一、切割原理

  水射流切割屬于一種新型冷加工工藝，它能在條件惡劣且嚴(yán)禁煙火的現(xiàn)場(chǎng)使用，得到了廣泛的重視，現(xiàn)給予介紹。水射流切割是集機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)為一體的高新科技成果，是近幾年來(lái)才發(fā)展起來(lái)的一種嶄新的材料加工方法。

  水射流切割的原理是利用一定高壓的純水或帶有切割磨料的液漿，經(jīng)切割噴管射出具有高密度沖擊的液柱，直沖被加工物體進(jìn)行切割。按水壓高低的不同，可分為低壓和高壓水射流切割兩種，圖6-17和圖6-18為水射流切割工藝原理示意圖。

二、切割特點(diǎn)

 水射流切割技術(shù)有下列特點(diǎn)：

 1. 切割的水射流壓力大 

    水射流壓力為幾十到幾百兆帕，以2～3倍聲速產(chǎn)生巨大的射流能量密度來(lái)切割物體。被切割工件的切口溫升很低，一般溫度不超過(guò)100℃，這是與其他熱切割工藝相比最為突出的優(yōu)點(diǎn)。這樣，它就排除了被切割工件產(chǎn)生變形、切口部分的熱影響區(qū)和組織變化的可能性。它在嚴(yán)禁煙火的場(chǎng)合，如海洋石油鉆井平臺(tái)、煉油廠、大型油罐、油氣輸送管路等處，能安全可靠地使用。

 2. 水射流切割的切口質(zhì)量十分優(yōu)異 

    切口表面平滑，不存在任何毛刺和氧化殘跡，切口的間隙很窄，用純水切割，一般可控制在0.1mm以內(nèi)；添加一定切割磨料則在1.2～2.0mm之間。切口不需要進(jìn)行二次加工，簡(jiǎn)化了加工程序。

 3. 切割厚度范圍比較寬 

    水射流的切割厚度范圍比較寬，最大切割厚度可大于100mm。對(duì)于厚為2.0mm的特殊鋼板，切割速度可達(dá)100cm／min，盡管水射流切割速度略遜于激光切割，但它在切割過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生大量的切割熱，所以在實(shí)際應(yīng)用上，水射流切割更具有優(yōu)越性。

 4. 切割對(duì)象廣泛 

    這種切割方法不僅適用于金屬和非金屬的切割，也適用于復(fù)合材料、熱敏感材料的加工。

 5. 優(yōu)良的操作環(huán)境 

    水射流切割過(guò)程中無(wú)輻射線、無(wú)飛濺粒子，避免了灰塵飛揚(yáng)現(xiàn)象，環(huán)境不受污染。即使是磨料水射流切割，磨料的粉塵和切割屑也能直接被水流沖走，進(jìn)入收集器內(nèi)，確保了操作者的身體健康，可稱得上是一種綠色環(huán)保的加工方法。

  由于水射流切割有上述優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、原子能、石油、化工、水下工程及建筑等行業(yè)均有廣泛應(yīng)用的前景。

三、切割工藝

 1. 切割方法

   目前的水射流切割方法有低壓和高壓水射流兩種。

   低壓水射流切割是將高壓水（14～69MPa）和切割磨料首先在一加壓儲(chǔ)罐內(nèi)進(jìn)行預(yù)混合，然后將混合好的磨料液漿經(jīng)過(guò)一軟管直接送到割槍內(nèi)進(jìn)行切割，如圖6-17所示。被切割工件可以在遠(yuǎn)離切割電源500m處或者水下進(jìn)行切割。

   高壓水射流切割是將高壓水（大于240MPa）和干燥磨料分別通過(guò)各自軟管輸送，然后在割槍的混合腔內(nèi)進(jìn)行混合，并完成物件的切割加工，如圖6-18所示。被切割加工工件一般在切割電源附近進(jìn)行。

   低壓和高壓水射流切割在相同條件下進(jìn)行切割加工時(shí)，前者水和切割磨料的消耗僅為后者的1/8～1/3；從割槍的結(jié)構(gòu)上看，低壓水射流切割的割槍相對(duì)簡(jiǎn)單些；從能量消耗來(lái)看，低壓水射流切割所耗能量較小。所以目前低壓水射流切割為最有效的切割工藝。

 2. 切割磨料

   水射流切割所用的磨料，主要有金剛砂、橄欖石、石榴石、煉銅爐渣和氧化物。其中煉銅爐渣較為理想，一是它的價(jià)格低，只有精鋼砂的1/8～1/10；更主要的是它的切割速度比金剛砂快30％。這是由于煉銅爐渣的顆粒比較尖銳，在切割過(guò)程中，當(dāng)它們與切割工件相撞后被破碎，從而形成較多的切割刀。另外，用金剛砂進(jìn)行水射流切割時(shí)，切割磨料容易嵌入母材，從而對(duì)切割處的某些性能，如焊接接頭力學(xué)性能，會(huì)產(chǎn)生不良影響，而用煉銅爐渣作為切割磨料就能克服這一瑕疵。

   一般要求切割磨料的粒度為0.2～1.5mm，這主要取決于切割噴槍的噴嘴直徑。切割磨料可收回，反復(fù)使用2～3次，然后經(jīng)過(guò)篩選，將過(guò)分細(xì)碎磨料去掉。

 3. 切割噴嘴所用材質(zhì)

   對(duì)于切割噴嘴除了有足夠韌性和硬度外，更主要是有良好的耐磨性，才能有效地減小切割噴嘴的磨損，從而提高其使用壽命。由于噴嘴內(nèi)徑的磨損，將使切口的縫隙變寬，導(dǎo)致切口斷面的垂直度降低。通常選用鎢、硅或者硬質(zhì)合金作為切割噴管的材料，但使用壽命均不夠理想，目前認(rèn)為選用藍(lán)寶石作為噴管的材料較為適合。

 4. 切割工藝

   水射流切割常用的切割材料及其切割工藝參數(shù)見(jiàn)表6-23。

   以低壓水射流切割工藝對(duì)不同厚板奧氏體不銹鋼切割進(jìn)行了試驗(yàn)：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(guān)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）。

   鑒于水射流切割已發(fā)展為一種精密加工工藝，它對(duì)設(shè)備提出了高精度的要求，水射流切割機(jī)將是一臺(tái)精密加工機(jī)床。這種設(shè)備的技術(shù)特性完全相當(dāng)于精密的激光切割機(jī)。它由高壓水射流發(fā)生器（增壓裝置）、水刀切割頭、數(shù)控切割平臺(tái)、CNC控制器系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)、控砂輔助裝置等組成。