一(yi)、切(qie)割原理

  水射流切割(ge)屬(shu)于一種新型冷加(jia)工(gong)工(gong)藝，它能在條(tiao)件惡(e)劣且嚴禁煙火的現場(chang)使用，得到了廣泛(fan)的重視，現給予介紹(shao)。水射流切割(ge)是(shi)集機械、電子、計算(suan)機、自動控(kong)制技(ji)術為一體的高(gao)新科技(ji)成果，是(shi)近(jin)幾年來才發展起來的一種嶄新的材料加(jia)工(gong)方法。

  水射(she)(she)(she)流切(qie)(qie)割(ge)(ge)的(de)(de)原理是利用一(yi)定高壓(ya)的(de)(de)純水或帶有(you)切(qie)(qie)割(ge)(ge)磨料(liao)的(de)(de)液(ye)(ye)漿，經切(qie)(qie)割(ge)(ge)噴管射(she)(she)(she)出具有(you)高密度沖擊的(de)(de)液(ye)(ye)柱，直(zhi)沖被加工物體進(jin)行切(qie)(qie)割(ge)(ge)。按水壓(ya)高低的(de)(de)不同，可分為(wei)(wei)低壓(ya)和(he)高壓(ya)水射(she)(she)(she)流切(qie)(qie)割(ge)(ge)兩種，圖(tu)(tu)6-17和(he)圖(tu)(tu)6-18為(wei)(wei)水射(she)(she)(she)流切(qie)(qie)割(ge)(ge)工藝原理示意圖(tu)(tu)。

二、切割特點

 水(shui)射流切(qie)割(ge)技術有(you)下列特(te)點：

 1. 切割(ge)的水射流壓力大 

    水射流壓(ya)力為幾十到(dao)幾百兆帕，以2～3倍聲速(su)產生(sheng)巨大(da)的(de)(de)射流能量(liang)密度來切(qie)(qie)割(ge)物體。被(bei)切(qie)(qie)割(ge)工(gong)件(jian)(jian)的(de)(de)切(qie)(qie)口溫(wen)升很低(di)，一般(ban)溫(wen)度不(bu)超過(guo)100℃，這是(shi)與其他熱切(qie)(qie)割(ge)工(gong)藝(yi)相比(bi)最為突出的(de)(de)優點。這樣，它就(jiu)排除了被(bei)切(qie)(qie)割(ge)工(gong)件(jian)(jian)產生(sheng)變形(xing)、切(qie)(qie)口部分的(de)(de)熱影響(xiang)區(qu)和組織變化的(de)(de)可能性。它在嚴(yan)禁(jin)煙(yan)火(huo)的(de)(de)場合，如海(hai)洋石油鉆(zhan)井平臺、煉油廠、大(da)型油罐、油氣輸送(song)管路等(deng)處，能安全可靠地使用。

 2. 水射流切割的切口質(zhi)量(liang)十分(fen)優異 

    切(qie)(qie)口表面(mian)平滑，不(bu)存(cun)在(zai)(zai)任何毛刺和氧化(hua)殘(can)跡(ji)，切(qie)(qie)口的間隙很窄，用純水切(qie)(qie)割，一(yi)般(ban)可控制在(zai)(zai)0.1mm以內；添加(jia)(jia)(jia)一(yi)定切(qie)(qie)割磨(mo)料則(ze)在(zai)(zai)1.2～2.0mm之(zhi)間。切(qie)(qie)口不(bu)需要進行二次加(jia)(jia)(jia)工，簡化(hua)了(le)加(jia)(jia)(jia)工程序。

 3. 切割(ge)厚度范(fan)圍比較寬(kuan) 

    水(shui)射流(liu)的(de)(de)切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)厚度(du)范圍比(bi)較寬，最大(da)切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)厚度(du)可(ke)大(da)于100mm。對于厚為2.0mm的(de)(de)特(te)殊鋼(gang)板，切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)速度(du)可(ke)達100cm／min，盡管水(shui)射流(liu)切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)速度(du)略遜(xun)于激光(guang)切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)，但它(ta)在切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)過程(cheng)中不會產生大(da)量的(de)(de)切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)熱，所以在實(shi)際應用(yong)上(shang)，水(shui)射流(liu)切(qie)(qie)割(ge)(ge)(ge)更具有優越性。

 4. 切割(ge)對象(xiang)廣泛(fan) 

    這(zhe)種切割(ge)方法不僅適用于金(jin)屬(shu)(shu)和非(fei)金(jin)屬(shu)(shu)的(de)(de)切割(ge)，也適用于復合材料、熱敏感材料的(de)(de)加工(gong)。

 5. 優良(liang)的(de)操作(zuo)環(huan)境 

    水射(she)(she)(she)流(liu)切割過程中(zhong)無輻射(she)(she)(she)線、無飛濺(jian)粒子，避免了灰塵飛揚現(xian)象，環(huan)境不受污染。即使是(shi)磨(mo)料(liao)水射(she)(she)(she)流(liu)切割，磨(mo)料(liao)的(de)粉塵和切割屑也能直接被水流(liu)沖走，進入收集器(qi)內，確保了操作者的(de)身體(ti)健康，可稱得上是(shi)一種綠色環(huan)保的(de)加工方法。

  由于水射流(liu)切割有上述優點，在(zai)航(hang)空航(hang)天、原子能(neng)、石油、化(hua)工(gong)、水下工(gong)程及建筑等行(xing)業均有廣泛應用的前景。

三、切割工藝

 1. 切(qie)割(ge)方法

   目前(qian)的(de)水(shui)射流(liu)切割方法(fa)有低(di)壓和高壓水(shui)射流(liu)兩(liang)種。

   低壓水射流切割(ge)(ge)是(shi)將高壓水（14～69MPa）和切割(ge)(ge)磨料首(shou)先在一加壓儲罐(guan)內進(jin)行(xing)預混合，然后將混合好的磨料液漿經過一軟管直接送到割(ge)(ge)槍內進(jin)行(xing)切割(ge)(ge)，如圖6-17所示。被切割(ge)(ge)工件(jian)可以在遠離切割(ge)(ge)電源500m處或者水下進(jin)行(xing)切割(ge)(ge)。

   高壓(ya)水射流(liu)切割(ge)(ge)(ge)是將高壓(ya)水（大于240MPa）和干燥磨料分別通過各自(zi)軟(ruan)管輸送(song)，然后(hou)在割(ge)(ge)(ge)槍(qiang)的(de)混合腔(qiang)內進行混合，并完成物件的(de)切割(ge)(ge)(ge)加(jia)工，如圖6-18所示。被切割(ge)(ge)(ge)加(jia)工工件一般在切割(ge)(ge)(ge)電源附近(jin)進行。

   低(di)壓(ya)和(he)高壓(ya)水(shui)射(she)流切(qie)割(ge)(ge)(ge)在相同條件下進行切(qie)割(ge)(ge)(ge)加工時，前(qian)者(zhe)(zhe)水(shui)和(he)切(qie)割(ge)(ge)(ge)磨料(liao)的(de)(de)消(xiao)耗僅為后者(zhe)(zhe)的(de)(de)1/8～1/3；從(cong)(cong)割(ge)(ge)(ge)槍(qiang)(qiang)的(de)(de)結(jie)構上看，低(di)壓(ya)水(shui)射(she)流切(qie)割(ge)(ge)(ge)的(de)(de)割(ge)(ge)(ge)槍(qiang)(qiang)相對(dui)簡單些(xie)；從(cong)(cong)能量消(xiao)耗來看，低(di)壓(ya)水(shui)射(she)流切(qie)割(ge)(ge)(ge)所耗能量較小。所以目(mu)前(qian)低(di)壓(ya)水(shui)射(she)流切(qie)割(ge)(ge)(ge)為最有效(xiao)的(de)(de)切(qie)割(ge)(ge)(ge)工藝。

 2. 切(qie)割磨料

   水(shui)射(she)流切(qie)割(ge)(ge)(ge)所用的(de)磨料(liao)，主要(yao)有金剛(gang)砂、橄欖石、石榴(liu)石、煉銅爐渣(zha)(zha)和氧化物。其(qi)中煉銅爐渣(zha)(zha)較為理想(xiang)，一(yi)(yi)是(shi)它的(de)價(jia)格低，只(zhi)有精鋼砂的(de)1/8～1/10；更主要(yao)的(de)是(shi)它的(de)切(qie)割(ge)(ge)(ge)速度比(bi)(bi)金剛(gang)砂快(kuai)30％。這是(shi)由于煉銅爐渣(zha)(zha)的(de)顆粒比(bi)(bi)較尖銳，在切(qie)割(ge)(ge)(ge)過程中，當(dang)它們與切(qie)割(ge)(ge)(ge)工(gong)件相撞后(hou)被破(po)碎，從(cong)而形成較多的(de)切(qie)割(ge)(ge)(ge)刀。另外，用金剛(gang)砂進行水(shui)射(she)流切(qie)割(ge)(ge)(ge)時，切(qie)割(ge)(ge)(ge)磨料(liao)容(rong)易嵌入母材，從(cong)而對切(qie)割(ge)(ge)(ge)處的(de)某些性(xing)能，如焊接(jie)接(jie)頭力(li)學性(xing)能，會產(chan)生(sheng)不良影響，而用煉銅爐渣(zha)(zha)作為切(qie)割(ge)(ge)(ge)磨料(liao)就(jiu)能克服這一(yi)(yi)瑕(xia)疵。

   一般要求切割(ge)磨料(liao)的粒度為0.2～1.5mm，這(zhe)主要取決于切割(ge)噴槍的噴嘴直徑。切割(ge)磨料(liao)可收回(hui)，反復使(shi)用2～3次(ci)，然后(hou)經過(guo)篩選，將過(guo)分(fen)細碎磨料(liao)去掉。

 3. 切(qie)割噴(pen)嘴所用材質

   對于切(qie)(qie)割噴(pen)嘴(zui)除(chu)了有足夠韌性(xing)和硬(ying)度外，更主要是有良好的(de)耐磨(mo)(mo)性(xing)，才能有效(xiao)地減小切(qie)(qie)割噴(pen)嘴(zui)的(de)磨(mo)(mo)損，從(cong)而提高(gao)其使用(yong)壽(shou)命。由(you)于噴(pen)嘴(zui)內徑的(de)磨(mo)(mo)損，將使切(qie)(qie)口(kou)的(de)縫隙變寬，導致切(qie)(qie)口(kou)斷面的(de)垂直度降低(di)。通常(chang)選用(yong)鎢、硅或者(zhe)硬(ying)質合金作(zuo)為(wei)(wei)切(qie)(qie)割噴(pen)管的(de)材(cai)料(liao)，但使用(yong)壽(shou)命均不夠理(li)想，目前(qian)認為(wei)(wei)選用(yong)藍寶石作(zuo)為(wei)(wei)噴(pen)管的(de)材(cai)料(liao)較為(wei)(wei)適(shi)合。

 4. 切(qie)割工(gong)藝

   水射流切割常用的(de)切割材料及(ji)其切割工藝(yi)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）。

   鑒于水射(she)流(liu)切(qie)割(ge)已(yi)發展為(wei)一種精密加(jia)工工藝，它對設備(bei)提出(chu)了高精度的要(yao)求，水射(she)流(liu)切(qie)割(ge)機將是一臺(tai)精密加(jia)工機床(chuang)。這種設備(bei)的技術特性完全相當于精密的激光切(qie)割(ge)機。它由高壓(ya)水射(she)流(liu)發生器（增(zeng)壓(ya)裝置）、水刀切(qie)割(ge)頭、數控切(qie)割(ge)平臺(tai)、CNC控制器系統以及(ji)計算機、控砂(sha)輔助(zhu)裝置等組成(cheng)。