一、切割原理
水(shui)(shui)射流(liu)切(qie)(qie)割(ge)屬于(yu)一種新型冷加(jia)工(gong)工(gong)藝，它能在條件(jian)惡劣且嚴禁煙(yan)火的現場使(shi)用，得到了廣泛的重視，現給予介紹(shao)。水(shui)(shui)射流(liu)切(qie)(qie)割(ge)是集機械、電子、計算機、自動控制技(ji)術為(wei)一體的高(gao)新科技(ji)成果(guo)，是近幾年(nian)來才(cai)發展起來的一種嶄新的材料加(jia)工(gong)方法。
水射(she)(she)流(liu)切割(ge)的(de)原(yuan)理是利用一(yi)定高(gao)壓(ya)的(de)純水或帶有(you)切割(ge)磨料(liao)的(de)液(ye)漿，經(jing)切割(ge)噴管射(she)(she)出具有(you)高(gao)密度(du)沖擊(ji)的(de)液(ye)柱，直(zhi)沖被加工(gong)物體(ti)進行切割(ge)。按水壓(ya)高(gao)低的(de)不(bu)同，可分為(wei)低壓(ya)和高(gao)壓(ya)水射(she)(she)流(liu)切割(ge)兩種，圖6-17和圖6-18為(wei)水射(she)(she)流(liu)切割(ge)工(gong)藝原(yuan)理示意(yi)圖。
二、切(qie)割特點
水射流切割技術(shu)有下列特點：
1. 切割的水射流(liu)壓力大(da)
水射流壓力為幾十到幾百兆(zhao)帕(pa)，以2～3倍聲速產(chan)生巨大的(de)(de)射流能(neng)(neng)量(liang)密(mi)度來切(qie)割物體(ti)。被切(qie)割工(gong)件的(de)(de)切(qie)口溫(wen)升(sheng)很低，一般溫(wen)度不超(chao)過100℃，這(zhe)是與其(qi)他熱切(qie)割工(gong)藝相比最為突出的(de)(de)優點(dian)。這(zhe)樣，它就(jiu)排除了被切(qie)割工(gong)件產(chan)生變形、切(qie)口部分的(de)(de)熱影響區和組織變化的(de)(de)可能(neng)(neng)性。它在嚴(yan)禁煙(yan)火的(de)(de)場合(he)，如海洋石油鉆井平臺(tai)、煉油廠、大型油罐、油氣輸送(song)管路等處(chu)，能(neng)(neng)安全可靠地(di)使用(yong)。
2. 水射流切割的切口質(zhi)量十分(fen)優異
切(qie)口(kou)(kou)表面平滑，不存(cun)在任何毛刺和氧(yang)化(hua)殘跡，切(qie)口(kou)(kou)的(de)間(jian)隙很窄(zhai)，用純水切(qie)割，一般可(ke)控(kong)制在0.1mm以內(nei)；添加一定切(qie)割磨料則在1.2～2.0mm之間(jian)。切(qie)口(kou)(kou)不需要進行二次加工，簡化(hua)了加工程序(xu)。
3. 切(qie)割厚度(du)范圍比較寬(kuan)
水(shui)射(she)流的(de)切(qie)割厚(hou)度范圍比較寬，最大切(qie)割厚(hou)度可大于(yu)100mm。對于(yu)厚(hou)為2.0mm的(de)特殊鋼板(ban)，切(qie)割速度可達100cm／min，盡管水(shui)射(she)流切(qie)割速度略遜于(yu)激光切(qie)割，但(dan)它在(zai)切(qie)割過程中不會(hui)產生大量的(de)切(qie)割熱(re)，所以在(zai)實(shi)際應用上(shang)，水(shui)射(she)流切(qie)割更具有優越性(xing)。
4. 切割對象廣泛
這種(zhong)切割方法不僅(jin)適(shi)用于(yu)金屬和非金屬的(de)切割，也適(shi)用于(yu)復(fu)合材料、熱敏感材料的(de)加工。
5. 優良(liang)的操作環境(jing)
水(shui)(shui)射(she)(she)流切割(ge)(ge)過程中(zhong)無輻(fu)射(she)(she)線、無飛濺粒子，避(bi)免(mian)了(le)(le)灰塵(chen)飛揚(yang)現象，環(huan)境不受污(wu)染。即使是(shi)磨(mo)料水(shui)(shui)射(she)(she)流切割(ge)(ge)，磨(mo)料的(de)粉(fen)塵(chen)和切割(ge)(ge)屑也(ye)能直接被水(shui)(shui)流沖走(zou)，進入收集器內，確保了(le)(le)操作者的(de)身體健康，可稱得上(shang)是(shi)一(yi)種綠色環(huan)保的(de)加工方法。
由(you)于水(shui)射流切割有上述優點，在(zai)航(hang)空航(hang)天、原子能、石油、化工(gong)(gong)、水(shui)下工(gong)(gong)程及建(jian)筑等(deng)行業均有廣泛應用的(de)前(qian)景(jing)。
三、切割工藝
1. 切割方法
目(mu)前的水(shui)射(she)流切割方(fang)法有低壓和高(gao)壓水(shui)射(she)流兩種(zhong)。
低(di)壓水射流切(qie)(qie)(qie)割(ge)是將高壓水（14～69MPa）和(he)切(qie)(qie)(qie)割(ge)磨(mo)料(liao)首先在一(yi)加(jia)壓儲(chu)罐內進行(xing)預混(hun)合，然后將混(hun)合好(hao)的磨(mo)料(liao)液(ye)漿經過一(yi)軟管直接送到割(ge)槍內進行(xing)切(qie)(qie)(qie)割(ge)，如圖6-17所示。被切(qie)(qie)(qie)割(ge)工件可以在遠離切(qie)(qie)(qie)割(ge)電源500m處或(huo)者水下進行(xing)切(qie)(qie)(qie)割(ge)。
高壓水射流(liu)切割是將高壓水（大于240MPa）和干燥磨料分別通過各(ge)自(zi)軟管(guan)輸(shu)送，然后在割槍的混(hun)合腔內進(jin)行混(hun)合，并(bing)完成物(wu)件的切割加工，如圖6-18所示。被切割加工工件一般(ban)在切割電源附近進(jin)行。
低壓(ya)和高壓(ya)水(shui)射(she)流(liu)切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)在相(xiang)同條(tiao)件下進行切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)加工(gong)時，前者(zhe)水(shui)和切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)磨料(liao)的(de)消耗僅為(wei)(wei)后(hou)者(zhe)的(de)1/8～1/3；從割(ge)槍(qiang)的(de)結(jie)構上(shang)看(kan)，低壓(ya)水(shui)射(she)流(liu)切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)的(de)割(ge)槍(qiang)相(xiang)對簡(jian)單(dan)些；從能(neng)量消耗來(lai)看(kan)，低壓(ya)水(shui)射(she)流(liu)切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)所耗能(neng)量較小。所以目前低壓(ya)水(shui)射(she)流(liu)切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)為(wei)(wei)最有(you)效的(de)切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)工(gong)藝(yi)。
2. 切割磨料
水(shui)(shui)射(she)流(liu)切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)所用的(de)磨料，主要(yao)有(you)金(jin)剛(gang)砂(sha)、橄欖石(shi)(shi)(shi)、石(shi)(shi)(shi)榴石(shi)(shi)(shi)、煉(lian)銅(tong)爐渣(zha)(zha)和氧化物。其中煉(lian)銅(tong)爐渣(zha)(zha)較為(wei)理想(xiang)，一是它(ta)(ta)的(de)價格低，只(zhi)有(you)精鋼砂(sha)的(de)1/8～1/10；更主要(yao)的(de)是它(ta)(ta)的(de)切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)速度比(bi)金(jin)剛(gang)砂(sha)快(kuai)30％。這是由(you)于(yu)煉(lian)銅(tong)爐渣(zha)(zha)的(de)顆(ke)粒比(bi)較尖銳(rui)，在切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)過程中，當它(ta)(ta)們(men)與切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)工件相撞(zhuang)后被破(po)碎(sui)，從而(er)形成較多的(de)切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)刀。另(ling)外，用金(jin)剛(gang)砂(sha)進行水(shui)(shui)射(she)流(liu)切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)時，切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)磨料容易嵌入母(mu)材，從而(er)對切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)處的(de)某些性能(neng)，如焊接接頭(tou)力學性能(neng)，會產(chan)生不良影響，而(er)用煉(lian)銅(tong)爐渣(zha)(zha)作為(wei)切(qie)(qie)(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)磨料就能(neng)克服這一瑕疵(ci)。
一般要求切(qie)割(ge)磨料的(de)粒度為0.2～1.5mm，這主要取(qu)決于(yu)切(qie)割(ge)噴槍的(de)噴嘴直徑(jing)。切(qie)割(ge)磨料可收(shou)回，反(fan)復(fu)使(shi)用2～3次，然(ran)后經過篩選，將(jiang)過分細碎磨料去掉。
3. 切割噴嘴所(suo)用材質
對于(yu)切割(ge)噴(pen)(pen)嘴(zui)除了有(you)足夠(gou)韌(ren)性(xing)和硬(ying)度外，更主要是有(you)良好的(de)(de)耐磨性(xing)，才能有(you)效(xiao)地減小切割(ge)噴(pen)(pen)嘴(zui)的(de)(de)磨損(sun)，從而提高其使用(yong)(yong)(yong)壽(shou)命(ming)。由于(yu)噴(pen)(pen)嘴(zui)內徑的(de)(de)磨損(sun)，將使切口(kou)的(de)(de)縫隙變(bian)寬(kuan)，導致切口(kou)斷面的(de)(de)垂直度降(jiang)低(di)。通常選(xuan)用(yong)(yong)(yong)鎢、硅或者硬(ying)質合金作為(wei)(wei)切割(ge)噴(pen)(pen)管的(de)(de)材料，但使用(yong)(yong)(yong)壽(shou)命(ming)均不夠(gou)理想，目前認為(wei)(wei)選(xuan)用(yong)(yong)(yong)藍寶石作為(wei)(wei)噴(pen)(pen)管的(de)(de)材料較為(wei)(wei)適合。
4. 切(qie)割工(gong)藝
水(shui)射流切割(ge)常用的切割(ge)材料及其切割(ge)工藝(yi)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）。
鑒于水(shui)(shui)射流切(qie)(qie)割(ge)(ge)已發展為一種(zhong)精(jing)(jing)密加工工藝(yi)，它對(dui)設(she)備提(ti)出了高(gao)精(jing)(jing)度的(de)要求，水(shui)(shui)射流切(qie)(qie)割(ge)(ge)機(ji)將是一臺(tai)精(jing)(jing)密加工機(ji)床(chuang)。這種(zhong)設(she)備的(de)技(ji)術特性完(wan)全相當于精(jing)(jing)密的(de)激(ji)光切(qie)(qie)割(ge)(ge)機(ji)。它由(you)高(gao)壓水(shui)(shui)射流發生器(qi)（增壓裝置）、水(shui)(shui)刀(dao)切(qie)(qie)割(ge)(ge)頭、數控切(qie)(qie)割(ge)(ge)平臺(tai)、CNC控制器(qi)系統以及計算(suan)機(ji)、控砂輔助(zhu)裝置等(deng)組成。
