一、切割原理
水射流(liu)切(qie)割屬于一(yi)種(zhong)新型冷加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝，它(ta)能在條件惡劣且(qie)嚴禁煙火的(de)(de)(de)現場(chang)使用，得到了(le)廣泛的(de)(de)(de)重視，現給予介(jie)紹(shao)。水射流(liu)切(qie)割是(shi)集機(ji)械、電(dian)子、計算機(ji)、自動(dong)控制技術為一(yi)體(ti)的(de)(de)(de)高(gao)新科技成(cheng)果，是(shi)近幾(ji)年來(lai)才(cai)發(fa)展(zhan)起來(lai)的(de)(de)(de)一(yi)種(zhong)嶄新的(de)(de)(de)材料(liao)加(jia)工(gong)(gong)方法。
水(shui)(shui)射流(liu)切割(ge)的(de)(de)原理(li)是利(li)用一定高(gao)壓的(de)(de)純(chun)水(shui)(shui)或(huo)帶(dai)有切割(ge)磨料的(de)(de)液漿，經(jing)切割(ge)噴(pen)管射出(chu)具有高(gao)密(mi)度(du)沖擊的(de)(de)液柱，直(zhi)沖被加(jia)工物體進(jin)行(xing)切割(ge)。按水(shui)(shui)壓高(gao)低(di)的(de)(de)不(bu)同(tong)，可分(fen)為低(di)壓和高(gao)壓水(shui)(shui)射流(liu)切割(ge)兩種，圖6-17和圖6-18為水(shui)(shui)射流(liu)切割(ge)工藝原理(li)示意圖。
二、切割特(te)點
水射流(liu)切割(ge)技術有(you)下(xia)列特(te)點(dian)：
1. 切割的水射流(liu)壓力(li)大(da)
水射流(liu)壓力為幾十到幾百兆帕，以2～3倍聲速產生(sheng)巨大的射流(liu)能量密度來切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)物(wu)體(ti)。被切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)工(gong)(gong)件的切(qie)(qie)口溫升很低，一般(ban)溫度不(bu)超過100℃，這(zhe)是與其他熱切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)工(gong)(gong)藝相比最為突出的優點。這(zhe)樣(yang)，它(ta)就(jiu)排除了被切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)工(gong)(gong)件產生(sheng)變形、切(qie)(qie)口部分的熱影響區和組(zu)織(zhi)變化的可能性。它(ta)在嚴禁(jin)煙火的場合，如(ru)海洋石油(you)鉆井平臺、煉油(you)廠(chang)、大型油(you)罐、油(you)氣輸送管路等(deng)處(chu)，能安(an)全可靠地使用(yong)。
2. 水射流切割的切口質量十分優異
切口表面平(ping)滑，不存在(zai)任何毛刺(ci)和(he)氧化殘跡，切口的間(jian)隙(xi)很窄，用純水切割，一般可控制(zhi)在(zai)0.1mm以(yi)內(nei)；添加一定切割磨料(liao)則在(zai)1.2～2.0mm之間(jian)。切口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(wei)比較(jiao)寬
水(shui)射流的(de)切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)厚度范圍比較(jiao)寬，最(zui)大切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)厚度可(ke)(ke)大于100mm。對于厚為2.0mm的(de)特殊鋼板，切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)速(su)度可(ke)(ke)達100cm／min，盡管水(shui)射流切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)速(su)度略遜于激光切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)，但(dan)它在切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)過程中不會產生大量的(de)切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)熱，所以在實際應用(yong)上，水(shui)射流切(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)更具有(you)優越(yue)性。
4. 切割對象(xiang)廣泛
這種切割方法不(bu)僅(jin)適(shi)用于(yu)(yu)金屬和非(fei)金屬的(de)切割，也適(shi)用于(yu)(yu)復合材(cai)料(liao)、熱敏(min)感(gan)材(cai)料(liao)的(de)加(jia)工。
5. 優良(liang)的(de)操作環(huan)境(jing)
水(shui)射(she)流(liu)切(qie)割過程中(zhong)無輻射(she)線、無飛濺(jian)粒子，避免(mian)了灰塵(chen)飛揚(yang)現(xian)象，環境不受(shou)污染。即使是磨料水(shui)射(she)流(liu)切(qie)割，磨料的粉(fen)塵(chen)和(he)切(qie)割屑也能直接被(bei)水(shui)流(liu)沖走(zou)，進入收集器(qi)內，確保了操(cao)作者的身體健(jian)康，可稱得上(shang)是一種綠(lv)色環保的加工方法。
由于水射流切割有上(shang)述(shu)優點(dian)，在航空航天(tian)、原子能、石油、化工、水下工程(cheng)及建筑等行業均有廣泛(fan)應用的前景(jing)。
三(san)、切(qie)割工藝
1. 切割方(fang)法
目前的水(shui)射(she)流切割方(fang)法有低(di)壓和高壓水(shui)射(she)流兩(liang)種。
低壓(ya)水射流切(qie)割(ge)(ge)(ge)是將高壓(ya)水（14～69MPa）和切(qie)割(ge)(ge)(ge)磨(mo)料(liao)首先在一加壓(ya)儲罐內進(jin)行預混(hun)合，然后(hou)將混(hun)合好的磨(mo)料(liao)液漿經(jing)過一軟管直接送到(dao)割(ge)(ge)(ge)槍(qiang)內進(jin)行切(qie)割(ge)(ge)(ge)，如圖6-17所示。被切(qie)割(ge)(ge)(ge)工件可以在遠離切(qie)割(ge)(ge)(ge)電(dian)源500m處(chu)或者(zhe)水下進(jin)行切(qie)割(ge)(ge)(ge)。
高壓水射流(liu)切(qie)割(ge)(ge)是(shi)將高壓水（大于240MPa）和(he)干燥磨料分別通(tong)過各自(zi)軟管輸送，然后在割(ge)(ge)槍的(de)(de)混合(he)腔(qiang)內進(jin)行混合(he)，并完成物件的(de)(de)切(qie)割(ge)(ge)加工，如圖6-18所示(shi)。被(bei)切(qie)割(ge)(ge)加工工件一般在切(qie)割(ge)(ge)電源附近進(jin)行。
低(di)壓(ya)和高壓(ya)水射流切割(ge)(ge)(ge)在相(xiang)同條件下進行切割(ge)(ge)(ge)加工(gong)時(shi)，前者水和切割(ge)(ge)(ge)磨料的(de)(de)消(xiao)耗(hao)僅為(wei)后(hou)者的(de)(de)1/8～1/3；從割(ge)(ge)(ge)槍的(de)(de)結構上看(kan)，低(di)壓(ya)水射流切割(ge)(ge)(ge)的(de)(de)割(ge)(ge)(ge)槍相(xiang)對(dui)簡單些；從能量消(xiao)耗(hao)來看(kan)，低(di)壓(ya)水射流切割(ge)(ge)(ge)所耗(hao)能量較小。所以目前低(di)壓(ya)水射流切割(ge)(ge)(ge)為(wei)最(zui)有效的(de)(de)切割(ge)(ge)(ge)工(gong)藝(yi)。
2. 切(qie)割磨料
水(shui)射(she)流(liu)(liu)切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)所用(yong)的(de)磨(mo)料(liao)(liao)，主要有金(jin)剛(gang)(gang)砂(sha)、橄欖石、石榴石、煉銅(tong)(tong)爐渣(zha)和氧化物。其中(zhong)煉銅(tong)(tong)爐渣(zha)較(jiao)為理想(xiang)，一是(shi)它(ta)(ta)的(de)價格低，只有精鋼砂(sha)的(de)1/8～1/10；更主要的(de)是(shi)它(ta)(ta)的(de)切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)速度比(bi)金(jin)剛(gang)(gang)砂(sha)快30％。這(zhe)是(shi)由于煉銅(tong)(tong)爐渣(zha)的(de)顆粒比(bi)較(jiao)尖銳(rui)，在切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)過程中(zhong)，當它(ta)(ta)們與切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)工件相撞后被破碎，從而(er)(er)形成較(jiao)多的(de)切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)刀。另外(wai)，用(yong)金(jin)剛(gang)(gang)砂(sha)進(jin)行水(shui)射(she)流(liu)(liu)切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)時，切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)磨(mo)料(liao)(liao)容易(yi)嵌(qian)入母(mu)材(cai)，從而(er)(er)對(dui)切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)處的(de)某些(xie)性能，如焊接接頭力學性能，會產生不(bu)良影(ying)響，而(er)(er)用(yong)煉銅(tong)(tong)爐渣(zha)作為切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)磨(mo)料(liao)(liao)就能克服這(zhe)一瑕疵。
一般要(yao)求切割磨(mo)料的粒度為0.2～1.5mm，這主(zhu)要(yao)取決(jue)于切割噴槍的噴嘴直徑(jing)。切割磨(mo)料可收回，反復使用2～3次，然(ran)后經(jing)過篩選(xuan)，將過分細碎磨(mo)料去掉。
3. 切割噴嘴所用材質
對于切割(ge)噴(pen)嘴(zui)除了有(you)足夠(gou)(gou)韌性和硬度外，更主(zhu)要是有(you)良好的(de)耐(nai)磨性，才能有(you)效地減小切割(ge)噴(pen)嘴(zui)的(de)磨損(sun)(sun)，從而提高其使(shi)用壽(shou)命(ming)。由于噴(pen)嘴(zui)內徑的(de)磨損(sun)(sun)，將(jiang)使(shi)切口的(de)縫隙變寬，導致切口斷面的(de)垂直度降低。通常(chang)選(xuan)用鎢、硅或者硬質合金(jin)作(zuo)為(wei)切割(ge)噴(pen)管的(de)材(cai)料，但使(shi)用壽(shou)命(ming)均不夠(gou)(gou)理想(xiang)，目前認為(wei)選(xuan)用藍寶(bao)石作(zuo)為(wei)噴(pen)管的(de)材(cai)料較為(wei)適(shi)合。
4. 切割(ge)工藝
水射(she)流切(qie)割常用的切(qie)割材料及其切(qie)割工藝參數見表(biao)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）。
鑒于(yu)水射流切割(ge)(ge)(ge)(ge)已發(fa)(fa)展為一(yi)種精密(mi)(mi)加(jia)工工藝，它(ta)對設備(bei)提(ti)出了高(gao)精度的(de)(de)要求(qiu)，水射流切割(ge)(ge)(ge)(ge)機(ji)將是一(yi)臺精密(mi)(mi)加(jia)工機(ji)床。這種設備(bei)的(de)(de)技術(shu)特性(xing)完(wan)全(quan)相當(dang)于(yu)精密(mi)(mi)的(de)(de)激光切割(ge)(ge)(ge)(ge)機(ji)。它(ta)由高(gao)壓(ya)水射流發(fa)(fa)生(sheng)器（增壓(ya)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)）、水刀切割(ge)(ge)(ge)(ge)頭、數(shu)控(kong)切割(ge)(ge)(ge)(ge)平(ping)臺、CNC控(kong)制器系統以及計算(suan)機(ji)、控(kong)砂輔(fu)助裝(zhuang)置(zhi)(zhi)等(deng)組成。
