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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2.1.2高压水射流的优点采用高压水射流技术具有成本低、质量好、速度快、无环境污染、无金属腐 蚀、应用面广等优点在可持续发展占社会发展主导地位的今天，具有很大的优 势2.2高压水射流工艺2.2.1高压水射流切割技术工艺特点① 由于高压水射流切割属于冷切割，在切割过程中产生的热量很少，并且 热量很快被水流带走，所以不会造成工件切口附近的材料氧化、金相组织发生变 化，也不会使工件发生变形，同时也避免了某些材料有害物质的挥发② 高压水射流切割属于点切割，切割时作用在工件上的力很小，不会使工 件产生附加应力或应力变形，这对于切割某些表面完整性要求高的零部件及其补 充加工有着特殊的意义。

③ 高压水射流切割没有粉尘危害，因为切割碎屑很快会随水流进入收集器 而被排走，这对于石棉制品、玻璃钢制品、酚醛夹层材料以及陶瓷制品等材料的 切割是非常有利的④ 由于高压水射流切割所使用的喷嘴孔径很小，使得切口的间隙很窄，这 可以大大节约材料，特别是对于某些贵重金属的切割，提高了材料的利用率，降 低了生产成本⑤ 高压水射流切割设备大都采用计算机或机器人控制的数控切割装置，可 以实现多轴联动，所以采用高压水射流不但可以切割各种板状材料，也可以切割 三维曲形的零部件2.2.2高压水射流清洗技术工艺特点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、彻底例如：下水管道的清通率为100%，清净率 为90%以上；热交换器的清净率为95%以上；锅炉的除垢率达95%以上⑤ 清洗成本低，大约只有化学清洗的1/3左右，即高压水射流清洗属于细射 流，在连续不间断的情况下，耗水量为1.8〜4.5m3/h,功率为35〜90KW左右， 属于节能型设备⑥ 高压水射流清洗用途广泛凡是水射流能直接射到的部位，不管是管道和 容器内腔，还是设备表面，也不管是坚硬结垢物，还是结实的堵塞物，皆可使其 迅速脱离粘结母体，彻底清洗干净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 与化学清洗不同，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，保护环境清洗业一直是工业与民用必不可缺的重要环节与其它清洗方式相比，高压 水射流清洗在清洗效果与效率、清洗成本、以及环保等方面具有无可比拟的优势， 其普及应用是必然趋势2.3高压水射流技术研究现状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，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随着时间的推移，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2.4高压水射流技术未来的发展趋势高压水射流未来的发展趋势低价格高压水射流清洗自上世纪八十年代引进以来在中国已有二十余年的发展在 技术引进之处，高压水射流以明显的技术和成本优势占有了市场，并取得了巨大 的经济效益然而，二十余年的发展过程中，随着技术的成熟与人们对这个领域 的逐步了解，各种各样的高压水清洗公司纷纷建立，市场竞争越来越激烈但是 整体来看，目前的竞争主要体现在价格战的低端竞争上，在保证利润的情况下就 要压缩成本就成了必然之选高技术现有的高压水清洗企业良莠不齐，许多厂家只是代理国外的清洗设备直接卖 给需要的化工企业或者其他清洗目标企业，结果往往由于设备与被清洗机械部匹 配导致无法清洗或者清洗不达标。

这就提醒国内的高压水清洗行业要提高自身的 研发能力来面对国内各种各样不同的清洗状况制定不同的清洗方案同时，由于 竞争的存在，清洗目标企业对清洗的质量也越来越关心，而且，清洗目标企业在 清洗期间往往要停用目标设备，所以清洗的时间也是他们非常关心的，而技术的 提高往往有利于这两方面问题的解决，于是能更好的提高市场占有率宽领域高压水射流清洗一开始就只出现在工业清洗的领域，由于其对环境无污染而 且介质是水方便获得，在工业清洗领域迅速的拓展，从化工、煤炭到电力以及除 锈、喷涂预处理高压水射流技术的广泛适用性还应该在民用清洗领域继续拓展， 比如高层的建筑楼外清洗以及广场地面黏着物严规范国外的清洗施工都有严格的规程控制清洗操作，而国内由于市场规范还不严 格，往往不注重这方面的监管而高压水是具有高能量的水流，一旦直接接触人 体，极容易发生危险而且由于清洗的目标设备往往比较大，存在高处作业的可 能，如果是石化企业中的清洗项目则存在燃爆的隐患与经济发展相比，人身安 全是要放在首位考虑的，相信国家有关方面会进一步加大清洗行业的安全工作， 而相关的企业也要做好这方面的工作，让工人，目标企业都放心寻求多方面技术合作高压水射流只是一个单一的技术手段，也有其自身的局限性，比如无法清洗复杂管路、易燃易爆品清洗流程过于复杂。

从长远来讲，由于以后清洗环境的多 变，以及新的清洗难题的产生，各种技术必然要有一个组合使用的趋势，才能努 力使所有问题都有恰当的解决方案3.总结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 的参考文献[1] 邱兵，《机械工程非金属材料》，重庆西南大学工程技术学院，2004年[2] 王力，《高压水射流技术概述》，上海，2006年[3] 孙明钰，《水射流现状研究机发展趋势》，北京，2007年。