前混式磨料水射流切割技术黑龙.

企业风采EnterpriseI·33·中国高新科技 2018年第13期舞动“水刀” 护航安全时代——记河北锐迅水射流技术开发公司总经理纪新刚和他的创新成果■ 文/杨　凯近代战争在给国家和人民带来巨大创伤的同时，也残留了各种潜在危险，其中包括全国各地战争遗留的弹药等危险品，而现代的常规处理方法主要是引爆。

这种方法因为需要将危险弹药运输到空旷场地，在运输过程中具有一定的危险性，而在摧毁时稍有不慎就会引起爆炸，威胁操作人员的生命安全。

即使是引爆顺利进行，也会产生大量有毒气体，对人体和环境造成一定危害。

而今天，有一个人却能够突破传统技术瓶颈，用一把“水刀”解决这些问题。

这个人是谁？他所用的“水刀”到底是什么样子的？存在哪些“特异功能”呢？这个人就是来自燕赵大地的河北锐迅水射流技术开发公司总经理纪新刚先生，而他所用的“水刀”就是他创新发明的便携式水切割设备。

其实，除了用于危险弹药的切割，“水刀”已经被应用于各种高风险作业中，并创造了数不清的奇迹。

据纪新刚介绍，所谓“水刀”，就是通过使用压力系统对普通水增压，从而生成高能量水流，然后经过一个极细的喷嘴，以每秒近千米的速度喷射出来。

在此之前，还要在水流中加入少量磨料，从而以水为刀进行物体切割。

虽然国内外早有使用水切割设备的行业，但由于此类设备属于超高压三相混合射流设备，对易燃易爆物质存在高势能冲击、静电等风险因素，因此并没有应用于特种行业切割。

同时，传统的水切割设备体积庞大，无法实现快速移动，更限制了其发展。

但纪新刚却看到了“水刀”的优势，凭借着多年在弹药销毁技术领域的研究经验，他认为水切割技术具有不产生高温、没有火花等优势，可以用水安全地将炸弹剖开，同时破坏爆炸所需的密闭空间，达到完全销毁且回收炸药和弹壳金属的目的。

另外，因为想到爆炸物或弹药如果移动可能引起爆炸，为了安全起见，纪新刚决定制作可方便运载、实现野外作业的便携式水切割设备，并且是最多仅需两个人就能到现场作业的高性能切割机。

水切割技术简介一、何谓水切割技术水切割技术又称水刀、水射流技术，是真正的冷切割。

它是将普通的水经过压力系统增压后所产生的高能量水流，再通过一个极细的沙管喷嘴，以每秒近千米的速度喷射出水流进行切割，这种切割技术称为水切割技术。

水切割技术是世上公认的最通用的也是发展得最快的技术。

相对其它切割技术而言，水切割不会产生有毒有害的气体或液体，并且也不产生有毒有害的物质或蒸汽。

水切割加工后，在被加工件表面不会产生热反应区或机械应力残留。

水切割技术是一种万能的、高产能的冷切割技术。

二、水切割技术分类水切割技术是所有涉及到水切割所使用的相关技术范畴，其技术分类及设备类型的划分可按照以下方式进行详细划分：水切割技术按照压力大小可分为高压水切割技术和低压水切割技术；按照设备体积分类可分为大型水切割技术和小型水切割技术；按照切割方式可分为后混式水切割技术和前混式水切割技术。

无论是哪种技术均属于高能冷切割技术范畴，冷切割技术是利用水作为切割载体利用磨料对物体进行高速切割的技术。

三、高压水切割技术高压水切割技术又称高压水射流技术，该技术利用驱动装置对普通进行二级或三级增压，从而形成高压水流，高压水流通过高压管路流至割枪头位置，运用虹吸原理将磨料存储装置中的磨料吸入枪头位置并同高压水流进行混合，形成高压水砂混合流并从喷嘴射出，以此来切割物体。

这种技术称之为高压水切割技术。

利用该技术可对几乎所有物体进行切割，如钢板、大理石、石材、塑料、木头、纸类、玻璃、陶瓷、铝板、铜板以及其他耐热性较差和其他易燃物体。

利用此种技术最大程度的克服了在切割过程中材料变形及机械应力对加工部件在成的影响。

该技术具有应用范围广、切割质量高、环保、减少毛刺等特点，另外高压水切割技术主要用于生产加工方面，利用数控技术将割枪头放置于数控机床，通过对所设计图案进行简单的编程，就可对编程图形进行准确切割，且无需更换刀具。

使用简单方便，是对部件进行加工的又一新选择，且在实际应用中拥有良好的表现。

高压水射流切割技术原理及其应用研究作者：葛军来源：《中国新技术新产品》2013年第06期摘要：本文主要介绍了高压水射流切割技术的发展概况、工作原理和在一些行业的应用，同时期待中国的高压水射流切割技术能够进一步发展，最终能够实现自主研发。

关键词：高压水射流切割技术；发展概况；工作原理；在行业的应用中图分类号：TG356.25 文献标识码：A高压水射流切割技术是近几年发展起来的一种高科技、新型切割技术，凭借清洁安全、高效、强劲等特点，在中国的采矿业、机械制造业、航天业、军工等行业占据一席之地。

1 水射流技术和高压水射流技术中国古代就有“天下莫柔于水，驰骋天下之至坚“的名句及“水滴石穿“的成语，这些都包含有以柔克刚的观念。

水射流切割技术和高压水射流切割技术就是这一观念的延伸和实践。

水射流切割技术，顾名思义就是利用水来切割某些物质的技术。

这一技术的实现，通常情况下要靠一些装置或设备来完成，主要设备有发动机、增压器或者水泵、喷嘴、开关等。

通过这几个装置之间动能的相互转化，最终使水具有强大冲击力，之后便可对特定物质进行切割。

高压水射流切割技术，就是利用高压发生装置及恒压系统，来进行水射流切割，这种技术一般要增压器的增压能力要相当强大，设备功率相对也就大，同时为提高切割质量，在高压水中添加了固体磨料，达到了提高切割速度和质量的目的。

2 高压水射流切割技术的发展概况采矿业是高压水射流切割技术的源头。

在19世纪中叶，高压水射流技术第一次被北美人用来开采质地较为疏松的矿床。

而中国应用高压水射流切割技术来开采矿石，要追溯到20世纪50年代，当时前苏联和中国的专家们利用水射流的冲击和输送作用，进行矿石的开发，这些技术都大大提高了采矿业的工作效率。

然而，这一时期的水射流技术仍旧属于低压水射流。

20世纪60-70年代，人们渐渐开始利用增压装置，如增压器、高压泵、高压管件等，来完成水射流技术由低压向高压的过渡。

当然这一时期的水射流技术还是普遍在采矿业中使用。

复合材料 世界飞机复合材料磨料水射流加工用于复合材料修边的A W J工艺自20世纪80年代引入以来，取得了很大的进展，现在已成为一种飞机工业广泛接受的主流工艺，如今，几乎所有的飞机制造商都采用AWJ技术对复合材料进行修边。

但仍需提高夹具、AWJ工具切割头以及端部受动器技术，以满足更多零件外形和尺寸需求。

新软件和离线编程对于飞机工业接受AWJ系统也至关重要。

Machining Airframe Composite With Abrasive Waterjet碳纤维复合材料作为商用飞机的结构材料，其应用得到了引人瞩目的增长。

这种材料在波音787飞机的用量占飞机结构重量的50%，在空客350XWB飞机中的用量占飞机结构重量的52%。

由于技术、环境和成本的原因，磨料水射流（A W J）已成为碳纤维复合材料修边和切割的一项重要的技术。

AWJ的切割速度比传统的刨削快，同时采用A W J切割可获得良好的表面光洁度和高的整体性。

近年来，A W J在硬件、软件、工艺可靠性、机动性和生产率等方面取得了重要进展，已成为飞机制造商及其子公司承包商的主要工具。

本文简要介绍了A W J技术的硬件、软件和常规应用加工工艺（如碳纤维复合材料的修边和钻孔）。

复合材料系统飞机喷气式发动机和飞机机体组件上用的复合材料主要包括有机复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料。

例如，喷气式发动机的冷端部位可包含有机复合材料、金属基复合材料以及金属间化合物。

其中有机复合材料组件主要包括风扇结构、风扇叶片、进气口和出气口导向叶片、定子叶片以及控制罩。

Graphite-PMR-15结构部件在诸如GE F110、F104、PW-1120和1130发动机上应用。

热端部位（如燃烧室和涡轮排气）则需要一些金属间化合物、单晶超合金、陶瓷基复合材料或碳/碳复合材料，以满足高温性能的要求。

有机复合材料尤其是航空结构用碳纤维复合材料，最初仅在军用飞机上应用。

现在，碳纤维复合材料已广泛应用到商用飞机的部件中，如机翼部件（蒙皮、翼梁、前缘、副翼），机身部件（面板、长桁、机身梁、舱门），尾翼部件（垂尾/平尾、蒙皮、方向舵、副翼），龙骨梁，中央翼盒或腹部整流罩。

微细磨料水射流切割关键技术研究摘要：首先简要的介绍了微磨料水射流切割技术的起源和基本原理，并指出微细磨料水射流采用的是前混合式水射流系统。

然后着重对微磨料水射流的产生方法及关键技术进行了研究，对高压泵的压力、喷嘴的结构设计和选择、微磨料粒子选择、工作平台存在的问题与关键技术等进行了分析讨论与总结，得出了微细磨料水射流切割关键技术选用的相关结论。

关键词：微磨料、技术分析、喷嘴设计、水射流水射流应用最先起源于煤矿开采工程，经过长时间的发展逐渐在加工制造业得到认可与应用，目前在切割加工领域应用最为广泛。

当水流经由微小口径的喷嘴以高压喷射的方式冲击在工件材料上，工件材料会由于水流的动能而产生割裂、剥落、破坏等变化[1]。

国内有很多该类型公司，如南京大地水刀公司，研发推出了多种类的微细磨料水射流切割机，主要应用在大理石加工，灯具加工等行业。

当高速水射流中含有少量细小磨料颗粒并作用于加工工件表面时，能够借助高速磨粒的动能及其锋利的菱角刮擦工件表面，水流的剪切作用也使得突出材料得以去除，从而达到工件材料表面去除的作用，这种加工方式称为磨料水射流加工方法，如图1所示为磨料水射流加工系统示意图。

图1 后混合磨料水射流加工系统示意图1 基本原理微磨料水射流加工技术由供料系统提供微细磨料，将高压水与微细磨料相混合加速，经微细喷嘴形成微细射流，通过微细磨料对被加工的材料冲蚀来实现材料的微量去除。

当前国内外所研究的微磨料水射流加工主要采用后混合式射流和前混合式射流两种[6]。

(1)后混合式射流。

如图2所示，后混合式射流的工作原理是先将低压水加压后经过切割头中的水喷嘴形成高速水射流，高速水射流在加速管内与磨料混合加速后经磨料喷嘴形成磨料水射流对工件进行加工。

在后混合式射流系统中，当喷嘴直径降低时，磨料很难与高压水均匀混合，因而所产生的磨料水射流对工件的加工能力也随之降低。

后混合式系统结构简单，可靠性高，供料方便，高压管路和喷嘴的磨损小，寿命长。

水切割机的原理一、原理：水切割也称水射流切割或水刀切割。

高压水射流切割是一种特殊的加工方法。

它利用增压器将水加压，达到10MPa一400MPa甚至更高的压力。

水获得压力能，再从细小的喷嘴喷射而出，将压力能转换为动能，从而形成高速射流。

切割正是利用这种高速射流的动能对工件的冲击破坏作用，达到切断、成形的目的。

二、优点：（1）环保无污染、不产生有毒气体及粉尘。

（2）可加工各种高硬度的材料，如：玻璃、陶瓷、不锈钢等，或比较柔软的材料，如：皮革、橡胶、纸尿布等。

（3）是一些复合材料，易碎瓷材料复杂加工的唯一手段。

（4）切口光滑、无熔渣，无需二次加工。

（5）可一次完成钻孔、切割、成型工作。

（6）生产成本低。

（7）自动化程度高。

水射流切割技术又称超高压水刀。

当水被加压至很高的压力并且从特制的喷嘴小开孔(其直径为0.1mm至0.5mm)通过时, 可产生一道每秒达近千公尺(约音速的三倍)的水箭，此高速水箭可切割各种软质材料包括食品, 纸张, 纸尿片, 橡胶及泡棉，此种切割被称为纯水切割。

而当少量的砂如石榴砂被加入水射流中与其混合时, 所产生之加砂水射流, 实际上可切割任何硬质材料包括金属, 复合材料, 石材及玻璃. 超高压水刀也可使用于各种不同的工业表面处理应用如船身清洗及汽车喷漆设备清洗。

超高压水的形成关键在于高压泵。

70Mpa以下高压泵技术已比较成熟，70Mpa以上的超高压水国内仍需使用增压器增压。

增压器的工作过程一般是从油泵来的低压油推动增压器的大活塞，使其往复运动，大活塞的活动方向则由换向阀自动控制。

另一方面，供水系统先对水进行净化处理，然后由水泵打出低压水，进入增压器的低压水被小活塞增压后压力升高。

由于高压水是经增压器的不断往复压缩后产生，而增压器的活塞需要换向，势必使从喷嘴发出的水射流压力是脉动的。

为获得稳定的高压水射流，需将产生的高压水进入蓄能器然后再流到喷嘴，从而达到稳定压的目的。

经过高压所产生之高压水经由高压过流入切割刀头而直达被加工材料，因此另一个关键环节是节流喷嘴。

水射流技术简述作者：谌礼健指导教师：邱兵西南大学工程技术学院2009级机械设计制造及其自动化国防班摘要：本文通过对高压水射流技术的简述及对其基本应用的简要介绍，阐述了这种新型技术的原理及在加工和生活中的用处，说明了新型技术正在改变着人们的生活生产，总结出由科学技术的发展人类的工业技术水平也随之迅猛发展，只有更好地学习和掌握新型科学技术，才能更好地为社会进步做出贡献。

关键词：高压水射流，切割，清洗1.前言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。

2.正文2.1水射流加工技术的概述2.1.1高压水射流的概念高压水射流是以水为工作介质，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。

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。

水射流加工技术及其应用水射流加工（Water Jet Machining ）又称为液力加工、水喷射加工或液体喷射加工，俗称“水刀”，主要靠液流能和机械能实现材料加工。

水射流加工是20世纪70年代发展起来的一门高新技术，开始时只是用在大理石、玻璃等非金属材料的加工，现在已发展成为切割复杂三维形状的工艺方法，在国内外得到了广泛的应用。

目前在机械、建筑、国防、轻工、纺织等领域，正发挥着日益重要的作用。

1. 加工原理及其特点（1）加工原理水射流加工是利用高速水流对工件的冲击来侵蚀材料的，如图1所示。

储存在水箱中的水或加入添加剂的水液体，经过过滤器处理后，由水泵抽出送至蓄能器中，使高压液体流动平稳。

液压机构驱动增压器，使水压增高到70～400MPa 。

高压水经控制器、阀门和喷嘴喷射到工件上的加工部分，进行切割。

切割工程中产生的切屑和水混合在一起，排入水槽。

（2）主要特点水射流加工使用水作为工作介质，是一种冷态切割新工艺，属于“绿色”加工范畴，它可以加工各种金属、非金属材料，各种硬、脆、韧件材料，无法且具图1 水射流加工装置示意图工件有其他工艺方法比拟的技术优势：①切割时工件材料不会受热变形，切边质量较好：切口平整，无毛刺、切缝窄、宽度为0.075～0.40mm。

材料利用率高，使用水量也不多（液体可循环使用），降低了成本。

②加工过程中，作为“刀具”的高速水流不会变“钝”，各个方向都有切削作用，因而切削过程稳定。

③切割加工过程中，温度较低，无热变形、烟尘、渣土等，加工产物随液体排出，故可以用来切割加工木材、纸张、弹药等易燃、易爆材料及制品，这是其它加工方法无法取代的。

④由于切割加工温度低，不会造成火灾。

“切屑”混在水中一起流出，加工过程中不会产生粉尘污染，因而有利于满足安全和环保的要求。

⑤加工材料范围广，既可以用来加工非金属材料，也可以用来加工金属材料，而且更适宜于加工切割薄的和软的材料。

⑥加工开始时不需要退刀槽、孔，工件上的任何位置都可以作为加工开始和结束的位置，与数控加工系统相结合，可以进行复杂形状的自动加工。