺陷，甚至使整根篩管報(bào)廢，應(yīng)不斷優(yōu)化加工工藝參數(shù)，提高篩管加工質(zhì)量。