一、切割原理(lǐ)
水射流切割属于一种新(xīn)型冷加工工艺，它能(néng)在条件恶劣且严禁烟火的现场使用(yòng)，得到了广泛的重视，现给予介绍。水射流切割是集机械、電(diàn)子、计算机、自动控制技术為(wèi)一體(tǐ)的高新(xīn)科(kē)技成果，是近几年来才发展起来的一种崭新(xīn)的材料加工方法。
水射流切割的原理(lǐ)是利用(yòng)一定高压的纯水或带有(yǒu)切割磨料的液浆，经切割喷管射出具有(yǒu)高密度冲击的液柱，直冲被加工物(wù)體(tǐ)进行切割。按水压高低的不同，可(kě)分(fēn)為(wèi)低压和高压水射流切割两种，图6-17和图6-18為(wèi)水射流切割工艺原理(lǐ)示意图。
二、切割特点
水射流切割技术有(yǒu)下列特点：
1. 切割的水射流压力大
水射流压力為(wèi)几十到几百兆帕，以2～3倍声速产生巨大的射流能(néng)量密度来切割物(wù)體(tǐ)。被切割工件的切口温升很(hěn)低，一般温度不超过100℃，这是与其他(tā)热切割工艺相比最為(wèi)突出的优点。这样，它就排除了被切割工件产生变形、切口部分(fēn)的热影响區(qū)和组织变化的可(kě)能(néng)性。它在严禁烟火的场合，如海洋石油钻井平台、炼油厂、大型油罐、油气输送管路等处，能(néng)安全可(kě)靠地使用(yòng)。
2. 水射流切割的切口质量十分(fēn)优异
切口表面平滑，不存在任何毛刺和氧化残迹，切口的间隙很(hěn)窄，用(yòng)纯水切割，一般可(kě)控制在0.1mm以内；添加一定切割磨料则在1.2～2.0mm之间。切口不需要进行二次加工，简化了加工程序。
3. 切割厚度范围比较宽
水射流的切割厚度范围比较宽，最大切割厚度可(kě)大于100mm。对于厚為(wèi)2.0mm的特殊钢板，切割速度可(kě)达100cm／min，尽管水射流切割速度略逊于激光切割，但它在切割过程中不会产生大量的切割热，所以在实际应用(yòng)上，水射流切割更具有(yǒu)优越性。
4. 切割对象广泛
这种切割方法不仅适用(yòng)于金属和非金属的切割，也适用(yòng)于复合材料、热敏感材料的加工。
5. 优良的操作环境
水射流切割过程中无辐射線(xiàn)、无飞溅粒子，避免了灰尘飞扬现象，环境不受污染。即使是磨料水射流切割，磨料的粉尘和切割屑也能(néng)直接被水流冲走，进入收集器内，确保了操作者的身體(tǐ)健康，可(kě)称得上是一种绿色环保的加工方法。
由于水射流切割有(yǒu)上述优点，在航空航天、原子能(néng)、石油、化工、水下工程及建筑等行业均有(yǒu)广泛应用(yòng)的前景。
三、切割工艺
1. 切割方法
目前的水射流切割方法有(yǒu)低压和高压水射流两种。
低压水射流切割是将高压水（14～69MPa）和切割磨料首先在一加压储罐内进行预混合，然后将混合好的磨料液浆经过一软管直接送到割枪内进行切割，如图6-17所示。被切割工件可(kě)以在遠(yuǎn)离切割電(diàn)源500m处或者水下进行切割。
高压水射流切割是将高压水（大于240MPa）和干燥磨料分(fēn)别通过各自软管输送，然后在割枪的混合腔内进行混合，并完成物(wù)件的切割加工，如图6-18所示。被切割加工工件一般在切割電(diàn)源附近进行。
低压和高压水射流切割在相同条件下进行切割加工时，前者水和切割磨料的消耗仅為(wèi)后者的1/8～1/3；从割枪的结构上看，低压水射流切割的割枪相对简单些；从能(néng)量消耗来看，低压水射流切割所耗能(néng)量较小(xiǎo)。所以目前低压水射流切割為(wèi)最有(yǒu)效的切割工艺。
2. 切割磨料
水射流切割所用(yòng)的磨料，主要有(yǒu)金刚砂、橄榄石、石榴石、炼铜炉渣和氧化物(wù)。其中炼铜炉渣较為(wèi)理(lǐ)想，一是它的价格低，只有(yǒu)精钢砂的1/8～1/10；更主要的是它的切割速度比金刚砂快30％。这是由于炼铜炉渣的颗粒比较尖锐，在切割过程中，当它们与切割工件相撞后被破碎，从而形成较多(duō)的切割刀(dāo)。另外，用(yòng)金刚砂进行水射流切割时，切割磨料容易嵌入母材，从而对切割处的某些性能(néng)，如焊接接头力學(xué)性能(néng)，会产生不良影响，而用(yòng)炼铜炉渣作為(wèi)切割磨料就能(néng)克服这一瑕疵。
一般要求切割磨料的粒度為(wèi)0.2～1.5mm，这主要取决于切割喷枪的喷嘴直径。切割磨料可(kě)收回，反复使用(yòng)2～3次，然后经过筛选，将过分(fēn)细碎磨料去掉。
3. 切割喷嘴所用(yòng)材质
对于切割喷嘴除了有(yǒu)足够韧性和硬度外，更主要是有(yǒu)良好的耐磨性，才能(néng)有(yǒu)效地减小(xiǎo)切割喷嘴的磨损，从而提高其使用(yòng)寿命。由于喷嘴内径的磨损，将使切口的缝隙变宽，导致切口断面的垂直度降低。通常选用(yòng)钨、硅或者硬质合金作為(wèi)切割喷管的材料，但使用(yòng)寿命均不够理(lǐ)想，目前认為(wèi)选用(yòng)蓝宝石作為(wèi)喷管的材料较為(wèi)适合。
4. 切割工艺
水射流切割常用(yòng)的切割材料及其切割工艺参数见表6-23。
以低压水射流切割工艺对不同厚板奥氏體(tǐ)不锈钢切割进行了试验：切割喷嘴孔径為(wèi)1mm，水压為(wèi)69MPa，切割速度与切割深度、切割深度与切割磨料用(yòng)量之间的关系如图6-19和图6-20所示（材料為(wèi)18-8型不锈钢，钢板厚度為(wèi)3mm）。
鉴于水射流切割已发展為(wèi)一种精密加工工艺，它对设备提出了高精度的要求，水射流切割机将是一台精密加工机床。这种设备的技术特性完全相当于精密的激光切割机。它由高压水射流发生器（增压装置）、水刀(dāo)切割头、数控切割平台、CNC控制器系统以及计算机、控砂辅助装置等组成。
