一、切割原(yuan)理

  水射流(liu)切割(ge)屬(shu)于一種新型冷加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝(yi)，它能(neng)在條(tiao)件惡劣且嚴(yan)禁煙火的(de)現場(chang)使用，得(de)到了廣泛(fan)的(de)重視，現給予介紹。水射流(liu)切割(ge)是集機械、電(dian)子、計(ji)算(suan)機、自動控制技術為一體的(de)高新科技成果，是近幾年來才發展起來的(de)一種嶄新的(de)材料加工(gong)(gong)方法。

  水(shui)射流切(qie)割的原理(li)是利用一定高(gao)(gao)壓的純水(shui)或帶有切(qie)割磨料的液漿，經切(qie)割噴管射出具有高(gao)(gao)密度沖擊的液柱，直沖被(bei)加工(gong)物體進行切(qie)割。按水(shui)壓高(gao)(gao)低(di)的不同，可(ke)分為低(di)壓和(he)高(gao)(gao)壓水(shui)射流切(qie)割兩種(zhong)，圖6-17和(he)圖6-18為水(shui)射流切(qie)割工(gong)藝原理(li)示意圖。

二、切割特點

 水射流切割技術有下列(lie)特點(dian)：

 1. 切割的水射(she)流壓(ya)力大 

    水射(she)流壓力為幾(ji)十到幾(ji)百兆帕，以2～3倍(bei)聲速產生巨大(da)的(de)(de)射(she)流能量密(mi)度來(lai)切割(ge)物體。被切割(ge)工件的(de)(de)切口溫(wen)升很低，一般溫(wen)度不(bu)超過100℃，這是(shi)與其他熱切割(ge)工藝相比(bi)最為突出的(de)(de)優點。這樣(yang)，它(ta)就(jiu)排(pai)除了(le)被切割(ge)工件產生變形、切口部分的(de)(de)熱影響區和組織(zhi)變化的(de)(de)可(ke)能性。它(ta)在嚴禁(jin)煙火的(de)(de)場合，如海洋石油(you)(you)鉆井(jing)平臺、煉油(you)(you)廠、大(da)型油(you)(you)罐、油(you)(you)氣輸送管路等處，能安全可(ke)靠地使用(yong)。

 2. 水射流切割(ge)的切口質量十(shi)分優異(yi) 

    切口(kou)表面平滑，不存在任何毛刺(ci)和(he)氧化殘跡，切口(kou)的間隙很窄，用純水切割，一般(ban)可控制(zhi)在0.1mm以內；添加一定切割磨料則在1.2～2.0mm之(zhi)間。切口(kou)不需要進行二次加工，簡化了加工程序。

 3. 切(qie)割厚度范(fan)圍比較(jiao)寬(kuan) 

    水(shui)射(she)流(liu)(liu)的切(qie)割(ge)厚(hou)度范圍(wei)比較(jiao)寬，最大(da)切(qie)割(ge)厚(hou)度可(ke)大(da)于100mm。對于厚(hou)為2.0mm的特殊鋼(gang)板，切(qie)割(ge)速度可(ke)達100cm／min，盡(jin)管水(shui)射(she)流(liu)(liu)切(qie)割(ge)速度略遜于激光切(qie)割(ge)，但它(ta)在(zai)切(qie)割(ge)過程中不會產生大(da)量(liang)的切(qie)割(ge)熱，所以在(zai)實際應用上，水(shui)射(she)流(liu)(liu)切(qie)割(ge)更具有優越性。

 4. 切割對象廣泛 

    這種切割方法不僅適用(yong)于(yu)(yu)金屬和非金屬的(de)切割，也適用(yong)于(yu)(yu)復合材料(liao)、熱敏感材料(liao)的(de)加工(gong)。

 5. 優良的操作環境 

    水(shui)射(she)流(liu)切(qie)割(ge)過程中無(wu)輻(fu)射(she)線(xian)、無(wu)飛(fei)濺粒子(zi)，避免了(le)灰塵飛(fei)揚現象，環境不受污染。即使是磨料水(shui)射(she)流(liu)切(qie)割(ge)，磨料的(de)(de)粉塵和切(qie)割(ge)屑(xie)也能直接被水(shui)流(liu)沖走(zou)，進入收集器內，確(que)保了(le)操(cao)作(zuo)者(zhe)的(de)(de)身體健康，可稱得上是一種綠色環保的(de)(de)加工(gong)方法。

  由(you)于(yu)水(shui)射流(liu)切割有上述優(you)點，在(zai)航(hang)空航(hang)天、原子能(neng)、石油、化工(gong)、水(shui)下工(gong)程(cheng)及建筑等行業均有廣泛(fan)應用的前景。

三、切(qie)割工藝

 1. 切(qie)割方法(fa)

   目前的水射(she)流切割方(fang)法有低壓和(he)高壓水射(she)流兩種。

   低壓(ya)水射流切(qie)割(ge)是(shi)將高(gao)壓(ya)水（14～69MPa）和切(qie)割(ge)磨(mo)料首先在(zai)一加壓(ya)儲罐內進(jin)行(xing)預(yu)混合，然后將混合好(hao)的(de)磨(mo)料液漿經過一軟管直(zhi)接送到割(ge)槍內進(jin)行(xing)切(qie)割(ge)，如圖(tu)6-17所示。被切(qie)割(ge)工件(jian)可以在(zai)遠離切(qie)割(ge)電源(yuan)500m處或者水下進(jin)行(xing)切(qie)割(ge)。

   高壓(ya)水(shui)射流切割(ge)是(shi)將高壓(ya)水(shui)（大于240MPa）和干燥磨料分別通過(guo)各自軟管輸送，然后在割(ge)槍的混(hun)合(he)腔(qiang)內進行(xing)混(hun)合(he)，并完成物件(jian)的切割(ge)加(jia)工，如圖6-18所示(shi)。被切割(ge)加(jia)工工件(jian)一般在切割(ge)電源附近進行(xing)。

   低(di)壓(ya)(ya)和高壓(ya)(ya)水(shui)射(she)(she)流切割(ge)(ge)(ge)在相(xiang)同條件(jian)下進行切割(ge)(ge)(ge)加(jia)工時，前者(zhe)水(shui)和切割(ge)(ge)(ge)磨料的(de)消(xiao)耗(hao)僅為后者(zhe)的(de)1/8～1/3；從(cong)割(ge)(ge)(ge)槍(qiang)的(de)結構上看(kan)，低(di)壓(ya)(ya)水(shui)射(she)(she)流切割(ge)(ge)(ge)的(de)割(ge)(ge)(ge)槍(qiang)相(xiang)對簡單些；從(cong)能(neng)量(liang)消(xiao)耗(hao)來看(kan)，低(di)壓(ya)(ya)水(shui)射(she)(she)流切割(ge)(ge)(ge)所耗(hao)能(neng)量(liang)較小(xiao)。所以(yi)目前低(di)壓(ya)(ya)水(shui)射(she)(she)流切割(ge)(ge)(ge)為最有效的(de)切割(ge)(ge)(ge)工藝。

 2. 切割(ge)磨料(liao)

   水(shui)射流切(qie)割(ge)(ge)所(suo)用(yong)的(de)(de)磨料，主要(yao)有金剛砂、橄欖石(shi)、石(shi)榴(liu)石(shi)、煉(lian)銅(tong)爐渣和氧化(hua)物。其中煉(lian)銅(tong)爐渣較為理想，一(yi)是(shi)它的(de)(de)價格低，只有精鋼砂的(de)(de)1/8～1/10；更主要(yao)的(de)(de)是(shi)它的(de)(de)切(qie)割(ge)(ge)速度比金剛砂快30％。這是(shi)由(you)于煉(lian)銅(tong)爐渣的(de)(de)顆粒比較尖(jian)銳，在切(qie)割(ge)(ge)過(guo)程中，當它們與切(qie)割(ge)(ge)工件相撞后被(bei)破碎，從而(er)形成較多(duo)的(de)(de)切(qie)割(ge)(ge)刀(dao)。另外，用(yong)金剛砂進行水(shui)射流切(qie)割(ge)(ge)時，切(qie)割(ge)(ge)磨料容(rong)易嵌(qian)入母材，從而(er)對切(qie)割(ge)(ge)處的(de)(de)某些(xie)性能，如焊接接頭力學(xue)性能，會產生不良影響，而(er)用(yong)煉(lian)銅(tong)爐渣作為切(qie)割(ge)(ge)磨料就能克服這一(yi)瑕疵。

   一般要求切(qie)(qie)割(ge)(ge)磨料的粒度為0.2～1.5mm，這主要取決(jue)于切(qie)(qie)割(ge)(ge)噴槍的噴嘴(zui)直徑。切(qie)(qie)割(ge)(ge)磨料可收回，反(fan)復使用(yong)2～3次(ci)，然后經過(guo)篩選，將(jiang)過(guo)分細碎磨料去掉。

 3. 切割噴嘴所用材(cai)質

   對于(yu)(yu)切(qie)割噴嘴除了(le)有(you)足夠韌性和硬(ying)(ying)度外(wai)，更(geng)主(zhu)要是有(you)良好的(de)耐磨性，才(cai)能有(you)效地減(jian)小切(qie)割噴嘴的(de)磨損，從而提高其使用壽命(ming)。由于(yu)(yu)噴嘴內(nei)徑(jing)的(de)磨損，將使切(qie)口的(de)縫隙變寬，導(dao)致(zhi)切(qie)口斷(duan)面的(de)垂直(zhi)度降低。通常選(xuan)用鎢、硅或者硬(ying)(ying)質合金(jin)作為(wei)切(qie)割噴管的(de)材料(liao)，但使用壽命(ming)均不夠理想(xiang)，目前認為(wei)選(xuan)用藍寶石作為(wei)噴管的(de)材料(liao)較為(wei)適合。

 4. 切割工藝

   水射流切(qie)割(ge)常用的切(qie)割(ge)材料及其切(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(shi)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）。

   鑒于(yu)水射流切割已發展為一種(zhong)精密(mi)加工工藝，它對設備(bei)提出了高(gao)精度的要(yao)求(qiu)，水射流切割機(ji)(ji)將是一臺精密(mi)加工機(ji)(ji)床(chuang)。這(zhe)種(zhong)設備(bei)的技術特性完全相(xiang)當(dang)于(yu)精密(mi)的激光切割機(ji)(ji)。它由(you)高(gao)壓水射流發生器（增壓裝置(zhi)）、水刀(dao)切割頭、數控(kong)切割平臺、CNC控(kong)制(zhi)器系(xi)統以及計算(suan)機(ji)(ji)、控(kong)砂輔助裝置(zhi)等組成(cheng)。