1 激光切割設備的改進和板材激光切割機相比，管材切割機有特殊的結(jié)構(gòu)和性能，如：激光器必須帶脈沖輸出功能；機床部分必須設帶加緊旋轉(zhuǎn)頭和尾座的支架、除渣裝置、排熱裝置等；光路部分必須適應光軸相對管軸的轉(zhuǎn)動；控制部分應滿足多軸的控制和聯(lián)動等。為此，作者研制了一種割縫篩管專用的激光切割機[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上，平臺又置于帶導軌的底座上，通過齒輪齒條副平臺可沿著底座的導軌移動；本機設置的除渣系統(tǒng)解決了渣堵和除渣問題；排熱系統(tǒng)解決了切割的冷卻問題；旋轉(zhuǎn)頭A的轉(zhuǎn)動能完成縫的周向定位，平臺的移動能完成縫的軸向定位；縫本身的切割（包括縫長和梯形角）由管體與切割頭的聯(lián)動完成或僅靠切割頭的運動完成。因而本機切割頭設計成多維運動的形式，能作x，y，z方向的直線運動和y，z方向的浮動，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)運動。所以本機在控制方面達到了五軸控制（x，y，z，A，），兩軸浮動（y，z）和任意三軸聯(lián)動，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)動切割法

　　厚壁長篩管轉(zhuǎn)動慣量較大，用管體轉(zhuǎn)動的切割方法難以保證精度和速度，而用光軸轉(zhuǎn)動切割法則適宜。本方法的特點是在切割過程中管體不動，僅靠切割頭的運動便可以切出梯形縫。
　　切割頭的運動包括平動、轉(zhuǎn)動及聯(lián)動。切割過程如下：調(diào)整好切割工藝參數(shù)，在管體定位和設備調(diào)整到起始位置后，先把切割頭的光軸以垂直方向為基準在管軸的垂面內(nèi)轉(zhuǎn)動 /2角并在 y向平移，使其處在梯形角第一個斜面的方向。切割開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向進行切割。在第一個斜面切完后切割頭隨即轉(zhuǎn)動角度，同時在-y向聯(lián)動，使切割光軸始終對準已切出的切口并作管軸垂面內(nèi)的掃描，這樣便切開去除體的一個端面，此時光軸也處在了另一個斜面的方向，接著切割頭在-x向運動，切出另一個斜面，以后切割頭即刻轉(zhuǎn) 角度，同時在 y向聯(lián)動切開去除體的另一個端面，這樣便完成了一條梯形縫的切割。切割頭在軸轉(zhuǎn)動的過程中，光軸及焦點的空間位置時刻在發(fā)生變化，因而切割頭必須在y，z兩個方向和軸聯(lián)動并浮動，以保證切割光軸始終在已割出的切口內(nèi)，切口中心始終通過管軸，同時也保證焦點一直處在正確的位置。
　　1.2 管軸轉(zhuǎn)動切割法

　　薄壁短篩管轉(zhuǎn)動慣量較小，適宜用本方法。本方法的特點是聚焦透鏡的光軸為垂直方向，在管軸轉(zhuǎn)動和光軸平動聯(lián)動的條件下便可以切出梯形縫。切割過程如下：調(diào)整好切割工藝參數(shù)，在管體定位和設備調(diào)整到起始位置后，先把管體轉(zhuǎn)動 /2角度，使梯形角的一個斜面處于垂直位置，同時在-y向平移光軸到垂直斜面的上方。切割開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向進行第一個斜面的切割。當這個斜面切完后管體隨即轉(zhuǎn)動-角度，光束同時在 y向聯(lián)動，使光束始終對準第一個斜面的切口并在管軸的橫截面內(nèi)掃描，這樣便切開去除體的一個端面，屆時另一個待切斜面已處在了垂直位置，切割頭便在-x向運動，切出另一個斜面，緊接著管體轉(zhuǎn)動 角度，光束同時在-y向聯(lián)動切開去除體的另一個端面，這樣便完成了一條梯形縫的切割。管軸在轉(zhuǎn)動過程中，割縫的空間位置時刻在發(fā)生變化，因而切割頭的光軸必須在y，z兩個方向隨管體的轉(zhuǎn)動聯(lián)動并浮動，從而保證切割光軸始終在已割出的切口內(nèi)，切口中心始終通過管軸，同時也保證焦點一直處在正確的位置。

　　1.3梯形縫激光切割的特殊情況

　　當=0°時，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。只要光軸垂直通過管軸，在軸向作單向切割線切割加工中如何選用電極絲，即可切出矩形縫。
　　當>0°但梯形縫的內(nèi)開口寬度≤2倍表面縫寬時，則上述的兩種切割方法中，縫腔的形成不需再進行去除體兩個端面的切割，因在軸向切出兩個斜面的同時，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，從切割程序來看，單縫的切割是一個子程序。
　　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
　　用上述設備和方法切割的割縫篩管梯形縫達到了較高的技術(shù)指標：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，有很強的自潔作用，即進入到縫腔中的砂粒，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、成本低，促進了石油行業(yè)技術(shù)的進步和效益的提高。割縫篩管梯形縫激光切割的樣品見圖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 激光切割設備的改進和板材激光切割機相比，管材切割機有特殊的結(jié)構(gòu)和性能，如：激光器必須帶脈沖輸出功能；機床部分必須設帶加緊旋轉(zhuǎn)頭和尾座的支架、除渣裝置、排熱裝置等；光路部分必須適應光軸相對管軸的轉(zhuǎn)動；控制部分應滿足多軸的控制和聯(lián)動等。為此，作者研制了一種割縫篩管專用的激光切割機[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上，平臺又置于帶導軌的底座上，通過齒輪齒條副平臺可沿著底座的導軌移動；本機設置的除渣系統(tǒng)解決了渣堵和除渣問題；排熱系統(tǒng)解決了切割的冷卻問題；旋轉(zhuǎn)頭A的轉(zhuǎn)動能完成縫的周向定位，平臺的移動能完成縫的軸向定位；縫本身的切割（包括縫長和梯形角）由管體與切割頭的聯(lián)動完成或僅靠切割頭的運動完成。因而本機切割頭設計成多維運動的形式，能作x，y，z方向的直線運動和y，z方向的浮動，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)運動。所以本機在控制方面達到了五軸控制（x，y，z，A，），兩軸浮動（y，z）和任意三軸聯(lián)動，非常適于梯形縫的切割。