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
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