一、切割原理

  水射流切割(ge)(ge)屬(shu)于一(yi)種新型冷(leng)加(jia)(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝，它能在條件惡劣且(qie)嚴禁煙火的(de)現場(chang)使用，得到(dao)了廣(guang)泛的(de)重(zhong)視，現給予(yu)介紹。水射流切割(ge)(ge)是(shi)集機(ji)械(xie)、電子、計(ji)算機(ji)、自動控制技術為一(yi)體的(de)高新科(ke)技成果，是(shi)近幾(ji)年來才(cai)發展起來的(de)一(yi)種嶄新的(de)材(cai)料加(jia)(jia)工(gong)(gong)方法(fa)。

  水(shui)(shui)(shui)射(she)流(liu)切(qie)割的(de)原理(li)(li)是利用一定高(gao)壓(ya)的(de)純水(shui)(shui)(shui)或帶有切(qie)割磨料的(de)液漿，經切(qie)割噴(pen)管(guan)射(she)出(chu)具有高(gao)密度(du)沖擊(ji)的(de)液柱(zhu)，直沖被(bei)加工物體進(jin)行切(qie)割。按水(shui)(shui)(shui)壓(ya)高(gao)低(di)的(de)不(bu)同，可分(fen)為(wei)低(di)壓(ya)和高(gao)壓(ya)水(shui)(shui)(shui)射(she)流(liu)切(qie)割兩種，圖6-17和圖6-18為(wei)水(shui)(shui)(shui)射(she)流(liu)切(qie)割工藝(yi)原理(li)(li)示意(yi)圖。

二、切(qie)割特點

 水(shui)射流切割技術有(you)下(xia)列特點：

 1. 切割的水(shui)射流壓力大 

    水(shui)射流(liu)壓力為幾十到幾百兆帕，以2～3倍(bei)聲速產(chan)生(sheng)巨大的(de)(de)(de)(de)射流(liu)能量密(mi)度來切割(ge)物體。被(bei)切割(ge)工(gong)(gong)件的(de)(de)(de)(de)切口(kou)溫升(sheng)很低，一般溫度不超過100℃，這是與其他(ta)熱(re)切割(ge)工(gong)(gong)藝相比最為突出(chu)的(de)(de)(de)(de)優點。這樣，它(ta)就(jiu)排除(chu)了被(bei)切割(ge)工(gong)(gong)件產(chan)生(sheng)變(bian)形、切口(kou)部分的(de)(de)(de)(de)熱(re)影響區和(he)組織變(bian)化的(de)(de)(de)(de)可能性。它(ta)在嚴禁(jin)煙(yan)火(huo)的(de)(de)(de)(de)場合，如海(hai)洋石油鉆(zhan)井平臺、煉油廠(chang)、大型油罐、油氣輸送(song)管路(lu)等處，能安全(quan)可靠地(di)使用。

 2. 水射流切割的切口質量十分優異 

    切(qie)(qie)口表(biao)面平滑，不存在(zai)任何毛刺和(he)氧化殘跡，切(qie)(qie)口的間(jian)隙很窄，用純水切(qie)(qie)割，一(yi)般可控制在(zai)0.1mm以內；添加(jia)一(yi)定(ding)切(qie)(qie)割磨料(liao)則在(zai)1.2～2.0mm之間(jian)。切(qie)(qie)口不需要進行二次(ci)加(jia)工，簡化了(le)加(jia)工程序。

 3. 切割厚度范圍比(bi)較寬 

    水(shui)射流(liu)的切(qie)割(ge)厚(hou)(hou)度范圍比(bi)較寬，最大切(qie)割(ge)厚(hou)(hou)度可大于(yu)(yu)100mm。對于(yu)(yu)厚(hou)(hou)為2.0mm的特(te)殊鋼板，切(qie)割(ge)速(su)度可達(da)100cm／min，盡(jin)管水(shui)射流(liu)切(qie)割(ge)速(su)度略遜于(yu)(yu)激光(guang)切(qie)割(ge)，但它在(zai)切(qie)割(ge)過(guo)程中不(bu)會產(chan)生(sheng)大量的切(qie)割(ge)熱，所以在(zai)實際應用上，水(shui)射流(liu)切(qie)割(ge)更具有優越性。

 4. 切割對象(xiang)廣泛 

    這種切割(ge)方法不僅適(shi)用(yong)于金(jin)屬(shu)(shu)和(he)非(fei)金(jin)屬(shu)(shu)的(de)切割(ge)，也適(shi)用(yong)于復(fu)合材料(liao)、熱(re)敏感材料(liao)的(de)加工(gong)。

 5. 優良的操作環(huan)境 

    水(shui)射(she)流(liu)切(qie)(qie)割過程中無輻射(she)線、無飛濺粒(li)子，避免了(le)灰(hui)塵(chen)飛揚現象，環(huan)境不受污染(ran)。即使是磨料水(shui)射(she)流(liu)切(qie)(qie)割，磨料的(de)粉塵(chen)和切(qie)(qie)割屑也能直(zhi)接被水(shui)流(liu)沖走(zou)，進入收(shou)集器內，確保了(le)操作者的(de)身(shen)體(ti)健康，可(ke)稱得上是一種綠(lv)色(se)環(huan)保的(de)加工方(fang)法(fa)。

  由于(yu)水射流切割有上述優(you)點，在航空航天、原(yuan)子能(neng)、石油、化工(gong)、水下工(gong)程及建筑等行(xing)業均有廣泛應(ying)用的前景。

三、切割(ge)工藝

 1. 切割(ge)方(fang)法

   目前(qian)的水射流切割方法有低(di)壓(ya)和高壓(ya)水射流兩種。

   低壓水射流切(qie)(qie)割是(shi)將高壓水（14～69MPa）和(he)切(qie)(qie)割磨料(liao)首(shou)先在一加壓儲(chu)罐(guan)內進(jin)行預混合，然(ran)后(hou)將混合好(hao)的磨料(liao)液漿經過(guo)一軟管直接送到割槍內進(jin)行切(qie)(qie)割，如圖6-17所示。被(bei)切(qie)(qie)割工件可以在遠(yuan)離切(qie)(qie)割電(dian)源500m處或(huo)者水下進(jin)行切(qie)(qie)割。

   高壓水(shui)射流切(qie)割是將高壓水(shui)（大(da)于(yu)240MPa）和(he)干燥磨料分別(bie)通過(guo)各自軟管輸送，然后(hou)在割槍的(de)混合(he)腔(qiang)內進行(xing)混合(he)，并完成物件的(de)切(qie)割加(jia)工，如圖6-18所(suo)示。被切(qie)割加(jia)工工件一般在切(qie)割電(dian)源附近進行(xing)。

   低壓(ya)和高壓(ya)水射流切割(ge)(ge)(ge)(ge)在相(xiang)同條件下進(jin)行切割(ge)(ge)(ge)(ge)加工時，前者水和切割(ge)(ge)(ge)(ge)磨(mo)料的(de)消耗(hao)僅為后者的(de)1/8～1/3；從割(ge)(ge)(ge)(ge)槍的(de)結構上(shang)看，低壓(ya)水射流切割(ge)(ge)(ge)(ge)的(de)割(ge)(ge)(ge)(ge)槍相(xiang)對(dui)簡單些；從能(neng)量消耗(hao)來看，低壓(ya)水射流切割(ge)(ge)(ge)(ge)所耗(hao)能(neng)量較小。所以目(mu)前低壓(ya)水射流切割(ge)(ge)(ge)(ge)為最有效的(de)切割(ge)(ge)(ge)(ge)工藝。

 2. 切割磨料

   水射流切割(ge)(ge)(ge)所用的(de)(de)磨(mo)料，主要有金(jin)剛砂(sha)、橄欖石(shi)、石(shi)榴石(shi)、煉(lian)銅爐渣和氧化物。其中煉(lian)銅爐渣較(jiao)為理想，一是(shi)它的(de)(de)價格低(di)，只(zhi)有精(jing)鋼砂(sha)的(de)(de)1/8～1/10；更主要的(de)(de)是(shi)它的(de)(de)切割(ge)(ge)(ge)速(su)度比金(jin)剛砂(sha)快30％。這(zhe)是(shi)由于煉(lian)銅爐渣的(de)(de)顆粒比較(jiao)尖銳(rui)，在切割(ge)(ge)(ge)過(guo)程中，當它們與切割(ge)(ge)(ge)工件(jian)相撞(zhuang)后被破碎，從(cong)(cong)而形(xing)成較(jiao)多的(de)(de)切割(ge)(ge)(ge)刀(dao)。另外，用金(jin)剛砂(sha)進行水射流切割(ge)(ge)(ge)時，切割(ge)(ge)(ge)磨(mo)料容易嵌入母材，從(cong)(cong)而對切割(ge)(ge)(ge)處的(de)(de)某(mou)些(xie)性能(neng)，如焊(han)接(jie)接(jie)頭力學性能(neng)，會產生不良影響，而用煉(lian)銅爐渣作為切割(ge)(ge)(ge)磨(mo)料就能(neng)克服這(zhe)一瑕疵。

   一般要(yao)求切(qie)割磨(mo)料的粒(li)度(du)為0.2～1.5mm，這主要(yao)取決于切(qie)割噴(pen)槍的噴(pen)嘴(zui)直(zhi)徑(jing)。切(qie)割磨(mo)料可收(shou)回，反復使(shi)用(yong)2～3次，然(ran)后經過(guo)篩選(xuan)，將過(guo)分(fen)細碎(sui)磨(mo)料去(qu)掉。

 3. 切割噴嘴所用材質

   對(dui)于(yu)切(qie)(qie)割噴(pen)嘴(zui)除了有足夠(gou)韌性和硬(ying)度外，更主要是有良好的(de)(de)耐(nai)磨(mo)性，才能有效地減(jian)小切(qie)(qie)割噴(pen)嘴(zui)的(de)(de)磨(mo)損，從而提高其使用壽命。由于(yu)噴(pen)嘴(zui)內(nei)徑的(de)(de)磨(mo)損，將使切(qie)(qie)口的(de)(de)縫隙變寬，導致切(qie)(qie)口斷(duan)面(mian)的(de)(de)垂直度降低(di)。通常選(xuan)用鎢(wu)、硅或者硬(ying)質(zhi)合(he)金作為(wei)切(qie)(qie)割噴(pen)管的(de)(de)材料，但使用壽命均不夠(gou)理(li)想，目前(qian)認為(wei)選(xuan)用藍寶石作為(wei)噴(pen)管的(de)(de)材料較(jiao)為(wei)適合(he)。

 4. 切割工藝

   水射流切割(ge)常用的(de)切割(ge)材料及其切割(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)于水射(she)流(liu)切割(ge)已發(fa)展(zhan)為一(yi)種(zhong)精(jing)密(mi)加工工藝，它對設備提出了高(gao)(gao)精(jing)度的要求，水射(she)流(liu)切割(ge)機(ji)將是一(yi)臺精(jing)密(mi)加工機(ji)床。這種(zhong)設備的技術特性(xing)完全相當于精(jing)密(mi)的激光切割(ge)機(ji)。它由高(gao)(gao)壓(ya)水射(she)流(liu)發(fa)生(sheng)器（增壓(ya)裝置）、水刀切割(ge)頭、數控(kong)切割(ge)平臺、CNC控(kong)制器系統以及計算機(ji)、控(kong)砂輔助裝置等組成。