一、切割(ge)原理(li)

  水射流切割(ge)屬(shu)于一種新(xin)型冷(leng)加工工藝，它能(neng)在條件惡劣(lie)且嚴(yan)禁煙火的(de)現場使用，得(de)到了廣(guang)泛的(de)重(zhong)視(shi)，現給予介紹。水射流切割(ge)是(shi)(shi)集機械、電(dian)子、計算機、自動控(kong)制技術為一體(ti)的(de)高新(xin)科技成果，是(shi)(shi)近幾年來(lai)(lai)才發展起來(lai)(lai)的(de)一種嶄新(xin)的(de)材料(liao)加工方(fang)法(fa)。

  水射流切(qie)(qie)割的原(yuan)理是利用一定(ding)高(gao)(gao)(gao)壓(ya)的純水或帶有切(qie)(qie)割磨料(liao)的液漿，經切(qie)(qie)割噴管(guan)射出(chu)具(ju)有高(gao)(gao)(gao)密度沖擊(ji)的液柱，直(zhi)沖被加工(gong)物體進(jin)行切(qie)(qie)割。按水壓(ya)高(gao)(gao)(gao)低(di)的不(bu)同，可(ke)分(fen)為低(di)壓(ya)和(he)高(gao)(gao)(gao)壓(ya)水射流切(qie)(qie)割兩種(zhong)，圖6-17和(he)圖6-18為水射流切(qie)(qie)割工(gong)藝原(yuan)理示(shi)意圖。

二、切(qie)割特點

 水射流切割(ge)技(ji)術有下列特點(dian)：

 1. 切割(ge)的水射流壓(ya)力大 

    水射流壓力為幾十(shi)到(dao)幾百兆(zhao)帕，以2～3倍聲速(su)產生(sheng)巨大(da)的(de)射流能(neng)(neng)量(liang)密(mi)度(du)來(lai)切(qie)割(ge)物體(ti)。被(bei)切(qie)割(ge)工(gong)(gong)件(jian)的(de)切(qie)口溫(wen)升很低，一般(ban)溫(wen)度(du)不超過100℃，這(zhe)是與其他熱切(qie)割(ge)工(gong)(gong)藝相比最(zui)為突(tu)出的(de)優點。這(zhe)樣，它就(jiu)排除了被(bei)切(qie)割(ge)工(gong)(gong)件(jian)產生(sheng)變(bian)形、切(qie)口部(bu)分的(de)熱影響區和組織變(bian)化的(de)可能(neng)(neng)性。它在嚴禁煙火(huo)的(de)場(chang)合，如海洋石油(you)鉆(zhan)井平臺、煉油(you)廠、大(da)型油(you)罐、油(you)氣輸(shu)送(song)管路(lu)等處(chu)，能(neng)(neng)安全可靠(kao)地使(shi)用。

 2. 水(shui)射流切割的(de)切口(kou)質(zhi)量十分優異 

    切(qie)(qie)口表面平滑，不存在任何毛刺和氧化殘跡(ji)，切(qie)(qie)口的間(jian)(jian)隙很窄，用(yong)純水切(qie)(qie)割，一般可控制在0.1mm以內；添(tian)加一定(ding)切(qie)(qie)割磨料則(ze)在1.2～2.0mm之間(jian)(jian)。切(qie)(qie)口不需要進行二次加工(gong)，簡化了加工(gong)程序。

 3. 切割厚(hou)度(du)范(fan)圍比(bi)較寬 

    水(shui)射(she)(she)流(liu)的(de)切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)厚(hou)(hou)度(du)范圍比(bi)較寬，最大(da)(da)切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)厚(hou)(hou)度(du)可(ke)大(da)(da)于100mm。對于厚(hou)(hou)為2.0mm的(de)特(te)殊(shu)鋼板，切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)速度(du)可(ke)達100cm／min，盡管水(shui)射(she)(she)流(liu)切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)速度(du)略遜于激光切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)，但(dan)它在切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)過程中不會產(chan)生大(da)(da)量的(de)切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)熱，所以在實(shi)際應用上，水(shui)射(she)(she)流(liu)切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)更(geng)具有(you)優越性。

 4. 切割(ge)對象廣泛 

    這種(zhong)切割方法不僅適(shi)用(yong)于金屬(shu)和非(fei)金屬(shu)的切割，也適(shi)用(yong)于復合材(cai)料、熱敏感材(cai)料的加(jia)工。

 5. 優良的操作環境 

    水射流切割過程中(zhong)無(wu)輻射線、無(wu)飛(fei)(fei)濺粒子，避免(mian)了(le)(le)灰塵飛(fei)(fei)揚現象，環境不受污(wu)染。即使(shi)是磨(mo)料(liao)水射流切割，磨(mo)料(liao)的粉塵和切割屑也能(neng)直接被水流沖走，進入收集器內，確保(bao)了(le)(le)操作者的身體健(jian)康，可(ke)稱得上是一種綠色(se)環保(bao)的加工方(fang)法。

  由(you)于水射流切割有上述優(you)點，在航(hang)空航(hang)天(tian)、原子能、石(shi)油、化工、水下工程及建筑等行業均有廣(guang)泛(fan)應用的前景。

三、切(qie)割工藝(yi)

 1. 切割方法(fa)

   目(mu)前的(de)水射(she)流切(qie)割方法有(you)低壓和(he)高壓水射(she)流兩種(zhong)。

   低壓(ya)水射(she)流切割(ge)(ge)(ge)是(shi)將高壓(ya)水（14～69MPa）和切割(ge)(ge)(ge)磨料(liao)首先在(zai)一加壓(ya)儲罐內進(jin)行預混合，然(ran)后將混合好的(de)磨料(liao)液(ye)漿經過一軟管直接送到割(ge)(ge)(ge)槍內進(jin)行切割(ge)(ge)(ge)，如圖6-17所示。被切割(ge)(ge)(ge)工(gong)件可以在(zai)遠離切割(ge)(ge)(ge)電(dian)源500m處或者水下進(jin)行切割(ge)(ge)(ge)。

   高壓水(shui)射(she)流(liu)切(qie)割(ge)是將(jiang)高壓水(shui)（大于240MPa）和干燥磨料分別通(tong)過各自軟(ruan)管(guan)輸送，然(ran)后在割(ge)槍的混合腔內進行混合，并完成物(wu)件的切(qie)割(ge)加工(gong)，如圖6-18所示。被切(qie)割(ge)加工(gong)工(gong)件一般在切(qie)割(ge)電(dian)源附近進行。

   低壓和(he)高壓水(shui)射(she)流(liu)切割(ge)(ge)在相(xiang)(xiang)同條件下(xia)進行切割(ge)(ge)加工時，前者水(shui)和(he)切割(ge)(ge)磨料的消耗(hao)僅為(wei)后者的1/8～1/3；從割(ge)(ge)槍(qiang)的結構上看，低壓水(shui)射(she)流(liu)切割(ge)(ge)的割(ge)(ge)槍(qiang)相(xiang)(xiang)對簡單些；從能(neng)量(liang)(liang)消耗(hao)來看，低壓水(shui)射(she)流(liu)切割(ge)(ge)所(suo)耗(hao)能(neng)量(liang)(liang)較(jiao)小。所(suo)以目前低壓水(shui)射(she)流(liu)切割(ge)(ge)為(wei)最(zui)有效的切割(ge)(ge)工藝(yi)。

 2. 切割磨料(liao)

   水(shui)射流切(qie)割(ge)所用(yong)(yong)的(de)(de)(de)磨料，主(zhu)要有(you)金剛砂(sha)、橄欖石、石榴(liu)石、煉(lian)銅爐渣(zha)和(he)氧化物。其中煉(lian)銅爐渣(zha)較為理想(xiang)，一是(shi)它(ta)的(de)(de)(de)價格低，只(zhi)有(you)精鋼砂(sha)的(de)(de)(de)1/8～1/10；更主(zhu)要的(de)(de)(de)是(shi)它(ta)的(de)(de)(de)切(qie)割(ge)速度比金剛砂(sha)快30％。這是(shi)由于煉(lian)銅爐渣(zha)的(de)(de)(de)顆(ke)粒(li)比較尖(jian)銳(rui)，在切(qie)割(ge)過程中，當它(ta)們與切(qie)割(ge)工件相撞后(hou)被破碎(sui)，從而形(xing)成較多的(de)(de)(de)切(qie)割(ge)刀。另外，用(yong)(yong)金剛砂(sha)進行水(shui)射流切(qie)割(ge)時，切(qie)割(ge)磨料容易嵌(qian)入母材(cai)，從而對切(qie)割(ge)處(chu)的(de)(de)(de)某些性能，如焊接接頭力學性能，會(hui)產生不良影響，而用(yong)(yong)煉(lian)銅爐渣(zha)作為切(qie)割(ge)磨料就(jiu)能克(ke)服這一瑕疵。

   一(yi)般要(yao)(yao)求切割(ge)磨料(liao)的(de)(de)粒度為0.2～1.5mm，這主要(yao)(yao)取決(jue)于切割(ge)噴槍(qiang)的(de)(de)噴嘴直徑。切割(ge)磨料(liao)可收回，反復使(shi)用2～3次，然后經過篩選，將過分細碎磨料(liao)去掉。

 3. 切(qie)割噴嘴所(suo)用材質

   對(dui)于(yu)切割(ge)噴嘴(zui)除了有(you)足夠韌(ren)性和硬(ying)度外(wai)，更主要是有(you)良好(hao)的耐磨性，才能有(you)效地減小切割(ge)噴嘴(zui)的磨損，從而提高其使(shi)用(yong)(yong)壽命。由于(yu)噴嘴(zui)內徑的磨損，將(jiang)使(shi)切口(kou)的縫隙變(bian)寬，導致(zhi)切口(kou)斷面(mian)的垂直度降低。通(tong)常選用(yong)(yong)鎢、硅或(huo)者硬(ying)質合金作為切割(ge)噴管的材(cai)料，但(dan)使(shi)用(yong)(yong)壽命均不夠理(li)想(xiang)，目(mu)前認為選用(yong)(yong)藍(lan)寶石作為噴管的材(cai)料較為適合。

 4. 切割工藝

   水射流切(qie)(qie)割(ge)常用的(de)切(qie)(qie)割(ge)材料(liao)及其切(qie)(qie)割(ge)工藝參數見表6-23。

   以低壓水射流切割工藝對不同厚板奧氏體(ti)不銹鋼(gang)切割進行了試驗：切割噴嘴孔徑為1mm，水壓為69MPa，切割速度與切割深度、切割深度與切割磨料用量之間的關系如圖6-19和圖6-20所示（材料為18-8型不銹鋼，鋼板厚度為3mm）。

   鑒(jian)于(yu)水(shui)射流切割(ge)(ge)已發展(zhan)為一種精(jing)密加工(gong)工(gong)藝(yi)，它(ta)對設(she)(she)備提(ti)出(chu)了高(gao)精(jing)度的(de)要(yao)求，水(shui)射流切割(ge)(ge)機(ji)(ji)將是一臺精(jing)密加工(gong)機(ji)(ji)床。這種設(she)(she)備的(de)技術特(te)性完全相(xiang)當于(yu)精(jing)密的(de)激光切割(ge)(ge)機(ji)(ji)。它(ta)由高(gao)壓水(shui)射流發生器(qi)（增壓裝(zhuang)置(zhi)）、水(shui)刀切割(ge)(ge)頭、數控(kong)(kong)切割(ge)(ge)平臺、CNC控(kong)(kong)制器(qi)系統以(yi)及計(ji)算機(ji)(ji)、控(kong)(kong)砂(sha)輔助(zhu)裝(zhuang)置(zhi)等(deng)組成。