一、切割原理

  水射流切(qie)割屬于一(yi)(yi)種新(xin)型冷加(jia)工工藝，它(ta)能(neng)在條件惡(e)劣且嚴禁煙火的(de)(de)現場使用(yong)，得到了廣泛(fan)的(de)(de)重視(shi)，現給予介紹(shao)。水射流切(qie)割是集機(ji)械、電子、計算機(ji)、自動控制技術為一(yi)(yi)體(ti)的(de)(de)高新(xin)科技成果，是近幾年來(lai)才發(fa)展起來(lai)的(de)(de)一(yi)(yi)種嶄新(xin)的(de)(de)材料(liao)加(jia)工方(fang)法。

  水射流(liu)切(qie)割的原理是(shi)利(li)用一定高(gao)(gao)壓的純水或帶有切(qie)割磨料(liao)的液(ye)漿，經切(qie)割噴(pen)管射出具有高(gao)(gao)密(mi)度(du)沖(chong)擊的液(ye)柱，直沖(chong)被加工(gong)物體進(jin)行(xing)切(qie)割。按水壓高(gao)(gao)低的不同，可分(fen)為(wei)低壓和高(gao)(gao)壓水射流(liu)切(qie)割兩種(zhong)，圖6-17和圖6-18為(wei)水射流(liu)切(qie)割工(gong)藝原理示意圖。

二、切割特點

 水射流(liu)切割技術有下列特點：

 1. 切(qie)割(ge)的水射流壓力大(da) 

    水射流(liu)壓(ya)力為幾(ji)十到幾(ji)百(bai)兆帕，以2～3倍聲速產(chan)(chan)生巨大(da)的(de)(de)(de)射流(liu)能量密度(du)來切(qie)割(ge)物體。被切(qie)割(ge)工件的(de)(de)(de)切(qie)口(kou)溫升很低，一(yi)般溫度(du)不超(chao)過100℃，這(zhe)是與其(qi)他熱切(qie)割(ge)工藝相比最為突(tu)出的(de)(de)(de)優點。這(zhe)樣，它(ta)就排除了被切(qie)割(ge)工件產(chan)(chan)生變形、切(qie)口(kou)部分的(de)(de)(de)熱影響區和組織變化(hua)的(de)(de)(de)可能性。它(ta)在嚴禁煙火的(de)(de)(de)場(chang)合，如海(hai)洋石油(you)鉆(zhan)井平臺、煉油(you)廠、大(da)型(xing)油(you)罐、油(you)氣輸送(song)管(guan)路等處，能安(an)全(quan)可靠地使(shi)用。

 2. 水(shui)射(she)流(liu)切割(ge)的(de)切口質量十(shi)分優異(yi) 

    切口表(biao)面平滑，不存在任何毛(mao)刺和(he)氧化殘跡(ji)，切口的間隙(xi)很窄，用(yong)純(chun)水切割，一般可(ke)控(kong)制在0.1mm以內；添加一定(ding)切割磨(mo)料則在1.2～2.0mm之間。切口不需要進行二次(ci)加工，簡化了加工程序。

 3. 切割厚度范圍比較寬 

    水(shui)射流的切割(ge)厚(hou)(hou)度(du)(du)范圍(wei)比較寬，最大切割(ge)厚(hou)(hou)度(du)(du)可大于(yu)(yu)100mm。對于(yu)(yu)厚(hou)(hou)為2.0mm的特(te)殊(shu)鋼(gang)板，切割(ge)速度(du)(du)可達100cm／min，盡管水(shui)射流切割(ge)速度(du)(du)略遜于(yu)(yu)激(ji)光切割(ge)，但它在(zai)切割(ge)過程中不會產生大量(liang)的切割(ge)熱，所以在(zai)實際應用上，水(shui)射流切割(ge)更具有(you)優越性。

 4. 切割對(dui)象廣泛 

    這種(zhong)切割方法不僅適用于(yu)(yu)金屬(shu)(shu)和非金屬(shu)(shu)的(de)切割，也適用于(yu)(yu)復合材料、熱(re)敏感材料的(de)加工。

 5. 優良的操作(zuo)環境(jing) 

    水(shui)射(she)流(liu)切(qie)割過程中無輻射(she)線(xian)、無飛濺粒子，避免了灰塵飛揚現象，環境不(bu)受(shou)污染(ran)。即使是磨料(liao)水(shui)射(she)流(liu)切(qie)割，磨料(liao)的粉塵和切(qie)割屑也能直接被(bei)水(shui)流(liu)沖走，進入收集器(qi)內，確保(bao)了操作者(zhe)的身體健康，可稱得(de)上是一種綠色環保(bao)的加工方(fang)法。

  由(you)于水射(she)流切(qie)割有上述優點，在航空航天、原子能、石油、化工(gong)、水下(xia)工(gong)程(cheng)及建筑(zhu)等行業均有廣泛應用的前景(jing)。

三(san)、切割(ge)工藝

 1. 切割方(fang)法

   目前(qian)的水(shui)射(she)流切割方法有(you)低(di)壓和高壓水(shui)射(she)流兩種。

   低壓(ya)水射流切割是將高壓(ya)水（14～69MPa）和切割磨料(liao)首先在一加壓(ya)儲罐(guan)內進(jin)行(xing)預混合，然(ran)后將混合好的磨料(liao)液漿(jiang)經過一軟管直接(jie)送到(dao)割槍(qiang)內進(jin)行(xing)切割，如圖6-17所(suo)示(shi)。被切割工(gong)件(jian)可以在遠離切割電源(yuan)500m處或者水下進(jin)行(xing)切割。

   高(gao)壓(ya)水射流切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)是將高(gao)壓(ya)水（大(da)于240MPa）和干燥磨料分別通過各自軟管輸送，然后在割(ge)(ge)(ge)槍的混(hun)合腔(qiang)內進行(xing)混(hun)合，并完成物件的切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)加(jia)(jia)工，如(ru)圖6-18所示。被切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)加(jia)(jia)工工件一般在切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)電源附近進行(xing)。

   低壓(ya)和(he)高壓(ya)水(shui)射(she)流切(qie)(qie)割(ge)(ge)在相(xiang)同條(tiao)件下進行(xing)切(qie)(qie)割(ge)(ge)加工時，前(qian)者水(shui)和(he)切(qie)(qie)割(ge)(ge)磨料(liao)的消耗僅為(wei)后(hou)者的1/8～1/3；從割(ge)(ge)槍的結(jie)構上(shang)看(kan)，低壓(ya)水(shui)射(she)流切(qie)(qie)割(ge)(ge)的割(ge)(ge)槍相(xiang)對(dui)簡單些；從能量(liang)消耗來看(kan)，低壓(ya)水(shui)射(she)流切(qie)(qie)割(ge)(ge)所耗能量(liang)較(jiao)小(xiao)。所以(yi)目前(qian)低壓(ya)水(shui)射(she)流切(qie)(qie)割(ge)(ge)為(wei)最有效(xiao)的切(qie)(qie)割(ge)(ge)工藝。

 2. 切割磨(mo)料

   水射流切(qie)(qie)割(ge)所用(yong)的(de)(de)磨料，主要有(you)金(jin)剛砂(sha)、橄欖石、石榴石、煉(lian)銅(tong)爐渣和(he)氧化物。其中煉(lian)銅(tong)爐渣較為理(li)想，一(yi)是它(ta)的(de)(de)價格低，只有(you)精(jing)鋼(gang)砂(sha)的(de)(de)1/8～1/10；更主要的(de)(de)是它(ta)的(de)(de)切(qie)(qie)割(ge)速度比金(jin)剛砂(sha)快30％。這是由于煉(lian)銅(tong)爐渣的(de)(de)顆粒比較尖銳(rui)，在切(qie)(qie)割(ge)過程中，當它(ta)們與切(qie)(qie)割(ge)工件相(xiang)撞后被破碎(sui)，從(cong)而(er)形成較多的(de)(de)切(qie)(qie)割(ge)刀(dao)。另外，用(yong)金(jin)剛砂(sha)進行水射流切(qie)(qie)割(ge)時，切(qie)(qie)割(ge)磨料容易嵌入(ru)母材，從(cong)而(er)對切(qie)(qie)割(ge)處的(de)(de)某些性能(neng)，如焊接接頭力學(xue)性能(neng)，會產生不良(liang)影響，而(er)用(yong)煉(lian)銅(tong)爐渣作為切(qie)(qie)割(ge)磨料就能(neng)克服這一(yi)瑕疵。

   一(yi)般要(yao)求切割磨(mo)料(liao)的粒度為(wei)0.2～1.5mm，這主(zhu)要(yao)取決(jue)于切割噴(pen)槍的噴(pen)嘴直徑。切割磨(mo)料(liao)可(ke)收(shou)回，反復使(shi)用2～3次，然后經過篩選，將過分細碎磨(mo)料(liao)去掉。

 3. 切割噴嘴所(suo)用(yong)材質

   對于切割噴(pen)(pen)嘴(zui)(zui)除(chu)了有(you)(you)足夠(gou)韌性(xing)和硬(ying)度外(wai)，更(geng)主要是(shi)有(you)(you)良好的(de)(de)耐磨(mo)(mo)性(xing)，才能有(you)(you)效地減小(xiao)切割噴(pen)(pen)嘴(zui)(zui)的(de)(de)磨(mo)(mo)損(sun)，從而提高其使(shi)用(yong)壽命(ming)。由(you)于噴(pen)(pen)嘴(zui)(zui)內(nei)徑的(de)(de)磨(mo)(mo)損(sun)，將(jiang)使(shi)切口的(de)(de)縫隙變寬，導(dao)致切口斷(duan)面的(de)(de)垂直度降低(di)。通常選用(yong)鎢(wu)、硅或者硬(ying)質合金作為(wei)(wei)(wei)切割噴(pen)(pen)管的(de)(de)材料，但使(shi)用(yong)壽命(ming)均不(bu)夠(gou)理想，目前(qian)認為(wei)(wei)(wei)選用(yong)藍寶石(shi)作為(wei)(wei)(wei)噴(pen)(pen)管的(de)(de)材料較為(wei)(wei)(wei)適合。

 4. 切割工藝

   水射流切(qie)割(ge)常用的切(qie)割(ge)材(cai)料(liao)及其(qi)切(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）。

   鑒于水(shui)射(she)流切割(ge)已發展為一種(zhong)精密(mi)加(jia)工工藝，它對設備提出了高精度(du)的(de)要求，水(shui)射(she)流切割(ge)機(ji)將是一臺精密(mi)加(jia)工機(ji)床。這種(zhong)設備的(de)技(ji)術特(te)性(xing)完全相當(dang)于精密(mi)的(de)激(ji)光切割(ge)機(ji)。它由高壓水(shui)射(she)流發生器（增壓裝置(zhi)）、水(shui)刀切割(ge)頭、數(shu)控切割(ge)平臺、CNC控制器系統以及計(ji)算機(ji)、控砂輔助裝置(zhi)等組成(cheng)。