一、切割原(yuan)理

  水射流(liu)切割屬于一(yi)種新型冷加工工藝，它能在條件惡劣且嚴禁煙火的(de)(de)現(xian)場使(shi)用(yong)，得(de)到了(le)廣泛的(de)(de)重(zhong)視，現(xian)給予介紹。水射流(liu)切割是集機械、電(dian)子、計算機、自動控制技術(shu)為一(yi)體的(de)(de)高(gao)新科技成(cheng)果，是近幾年(nian)來才(cai)發展(zhan)起(qi)來的(de)(de)一(yi)種嶄新的(de)(de)材料加工方法(fa)。

  水(shui)射流(liu)(liu)切(qie)(qie)割(ge)的(de)原理是(shi)利用一定高壓的(de)純(chun)水(shui)或帶有切(qie)(qie)割(ge)磨(mo)料(liao)的(de)液漿，經切(qie)(qie)割(ge)噴管射出具有高密度沖(chong)擊的(de)液柱，直沖(chong)被加(jia)工(gong)(gong)物(wu)體(ti)進(jin)行切(qie)(qie)割(ge)。按水(shui)壓高低的(de)不(bu)同，可分為(wei)低壓和高壓水(shui)射流(liu)(liu)切(qie)(qie)割(ge)兩種(zhong)，圖6-17和圖6-18為(wei)水(shui)射流(liu)(liu)切(qie)(qie)割(ge)工(gong)(gong)藝原理示(shi)意圖。

二、切割特點

 水(shui)射流切割技術有下(xia)列特點：

 1. 切割的水射(she)流壓力大(da) 

    水射流壓力(li)為(wei)幾(ji)十到(dao)幾(ji)百兆帕，以2～3倍(bei)聲速產生(sheng)巨大(da)的(de)(de)射流能量密(mi)度來切割物體。被切割工件的(de)(de)切口溫升很低(di)，一般溫度不超過100℃，這是與其他(ta)熱(re)切割工藝(yi)相比最(zui)為(wei)突出的(de)(de)優點。這樣，它就(jiu)排除了被切割工件產生(sheng)變(bian)形、切口部分的(de)(de)熱(re)影響區和組織(zhi)變(bian)化的(de)(de)可(ke)能性。它在嚴禁煙(yan)火(huo)的(de)(de)場合，如海(hai)洋石(shi)油(you)鉆(zhan)井平臺、煉(lian)油(you)廠、大(da)型油(you)罐、油(you)氣(qi)輸送管路等處，能安全可(ke)靠地(di)使用。

 2. 水射流切割(ge)的(de)切口(kou)質量十分(fen)優異 

    切口(kou)表面平滑(hua)，不存(cun)在任何毛刺(ci)和氧化殘(can)跡，切口(kou)的間(jian)隙很(hen)窄，用純水切割，一般可(ke)控制在0.1mm以內；添加一定切割磨料則(ze)在1.2～2.0mm之間(jian)。切口(kou)不需(xu)要進行二次加工，簡化了加工程序。

 3. 切割厚(hou)度范(fan)圍比較(jiao)寬(kuan) 

    水射流(liu)的(de)切割厚度(du)(du)(du)范圍比較寬(kuan)，最(zui)大(da)切割厚度(du)(du)(du)可大(da)于(yu)100mm。對于(yu)厚為2.0mm的(de)特殊(shu)鋼板(ban)，切割速(su)度(du)(du)(du)可達100cm／min，盡管(guan)水射流(liu)切割速(su)度(du)(du)(du)略遜于(yu)激光切割，但它在切割過程(cheng)中不會(hui)產生大(da)量(liang)的(de)切割熱，所以在實際(ji)應用上，水射流(liu)切割更(geng)具有優越性。

 4. 切割對象(xiang)廣(guang)泛 

    這種切割(ge)方法不僅適用(yong)于(yu)金屬和非金屬的(de)切割(ge)，也(ye)適用(yong)于(yu)復(fu)合材(cai)料、熱敏感材(cai)料的(de)加工。

 5. 優(you)良的操作環境 

    水(shui)射(she)流(liu)切割過(guo)程(cheng)中無(wu)輻射(she)線、無(wu)飛(fei)濺粒(li)子，避免了(le)灰塵(chen)飛(fei)揚(yang)現象，環(huan)境不受污染。即使是磨料(liao)水(shui)射(she)流(liu)切割，磨料(liao)的粉塵(chen)和切割屑也(ye)能直接被水(shui)流(liu)沖走，進入收集器內，確保了(le)操作(zuo)者(zhe)的身體健康，可(ke)稱得(de)上是一種綠色環(huan)保的加工(gong)方(fang)法。

  由于水(shui)射流切(qie)割有(you)上述優點(dian)，在航空航天、原子能(neng)、石油(you)、化工、水(shui)下(xia)工程(cheng)及建筑等行(xing)業均有(you)廣泛應用(yong)的前景。

三、切(qie)割工藝

 1. 切割方法

   目前的水射流切(qie)割方法有低壓和高(gao)壓水射流兩種。

   低壓水(shui)(shui)射流切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)是(shi)將高壓水(shui)(shui)（14～69MPa）和切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)磨料首先在一加(jia)壓儲罐(guan)內進行預混(hun)(hun)合，然后(hou)將混(hun)(hun)合好的磨料液(ye)漿經過(guo)一軟管直接送到(dao)割(ge)(ge)(ge)槍(qiang)內進行切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)，如圖6-17所(suo)示。被切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)工(gong)件可以在遠(yuan)離切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)電源500m處或者水(shui)(shui)下進行切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)。

   高壓水射流切割(ge)是(shi)將高壓水（大于240MPa）和干燥磨(mo)料分別通(tong)過各自軟管輸送，然后在(zai)割(ge)槍的混合腔(qiang)內進(jin)行混合，并完成(cheng)物件的切割(ge)加工(gong)(gong)，如圖6-18所示。被切割(ge)加工(gong)(gong)工(gong)(gong)件一般在(zai)切割(ge)電源附近進(jin)行。

   低(di)壓(ya)(ya)和(he)高壓(ya)(ya)水(shui)(shui)射流(liu)切割(ge)(ge)在相同條件(jian)下進行切割(ge)(ge)加工時，前者水(shui)(shui)和(he)切割(ge)(ge)磨料(liao)的(de)(de)(de)消(xiao)耗僅為后者的(de)(de)(de)1/8～1/3；從(cong)割(ge)(ge)槍的(de)(de)(de)結構上看，低(di)壓(ya)(ya)水(shui)(shui)射流(liu)切割(ge)(ge)的(de)(de)(de)割(ge)(ge)槍相對(dui)簡單些；從(cong)能量(liang)消(xiao)耗來看，低(di)壓(ya)(ya)水(shui)(shui)射流(liu)切割(ge)(ge)所(suo)耗能量(liang)較小(xiao)。所(suo)以目前低(di)壓(ya)(ya)水(shui)(shui)射流(liu)切割(ge)(ge)為最有效的(de)(de)(de)切割(ge)(ge)工藝(yi)。

 2. 切割磨料

   水(shui)射(she)流(liu)切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)所用(yong)的(de)(de)磨(mo)料，主要(yao)有金(jin)剛(gang)(gang)砂、橄欖(lan)石、石榴石、煉(lian)(lian)銅爐(lu)渣和氧化物。其中煉(lian)(lian)銅爐(lu)渣較(jiao)為(wei)理想，一是(shi)(shi)它(ta)的(de)(de)價(jia)格低，只有精(jing)鋼砂的(de)(de)1/8～1/10；更(geng)主要(yao)的(de)(de)是(shi)(shi)它(ta)的(de)(de)切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)速度比(bi)金(jin)剛(gang)(gang)砂快30％。這是(shi)(shi)由(you)于煉(lian)(lian)銅爐(lu)渣的(de)(de)顆粒(li)比(bi)較(jiao)尖銳(rui)，在切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)過程中，當它(ta)們與切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)工(gong)件相撞(zhuang)后(hou)被破碎，從(cong)而(er)形成較(jiao)多的(de)(de)切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)刀。另外(wai)，用(yong)金(jin)剛(gang)(gang)砂進行水(shui)射(she)流(liu)切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)時，切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)磨(mo)料容易嵌入母材，從(cong)而(er)對切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)處的(de)(de)某些性(xing)能(neng)，如焊接接頭力(li)學性(xing)能(neng)，會產生不良影響(xiang)，而(er)用(yong)煉(lian)(lian)銅爐(lu)渣作為(wei)切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)磨(mo)料就(jiu)能(neng)克服這一瑕疵。

   一般要(yao)求切(qie)割(ge)磨料的(de)粒度為0.2～1.5mm，這主要(yao)取決于切(qie)割(ge)噴(pen)槍的(de)噴(pen)嘴直徑。切(qie)割(ge)磨料可(ke)收回，反復使用2～3次，然后經過(guo)篩選，將過(guo)分細碎(sui)磨料去掉。

 3. 切割(ge)噴嘴所用材(cai)質

   對于(yu)切(qie)(qie)(qie)割(ge)噴(pen)嘴除了(le)有(you)足夠韌(ren)性和硬度外，更(geng)主要是有(you)良好(hao)的(de)(de)(de)耐磨(mo)性，才能有(you)效地減小切(qie)(qie)(qie)割(ge)噴(pen)嘴的(de)(de)(de)磨(mo)損，從而(er)提高其使用壽命。由于(yu)噴(pen)嘴內徑的(de)(de)(de)磨(mo)損，將使切(qie)(qie)(qie)口(kou)的(de)(de)(de)縫隙變寬，導致切(qie)(qie)(qie)口(kou)斷面(mian)的(de)(de)(de)垂直度降低。通常選用鎢、硅或者(zhe)硬質(zhi)合金作為(wei)切(qie)(qie)(qie)割(ge)噴(pen)管的(de)(de)(de)材料，但使用壽命均不(bu)夠理想，目前(qian)認(ren)為(wei)選用藍寶石(shi)作為(wei)噴(pen)管的(de)(de)(de)材料較為(wei)適合。

 4. 切割工藝

   水射(she)流切(qie)割(ge)常(chang)用的切(qie)割(ge)材(cai)料及其切(qie)割(ge)工(gong)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)于水(shui)(shui)射(she)流(liu)切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)已發展為(wei)一(yi)種精密加(jia)工工藝(yi)，它(ta)對設備提出了高精度的(de)要求，水(shui)(shui)射(she)流(liu)切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)機將是一(yi)臺精密加(jia)工機床。這種設備的(de)技(ji)術特性完全相當(dang)于精密的(de)激(ji)光切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)機。它(ta)由高壓水(shui)(shui)射(she)流(liu)發生器（增壓裝置）、水(shui)(shui)刀切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)頭(tou)、數控切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)平臺、CNC控制器系統以及計算(suan)機、控砂輔助(zhu)裝置等組成。