一、切割原理
水射流(liu)切割(ge)屬于一種(zhong)新型冷加工(gong)工(gong)藝，它能在條件惡劣且嚴禁煙火(huo)的現(xian)場(chang)使(shi)用(yong)，得到了廣(guang)泛的重視，現(xian)給予介紹。水射流(liu)切割(ge)是集機械、電子、計算機、自動控制技(ji)術為一體的高新科技(ji)成果，是近(jin)幾年來才發展起來的一種(zhong)嶄(zhan)新的材(cai)料加工(gong)方法。
水射流切(qie)割(ge)的原(yuan)理(li)是利用一定高(gao)(gao)壓(ya)(ya)的純(chun)水或帶(dai)有(you)切(qie)割(ge)磨料的液漿，經(jing)切(qie)割(ge)噴管射出具有(you)高(gao)(gao)密度(du)沖擊的液柱，直沖被加工物體進行切(qie)割(ge)。按水壓(ya)(ya)高(gao)(gao)低的不同，可分為低壓(ya)(ya)和(he)高(gao)(gao)壓(ya)(ya)水射流切(qie)割(ge)兩種，圖6-17和(he)圖6-18為水射流切(qie)割(ge)工藝原(yuan)理(li)示意圖。
二、切割特點
水射流切割技術有(you)下列特點：
1. 切(qie)割的水(shui)射(she)流壓力(li)大
水(shui)射流(liu)壓力為幾十到幾百兆帕(pa)，以(yi)2～3倍聲速產生巨大的射流(liu)能(neng)量密(mi)度(du)來切(qie)割物(wu)體。被切(qie)割工件的切(qie)口溫(wen)升(sheng)很低，一(yi)般溫(wen)度(du)不超過(guo)100℃，這是與其他熱切(qie)割工藝相比(bi)最為突出的優點。這樣，它就(jiu)排除了被切(qie)割工件產生變形、切(qie)口部分的熱影(ying)響區和組(zu)織變化的可能(neng)性(xing)。它在嚴禁煙火的場(chang)合，如(ru)海洋石油(you)(you)鉆(zhan)井平臺(tai)、煉(lian)油(you)(you)廠、大型油(you)(you)罐、油(you)(you)氣輸送(song)管(guan)路等處，能(neng)安全(quan)可靠(kao)地使用。
2. 水射流切割的切口質(zhi)量十分優異
切(qie)(qie)口(kou)表面平滑，不存在任何毛刺和氧化殘跡，切(qie)(qie)口(kou)的(de)間隙很窄，用純水(shui)切(qie)(qie)割，一(yi)般可控制在0.1mm以(yi)內；添加(jia)一(yi)定切(qie)(qie)割磨料則在1.2～2.0mm之間。切(qie)(qie)口(kou)不需要(yao)進行二次加(jia)工，簡化了加(jia)工程(cheng)序(xu)。
3. 切(qie)割厚度范(fan)圍比較(jiao)寬
水射流的(de)(de)切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)厚度范圍比(bi)較(jiao)寬，最大切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)厚度可(ke)大于(yu)100mm。對于(yu)厚為2.0mm的(de)(de)特殊鋼板，切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)速度可(ke)達100cm／min，盡(jin)管水射流切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)速度略(lve)遜于(yu)激光切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)，但它在(zai)切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)過程中不會產生大量(liang)的(de)(de)切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)熱(re)，所以在(zai)實際應用上，水射流切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)更(geng)具有優(you)越性。
4. 切(qie)割對象廣泛
這種切(qie)割方法(fa)不僅適用于金(jin)屬(shu)和非金(jin)屬(shu)的切(qie)割，也適用于復合(he)材料、熱(re)敏感(gan)材料的加工。
5. 優良(liang)的操作環境
水射(she)流(liu)切割過程中無輻(fu)射(she)線、無飛濺粒(li)子，避免了灰塵(chen)(chen)飛揚現(xian)象，環(huan)境不受污(wu)染。即使是磨料水射(she)流(liu)切割，磨料的粉(fen)塵(chen)(chen)和切割屑也能直接被水流(liu)沖走，進入(ru)收集器(qi)內，確保了操作者的身體(ti)健康，可稱得上是一種(zhong)綠色環(huan)保的加工(gong)方法。
由于水射流切割有上述優點，在(zai)航(hang)空航(hang)天、原子能、石油、化工(gong)、水下(xia)工(gong)程及建(jian)筑等行業均有廣泛應用的前(qian)景(jing)。
三、切(qie)割工藝
1. 切割方法
目前(qian)的(de)水射流(liu)切割方法有低(di)壓和(he)高(gao)壓水射流(liu)兩種。
低壓水(shui)射流切(qie)(qie)割(ge)是(shi)將(jiang)高壓水(shui)（14～69MPa）和切(qie)(qie)割(ge)磨(mo)料首先在一(yi)加壓儲罐內進行預混合，然后將(jiang)混合好的磨(mo)料液漿經過(guo)一(yi)軟管直(zhi)接送(song)到割(ge)槍內進行切(qie)(qie)割(ge)，如圖6-17所(suo)示。被切(qie)(qie)割(ge)工(gong)件可以在遠離(li)切(qie)(qie)割(ge)電源500m處或者(zhe)水(shui)下進行切(qie)(qie)割(ge)。
高壓(ya)水射流切(qie)割(ge)(ge)是將高壓(ya)水（大(da)于240MPa）和干燥(zao)磨料分別(bie)通過各自軟(ruan)管(guan)輸送，然后在(zai)割(ge)(ge)槍(qiang)的混合(he)(he)腔內進(jin)行(xing)混合(he)(he)，并完成物(wu)件的切(qie)割(ge)(ge)加(jia)工(gong)，如圖6-18所示。被切(qie)割(ge)(ge)加(jia)工(gong)工(gong)件一般(ban)在(zai)切(qie)割(ge)(ge)電(dian)源(yuan)附近進(jin)行(xing)。
低壓和(he)高(gao)壓水(shui)(shui)(shui)射(she)流切(qie)割(ge)(ge)在(zai)相同條件下(xia)進行切(qie)割(ge)(ge)加工(gong)時，前者(zhe)水(shui)(shui)(shui)和(he)切(qie)割(ge)(ge)磨(mo)料的消耗僅為后者(zhe)的1/8～1/3；從(cong)割(ge)(ge)槍的結構(gou)上看，低壓水(shui)(shui)(shui)射(she)流切(qie)割(ge)(ge)的割(ge)(ge)槍相對簡單些；從(cong)能量消耗來看，低壓水(shui)(shui)(shui)射(she)流切(qie)割(ge)(ge)所耗能量較小。所以目前低壓水(shui)(shui)(shui)射(she)流切(qie)割(ge)(ge)為最有效的切(qie)割(ge)(ge)工(gong)藝。
2. 切(qie)割磨料
水射流切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)所用的(de)磨(mo)料(liao)，主要有金(jin)剛砂(sha)(sha)、橄欖(lan)石、石榴石、煉(lian)銅(tong)爐渣(zha)和(he)氧(yang)化物。其中煉(lian)銅(tong)爐渣(zha)較(jiao)為(wei)理想，一(yi)是它的(de)價(jia)格低，只有精鋼砂(sha)(sha)的(de)1/8～1/10；更主要的(de)是它的(de)切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)速度比金(jin)剛砂(sha)(sha)快30％。這是由于煉(lian)銅(tong)爐渣(zha)的(de)顆粒比較(jiao)尖銳，在切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)過程中，當(dang)它們與切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)工件相撞(zhuang)后被(bei)破碎(sui)，從(cong)而(er)(er)形(xing)成較(jiao)多的(de)切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)刀。另外，用金(jin)剛砂(sha)(sha)進行水射流切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)時，切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)磨(mo)料(liao)容易嵌(qian)入(ru)母材，從(cong)而(er)(er)對(dui)切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)處(chu)的(de)某些(xie)性能，如焊接接頭力學(xue)性能，會產生不良影(ying)響，而(er)(er)用煉(lian)銅(tong)爐渣(zha)作為(wei)切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)磨(mo)料(liao)就能克服這一(yi)瑕疵。
一般要(yao)求切(qie)(qie)割磨(mo)料的(de)粒度為0.2～1.5mm，這主要(yao)取(qu)決于切(qie)(qie)割噴槍的(de)噴嘴直(zhi)徑。切(qie)(qie)割磨(mo)料可(ke)收(shou)回，反復(fu)使用2～3次，然后經過篩選(xuan)，將過分細碎磨(mo)料去掉。
3. 切割噴(pen)嘴所用(yong)材質
對(dui)于切(qie)(qie)(qie)割噴(pen)嘴(zui)(zui)除(chu)了(le)有足夠韌(ren)性(xing)和硬(ying)度(du)外，更主要是有良好(hao)的耐磨性(xing)，才能有效地減小切(qie)(qie)(qie)割噴(pen)嘴(zui)(zui)的磨損，從而提高(gao)其使用(yong)壽命(ming)。由于噴(pen)嘴(zui)(zui)內徑的磨損，將使切(qie)(qie)(qie)口的縫隙變(bian)寬，導致(zhi)切(qie)(qie)(qie)口斷面的垂(chui)直度(du)降低。通(tong)常選(xuan)用(yong)鎢、硅或者硬(ying)質合金作(zuo)為(wei)切(qie)(qie)(qie)割噴(pen)管的材料，但使用(yong)壽命(ming)均不(bu)夠理想(xiang)，目前(qian)認為(wei)選(xuan)用(yong)藍(lan)寶石作(zuo)為(wei)噴(pen)管的材料較為(wei)適合。
4. 切(qie)割工藝
水射流切(qie)割常用的(de)切(qie)割材料及其切(qie)割工藝(yi)參數見(jian)表6-23。
以低壓水射流切割工藝對不同厚板奧氏體不銹鋼切割進行了試驗：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)于水(shui)(shui)射(she)流切(qie)(qie)割已發展為(wei)一種精(jing)密加工工藝，它對設備提(ti)出了(le)高(gao)精(jing)度(du)的要求(qiu)，水(shui)(shui)射(she)流切(qie)(qie)割機(ji)將是一臺精(jing)密加工機(ji)床。這種設備的技術特(te)性完全相當于精(jing)密的激(ji)光(guang)切(qie)(qie)割機(ji)。它由高(gao)壓水(shui)(shui)射(she)流發生(sheng)器（增壓裝(zhuang)置(zhi)）、水(shui)(shui)刀(dao)切(qie)(qie)割頭、數控(kong)切(qie)(qie)割平臺、CNC控(kong)制器系(xi)統以(yi)及計(ji)算機(ji)、控(kong)砂輔助裝(zhuang)置(zhi)等(deng)組成。
