高压水射流切割的工艺特点

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：高压水射流切割的最大特点是用非热源的高能量水射流束来进行加工，切割中无热过程，故可用来切割几乎所有的金属及非金属材料，特别适用于各种热切割方法难以加工或不能加工的材料。

1.纯水型高压水射流切割

在空气中喷出的高速水射流的结构如图4-4-17所示。喷嘴出口区附近具有不含空气的中心水流，随着离喷嘴端部距离的增大，水射流逐渐扩展，并在外围区与空气相混合。

水射流中的压力在喷嘴出口附近分布较陡，且峰值较大。随着与喷嘴端部距离的增加，压力分布逐渐平缓。当水压大于196MPa时，喷出的水射流的速度超过声速。纯水射流对材料有以下作用：

图4-4-17 在空气中喷出的高速水射流的结构示意图

1）动压作用。

2）因空泡引起的侵蚀作用（空蚀作用）。

3）因水滴的非固定撞击所引起的水冲击作用。

纯水射流切割就是借助高速水射流的上述作用来破坏材料分子间的结合，并将切口中破损的材料除去的过程。

2.加磨料型高压水射流切割

加磨料型高压水射流切割是借助水射流的动能加速磨料，利用磨料及水的动能来冲击和切割材料的过程。加磨料型高压水射流切割过程是由三种作用共同完成的：第一种是固体颗粒及液滴的冲蚀作用；第二种是带磨料的水射流沿工作界面的剪切破断作用（切削作用）；第三种是切割面上磨料还起到微机械加工的作用。

高压水射流切割的最大特点是用非热源的高能量水射流束来进行加工，切割中无热过程，故可用来切割几乎所有的金属及非金属材料，特别适用于各种热切割方法难以加工或不能加工的材料。此外，高压水射流切割还具有以下一些特点：

1）由于水的冷却作用，被切割工件的温升很小，切口（包括切割面）的温度低于100℃，不产生热变形及热影响区，因此不会改变被切割材料的材质及性能，对于合金钢、有色金属（如钛、锆等）等热敏感性强的材料的切割尤为合适，还可直接制备金相检验用的试件。

2）切口质量高，没有毛刺、挂渣，切割面垂直、平整、光洁程度高，而且也没有撕裂或应变硬化等现象。切割薄金属板时，切割边不发生卷口现象。

3）切口宽度较小。纯水型切割时，水射流的直径通常在0.1～0.5mm，加磨料型的喷嘴孔径为1.2～2.5mm，在切割套料时有利于提高材料的利用率。

4）可以从工件上的任意一点开始或中止切割，而且加工零件内部的开孔也比较容易。

5）由于切割中反作用力小，割炬可用机器人来操纵，能用来切割三维曲面的工件。

6）不产生对人体健康有害的气体、粉尘等，对石棉、毛织物及各种纤维合成材料的加工尤为合适。

7）在严禁明火作业的区域，如海洋石油钻井及采油平台、炼油厂、大型油气储罐区以及油气输送管道等场合均可实现安全切割。

相对而言，高压水射流切割存在以下一些缺点：

1）设备成本比其他切割方法高。

2）切割硬质材料时的切割速度较低。

3）切割精度与机械加工相比稍差。

4）在某些切割场合，需对废水进行处理。

5）加磨料型的操作成本较高。