水射流加工技术
一、基础介绍
高压水射流技术是近几十年来发展起来的一门新技术，其应用日趋广泛。从原理上讲，它与我国煤矿中使用已久的水力采煤技术基本相同，都是把具有一定压力的水通过直径较小的喷嘴形成射流，将这股水射流作为工具进行切割、破碎和清洗物料。所不同的只是高压水射流的水压更高、喷嘴直径更细而已。水力采煤中使用的水压通常为5~15MPa，水枪出口直径为15~30mm；而高压水射的水压一般为30MPa以上，有的高达数百兆帕，喷嘴直径则在2mm以下，最小的可达0.1mm。因此，高压水射流可以在很小的区域内集中极大的能量，例如1000MPa 的高压水射流的能量束密度可以与激光束相匹敌[1]。
图0-1为高压水射流切割系统示意图。由低压泵站2产生的低压水在增压器3增压后，经高压胶管传送到喷嘴4形成高压水射流。数控箱6操作喷嘴移动，从而完成各种切割作业。切割后的废液经回收处理后排放。
由此可见，高压水射流系统一般由压力源，喷嘴及其控制装置以及连接它们的高压管路和其他附属装置所组成。
1.1高压水射流技术的发展概况
自古以来，人们总把水比作柔弱，把岩石比作坚硬。然而，水滴石穿却正是柔弱的水穿透坚硬岩石的现象。在大雨中飞行的飞机被雨滴侵蚀的所谓“雨蚀”现象也是柔能克刚的实例。然而，过去人们都是以消极的态度来研究如何防止高速水流的侵蚀，没有或很少采取积极的态度来研究如何利用高速水流为人类做功而已。
19世纪中叶，在北美洲第一次使用了高压水射流开采非固结的矿床。在20世纪50年代，苏联和中国的水力采煤就是利用水射流的冲击和输送作用。随着水力采煤技术的推广，人们开始对高压水射流技术产生了浓厚的兴趣，同时也认识到，提高水的压力适当减小喷嘴直径可以显著地提高水射流的落煤效果。于是人们便开始研制较高压力的压力源（高压泵和增压器）及高压脉冲射流（俗称水炮）。进入20世纪60年代大批高压柱塞泵和增压器的问世，大大推动了高压水射流的研究工作。当时，部分学者片面认为好像高压水射流的压力越高越好。日本研制出了1700MPa的增压器，苏联和美国研制出了压力高达5600MPa的脉冲射流发生器。到了20世纪70年代末，高压水射流技术领域又出现了一个值得分析的新动向，即从单一提高水射流压力的观点开始转向到研究如何提高和充分发挥水射流的威力这方面研究。开始出现高频冲击射流、共振射流和磨料射流，这些射流的水压并不算太高，但它们的威力却大大高于同样压力的普通连续水射流。进入20世纪80年代，磨料射流、空化射流、气水射流的发展，使高压水射流技术推向一个新的阶段。同时，各国学者也开始对各种射流的基础理论、切割机理等方面进行研究。高压水射流技术的应用范围也由单纯的采矿工业扩大到航空、建筑、化工、冶金、市政工程、纺织、金属切割及医学等领域。高压水射流作为一种良好的切割、破碎及清洗除垢的工具，已被人们所公认，一大批高压水射流切割机、采煤机、掘进机、打桩机和多种形式的多用途的清洗除垢机已投入市场。
1972年英国流体动力学研究协会（BHRA）组织了第一次国际水射流切割技术会议，以后每两年举行一次，至今已召开了八次。另外美国和日本等国也成立了自己的水射流学会，并邀请国外学者定期召开国际会议，这些国际会议大大推动了世界各国水射流技术的发展。
我国高压水射流技术的研究是继水力采煤技术之后，从20世纪70年代开始的，经过20年来的研究和实践，取得了很大进展，开发出了一批新技术和新产品。研究领域也由开始的煤炭工业领域发展到石油、冶金、化工、建筑、航空及医学领域，有的在国际上还处于先进水平。我国从1979年开始每两年召开一次全国水射流技术讨论会，出版了《高压水射流》杂志。1987年在北京召开了第一届环太平洋国际水射流会议，此后第二届、第三届会议分别在新加坡和中国台湾召开。为发展我国水射流技术起到了巨大地推动作用。
回顾高压水射流技术的发展概况，大体上可分为四个阶段。即20世纪60年代初期的探索试验阶段，主要为低压水射流采矿；20世纪60年代初至70年代初为基础设备研制和攻关阶段，主要研制高压泵、增压器和高压管件及推广高压水射流清洗技术；20世纪70年代初至80年代初为工业试验及工业应用阶段，主要特点是大量的高压水射流采煤机、切割机、清洗机相继问世并进行了工业试验，其应用领域也由采矿发展到其他领域；80年代以来是高压水射流技术迅速发展阶段，主要特点是高压水射流技术的研究进一步深化，磨料射流、空化射流等新型水射流发展更快，许多产品已达到商品化。
1.2高压水射流分类
1.淹没射流和非淹没射流
按射流介质与射流周围介质来分，射流可以分为淹没射流和非淹没射流两种。对于水射流而言，水射流在水中或其他液体中喷射时称作淹没水射流；在空气中喷射时为非淹没水射流。
2.定常射流和非定常射流
按射流水力学特性，高压水射流又可分为定常射流和非定常射流两种。定常射流的特点是射流的各个断面上的流体力学特性不随时间而变化，仅为位置的函数；非定常射流则与此相反，射流各断面上的流体力学特性不仅随其位置变化而变化，而且随时间而变化。定常射流一定是连续射流，而非定常射流可以是连续射流，也可以是非连续射流。
3.连续射流、冲击射流和混合射流
按射流对物料的施载特性，高压水射流又可分为连续射流、冲击射流和混合射流三种。其对物料的施载特性如图0-2所示。
1）连续射流：该种射流对物料施载开始时有一个短时的冲击峰值压力，随之而来的是长期的稳定的较低的压力。这种射流只有冲击峰值压以后的
稳定压力才具有代表性。该种射流常用切割和清洗物料。
2）冲击射流：其对物料的施载特点是产生一个只持续较短时间的压力峰值，这时只有峰值压力才具有代表性。高速水滴冲击和脉冲水射流可以看作
是冲击施载方式。
3）混合射流：介于上述两种极端的施载方法之间的称作混合射流。其施载特点是冲击压力和稳定压力相结合。含有空化气泡的连续水射流（空化
射流）在其连续稳定施载的同时伴随着空化作用的冲击施载。具有一定
长度的液柱间断射流，其施载过程为一冲击压力加上一段稳定压力。稳
定压力维持的时间与柱状液滴的速度和大小有关。
在实际工程中，要实现前两种极端的施载方式是很困难的。对于通常的连续水射流来讲，高压柱塞泵的柱塞及阀门的作用将产生一定的压力波动，必然影响其稳定施载，只是这种压力波动不太大，频率不太高，可近似地看作稳定施载而已[2]。另外实现单颗液珠施载更为困难，因为液珠不能太小，而体积较大的液珠又与具有一定长度的液柱的施载相似，属于混合施载，因此，连续施载和冲击施载只能是近似地。
4.单相射流与多相射流
按射流本身介质来分，高压水射流又可分为单相和多相射流。常见的纯水射流包括加有高分子聚合物的水射流都属于单相水射流。混有固体磨料微粒的磨料射流及混有微小冰块的冰水射流属于固液两相射流，混有空化气泡的空化射流属于气液两相射流。
1.3高压水射流的特点
高压水射流技术之所以能得到突飞猛进的发展，是由于它与其他加工方法相比具有一些列的优点，充分发挥高压水射流的优势，是我国研究高压水射流技术的宗旨。
高压水射流技术的主要优点有：
（1）高压水射流工作时有降温、灭尘、润滑等作用。对于煤矿采掘机械来说，水射流除参与切割、提高采掘能力之外，还可以冷却和润滑截齿，
减少磨损、提高寿命，并能降低采掘工作面粉尘，实现无火花切割，
从而为煤矿采掘工作提供一个安全卫生的环境。同时还消除在一些精
密加工中产生的温度应力及变形现象。
（2）高压水射流的工作介质是水，不但丰富易取而且便宜。这就为高压水射流技术提供了与其他加工方式的竞争力。
（3）高压水射流对被切削物的作用力集中在射流喷射方向，其横向分力非常小。因而，可以对质地较软的物料或多层复合材料进行精密切割，
不仅消除了机械刀具切割时产生的切口变形或分层现象，而且还可以
得到非常平整的切口。
（4）高压水射流工作过的水还具有冲运切屑的功能，不必专设排屑装置。
这对于钻孔和采矿等作业来说非常有利。
（5）通过调节高压水射流的压力及流量，可以方便地改变水射流的工作条件，以适应不同的作业要求。
（6）高压水射流的工作机构具有喷头体积小、后坐力小、移动方便，便于实现光控、数控、或机械手控制，并且可以从被切赫物料的任何部位
开始切割出各种复杂的形状。利用机械手可以在人不能靠近的危险环
境下工作，如拆除废旧核反应堆的混泥土掩体和清洗有毒、易爆的容
器等。
（7）高压水射流整套装置体积不大，可以装在汽车上进行远距离操作和野外作业。高压水射流技术虽然有以上的优点，但还存在着以下一些问
题，限制了它的推广应用，有待于进一步研究解决。
高压水射流技术的主要缺点有：
（1）高压水射流的喷嘴虽然很小，但压力很高，所需功率很大[4]，如2mm 的喷嘴在压力为50MPa时射流功率近50kw，目前在很多工程作业中，
由于种种原因，水射流的能量没有得到充分利用，导致其切割破碎物
料的比能较高，严重影响水射流的经济效益。
（2）高压水射流切割时，水滴的飞溅不仅影响工作环境的可视度而且浪费掉一些能量，甚至被加工物表面残留大量的水，增加工作面湿度。
（3）一些高压水射流部件还不太过关，如超高压泵、旋转密封、耐磨喷嘴、高压管件等，这些问题不同程度地限制了高压水射流技术的进一步推
广，也是各国学者今后研究的方向。
二、加工技术
2.1水射流加工类型
2.1.1.纯水型
纯水型仅利用纯净水增压后从喷嘴喷出的高速水射流进行加工。如图2a所示。
纯水型加工能力较低，只适用于加工软质材料。但设备较简单，消耗物少，操作成本低。所用水压在20~400MPa之间。
2.1.2.高压加磨料型
高压加磨料型的原理如图2b所示。高压水和磨料分别用管道输送至割枪，在割枪的混合室内混合后，随高压水从磨料喷嘴喷出。切割所用的水压力通常在100~400MPa之间[3]。
2.1.
3.低压加磨料型
低压加磨料型的原理如图2c所示。水和磨料预先在加压储罐内进行混合，然后在混合好的、带磨料的液浆用于管子直接送至割枪的喷嘴喷出进行加工。所使用的压力较低，通常在20~100MPa之间[3]。与高压加磨料型相比，低压加磨料型具有如下特点：
（1）由于压力较低，液浆可使用柔性管子输送到割枪，故割枪能远离高压泵装置，给加工带来方便。同时低压水泵的成本低。
（2）对设备要求不像高压型那样严格，因浆液中水量大于磨料量，喷嘴的磨耗大为减小，对水源要求也较低，咸水或淡水都可以使用、喷嘴对
中度也不像高压型要求严格，而且对工件的不平整也不那么敏感。
（3）结构较简单，可以采用柴油机驱动整个机组，故没有电源的地方也可以使用。
（4）由于磨料悬浮在水中并用软管输送至喷嘴，消除了高压型因干料受潮使磨料在管道中堵塞问题。
（5）能以同样的速度进行切割加工。更换喷嘴也能用于喷砂作业。
（6）因压力低，能量不足，不适用于深水作业。对切割某些贵重材料时切口较宽，切割面较粗糙是其不足之处。
2.2水射流加工设备和装置
2.2.1设备的基本组成
设备的基本组成通常有下列几部分，水射流加工的类型不同，其组成也不完全相同。
（1）高压水发生装置（包括给水装置、增压器、高压泵和蓄压器等）。
（2）枪及喷嘴
（3）枪的驱动装置
（4）其他装置（包括集水器、磨料储罐、水过滤装置等）。
2.2.1.1纯水型水射流加工设备
纯水型水射流加工设备较为简单。图3所示为其构成简图。目前这种切割设备所用的最高水压为343MPa。
2.2.1.2高压加磨料型水射流加工设备
高压加磨料型和纯水型不同之处，前者附设有磨料罐和磨料供给装置。其设备组成如图4所示。图中所示两种供给磨料方式。一种为干式，即由磨料供给斗
以粉末形态供给；另一种为浆液式，是磨料与水预先混和成浆液供给。高压加磨料型其磨料原则上是利用割枪内水喷嘴喷出的水射流造成的负压，带入水流中加以混合后进行加工的。
2.2.1.3低压加磨料型水射流加工设备
低压加磨料型水射流加工设备如图2c所示。与高压加磨料型相差不大，只是压力较低一些，磨料供应需要预混装置。
2.2.2高压水发生装置
水射流加工设备中高压水发生装置是重要部件。现在用于水射流加工的高压水发生装置常用柱塞泵和增压泵。柱塞泵通常只能用于压力196MPa以下射流加工，不适用于要求超高压力的场合。增压泵高压水发生装置可获得比柱塞泵高的水压。现在水射流加工中水压力在98~392MPa的场合经常使用增压泵。
2.2.3枪和喷嘴
枪和喷嘴是水射流加工影响质量和效率的关键部件之一。图5所示为三种类型水射流加工用的枪体和喷嘴组件的基本结构，其中纯水型加工用的结构最简单，喷嘴孔可采用直筒形。喷嘴大都采用金刚石或宝蓝石制造。喷嘴孔径通常为0.1~0.5mm。
高压加磨料型加工用的枪体结构较复杂，由多个部件组成。其中水喷嘴的材质和孔径可与纯水型相同。而磨料喷嘴孔会受到磨料的磨损。为了延长其寿命，保持水射流长期稳定地喷出，常使用碳化钨等硬质合金制造。同时喷嘴孔道采用两段式结构，上部为锥度缓慢变化的圆锥体，下部为直筒形孔道，且孔道长道较
长[5]。这些孔道的设计要考虑磨损余量，喷嘴孔径通常为1~2mm。
低压加磨料型加工用的喷嘴由于高压水与磨料预先混匀后直接输送到枪中，虽然水压力较低，喷嘴材料也要用碳化钨等硬质合金。喷嘴孔道也成两段式，但圆锥体段较短。喷嘴孔径比高压加磨料型要大，在水压力约为35MPa时，通常孔径为2~3mm。
2.2.4枪体驱动装置
水射流加工基本上都采用全自动化，主要是数控装置和机器人。这既是提高切割质量、精度和效率的需要，也是有利于安全生产。在加工小尺寸零件时也有采用光电跟踪装置的。
2.2.5水处理装置
水射流加工可以使用管道水，但水中所含悬浮物质和溶解的无机物对高压泵、增压泵以及喷嘴的使用寿命有很大影响，故水在送入高压泵之前须进行净化处理。
水处理装置包括过滤、化学处理和缓冲/过滤装置。利用过滤装置将粒度大于0.45μm的悬浮物从水中滤去，再利用离子交换法或反渗透法进行化学处理以除去水中的其他化合物。在纯水型水射流设备进行加工时，还要在高压水送至喷嘴之前，经过缓冲/过滤装置，把残存的微粒除去。
2.2.6集水槽
集水槽置于加工工作台下面，其功能是回收喷射水和磨料。纯水型和加磨型加工用的集水槽，结构上有所不同，加磨料型的结构要耐磨损，并能回收磨料。
通常在集水槽中放入金属球以缓冲吸收加工后水射流剩余的能量，另外集水槽还要考虑消声和磨料飞散的问题。
2.3水射流加工的工艺要求
2.3.1高压水压力
水射流加工无论是纯水型或加磨料型其加工能力与高水压成正比关系。
水射流切割加工时，当工件材质和割枪一定，高压水喷射压力存在一个临界值。压力低于临界值就不能实现切割。此临界值与切割材料的抗拉强度成线性正
比关系。实际切割是从材料表面打孔起割。高压水压力增大，打孔所需时间就相对缩短。
低压加磨料型水射流切割由于压力低就不适用于深水中切割。
2.3.2切割速度
水射流切割速度与切割厚度一般成反比关系，即切割速度大，切割厚度减小。反之，当板厚一定时，切割速度存在一个极限值，速度高于此极限值就不能实现切割。
实验表明，水射流切割低碳钢和不锈钢，二者切割速度基本相同。而切割铝合金的速度要快1倍。最佳速度约为极限切割速度值的2/3.切割速度过快或过慢切口质量都降低。
2.3.3喷嘴孔径与喷嘴位置
喷嘴孔径大，高压水流量也大，切割能力也相应提高[5]。喷嘴孔径与切割厚度大致成线性正比关系。但喷嘴孔径增大，切口宽度增大，精度降低。
喷嘴距工件高度对切割能力和质量都有很大影响。一般以2mm为合适高度。太高不仅切割能力下降，切口质量也下降。
喷嘴一般与加割工件表面垂直，只有切削、剥离加工时才使喷嘴倾斜。
2.3.4磨料
加磨料水射流加工时，磨料对中工能力有很大影响。以下介绍磨料的种类、粒度、供给量对加工工艺的影响，对这些方面的研究正在不断深入。
2.3.4.1磨料种类
一般认为磨料的硬度与切削加工能力成正比。实践证明，当磨料硬度高于某临界值时，切割加工能力出现突变性的提高。而有些硬度高的磨料如石英砂、金刚石等，它们硬度高低不同，但切割能力并未因硬度升高而增大。切割加工能力取决于磨料的颗粒结构和韧性。尖角状的磨料比圆角形具有较好的切削力，韧性好的磨料在被粉碎之前比脆性磨粒能保持较长时间的切削刃，故切割加工能力较好。例如铜炉渣，其硬度低于金刚砂，但因具有尖锐的棱角，其切割速率反比金刚砂快30%。
高压加磨料型水射流切割所用磨料常用拓榴石、燧石、石英砂和铸铁砂等。而低压加磨料型水射流切割所用磨料常用氧化铝粉。
2.3.4.2磨料粒度
磨料粒度对水射流切割加工能力也有很大影响。如使用拓榴石在其粒度小于200μm时，随粒度增大，切割能力也提高[6]。当粒度大于200μm时，切割加工能力反而降低，这可能时因为粒度增大，在供给量固定的条件下，与材料相冲击的磨粒数量减少，而且磨粒尺寸过大，其质量也大，故不能用水射流充分加速。因此磨料粒度要恰当。用拓榴石磨料平均粒度以200μm为最合适，磨料粒度与切割加工面光洁度也有关，磨料粒度较细光洁度较好。选用时要根据工件要求全面考虑。
2.3.4.3磨料供给量
通常认为，磨料供给量与切割加工能力成正比关系[6]。实际上，在混合室一定的条件下，磨料供给量也存在一极限值，超过此极限值再增加供给量反而会使切割加工能力降低，而且，磨料增加，成本上升。
2.4水射流加工技术的应用
2.4.1切割
水射流加工技术目前在切割工艺中应用较多，主要用在汽车制造、石油化工、航空航天、建筑、造船、造纸、皮革及食品等工业部门。
纯水型水射流加工设备主要适用于切割橡胶、布、纸、木板、皮革、泡沫塑料、玻璃、毛织品、地毯、碳纤维织物、纤维增强材料和其他层压材料等。
加磨料型设备主要适用于切割对热敏感的金属材料、硬质合金、表面堆焊硬化层的零件、外包或内衬异种金属和非金属材料的钢质容器和管子、陶瓷、钢筋混凝土、花岗岩及各种复合材料等[7]。
2.4.2其他应用
（1）水射流可用于在各种材料上打孔。比钻头打孔加工速度快。如在厚25mm铝板上打一个孔仅需30秒。纯水型可用于打印刷线路上的小孔，加磨料型适用于软、硬材料。如航空航天工业已用在碳纤维合成材料模板上打孔。
（2）利用水射流可在各种材料上开凹槽。如用于堆焊开槽、用以固定另一个零件的开槽以及加工窄间隙焊接接头的坡口等。
（3）用水射流对热敏感金属焊接接头进行背面清根或者清除焊缝中的裂纹等缺陷，相比用火焰或电弧刨削等热加工方法，可免除裂纹在加工过程中继续扩展的危险。
（4）采用水射流对焊趾进行整形加工，比采用砂轮打磨或电弧重熔工艺整形速率快，对提高焊缝的疲劳寿命十分有效。
2.4.3水射流成套技术的工程应用实例
图1所示为沈阳航空航天大学为黎明航空发动机公司设计制造的高压水射流清砂机，整套设备主要由工作装置、传动装置、水枪、压力装置及水处理装置五大部分组成[8]。
（1）工作装置由大小转盘附属构件组成；
（2）传动装置由电动机、联轴器、减速器、电磁离合器以及支架等组成；
（3）水枪由喷嘴及移动装置等组成；
（4）压力装置由高压泵组、蓄能器、控制器等组成；
（5）水处理装置由回收水槽、滤水池、软化水装置等组成。
该设备不仅降低了清砂工序的成本，而且是得单晶叶片的清砂质量得到保证，生产效率也得到提高，工作稳定、可靠，使用寿命较长。
图2所示为沈阳航空航天大学为北京航空材料研究所设计制造的高压水射流脱芯机床，用于单晶叶片的陶瓷型芯去除工序。脱芯机床以高压水枪发射出的高压水射流冲击铸件内部的软化后陶瓷型芯以达到脱芯的目的。设备运行时，通过箱体内的模具夹持叶片，靠2组专用快速夹紧装置实现固定夹紧，此时，通过移动箱体和水枪的相对位置来对正叶片内的型芯[8]。
图3所示为沈阳航空航天大学为北京航空材料研究所设计制造的数控高压水射流脱芯机床，整套设备主要由数控系统、传动系统、工作装置、压力系统及水处理装置五大部分组成[8]。
（1）数控系统采用华中数控提供的数控操作系统；
（2）传动系统由XYZ三坐标移动装置组成；
（3）工作装置由水枪及其移动系统、叶片夹持机构、工作室等组成；
（4）压力装置由高压泵组、蓄能器、控制器等组成；
（5）水处理装置由回收槽、滤水池、软化水装置等组成。
通过此设备的应用，极大地提高了脱芯工序的效率，此设备数控编程简单，脱芯时定位精确，脱芯效果好，取得了很好的经济效益。
参考文献
[1] 赵家瑞.水射流加工新技术的发展现状[J] 石油工程建设, 1999(5):1-6.
[2] 侯荣国.超声振动辅助磨料水射流脉动行为及其对加工机理影响机制研究[D] 济南:山东大学,2015.
[3] 吕哲.超声振动辅助磨料水射流抛光冲蚀机理和工艺技术研究[D] 济南:山东大学,2015.
[4] 蔡毅,苏国兵.高压水射流喷嘴设计及有限元分析[J] 机械设计与研究,2017,33(6):163-167,171.
[5] 谢成雨,蔡毅,云丹丹,等.高压水射流喷嘴设计仿真研究[J] 煤矿机械,2016,37(8):6-9.
[6] 吴学成,王怀,胡倩.基于轨迹图像的煤粉颗粒速度和粒径测量[J] 浙江大学学报(工学版),2011,45 (8):1458—1462.
[7] 陆亚鹏,马斌.高压水除锈技术在煤矿的探索应用[J] 机电信息,2011.8(18):114—115.
[8] 曹国强,张睿.高压水射流研究现状及应用[J] 沈阳航空航天大学学报,2017,34(3):1-16. DOI:10.3969/j.issn.2095-1248.2017.03.001.
水射流研究的现状与发展
水射流研究的现状与发展 “水滴石穿”的实质是微小的冲量对时间的积分。高压水射流加工技术正是利用相 同的原理，把动量加大，缩短时间，达到断石、断铁、切割的目的。人们在很早的时间 就开始利用很高压力的水进行材料的加工和切割。1870年前后，美国在加利福尼亚的金 矿中用增压后的水流开采矿石，俄国人也曾用水采煤。在上世纪60年代，密苏里大学 林业系的诺曼·弗朗兹教授发明了高压水射流的切割实验装置。该装置的核心是一个单 缸增压器，压力可以达到344.7MPa(s000opsi)，用这样的高压水可以来切割木材。这 一装置引起包括著名的依格所尔公司在内的许多压力设备制造商和研究单位的兴趣。1971年第一台商用水切割试验机在杰克逊的阿尔顿纸品公司投入应用，用于切割层压纸管，其厚度达到12.7mln(0.sin)，并且可以在纸管上切出各种形状。高压水切割技术的 真正的商品化应用是上世纪80年代初洛克韦尔飞机公司用水切割机来切割BI轰炸机的 钦合金零件，可以节约成本50%。目前许多国外的公司用高压水切割各种材料，甚至用 于军舰制造。 高压水除用于切割之外，还可用于除锈、清洗，以及建筑与道路施工等方面，涉及 到造船、航空、汽车、机械制造、轻工、城建等许多行业。 1987年洛克希德航空系统公司开发了四轴水切割机器人，用于石墨增强树脂、钦合 金板材以及薄壁大口径管材的切割。依格所尔公司的水切割系统与ASES的机器人组合 成汽车工业机器人，在瑞典得到应用，切割汽车车头的衬里、门板和地毯。在军工上， 美国人应用高压水切割军舰用异型橡胶零件，以及潜艇外贴降噪橡胶层。 高压水射流技术在国内的应用开始于上世纪80年代，并随着国际上水射流理论的 成熟和成功的商业化，国内对这项技术的认识也不断地加深，很多的专家学者〔52]，对此开展了大量的研究和探讨，把国内的高压水射流切割技术不断推进。新型射流的应用和 研究得到很快的发展，在落煤、破岩、船舶除锈、喷射钻井、机场除胶和除漆等得到极 为迅速的推广。 2高压水射流切割工艺的特点及应用 高压水射流切割技术之所以能够迅速地在实践中得到应用和关注，是与其具备鲜明 的技术特点，能够满足日益增长社会生产的需求分不开的。 水射流加工是一种现代的有别于传统的加工方式。有两种类型:纯水射流(，厄terjet) 和磨料水射流(Abrasive研/aterjet)。水射流从切割纸板开始，到今天能广泛地应用于各种软硬材料，包括纸、食物、玻璃纤维、绝缘材料、塑料和复合材料。在WJ的切割过 程中，切割是超声速的冲蚀过程。WJ与AWJ的主要区别在于提高切割能力的一种磨料 介质。 在高科技日益发展的社会中，只有创新才会发展。高压水射流切割技术开拓了一个 大连理工大学硕卜学位论文 新的特种加工领域，可以轻松应对那些新奇的因为热影响和机械性能约束而不能切割的 材料。AWJ磨料水射流可以广泛地应用于材料的加工，如:钦金属、钢、铜、铝、石材、 玻璃和其他复合材料。AWJ还可以弥补其他加工方法的不足。使用AWJ预开孔可以提 高EDM(放电加工)的性能，其可以扩展EDM和激光加工对某些惰性和非传导材料的 加工能力。由于AWJ的反冲力较小，因此对易碎脆性材料的AWJ加工不必担心变形和 破碎。 高压水射流既不同于传统加工的铣、刨、磨、削，也有别于一般的剪切和冲裁。它 属于高能切割。高压水射流切割就是把高压水射流的动能作为切割能，对材料进行冲蚀
高压水射流技术概述
高压水射流技术概述 高压水射流是近几十年来得以迅速发展的一项新技术，作为清洗、切割、破碎工具，水射流具有其独特的优越性。近年来，随着大型化、智能化、专用化的高压水射流装备的迅速发展，该技术已渗透到众多应用领域：从一般机械零件、建筑物的清洗到以管道、管束、容器为主的工业清洗，从机场跑道除胶到船舶除锈，从金属、非金属板材切割到曲面仿形切割，从水力采煤到开采岩石，从喷射注浆到破碎路面，从无刀手术到水幕电影、降尘、喷泉……，林林总总。 高压水射流足以水为工作介质，通过增压设备和特定形状的喷嘴产生高速射流束，具有极高的能级密度。一些新型射流如脉冲射流、空化射流和磨料射流的相继出现，大大提高了其切割、剥离、破碎能力，更进一步拓宽了水射流技术的应用范围，可用于清洗、清理、切割、注水钻孔、喷雾、破碎、研磨等作业，具有清洁、无热效应、能量集中、易于控制、效率高、成本低、操作安全方便等特点，广泛应用在轻工、机械、建筑、采矿、石油、化工、核能、军工、航天、航空、汽车、铁道、船舶、海洋、冶金、市政工程以及医学等部门。特别适宜于自然环境恶劣、工作危险等场合作业，能大大减轻劳动强度、改善劳动环境、降低和防止危险事故的发生。 高压水射流与激光束、电子束和等离子束统称为高能束加工技术，其中高压水射流足唯一的冷切割加工技术。高压水射流不仅可以切割各类金属、非金属、塑性或脆性硬材料，而且工艺简单，工件材料的物理、机械性能不会破坏。在各种新材料与复合材料相继涌现的当今时代，高压水射流的冷切割性能是无与伦比的。 一、高压水射流 所谓高压水射流，是将普通自来水通过高压泵加压到数百乃至数千大气压力，然后通过特殊的喷嘴（孔径只有1-2毫米），以极高的速度（200-500米/秒）喷出的一股能量高度集中的水流。这一股一股的小水流如同小子弹一样具有巨大的打击能量，它能够进行钢板切割、铸件清砂、金属除锈，更能除去管子内壁的盐、碱、垢及各种堵塞物。利用这股具有巨大能量的水流进行清洗即为高压水射流清洗。 二、高压水射流主要优势： 成本低、质量好、速度快、无环境污染、无金属腐蚀、应用面广。 三、清洗范围： 各类例管式热交换器、双效吸收式溴化锂制冷机、立及卧式冷凝器、空气预热器、复水器、除尘器、蒸发器、反应釜、锅炉、罐体、容器、加热装置；各类上下水管道、工业用水管道、输油管道及两相流输送管道、排污管道、排渣管道、煤气管道、烟道、雨水管道、大型楼房、建筑物及设备内外表面的附着物等。 四、清洗内容： （一）各类规格的上下水管道、工业用水管道、工矿企业及居民区排污管道、排渣管、雨水管、煤气管道、烟道、输油管道及两相流输送管道的堵塞物；
高压水射流清洗技术现状及发展前景
中国设备工程2013年2月 编者按：为贯彻落实《重金属污染综合防治“十二五”规划》和《国家环境保护“十二五” 规划》等相关规划，提升工业清洁生产水平，工信部、科技部、财政部在２０１２年联合制定并发布了《工业清洁生产推行“十二五”规划》。明确了“十二五”期间工业清洁生产总体目标和主要任务，包括开展工业产品生态设计、提高生产过程清洁生产技术水平等。工业清洁清洗涉及多学科技术领域，正逐步受到工业企业重视，各行业对工业清洁清洗技术和设备的需求强劲，工业清洁清洗的发展前景十分可观。 高压水射流清洗不仅为企业设备的检修、保洁、节能降耗提供了最佳手段，同时也消除人工清除设备污垢对设备造成的硬力伤害及潜在危害，对工业企业的增效功不可没。但在实际操作中，如何解决和协调好各个设备、技术参数的关系，达到高效清洁的效果，使设备保持清洁如新的状态，应受到相关从业人员的高度关注。 有鉴于此，本期专题就高压水射流清洗技术在国内外的发展现状、清洗设备、清除乙烯裂解设备结焦的案例等进行介绍，以期加深大家对高压水射流清洗的理解，在实际工作中取得更高的效率与收益。 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" （策划吴建卿） 高压水射流清洗技术现状及发展前景 北京科技大学机械工程学院／北京亨必通水射流清洗技术有限公司 陈玉凡 简要描述了高压水射流技术在工业清洗中的应用状况以及高压水射流清洗机成为国内外工业清洗中主导设备的原因，阐述了高压水射流清洗技术在我国应用中存在的一些问题及该技术发展前景。高压水射流清洗技术是近年来发展起来的一门新兴科学，它利用高压水发生设备产生高压水，通过喷嘴将压力转变为高度聚集的水射流动能完成清洗、切割、破碎等各种工艺的技术。高压水射流清洗技术适用于冶金、石油、化工、电力、交通、国防、市政环卫、矿山等多行业、多领域各类管线、热交换器、容器、船舶、车辆及大型设备的内外清洗。 随着现代社会对清洗行业提出的效率、洁净率及环保要求的不断提高，高压水射流清洗技术的普及应用成为工业清洗的必然趋势。 一、高压水射流清洗技术的特点 美国、德国、日本、英国、法国、澳大利亚等发达国家利用高压水射流进行清洗已占到工业清洗８０％￣９０％的市场份额。作为一种先进的物理清洗方法，高压水射流清洗具有多方面的优势： （１）无环境污染。高压水射流以自来水或工业用水为介质，无味、无色、无臭、无毒，对环境没有任何污染，属于环保型清洗方法。 （２）不腐蚀金属。水射流中没有任何酸、碱药剂等添加 剂，既不腐蚀金属，又不损坏管路及设备，延长了设备的使用寿命。 （３）应用范围广泛。凡是水射流直接射到的部位，不论是管道、容器罐体的内外壁、建筑物的表面，还是坚硬结垢物、致密堵塞物，皆可迅即被击碎剥落，脱离粘结母体，清洗干净。对设备、设施大小、形状、材质及垢物种类均无特殊要求，故其应用范围极其广泛。 （４）打击效率高、清洗成本低。以廉价的水为介质，对任何结垢物及堵塞物，只要水射流的压力、流量选择合适，喷射枪具选型合理，就能进行高速有效清洗，获得低成本、高效率的双重效果。 （５）节水又节能。水射流清洗属于高压细射流清洗。喷嘴喷头的孔径只有０．５￣２．５ｍｍ，射流直径也以毫米计算，每小时只消耗３￣５ｍ３的水，用过的水还可以回收。故高压水射流清洗机属节水节能设备。 由于上述高压水射流清洗的特性，高压水射流清洗在国内外，无论是在工矿企业还是在市政工程，无论在服务行业还是在机关单位，都能获得广泛的应用。 二、高压水射流清洗技术在发达国家中的发展状况 6
水射流技术原理
先进制造技术课程论文 论文题目：水射流切割的技术原理、设备、技术特点 及实际应用分析 系部： 专业： 班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： xxx年月日
绪论 高压下,由喷嘴发出的高速水射流,具有很大的能量,足以切割坚硬的材料(包括金属和非金属);如果向水射流中加入某种固体硬颗粒,则称为磨料水射流,它具有更大的能量,可以切割更硬更厚的材料,这就是水射流切割技术的简单描述。尽管早在古代,人们就已懂得“滴水穿石”的道理,然而直本世纪60年代,才真正把这个简单原理变成水射流切割工业技术;而磨料水射流技术的应用,还不到10年时间,所以这是一项新兴技术。然而,近年来发展很快,迄今全世界已有几十个国家,共拥有大约2000个水射流切割系统。尽管如此,当前这项技术仍处于初级发展阶段,技术尚不成熟,在理论与实践方面,都有许多空白,有待填补。这项技术起步较晚的原因在于,它涉及到超高压技术,因而对材料、制造工艺、设计方法、理论分析、控制手段、经济承受力等提出了严格要求。开发和应用这项技术,与一个国家的综合发展水平和国力强弱有密切关系。我国已在近年里,逐渐开展研究和应用,尤其在理论研究方面,已取得许多成果,但在制造技术方面,却有较大差距,有待解决。多年的实践证明,水射流切割技术,独具特点,是现代机械加工及技术发展中不可缺少的组成部分,具有很强的生命力,必须充分予以重视,有计划地研究、开发和应用。 现代的高压水射流切割作为一门高新特技术涉及的学科领域较多，如超高压理论、流体动力学、特种材料、材料力学、弹性力学、制造工艺学、高压密封技术、自动控制理论等现代科技内容，其自身是一种标准的机电液一体化产品，其卓越的应用效果更集中体现在高科技产品制造上。某种意义上讲，水射流技术的研究与应用也成为了一个国家综合科技水平和经济实力的标志。
高压水射流清洗作业.doc
高压水射流清洗技术是近年来在国际上兴起的一门高科技清洗技术。高压水射流清洗具有清洗成本低、速 度快、清净率高、不损坏被清洗物、应用范围广、不污染环境等特点。自80年代中期传入我国以来，逐渐 得到了工业界的普遍认同与重视。 在传统的清洗作业中采用的清洗技术有机械钻孔清洗、蒸汽清洗、化学清洗、超声波清洗、以及水射 流清洗等几十种形式。到目前为止，高压水射流清洗已经成为西方发达国家的主流清洗技术，占到了清洗 业市场份额的80%以上。 我国的清洗行业多年来一直处于化学和手工清洗的落后状态，无论是化学清洗还是人工清洗都存在着 清洗成本高、效率低、污染环境等问题，远远不能满足现代社会日益增长的工业及民用清洗要求。 高压水射流清洗技术90年代中期得到迅速普及。目前，高压水射流清洗在我国工业清洗中已超过10%，并且正在迅速增长。随着现代社会对清洗行业提出的效率、洁净率及环保要求的不断提高，高压水射流清 洗技术在我国的普及应用是必然趋势。 一、高压水射流清洗技术的特点高压水射流清洗属于物理清洗方法，与传统的人工、机械清洗及化学清洗 相比，有如下优点： ①水射流的压力与流量可以方便地调节，因而不会损伤被清洗物的基体。 ②高压水射流清洗不会造成二次污染，清洗过后如无特殊要求，不需要进行洁净处理。 ③洗形状和结构复杂的物件，能在空间狭窄或环境恶劣的场合进行清洗作业。④高压水射流清洗快速、 彻底。 ⑤清洗成本低，大约只有化学清洗的1/3左右。 ⑥高压水射流清洗用途广泛。高压水射流清洗对设备材质、特性、形状及垢物种类均无特殊要求，只 要求水射流能够达到即可。 ⑦高压水射流清洗无有害物质排放与环境污染问题，水射流物化后还能降低作业区的空气粉尘浓度， 保护环境。 二、高压水射流清洗技术的应用 在我国，高压水射流清洗技术已经在包括石油、化工、冶金、煤炭、交通、船舶、建筑、市政工程以 及核能军工等许多部门得到了应用。 适用于高压水射流清洗的结垢物的类型包括：各种机械堵塞物、各类盐碱结垢物、氧化铁、金属锈蚀物、 油脂及油污凝结物、油漆、焦炭、石蜡、沥青、石灰、石子、沉渣、淤泥、船体上的附着物及海洋生物等。 三、便携式水切割系统 "便携式水切割系统"配有低压供水，高压管线等相关部件， "便携式水切割系统"的标准机型为电动机驱动，也可提供柴油机驱动型以适应野外工作的要求。主机 的设计适应于各种环境，可由两个人进行搬运工作。 最佳靶距： 水射流对物体表面的作用力不仅与射流密度、速度有关，而且还与水射流离该表面的距离有关，根据
高压水射流去毛刺机
东莞市辉碟自动化科技有限公司是一家专门从事电化学加工技术装备及去毛刺方案供应商，集新产品研发、生产、加工与技术服务的综合性企业。我公司引进德国技术制造的电化学去毛刺机和高压水射流去毛刺机是一种创新和高效节能的全新工艺装备，替代目前传统复杂的机械去毛刺工艺的先进技术装备。 数控高压水射流去毛刺机 利用高压水射流去毛刺，高效节能、洁净环保、无化学污染，而且不需要进行二次清洗。 高压水射流去毛刺机可以清除各种机械零件加工毛刺，锌合金，铝合金，铜合金及铸铁件外壳的飞边毛刺，不锈钢铸造件和烧结金属粉末件。例如ABS 阀体、硬质合金钻头、齿轮、链轮、气动液压阀体阀块、泵体、发动机组件、传动装置和航空航天领域。 高压水射流去毛刺是最好的选择 系统特点： ◆高效节能，无环境污染的清除毛刺和加工切屑。 ◆工件无二次污染。不需二次清洗。 ◆没有苛刻的化学品污染生产过程无环境污染，完全符合RoHS规程 ◆压力高，压力 20-100 Mpa 泵系统。 ◆工作是噪音低于80分贝。 ◆全面的清除毛刺和废水过滤、水利用率高，循环系统提高生产率和加快投资回报。 ◆模块化设计使客户能够轻松地集成系统和容纳各种尺寸范围的零件。 ◆可适应24小时连续生产，整套系统只需要少量的维护和检查， ◆适用于各种尺寸零部件去毛刺 丰富的系统配置经验 东莞市辉碟自动化科技有限公司提供的数控高压脉冲水射流去毛刺机高效清除各种机械零件毛刺装备，水刀系统清除来自各种不同范围组件的毛刺。辉碟自动化科技是中国去毛刺装备一流制造商和领导者，提供领先的去毛刺技术装备和电解加工系统。 数控高压脉冲水射流去毛刺机系统配置 高压泵类型 ......... 变频调速直接驱动15-45千瓦， 额定电压 ......... 3相380（50-60赫兹） 工作压力 ...... 20 到 100 Mpa （可选） 扇型喷嘴：（外部表面和平面上清洗）
(整理)基于高压水射流清洗技术的研究
基于高压水射流清洗技术的研究 一引言 高压水射流技术是近年来在国际上兴起的一门高科技清洗技术，最早出现在19世纪中叶，到20世纪50年代才开始应用于采煤，60年代大批高压柱塞泵和增压器的问世推动了水射流技术快速发展。到70 年代末，水射流技术出现了新的研究方向，并研制成功了高频脉冲射流、共振射流和磨料射流，这些射流的压力虽然不太高，但威力却高于相同压力的普通连续水射流。进入80年代，磨料射流、空化射流、水射流和自振射流的发展把水射流技术推向一个新的阶段。水射流技术的应用越来越受到人们的重视。 随着高压水射流技术的发展，水射流清洗技术也越来越为人们所重视，应用也日趋广泛。水射流清洗技术是利用水射流使一种或多种材料（表面覆层）从另外一种物体（基体）表面上脱离下来，如容器内壁和管道内壁的清洗和除垢、带钢除鳞、铸件去毛刺等。水射流清洗技术涉及到交通、冶金、电力、机械、市政、化工、建筑等领域，美、德、日、英、法、加等发达国家，工业上用高压水射流工艺进行清洗的比例已达到80%～85%。水射流可除去用化学方法不能或难以清洗的特殊覆层，主要用于水垢、锈蚀、油垢、烃类残渣、各种涂层、混凝土、结焦、树脂层、颜料、微生物污泥等的清除。高压水射流清洗技术在60～70年代开始推广，到80年代以后得到了很快的发展，自80 年代中期传入我国以来，逐渐得到了工业界的普遍认同与重视。二高压水射流清洗特点
高压水射流技术把水作为介质，以射流为核心，集高压泵、阀、自控系统等于一体，通过高压发生装置，使水流获得巨大的能量后以特定的流体运动方式从一定形状的喷嘴中高速喷射出来，形成了能量高度集中的水流。高压水射流技术之所以能脱颖而出，是与其本身的许多特点和优势分不开的。它不仅与水本身所固有的性质有关，也与高压水的力学作用有着密切的联系。其效果较之传统的人工清洗、机械清洗、化学清洗方法具有效率高、无污染、综合费用低、节能、不腐蚀损伤基体、易于实现机械化、自动化和智能化控制等诸多优点，可清洗形状和结构复杂的零部件，能在空间狭窄、复杂环境、恶劣有害场合进行作业，因此世界各国大力发展高压水射流清洗技术。水射流清洗与传统的机械式、化学式清洗相比，具有如下优势：（1）无污染：高压水射流以清洁的自来水作为介质，对环境没有任何污染，并且喷射出的射流雾化后还能降低清洗作业区的粉尘浓度，不需洗后处理，属环保型清洗方法。 （2）不腐蚀：水射流中没有任何酸碱药剂、清洁剂，既不腐蚀金属，又不会损伤被清洗对象的基体。 （3）清洗效率高：任何结垢物和堵塞物，只要选择了正确的水射流参数，即压力、流量功率及喷枪、喷头选择合适，就能高速、有效的清洗。 （4）清洗成本低：高压水射流使用天然水为介质，同时又选择了高强度、高耐磨性的喷咀、喷头作喷射枪具，其磨损程度非常微小，综合成本只是化学方法的1/3左右，可获取成本低、效率高的双重效
高压水加工技术(先进制造技术)
高压水加工技术 作者：学号： 单位：湖南大学手机号码： Email: 摘录：高压水射流是一项在工业上应用广泛的技术。本论文介绍了高压水射流技术加工特点应用等，分析了高压水射流切割加工机理，简单介绍该技术在公路工程领域中的应用状况。 高压水射流技术是近几十年发展起来的技术，其应用日益广泛。目前，在煤炭、石油、冶金、航空、建筑、 交通、化工、机械、建材、市政工程、水利及轻工业等部门得到广泛应用，主要用来对物料进行切割、破碎 和清洗。高压水射流业已成为新型的切割工具，与激光束、电子束、等离子体等热切割加工相比，高压水射 流是唯一一种冷切割加工方法。在对许多材料的切割、破碎及表面预加工中，高压水射流具有独特的优越性。关键字：高压水射流技术；水加工 中图分类号：．北京：机械工业出版社。2007． 引言： 高压水射流是一项在工业上应用广泛的技术，高压水射流业已成为新型的切割工具。本论文内容包括：高压水加工的起源；高压水射流技术切割加工特点；高压水射流技术切割加工原理； 高压水加工的类型；高压水加工的优缺点；高压水加工的应用 正文： 1 高压水加工的起源 诺曼.弗兰兹博士一直被公认为高压水加工之父。他是研究超高压（UHP）水加工的第一人。超高压的定义是高于30000 psi。弗兰兹博士是一名林业工程师，他想寻找一种把大树干切割成木材的新方法。1950 年，弗兰兹第一次把很重的重物放到水柱上，迫使水通过一个很小的喷嘴。他获得了短暂的高压射流（多次超过了现在使用的压力），并能够切割木头和其它材料。他后来的研究涉及更为连续的水流，但他发现获得连续高压非常困难。同时，零件的寿命也以分钟计算，而不是今天的数周或数月。 1979 年，Mohamed Hashish 博士在福禄研究室工作，开始研究增加水加工切割能量的方法，以便切割金属和其它硬质材料。Hashish 博士被公认为加砂水刀水加工之父，他发明了在普通水刀中添加砂料的方法。他使用石榴石（砂纸上常用的一种材料）作为砂料。凭借这种方法，水加工（含有砂料）能够切割几乎任何材料。
凝汽器化学清洗高压水射流清洗施工技术方案及凝汽器清洗规程样本
凝汽器化学清洗施工技术方案及凝汽器高压水射流清洗规程 摘要：凝汽器化学清洗(高压水射流清洗)技术方案编写内容从凝汽器化学清洗(高压水射流清洗)编制 根据、凝汽器结垢成因、凝汽器化学清洗(高压水射流清洗)必要性、不锈钢凝汽器化学清洗应当注意关 于问题、凝汽器化学清洗(高压水射流清洗)系统建立、凝汽器化学清洗(高压水射流清洗)安全文明施工 管理安全办法等八个方面展开。 目录 1、凝汽器化学清洗(高压水射流清洗)本方案编制根据 (1) 2、结垢成因 (3) 3、化学清洗必要性 (4) 4、不锈钢凝汽器清洗应当注意关于问题 (5) 5、凝汽器化学清洗(高压水射流清洗)系统建立 (6) 6、凝汽器化学清洗(高压水射流清洗)质量管理办法、目的 (6) 7、凝汽器化学清洗(高压水射流清洗)安全文明施工管理安全办法 (8) 8.凝汽器化学清洗(高压水射流清洗)资质 (12) 9、凝汽器化学清洗(高压水射流清洗)业绩展示 (8)
1、凝汽器化学清洗(高压水射流清洗)本方案编制根据 1.1 DL/T957-《火力发电厂凝汽器化学清洗(高压水射流清洗)及成膜导则》 1.2 GB/T25146-《工业设备化学清洗质量验收原则》 1.3 HG/T2387-《工业设备化学清洗质量原则》 1.4欣格瑞（山东）环境科技有限公司《工业设备高压水清洗施工方案制定办法》 1.5 GB8978-1996《污水综合排放原则》 1.6《火力发电厂基本建设工程启动及竣工验收规程实行办法》（1996年） 1.7 GB/T25147-《工业设备化学清洗中金属腐蚀率及腐蚀总量测试办法、重量法》 1.8欣格瑞（山东）环境科技有限公司《华电国际莱城发电厂#3机凝汽器高压水清洗方案》《里彦电厂#2机凝汽器高压水清洗方案》等关于方案及实践（参见业绩表） 1.9甲方提供关于技术参数。
水射流加工--论文
水射流加工 （大连交通大学机械工程学院辽宁大连116028） 摘要 本文介绍了水射流加工的发展、原理、系统组成及在各个方面的应用前景。 关键词：水射流加工；切割；磨料；喷嘴。 1.，高压、超高压水射流的发展 水射流技术始于19世纪中叶，最初用于冲蚀土壤和开采金矿。早在1830年俄罗斯人就采用了大直径水射流冲开未固结的砂砾石金矿、冲洗淘金，1852-1884年这种技术在美 国加利福尼亚金矿得到了应用和发展。当时压力很低，仅几至十几个大气压。20世纪初，水射流技术开始用于开采其他金矿和用于水力采煤。 50年代，人们从水力采煤和高速飞机的雨蚀现象中认识到，提高射流压力和速度能 够冲蚀较坚硬物料，并显著提高落煤效果，从而开始了较高压设备的研制和较高压射流的试验。60年代，随着较高压力柱塞泵和增压器的问世，开始研究射流动力学特征和喷嘴 结构。60年代末，美国国家科学基金资助了一项庞大的研究计划，诣在寻求一种高效 的切割破岩方法，研究人员提出并实验了25种新方法，如电火花、电子束、激光、火焰、等离子体、高压水射流等，最后专家一致公认最可行有效的是高压水射流破岩方法，后 来也只有这种方法得到了实际应用。进入70年代，各国开始大力研究高压水射流技术， 使该技术进入了迅速发展的新阶段。这期间，研究的重点是水射流破岩机理、脉冲射 流特性及水射流在切割、破岩、清洗上的应用，开始出现了水力辅助机械破岩、空化射流、磨料射流、间断射流等新型射流技术。进入80年代以来，随着激光测速、高速摄影、流 体显形、数值模拟等先进测试和研究手段的进步，高压水射流技术研究和应用得到更立为垂发展。磨料射流、空化射流、脉冲射流水力辅助机械破岩技术和基础理论、切割机理、 影响因素研究和分析进一步深入，并出现了气水射流、液态金属射流、液态气体(空气、 氮气、二氧化碳)射流、冰粒射流、超高压射流等特种射流，其应用范围也由当初的采矿、破岩、钻孔、清洗、除垢发展到金属和超硬材料切割、表面处理、研磨等，应用领域涉及煤炭、石油、冶金、化工、船舶、航空、建筑、电力、纺织、交通、市政医学等几十个工业部门及核废料、海洋等危险恶劣工作环境，自动化程度和切割精度有了显著提高。 二、水射流切割基本原理 水射流切割原理．可简单概括为：通过转能装置（泵或增压器），将发动机〔电机或内燃机）的机械能转变成水的压力能；再通过喷嘴小孔，喷出高速射流，将压力势能转换成动能；当高速水射流冲击被切材料时，动能又重新变成作用于材料表面的压力能。如果压力超过材料的破坏强度（门限压力），即可切断材料。 使水获得高压的装置．主要有两种形式：压力小于7OMPa ，可直接用多级离心泵或柱塞泵；70MPa 以上．多用增压器或动压式水炮 为了不致功率过高，流量较小常为认0.5~25L／min ；喷嘴直径常为0.1 一0 . 6mm ，目前多用人造宝石、碳化钨、陶瓷等耐磨材料制作；射流速度可达500 --l000m / s 的超音速。 由于工作介质（水）与周围介质（空气）之间，在射流发生时，进行剧烈的动量交换和紊动扩散，使得常用的非淹没连续自由射流，变成气液两相混合介质射流，机理复杂。除涉及经典流体力学外，更多地涉及到高速气液两相流、激波、水介质雾化、气液混合介质声速、
简述水射流加工技术发展与应用
简述水射流加工技术发展与应用 摘要：本文旨在介绍水射流加工技术的形成、发展史。明确水射流加工工艺的主要流程，了解其发展趋势。 关键词：冷加工高压水射流切割磨料 一、水射流加工技术发展史 人们认识水射流应该说还是从水的冲刷作用开始的。大雨能把田地冲出一道水沟，能剥落山岩，甚至能造成泥石流。河道出口久而久之便冲积成了三角洲。水对大自然的鬼斧神工表现在3个方面：使材料破裂、流动、去除。 水射流的应用起源于采矿业。早期利用水射流冲洗矿石中的泥土，蓄水运送并筛选矿石和直接周水射流冲刷煤层。由冲刷到破碎实际上是水射流的一个质变，前者是低压大流量，后者则是高压小流量。本世纪30年代已开始用水射流采煤。开始是用lOMPa以下的水射流冲采中硬以下煤层，至70年代已发展到用20～30MPa水射流慢速切割煤体，再后来就是高压至lOOMPa、超高压大于200MPa的水射流辅助采煤机、掘进机用于破碎落煤和破岩。 只有提高水射流工作压力才能使其广泛应用于大工业部门，这已成为人们的共识。20世纪70年代，高压水清洗和超高压水切割在同步发展。80年代，高压清洗已日趋完善，普及应用。超高压水射流切割工艺一直是水射流行业研究、追踪的热点。尤其在80年代末、90年代初期这类所谓“水刀”设备已经批量化、商品化，而且以机械于控制切割头为代表的产品已迅速达到了全自动、智能化的高水平。 水射流技术在向高压方向发展的同时，70年代末期国际水射流领域出现了一个引人注目的新动向，即从单一提高水射流压力，的观点开始转向研究如何提高和发挥水射流的潜力这方面来了。这就有了脉冲射流（水炮）、高温射流、磨料射流和摆振射流。这些射流与同等压力下的普通连续射流相比，显然大大提高了作业效率。80年代以来，磨料射流、空化射流、气水射流和旋转射流的进一步发展，将高压水射流技术推向一个新的阶段。水射流领域已经形成了一个以压力、功率为纵坐标、以射流形式为横坐标的技术与产品的甲而型谱。高压水射流技术的应用范围也由单纯的采矿业扩大到石油、化工、轻工、航空、建筑、冶金、市政工程和医学等领域。 高压水射流技术的发展大致可分为4个阶段：60年代处于以低压水射流采矿为主的初朝阶段，同时以静压试验和化工流程为主要目的的高压泵、增压器和高压管件（统称高压设备）的研制取得了许多商品化成果（它们的介质主要不是水），这为高压水射流技术的到来奠定了基础；70年代主要针对采煤机、清洗机开展了水射流工业试验，这时期的主攻方向是提高以水为介质的高压动设备的压力和可靠性，同时开发多种形式的射流，尤其自1972年开始两年一届的英国流体机械研究集团(BHRG)主办的国际承射流技术会议、自1981年开始两年一届的美国水射流技术协会( WJTA)主办的美国水射流技术会议和自1990年开始两年一届的国际水射流协会(ISWJT)和日本水射流协会(JSWJT)主办的亚太国际水射流技术会议等，极
水射流加工
水射流加工 姓名： 王劲雄 专业： 08级机械设计制造及其自动化1班 摘要 水射流加工技术是近三十年来迅速发展起来的一门新技术。水射流切割工作原理是首先通过转能装置(泵或增压器)，将发动机(电机或内燃机)的机械能转变成低速水的高压能；接着通过喷嘴小孔喷出高速射流，将压力能转换成高速水射流的动能；最后当高速水射流冲击加工工件时，动能又重新变成作用于材料表面的压力能，当该压力能超过材料的断裂强度时材料就被切割。水射流切割有以下一些优点：切割中无粉尘与烟雾污染；不会产生热变型；不需刃磨刀具，不需调整更换刀具；容易实现自动化；可加工热切削无法加工的材料，且不受材料厚度的限制；切缝小，切割质量好，成本低等。由于水射流切割技术有如上所述的优点，所以受到工程技术界广泛重视。在工业中推广应用，它与激光束、电子束和等离子切割，合称现代工业切割的四大高新技术。水射流除用于切割之外，还可用于除锈、清洗等方面，涉及到医学、国防、机械、城建等许多领域。本文重点讨论水射流加工的设备组成及应用方向，发展趋势，以及对水射流相关工艺参数的分析讨论等。 关键词 水射流加工 优点点 加工应用 工艺参数 第一章 工作原理及其基本机构 1.1工作原理 水喷射加工的基本原理是利用液体增压原理， 通过特定的装置 （增压器或高压泵） ， 将动力源 （电动机）的机械能转换成压力能， 具有巨大压力能的水再通过小孔喷嘴将压力能转变成动能， 从而形成高速射流， 喷射到工件表面， 达到去除材料的加工目的。 如图1.1所示， 贮存在水箱中的水经过滤器 1 处理后， 由水泵抽出送至由液压机构驱动的增压器增压， 水压增高。然后高压水通过蓄能器， 使脉动水流平滑化。高压水与磨料在混合腔内混合后， 由具有精细小孔的喷嘴 （一般由蓝宝石制成） 喷射到由工作台固定的工件表面上， 射流速度可达300-900m/s （约为音速的1-3 倍） ， 可产生如头发丝细的射流， 从而对工件进行切割、 打孔等。水喷射加工系统主要由增压、 供水、 增压恒压、 喷嘴管路、 数控工作台、 集水和水循环处理等系统构成。如果是磨料射流加工装置， 则还有磨料与水的混合系统。其中增压恒压系统包括增压器和蓄能器两部分， 增压器获得高压是利用大活塞与水活塞面积之差来实现的。增压器的工作原理图见图1.2。小大油出水／ＡＡP P （Ｐ —压力；Ａ—活塞面积） ， 增压比即大活塞与小活塞面积之比， 通常为 （１０-２５）：１，因此增压器输出高压水压力可达１００-７５０ＭＰａ。集水器的作用主要是回收喷射水和磨料， 通过水循环处理系统处理后， 供水箱重复利用。一般在集水器内放入金属球， 从工件背面喷出的水射流， 经金属球的旋转对其产生缓冲作用， 从而使水射流的能量快速消减。
超高压水射流清洗技术
超高压水射流清洗技术 超高压水射流清洗技术是近年来在国际上发展起来的一门高科技技术，该技术主要利用高速水射流的动能来剥离表面顽垢，它是以水为介质，通过柴油机组或电机组驱动大流量增压器，将水加压至40000PSI（300Mpa）的压力，再通过呈圆周排列的多个宝石喷嘴喷射而出，喷嘴由油压或者气压驱动旋转，形成多束、多角度、强度各异的超高压旋转水射流。对需要清洁的表面、设备内结垢和附着物以及堵塞物进行超高压清洗工作。该系统一般由柴油机组作为动力源，只需要提供水源即可运行，因此机动性能较强，可以很容易地实现车载或制成超高压清洗车。不管什么结垢沉积物，超高压水射流清洗技术都能使这些问题迎刃而解，将污垢彻底清除，留下清洁、光滑的表面。它比人工清洗快的多，不需要化学药品、溶剂或腐蚀剂（也不需要同时采用成本很高的安全措施），使之更洁净、更环保。“超高压水射流清洗设备”与“超高压水射流切割设备”同属于“超高压水射流技术”的具体应用，只是前者流量较大，压力较低。 超高压水射流清洗与其他清洗方式比较 超高压水射流清洗属于物理清洗方法，与传统的人工、机械清洗及化学清洗、生物清洗等其他清洗方式相比，有如下优点： 1.水射流的压力与流量可以方便地调节，因而不会损伤被清洗物的基体； 2.超高压水射流不会造成二次污染，清洗过后如无特殊要求，不需要进行清洁处理； 3.洗形状和结构复杂的物件，能在空间狭窄或环境恶劣的场合进行清洗作业； 4.与化学清洗、生物清洗不同，超高压水射流清洗无有害物质排放与环境污染问题； 5.超高压水射流清洗快速、彻底。如热交换器的清净率为95%以上，锅炉除垢率达95%以上； 6.清洗成本低，大约只有化学清洗的1/3左右，即超高压水射流清洗属于细射流，属于节能型设备； 7.超高压水射流清洗对设备材质、特性、形状及垢物种类均无特殊要求，只要求水射流能达以即可。 发布时间：2010-12-3 16:22:11点击率：644[返回上一
磨料水射流抛光加工工艺参数优化研究
磨料水射流抛光加工工艺参数优化研究 磨料水射流抛光加工是在磨料水射流切割基础上演变而来的一种新型特种加工方法,相比于传统的机械抛光技术以及许多当代抛光技术,磨料水射流是唯一的一种冷加工方法,具有无工具磨损、无污染、反作用力小、加工柔性高、工件不会产生热变形等优越性。而且,传统的抛光加工技术在加工细长管、异型曲面等复杂零部件时,因其抛光头无法触及,导致其加工难度大,甚至无法实现抛光处理。 因此,有必要对磨料水射流抛光加工技术进行深入研究。本文基于液固两相流模型和流体仿真数学模型,通过仿真和实验等手段分别探讨了磨料水射流冲蚀工件的喷嘴内外流场,磨料水射流抛光工艺参数对工件表面质量的影响规律,并在传统的优化方法基础上引进人工智能算法对抛光加工参数进行了优化。 主要研究内容如下:(1)磨料水射流液固二相流基本特性研究。基于射流流体理论、小孔口射流及射流边界层基础理论,探究了磨料水射流液固二相流的基本特性、水射流及磨料水射流的主要特征参数,重点探讨了磨料水射流中水射流和磨料射流分别对目标靶件的作用力,分析了磨料水射流冲蚀破坏去除材料的过程及材料去除机理;(2)基于流体仿真数学模型的磨料水射流冲蚀仿真分析。 利用Fluent软件数值模拟分析了水射流喷嘴外部流场,探讨了水射流喷嘴外部流体的流动特性,对比了纯水射流和磨料射流在相同条件下冲蚀工件时的速度、体积、压力及壁面剪切力分布特征,并通过冲蚀钢板、生物陶瓷的对比实验进行了验证,进行了磨料水射流冲蚀喷嘴内外流场的仿真分析,研究了变角度、变靶距及变压力下的磨料水射流冲蚀喷嘴外流场的速度、压力及壁面剪切力分布特征,并在相同条件下进行了实验初步验证;(3)磨料水射流抛光工艺参数对工件表
水射流切削加工原理及其应用
水射流切削加工原理及其应用 ——先进制造技术概论学习报告 姓名：王升勇班级：10机制一班学号：105302129 摘要：水射流虽是很细的喷流，但是，单位面积上的加工能量却是极大的，在水射流中加入相应的磨料，形成水喷砂流，则喷砂切削碎岩的实用性就更强了。 关键词：高压水射流磨料 加工原理：利用高压水射流技术加工各种金属和非金属材料的基本原理，冲击切削工件。工艺特点：可以加工很薄很软的金属和非金属材料，不需要或易于二次加工，安全、环保，成本低、速度快、效率高，可实现任意曲线的切割加工，方便灵活、用途广泛。水切割是目前适用性最强的切割工艺方法。 概述： 一、技术及其比较 1、超高压水射流技术 利用超高压技术可以把普通的自来水加压到250-400Mpa压力，然后再通过内孔直径约0.15-0.35mm的宝石喷嘴喷射形成速度约为800-1000m/s的高速射流，俗称其为水箭，该水箭具有很高的能量，可用来切割软基性材料。如果再在水箭中加入适量的磨料则几乎可以用来切割所有的软硬材料。调整水射流的压力和流量，可以用其清洗各种物体，如除胶、除漆、除锈等，我们还可以利用超高压技术进行高压灭菌、食品保鲜等许多对人类有益的工作。超高压水切割的特点 可以对任何材料进行任意曲线的一次性切割加工（除水切割外其它切割方法都会受到材料品种的限制）；切割时不产生热量和有害物质，材料无热效应（冷态切割），切割后不需要或易于二次加工，安全、环保，成本低、速度快、效率高，可实现任意曲线的切割加工，方便灵活、用途广泛。水切割是目前适用性最强的切割工艺方法。 2、水切割与激光切割比较 激光切割设备的投资较大，目前大多用于薄钢板、部分非金属材料的切割，切割速度较快，精度较高，但激光切割时在切缝处会引起弧痕并引起热效应；另外对有些材料激光切割不理想，如铝、铜等有色金属、合金，尤其是对较厚金属板材的切割，切割表面不理想，甚至无法切割。目前人们对大功率激光发生器的研究，就是力图解决厚钢板的切割，但设备投资、维护保养和运行消耗等成本也很可观。水切割投资小,运行成本低,切割材料范围广,效率高，操作维修方便。 3‘水切割与等离子切割比较 等离子切割有明显的热效应，精度低，切割表面不容易再进行二次加工。水切割属于冷态切割,无热变形,切割面质量好,无须二次加工，如需要也很容易进行二次加工。 4、水切割与线切割比较 对金属的加工，线切割有更高的精度，但速度很慢，有时需要用其它方法另外穿孔、穿丝才能进行切割，而且切割尺寸受到很大局限，水切割可以对任何材料打孔、切割，切割速度快,加工尺寸灵活。 5、水切割与其它切割方法比较 对一些金属零件可采取冲剪工艺方法，效率高、速度快，但需要特定的模具和刀具，水切割与该切割方法相比柔性好，可随时进行任意形状工件的切割加工，尤其在材料厚、硬度高等情况下，冲剪工艺将很难或无法实现，而用水切割方法则较为理想；火焰切割也是金属领域常用的切割工艺，切割的厚度范围非常大，但与水切割相比其热效应明显、切割表面质量和
高压水射流切割技术
高压水射流切割技术 一、高压水射流加工简介 近二十年来，随着科学技术的不断发展，人们不断的发掘着自然界中有益的现象并加以改造为人类服务。 为了提高效率，【1】人们将水加以高压，并使之从直径较小的喷嘴中喷出，形成一束高速、连续或间断的水流束，这便是高压水射流。水射流加工(water Jet Cutting)又称水喷射加工，是利用高压高速水流对工件的冲击作用来去除材料的，俗称“水刀加工”，即利用高压水射流对各种材料进行切割、穿孔和工件表层材料去除等加工【1】。与其他高能束流加工技术相比，水射流切割技术具有独特的优越性。高压水射流切割法是一种新型的切割方法，可以切割用其他切割方法无法加工的材料，应用范围涵盖各种金属及非金属材料。在切割过程中不会使被切割材料产生热影响区，切口边缘的材质不发生变化，这种切割方法的精度较高，适用于加工尺寸精度要求高的零部件。高压水射流切割因其独特的优点而在切割领域占有重要地位，在矿业、土木工程、建筑业以及航空航天业中的应用日益广泛，应用前景良好。 二、高压水射流切割原理 ①高压水射流切割示意图 1-水箱 2-过滤器 3-水泵 4-蓄能器 5-液压系统 6-增压器 7-控制器 8-阀门 9-喷嘴 10-工件 11-水槽
【2】高压水射流切割是利用水或水中加添加剂的液体，经水泵至增压器，再经贮液蓄能器使高压液体流动平稳，最后由人造蓝宝石喷嘴形成300-900m/s（约为音速的1-3倍）的高速液体束流，喷射到工件表面，从而达到去除材料的加工目的。高速液体束流的能量密度可达102W/mm2,流量为7.5L/min【2】。 储存在水箱中的水经过滤器处理后，由水泵抽出送至蓄能器中。液压系统驱动增压器，使水压增高。高压水经控制器、阀门和喷嘴喷射到工件的加工部位进行切割。切割过程中产生的切屑和水混合在一起，排入水槽。 【3】利用增压装置将水加压到几十至数百兆帕后从喷嘴中喷出形成高压水射流。高压水射流本身具有较高的刚性，在与工件发生碰撞时，会产生极高的冲击动压和涡流。从微观上看，相对于射流平均速度存在着超高速区和低速区(有时可能为负值)，因而超高水射流表面上虽然为圆柱模型，而内部刚性高和刚性低的部分并存。刚性高的部分产生的冲击动压使传播时间减少，增大冲击强度，宏观上起快速楔劈作用；而低刚性部分相对于高刚性部分形成了柔性窄间，起吸屑、排屑作用【3】。高速高压水射流，对切割物进行冲击，使其表层产生破碎和微裂纹，水射流进入裂纹中，如楔子般将工件劈裂、剥离，同时高速水流的冲刷将切下的碎屑带走，形成切缝。 三、高压水射流切割的分类 高压水射流切割按所用的工作介质分为纯水高压水射流切割和在水中加入各种磨料的加磨料高压水射流切割两种基本类型。 （1）纯水型 纯水型高压水射流切割由于仅仅利用从喷嘴喷出的高速高压水射流进行切割，其切割能力相对较低，但设备简单，消耗物品少，操作成本低。 （2）加磨料型 加磨料型高压水射流切割由于在水中混入磨料，大大增强了水射流的冲击作用，所以其切割能力比纯水型切割大为提高，但设备复杂，操作成本高。 加磨料型按混入磨料的方式及水压又分为高压加磨料型水射流切割和低压加磨料型水射流切割两种，后者具有很多优点，是最有前途的切割方法。
高压水射流切割技术
高压水射流切割技术 摘要：高压水射流切割是一种非传统的冷切割方法，具有传统切割方式难以比拟的优点。本文回顾了其原理和发展历史，介绍了其在工业、航天和医学等方面的应用。对水压、流速、射流直径、直径扩散率以及磨料等切割参数对高压水射流切割的加工质量的影响进行了讨论，并对国外新的研究方法和结果进行了介绍，为优化工艺、改善加工质量提供借鉴。 关键词：水射流，切割，磨料，高压 1、基本原理 最初人们是从自然界“水滴石穿”这一现象认识到水潜在的威力，并逐渐加以应用。20世纪60年代末，美国密苏里大学林学教授Franz博士发现高压水射流可以被用来切割木材，这种方法对材料的切割面几乎没有损害，并且切割速度相对较高。 水射流切割（Water Jet Cuting,WJC）又称液体喷射加工（Liquid Jet Machining,LJM）,是利用高压高速水流对工件的冲击作用来去除材料的，有时简称水切割，或俗称水刀。采用水或带有添加剂的水，以500到900米每秒的高速冲击工件进行加工或切割。水经水泵后通过增压器增压，储液蓄能器使脉动的液流平稳。水从孔径为0.1到0.5mm的人造蓝宝石喷嘴喷出，直接压射在工件加工部位上。加工深度取决于液压喷射的速度、压力以及压射距离。被水流冲刷下来的“切屑”随着流液排出，入口处束流的功率密度可达106 W/mm2。 高压水射流破岩及切割技术是近年来发展起来的一项新型切割破碎技术。我国一般将驱动压力分别高于35MPa和140MPa的射流称为高压和超高压射流。随着工业整体技术水平的提高以及超硬材料切割的需要，国外水射流技术的研究和应用逐渐向着超高压射流技术发展。 2、水射流的技术特点 2.1、切割品质优异 水射流是一种冷加工方式，“水刀”不磨损且半径很小，能加工具有锐边轮廓的小圆弧。加工本身无热量产生且加工力小，加工表面不会出现热影响区，自然切口处材料的组织结构不会发生变化，也几乎不存在热和机械的应力与应变，切割缝隙(纯水切割之切口约为0.1mm至1.1mm，砂水混流切割的切口约为 0.8mm