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近年来,激光加工在工业领域中的应用越来越广泛,己经在汽车、航空航天、造船、石油及能源工业、机械、冶金和电子等领域得到广泛应用。本文作者从2002年开始展开了对割缝筛管激光加工设备及工艺的研究开发工作。割缝筛管在水平井完井和采汕防砂中被广泛采用。割缝筛管的加工方法目前有金属块镶嵌法、电化学与机械加工复合加工法、陶瓷刀片切割法和激光切割法。前三种方法工序多、效率低、成本高且不能切出折线缝、曲线缝和梯形缝等复杂的缝型,激光切割不但可切出上述包括梯形缝在内的复杂的缝型,而且切缝的缝宽规则,缝中无挂渣,切缝质量较好。此外,激光加工还具有噪声低、效率高和成本低等优点。
可见,与传统的石油割缝筛管的加工方法相比,激光切割石油筛管的加工方法具有无与伦比的优势。在不远的将来,它必将取代传统的石油割缝筛管的加工方法从而成为石油割缝筛管的首选加工手段。
本文首先建立了激光切割石油割缝筛管过程中热传导方程,并对其进行了理论分析。此外,对激光切割石油割缝筛管加工系统所需的激光器和数控机床作了详细的描述并选择了一套性价比较高的激光加工系统。针对激光切割石油割缝筛管过程中的工件变形问题,设计了一套柔性的工装夹具,大大的减小了加工过程中的工件变形。并且提高了加工效率。
激光切割的工艺参数是激光切割石油割缝筛管过程中非常重要的一环,它直接关系到切缝质量和切割的效率。本文通过大量的对比工艺实验,系统地研究了激光功率、目描速度、辅助气体种类、压力和其他因素(光束直径、光束模式、离焦量等)对切割贡量的影响。并给出了一组优化的工艺参数。
最后,通过大批量的工业化生产加工的实际应用的案例我们得出结论:本文所设计的激光切割石油割缝筛管加工系统是目前石油割缝筛管加工领域内较为先进的加工系统。