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
和挤压、破坏，以达到切割的目的的一种新工艺。图1一2是高压水射流的工作示意图。水射流切割机包括四个基本组成部分:压力发生装置提供切割动能，如:高强度的加压
泵、蓄能器:水供给装置，如过滤器、输送管线;切割装置，如:控制阀门、喷嘴等;
回收装置等。有的还具备精确控制装置;磨料供给装置等。具体结构将在以后详细阐述。人连理工人学硕L学位论文
器运行时发生不正常磨损，影响使用寿命。特别是有些机械零件上的深小孔内壁毛刺难
以去除。目前国内外先后研制了超声波、电解、氢氧爆炸、流体塑料冷挤压等多种工艺
和设备，但去除效果不甚理想，成本也较高。自从200MPa以上压力的超高水射流设
备研制成功后，为解决小孔去除毛刺的问题开辟了新的途径。
随着水射流技术的不断发展，这项技术的理论研究也逐渐深入。人们首先认识到射
流必须具备一定的压力，即要超过被加工材料的门限压力(thresholdpressure)，另外，AWJ加工误差取决与一系列参数，从磨料供给量到工件的厚度。切割的质量在采矿、碎
石等应用上没有足够的重视。随着其他精确切割方式的采用，切割质量的要求和切割能力、效率上都需要不断地发展、进步。
于是，水射流技术也出现新的动向。即从单纯提高水射流的射流压力转向研究提高
水射流的总体冲击效果(如冲蚀量、射流打击能量等)，从而相继出现了新型射流，脉
冲射流、空化射流，提高对被加工工件的刮削、冲蚀和挤压，以提高水射流的切割能力。然而，高压水射流系统仍不是尽善尽美的，还存在如下的缺点:
1、高硬度的材料，诸如钢、金属陶瓷、高强度复合材料、坚硬的岩石纯水射流不
能切割;而磨料水射流存在喷嘴磨损和切割成本大的问题。
2、高压水射流的设备成本比其他切割方法高。
3、在一些应用中，与激光切割、等离子弧切割、线电极电火花切割等方法比较，
存在进给速率低、加工精度差等不足。
4、在切割过程中，影响切割质量的参数多，条件复杂，有时切割导致断面分层和
条纹。
表1一1表示出水射流切割金属材料的某些特点和与其他切割法的比较。
3国内外高压水射流技术的发展
高压水射流(High一Pressurewate6ets)己经被工业领域看作标准的切割工具。许
多非金属材料都可以采用水射流迅速而有效地切割。在造纸、服装、建材、塑料、玻璃
纤维和中等硬度岩石采矿都使用水射流切割。它的巨大潜力和前景一经发现，就引起各
国的高度重视。工业发达国家不惜投入巨额资金，资助开发这项技术。目前，在美国、
日本、英国成立射流行业协会，定期举办国际交流，出版刊物，制定标准，积极促进这
项技术的标准化。中国劳动保护科学技术学会水射流技术专业委员会秘书处设立在石油
大学。
目前，世界上的水射流技术组织有:英国流体技术研究协会(BHRG);日本水射流
协会(ISWJT);美国水射流技术协会(WJI’A)等行业组织;主办刊物有JetNewS，IntemationalJoumalofWaterJetTeehnology等。许多有关水射流技术的手册，技术资料、数据库和标准不断完善。国际上还举办了二十几次的国际射流学术会议，为国际间对射
流技术的交流和发展创造了机会。其中著名的交流活动有:
(l)国际水射流切割技术会议
1972年召开第一次会议，主办者是英国流体技术研究协会(BHRG)。
(2)美国水射流会议
绪论
4、便于实现一机多能和自动化、数控化。高压水射流是全方位点切割器，无硕万
孔，可以在任意点切割，切出任何复杂的形状。因此对程序化和数控操作十分
便利。另外采用CAM或CAD控制加工，可以达到高精度，重复加工能力强。
5、优化材料的利用率。由于射流切口小、切割可以精确控制，因此样板可以嵌套
或者相切排列，充分利用每一块材料，减少废料。
6、高压水射流还具有不产生粉尘，环保;切口质量好、切割速度快，没有火灾危
险等优点。在切割过程中，完全可以作为某些工件的最终工序。
7、应用灵活、适用广泛，也是高压水射流的特点之一。高压水射流的最终执行机
构是切割头，其余均为辅助单元。因此，利用高压软管将切割头和辅助设备分
开，可以远距离、独立、灵活地使用。国外商业应用中已经有缘壁切割机、机
器人除锈、清洗等设备，从高空到水下都可以应用。另外，高压水射流可以根
据切割材料的硬度调整压力，把血管和病变组织分离，因此在医疗手术上也有
应用。
正是由于高压水射流具有以上这些特点，近几年来，该项技术得到迅速的发展。在
非金属材料切割(各种矿石、混凝土、橡胶、皮革、布、陶瓷材料和现代复合材料等)
和金属材料的切割(钢、铝、铜、钦等)，水力采矿、除垢等领域得到应用。国外广告
资料上说使用者在应用水射流技术唯一受限制的是他们的想象力。
在现代科学技术迅猛发展的今天，高压水射流技术作为一门集流体力学、机械制造、
自动化控制为一体的新兴综合学科在国内外迅速崛起，其应用领域不断扩展，从一般机械零件、建筑物的清洗到以管道、容器为主的工业清洗，从机场跑道除胶到船舶除锈，从金属、非金属材料常规切割到曲面、异型材料仿形切割，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等等，林林总总，不一而足。
1、工业清洗和建筑物清洗应用各种工业设备在日常运行中，由于温度、压力、
介质的物理化学作用，常常会在设备内部产生高温聚合物，结焦、水垢、油垢、沉积物、腐蚀物等污垢，使设备效率下降，能耗物耗增加，工艺流程中断，装置失效，甚至导致恶性事故发生。所以工业设备一般采取定期清洗的方式来恢复正常生产或恢复原有生产效率。通常采用人工清洗、化学清洗及气体喷砂等方法，但人工清洗的清洗质量差、速度慢、劳动强度大;化学清洗对设备有一定的腐蚀作用，废液难以回收，污染环境，且
对某些污垢作用不大;气体喷砂只能适用于设备表面污垢，噪声粉尘较大。后来发展起
来的超声波清洗虽也得到推广应用，但应用范围只能对小型物件进行清洗，难以适用于大型设备的清洗。应用高压水射流清洗方法，是对工业清洗方法的一项重大改革，由于其通用性、快速高效的清洗能力、成本低、无污染等特点，可以广泛应用于石油、化工、电力、船舶、民航、水利、核电、建筑等工业部门。
随着我国城市建设的日益现代化，城市中高楼大厦林立，各类大型建筑物拔地而起，
也带来了许多建筑物外墙的清洗问题。应用高压水射流清洗技术，就可使“蓬头垢面”的建筑物不必重新装饰而重现光彩，清洗效果大大改善，整修成本大大降低。
2、切割技术应用目前世界上主要应用领域在航空、航天工业，用于切割先进的
复合材料结构、蜂窝夹层结构、耐热合金和机翼零件等。在汽车制造业用于复合材料的切割、飞边的切除、成型、清洗等。兵器工业上用于火药的修整、弹体的分解等。
3、机械零件小孔去除毛刺:机械零件在加工中产生的毛刺不仅影响外观，而且在机
高压水射流己经在工业上得到广泛的应用，与其他诸如机械切割、火焰切割、激光
切割、等离子切割相比，高压水射流切割具有独特的优点。
1、加工能力强，可以加工不同材质的工件;硬质材料的加工厚度达6’‘;可以加工
某些难以用传统加工方法切割的材料。
2、不产生热变形和金相组织变化。由于水本身就是切割工具和最佳冷却液，因此
切割过程中所产生的热量绝大部分被迅速带走，不会造成零件切口附近的烧蚀、
熔瘤、氧化和金相组织变化，因而避免了零件的热变形和零件材料的热损失，
可以减少零件的后继工序的加工量。因此，可以有效地进行热敏材料、易燃易
爆材料和易变形材料的切割。
3、不会产生附加应力变形。由于水射流属于点切割，无接触切割，尤其是沿进给
方向和侧向，切割反作用力小，从而避免了零件由于附加应力而产生的变形。
对于薄壁零件的切割十分有利。
绪论
由美国水射流技术协会主办，1981年起每两年召开一次，是国际上规模较大的水射
流技术会议。
(3)环太平洋地区水射流技术国际会议
第一届在北京举行，会议由中国、日本及国际水射流技术协会主办。每三年召开一
次。
(4)日本水射流会议
由日本水射流协会主办。会议内容丰富并具有实用意义。我国学者经常提交论文并
参加。
绪论
了获得某些特殊的性能，制造了它们。这些材料不但难于加工且不易分离。高压水射流技术满足并适应这些需要，灵活和冷切割的特性能够充分、有效地加工那些复合材料甚至是多层复合材料。
虽然水射流在切割上得到很大的重视，但人们更多的关注其冷切割的特点以及在最
大切深方面的研究。实际上，水射流在精细切割和快速高质量的切割方面仍然存在一定的问题。水射流只能应用于薄的构件精确切割和一些质量要求不高的，粗糙的工作，如清洗、采矿等。然而，日益发展的社会，需要更先进的生产力，这就迫切要求我们加大科技投入，把更先进、成本更低、实用性强的成果提供给社会。
目前，国内的水射流技术虽然己经起步，但在切割机理上研究不透彻，实际应用上
多为试验性，先进性不足，还不能形成高效的生产力，这也是水射流技术在国内发展空间小的原因。本文结合前人的研究成果，从基本的射流切割过程微观研究入手，对于切害」面质量的控制机理详细地研究，以能量守恒方法建立切割模型，并着重讨论了切割模型对加工质量的影响，并初步讨论了水射流在3D切割的实际应用的可能性。
上世纪70年代，高压柱塞泵和增压器的诞生，大大促进了高压水射流技术的研究
和发展。现在国际上已经能够生产450MPa的柱塞泵和1100MPa的增压器。
另外，社会的需求永远是开发科研的推动力。水射流的商业化应用越来越广泛。目
前，从事射流行业的主要的大公司有:AeeurationSystemsIne.;AmericanClimflexCrop; Aramstrong一BlumMgfCo.:AseaRoboties:SeikoInstrulnents;FlowSystern:
Ingersoll一Land;RajaxSystems;JetEdgeCroP;PowerJetIne;ThermwoodCroP; Heekler;Koch等。其中FlowSystems公司自从1974年以来已经销售3000多台套高压
水射流切割系统，占全球的销量80%，取得较好的经济效益和社会效益。
目前从事水射流加工技术研究和应用的国家己超过四十个:主要有美国、俄罗斯、
日本、德国、瑞士、英国、法国、加拿大、澳大利亚、印度、韩国、新加坡等国。
我国高压水射流技术的研究和应用，通过几年来的发展，取得了许多令人瞩目的成
绩。
国内的大连理工大学、石油大学、中国矿业大学、南京理工大学等几所大学和机械
部济南铸造锻压机械研究所、机械部通用机械研究所、航空工艺研究所等研究机构，先
后开展了水射流加工技术的研究。通过全国性学术交流和许多学者的努力，我国的水射流理论水平也不断提高。在很多国际水射流会议上，都有中国学者参加提交论文。1981 年我国举办第一次全国高压水射流技术讨论会，以后每两年举办一次。但目前我国水射流交流活动，无论从规模、内容、收录的论文，以及国外学者参加的人数上与日本、美国相比有很大的差距。
我国的水射流技术起步于上世纪50年代，主要用于采矿业。到1980年以后，开始
引进超高压水射流设备，进行仿制和自主的研究开发，用于航空复合材料的切割。同时，在船舶工业，水射流主要用于清洗、除锈。1993年我国正式推出第一台国产高压(最大
压力392MPa)磨料水射流切割设备。自上世纪90年代开始，我国的高压水射流设备发
展很快，从小功率到大功率、从单机到成套设备、从高压到超高压，从通用设备到专用设备，新产品不断开发，促进了高压水射流技术在国内的应用。
但是应当看到我们在产品化、商品化方面还很薄弱。在关键技术上还存在如下的问
题:
1、机理研究不够深入，创新不足。
2、超高压动密封、进出水阀组和控制阀和喷嘴的使用寿命问题。
3、超高压软管的研制。
4、国外的水射流切割技术已经向智能化发展。在数控切割平台CNC程序设计、三
维仿型切割、六轴机器人等技术上与世界领先技术存在差距。
5、理论创新能力不足。
我国目前的水射流切割技术应用还不是很广泛，并未引起应有的重视，这也是推广
和提高的障碍。
4本文的研究背景
目前，世界上有超过50，000种的材料。这其中有不少是人造材料。材料科学家为
高压水射流切割系统简介
料己经被分别加压后在喷嘴前的混合室内混合，也称挟带式水射流。切割用压力一般在100一40OMPa之间。
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
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。
水射流术语
水射流常用术语词汇表 A Abrasion 磨耗，磨损Abrasive 磨料Abrasive jet 磨料射流Abrasive nozzle 磨料喷嘴Abrasive particle 磨料颗粒Abrasive suspension jet 磨料浆体射流Advanced ceramics 高级陶瓷 Air jet 空气射流Autoclave 蒸压器，高压釜 B Back thrust 后推力，后座力Blasting 喷射Borehole 扩孔，孔眼Breaking 破裂，碎裂Brinell hardness 布式硬度Brittle material 脆性材料 Bur 毛刺，鳞片 C Cannon 炮，短粗管Carbon dioxide 二氧化碳Cavitation 空化Cavitation erosion 空蚀，汽蚀Cavitating jet 空化射流Centrifugal pump 离心泵Chemical erosion 化学冲蚀Check valve 单向阀Chipping 碎片，碎屑Cleaning 清洗，清净CMC 羧甲基纤维素Coal mining 采煤，采矿Coating removal 涂层清除Composite 复合物，复合材料Compressive strength 抗压强度Concrete 混凝石，混凝土Continuous jet 连续射流Contraction 收缩 Control valve 控制阀Culmination 顶点，极点 Cut 切割，切削Cutting 切割，切屑 D Deburring 去毛刺，除鳞Decommissioning 拆除Decontamination 净化，清除Descaling 除垢，除锈Discharge 排出，排量Discharge coefficient 流量系数Dismantling 拆卸，拆除Disposal 处理，废弃Drilling 钻进，钻孔Droplet impact 液滴冲击Ductile material 塑(韧)性材料Dump valve 卸荷阀，切断阀Dwell time 停滞时间Dynamic pressure 动压力 E EDM machining 点火花加工Elasto-plastic method 弹塑性方法
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；
船体空化水射流清刷机器人设计与清洗效率研究
船体空化水射流清刷机器人设计与清洗效率研究目前,国内大型船舶清刷方式仍然采用传统干船坞清刷,其方式为船舶表面生长大量海洋生物后,通过机械拖拽至陆地利用大量人力进行清刷,清刷成本高、周期长。船舶无法长期保持船体流线形,增加了燃油消耗、降低了航行速度。 而国际发达国家已较多的采用清刷机器人进行清刷作业,但其售价高昂、购买困难、售后不便,因此并不适用于国内船舶清刷行业。空化水射流技术利用流体在压力变化中产生的空化泡破裂时所释放的能量,能够高效、环保、低成本的进行清刷作业,因此非常适用于船舶表面清刷。 设计一款应用空化水射流技术的清刷机器人,能够减少国内船舶运输成本、降低温室气体排放与减轻船舶清刷劳动强度,因此非常具有实用价值。本文首先对国内外清刷机器人研究现状与空化水射流发展过程进行了介绍与分析,并根据其作业环境设计了主要结构,包括运动结构、清刷结构、吸附结构与其他辅助结构。 合理设计布置了结构之间的位置关系降低了清刷机器人本体的质量与体积。其次,应用ANSYS Workbench的Static Structural与Fluid Flow(Fluent)功能对所设计水密盒与清刷机器人整体外壳分别进行了静力学强度分析与外流场分析,通过总结分析数据减少了水密盒的集中应力与外壳的流体阻力。 之后,介绍了控制系统总体框架与软、硬件设计。说明了控制系统的通讯协议设计、运动控制设计、信息采集设计与控制系统软件实现流程图。 最后,研究了空化水射流的船舶表面清洗效率。借鉴前人研究结果,以空化产生机理、空化清刷机理、与空化喷头设计经验为基础,应用Fluid Flow(CFX)分析软件,设计了清刷机器人空化喷头,并通过对主要参数的优化使其清刷效率达
空化技术原理
空化射流清洗技术的原理介绍 空化射流清洗技术是将空化作用引入水射流技术中而形成的新型水下设施清洗技术。通过控制压力、流速等参数使水流束经过空化喷嘴时产生大量的空化泡，利用空化泡在材料表面的狭小区域内溃灭产生高达140～170 MPa的微射流冲击，达到清理设施表面附着物和污垢层的目的。相对其它清洗技术，该技术不但具有高效、节能、环保、安全等优点，而且具有不伤害设施母材，极少或者完全不伤害完整防腐层的显著优势，可对船舶螺旋桨等设备薄片区域进行合理有效的清洗。下面主要介绍空化射流清洗技术的原理。 空化是由于液流系统的局部低压(低于相应温度下该液体的饱和蒸气压)使液体蒸发而形成的空化泡(即气核，半径一般在20 μm以下)爆发性生长的描述。假设收缩段上下游压力分别为P1和P2，收缩段压力为Pc，水流速度为Vc，当Pc降至当地的水饱和蒸汽压力Pv，即Pc≤Pv 时，在收缩段内局部低压区将产生空化，空化泡在收缩截面的边界层内孕育并形成，在低压区内获得成长。可见，空化的实质即是流体在动力和热力的联合作用下，液体介质局部的液～气相变过程。 空化数是用于判断空化是否发生的无量纲临界参数。压力和流速是空化发生的主要影响因素，在高围压的淹没空化射流下，如空化射流在水下的清洗作业，空化数的计算式可以简化表示为下游压力与喷嘴总压差的商：σ＝P2/(P1－P2)。当σ≤1时，可以产生空化作用；当σ≤0.5 时，可以产生稳定的空化射流。 当水在高速流动中局部绝对压力降至当地温度下的饱和蒸汽压时，溶解在水中的空气释放出来，形成许多微小的空化泡，空化泡溃灭引起强大的微射流冲击。空化射流就是人为地使水射流束中产生高密度空化泡，利用大量的空化泡在物体表面局部微小区域溃灭产生的强大微射流冲击力而达到清洗设施的坚硬污垢和附着海生物的目的。 近球形空化泡随射流运动到固体表面附近，淹没射流在固体表面形成一层横向漫流，使空化泡距固体表面较远侧的液体压力低，向心运动速度较其他部分慢，空化泡在向固体表面运动的过程中，其近表面侧与固体表面的距离基本不变。忽略液体粘性的影响，空化泡为保持动量守恒，必须做加速运动，远表面侧向内凹进，靠近近表面侧，空化泡因此被穿透形成指向固体表面、高速度、破坏力强的
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。
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、
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。
空化射流清洗技术
北京德高洁清洁设备有限公司 杨经理
公司简介 德高洁集团公司由北京德高洁清洁有限公司、深圳德高洁清洁设备有限公司、上海帝洁贸易有限公司、成都办事处、西安办事处、武汉办及北京合资制造基地等机构组成。各地分公司办公地址和新工厂均为自有产权， 公司总部设在北京，总部下设市场部、销 售部、水射流技术部、吸除尘技术部、售后服 务部、人力资源、财务部、国际采购部、国内 采购部、新工厂…… 公司始建于1993年12月， 94年开始与 世界上最大的跨国清洁设备公司合作。已从单 纯的进口产品代理型、转变成技工贸为一体的、 具有自主研发能力的集团性公司，在短短的几 年时间里已成为国内工业用全系列清洗清洁 设备的最大供应厂商之一。公司多年致力于国际上最先进工业及商业用清洗、除尘、净化设备及技术的引进和产品推广工作。已同德国、意大利、美国的近20个专业清洗清洁、环保设备或部件制造商签定合作协议，引进整机或部件，并从2001年开始组装高压水射流清洗设备以及按客户要求设计自动化清洗系统；同时引进国外关键技术全面开发除尘及烟雾、油污净化环保技术设备、喷雾降尘系统工程，目前己形成高压水射流、工业吸尘、除尘、降尘、焊接烟雾净化、含油废水处理等系列产品。同时承接系统工程设计。 主要经营产品： ●200-2800bar高压水清洗设备、附件及系统、三维桶罐自动清洗系统、污水循环处理系 统（以上产品主要引进欧美原装核心部件装配生产并二次开发） ●工业零件清洗机（德高洁自主开发） ●工业吸尘机、中央吸尘及除尘净化系统设计与施工（引进进口核心部件并自主开发）●自动洗地干地机及扫地车（引进进口核心部件并自主开发） ●焊接烟雾及油烟雾抽吸净化过滤设备及系统设计（引进进口核心部件并自主开发） ●含油废水处理系统工程的设计与施工（完全自主开发） ●美国高威系列管路清洁机、气水联动管路清洁枪、通风管道清洁机。
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。
空化射流水下作业安全规程
空化射流水下作业安全规程 1 范围 本标准规定实施空化射流水下清理作业的环境条件、装置要求、作业人员、操作规程、装置保养维护、事故及处理的基本要求。 本标准适用于我国海洋及内陆水域由潜水员进行的水下空化射流作业，也适用于其他使用空化射流装置进行水下清理作业的人员。 2 术语和定义 2.1空化射流 cavitation jetting 工作压力在0-18MPa，并由空化喷嘴射出形成的空化泡液体流。 2.2空化射流装置 cavitation jet equipment 装置由空化射流发生系统（空化射流泵）、控制系统（机械控制、电气控制）、执行系统（空化清洗盘、空化射流摩擦盘、卸荷型空化喷枪、减阻式空化罩、专用喷头及其辅助机构）组成。该装置是利用液体在一定压力下通过空化喷头产生空化射流，并形成一定剪切力的空化射流，当空化射流接触被处理表面时空化泡破裂，形成能量巨大的剪切力，剥蚀掉被处理表面的污垢。流体中也可以载入具有防腐养护功能的化学溶剂。 2.3空化清洗盘 cavitation plate cleaning 由控制阀、减阻盘体和空化喷嘴总成（包括二个及以上喷嘴）等组成的空化射流装置。它通常通过空化软管总成与空化射流泵输出端的调压装置直接连接。
2.4空化射流摩擦盘 cavitation friction plate 由控制阀、减阻盘体、3M尼龙网和空化喷嘴总成等组成的空化射流装置。它通常通过空化软管总成与空化射流泵输出端的调压装置直接连接 2.5卸荷型空化喷枪 dump cavitation gun 由控制阀、喷杆和喷嘴总成（包括一个或多个喷嘴）等组成的空化射流装置。它通常通过空化软管总成与空化射流泵输出端的调压装置直接连接。 2.6减阻式空化罩 drag reduction-type cavitation cover 由控制阀、喷杆和空化罩等组成的空化射流装置。它通常通过空化软管总成与空化射流泵输出端的调压装置直接连接。 2.7空化射流泵 cavitation jet pump 用于增加水压或其他液体压力，并将液体流输送到执行系统。这类压力可调的空化射流泵可以是移动的也可以是固定的，用于保证系统压力液体流的恒定输送。 2.8空化喷头 cavitation nozzles 设置有一个或多个以上喷嘴并由此形成空化液体射流的部件。喷头限制了液体的过流面积，加速了液体流速度并形成了所要求的空化射流形状。 2.9空化软管 cavitation tube 从空化射流系统的一个部件到另一个部件输送水或其他液体的柔性管。软管的最小爆破压力应是工作压力的2.5倍，该值由制造厂保证，空化软管应在1.5倍工作压力下试压。 注意：软管使用压力不得超过制造厂推荐的工作压力。软管失效可能引起鼓包、穿透并形成射流。
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
空化射流
空化射流 简介： 空化射流是一种在射流中自然产生空化气泡的连续射流，空泡或采用空气或采用淹没方式产生，采用多种方法在流体中形成一个压力低于当地蒸汽压力的区域，这样也就激发了空化核的生长（流体中的气泡），这些气泡被卷入射流进一步生长，直到它们接近被清洗或切割的表面由于受阻滞而引起破裂。在破裂过程中，产生非常高的压力和微射流，靶面应力高于大多数材料的抗拉强度。虽然单独的空泡破裂造成的破坏程度较小，但持续渐增的此类现象使得材料的失效延展扩大。 形成机理： 空化是由于液流系统中的局部低压( 低于相应温度下该液体的饱和蒸气压) 使液体蒸发而引起的微气泡( 或称为气核) 爆发性生长现象。通常见到的液体都不是纯液体，里面含有许多微粒杂质，如固体微粒、微生物和微气泡。这种微气泡的半径一般在20μm 以下，叫做气核或空化核。当液体压强低到相应温度下的饱和蒸气压强时，空化核开始膨胀，实现空化。当环境压强高于相应温度下的饱和蒸气压强时，空化泡湮灭。 在实际工程应用中，不管是避免空化，或利用空化，都关心空化在什么时候发生。对于已经有的液体系统，如果检测到绝对压强等于或低于饱和蒸气压强的区域，则空化必然出现。但是，如果要预测一种新设计和研制新的液体系统内是否会发生空化，光通过检测就行不通了。为此，人们试图通过相似准则，像流体力学中的雷诺数一样，定义一个数，在不同的系统里，只要这个数相等，则它们的空化状态就一致，并且可以用一个临界数来判断空化是否发生。这个数被命名为空化数。影响空化发生的因素很多，如流动边界条件、绝对压强、流速、液体粘性、表面张力等，但主要影响空化发生的是压强和流速。 作用力原理： 空化射流作用原理表现在以下两个方面，它们分别是： （1）空化的腐蚀原理。通常情况空化的力学冲击对物体的腐蚀起到了巨大影响，而且腐蚀的效果使冲击的效果更加明显，使高压清洗机打出的高压水射流冲击强度可能小于被作用物体的力学强度。 （2）机械的作用原理。被清洗物体的表面空蚀破坏，是因为空泡破灭产生的微射流和和冲击波的强大作用力所致。通俗地来说就是球对称的破裂方式，这种破裂方式在空化射流中表现为两种情况： 一种情况是——空化泡在刚性固体表面附近的破裂； 另一种情况是——在压力梯度作用下空化泡的破裂。
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
水射流加工
水射流加工 摘要：水射流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，有时简称为水切割，或俗称为水刀。水射流加工技术具有生产效率高、加工质量好、加工清浩环保等优点，但水射流加工的一次性初期投资较高。目前己广泛用于汽车制造、航空航天、国防军工、石油采矿、机械加工等领域。，水射流切割配合数控执行机构可精确切割加工任意复杂形状工件。 Water jet machining is the use of high speed water flow effect on the impact of the workpiece to remove material, sometimes referred to as water cut, or commonly known as water knife. Water jet machining technology with high efficiency, good quality, environmental advantages, such as processing qing hao, but the water jet machining one-time initial investment is higher. Has been widely used in automotive, aerospace, national defense, petroleum mining, machinery processing etc. , water jet cutting with numerical control actuator can be precisely cut arbitrarily complex shape workpiece. 关键词：水射流发展原理应用 1.前言 水射流加工作为一种较新的特种加工方法，己越来越广泛地应用于我们的实际生活中，如汽车制造、航空航天、石油采矿等诸多领域。水射流加工具有生产效率高、加工质量好，加工清洁环保等优越性，在将来的社会发展中，水射流加工也必将越显重要。本文就水射流加工的基本原理、分类、应用等作一个粗略的介绍，让更多的人认识、了解水射流加工。 2.水射流加工 2.1 水射流加工技术起源 “水滴石穿”体现了在人们眼中秉性柔弱的水本身潜在的威力，然而，作为一项独立而完整的加工技术，高压水射流(WJ)、磨料水射流(AWJ)的产生却是最近三十年的事，