高压水射流在多领域的应用

高压水射流在多领域的应用

杨鹏宇

（山东青岛，中国石油大学，石油工程学院，266580）

摘要：作为一种高能束加工新技术, 高压水射流以其高效、节能、清洁、机动灵活的特点, 在各行各业中的应用越来越广泛。本文就介绍了高压水射流在各种领域的应用。

关键词：高压水射流；多领域；应用；发展。Application of high pressure water jet

in many fields

Yang Pengyu

(College of Petroleum Engineering ，China University of Petroleum , Qingdao City, Shandong Province, 266580) Abstract: as a kind of high energy beam machining technology, high pressure water jet has the characteristics of high efficiency, energy saving, clean, flexible, and it has been applied more and more widely in all walks of life. This paper introduces the application of high pressure water jet in various fields.

Keywords: water jet; multi fields; application; development.

引言

水射流技术起源于采矿业, 上世纪30年代, 美国第一次使用水射流冲洗矿石中的泥土, 到了50年代初前苏联也开始利用水射流的冲击和输送作用进行采煤, 这是水射流技术发展的第一阶段, 即探索试验阶段;大概在70年代末, 高压水射流技术领域出现了一个引人注目的新动向, 即从单纯提高水射流压力转向研究如何提高和充分发挥水射流的潜力, 这就有了脉冲射流、高温射流、磨料射流和摆振射流。这些水射流与同等压力下的普通连续射流相比, 作业效率大大提高, 这是水射流技术发展的第二阶段, 在此期间高压泵、增压器和高压管件的设计制造日趋成熟;进入80年代, 磨料射流、空化射流和旋转射流等进一步发展, 大量的水射流采煤机、切割机、清洗机相继问世, 并进行了工业试验和推广应用, 水射流技术进入了一个新的阶段;90年代以后, 关于水射流技术的研究进一步深化, 应用范围也扩大到航空、航天、建筑、船舶、石油化工、有色金属、电力、电子、铁道、林业、纺织、轻工业、环保及医学等领域, 并且越来越受到人们的重视。

1高压水射流在航空航天领域的应用

金属与合金材料的切割。目前，航空航天用金属合金材料包括结构钢、不锈钢、变形高温合金，铸造高温合金、铝合金、镁合金，钛合金，铜合金等。这些材料，如果用机械切割或激光切割等方法加工就会产生热量．引起材料受损或变形，进一步影响飞机、火箭等飞行器的强度。高压水射流作为唯一的一种“冷切割”手段，不会产生热量，非常适合这种材料的切割。据有关研究，后混合磨料水射流系统

压力达到300MPa时，就可以快速切割60mm厚的钛合金或者80mm厚

的不锈钢。

复合材料的切割加工。复合材料由干密度低也被大量地用于航空航天器。复合材料除具有比刚度大、比强度大、抗疲劳性能好等特点外，还具有另外一个显著的特征，就是它具有可设计性和具有与结构的一致性。但复合材料层间剪切强度较低，用普通刀具切割加工，经常发生层间分层，边缘部位粗糙等问题。试验表明，高压水射流切割碳纤维基等复合材料时．切割表面都比较光滑，不会出现上述问题。

有机非金属材料的切割加工。塑料，橡胶，纤维等有机非金属材料在航空制造业中应用较多，在航天领域的火箭、航天器和地面设备上也广泛应用。磨料水射流在较低的压力下就能达到良好的切割效果。

无机非金属材料的切割加工。机窗玻璃、夹胶玻璃、金属陶瓷等特种无机非金属材料在航空航天制造业中也具有广泛应用。这些材料比较脆，普通切割不能达到很好的切割效果，而高压水射流技术能很好地达到切割目的。

2高压水射流在建筑领域的应用

石材的切割。主要应用于矿山开采和石材制品切割。编程序控制高压水切割设备能切割任意形状的石材, 且加工精度高, 表面质量好, 还可以进行艺术拼接。广泛应用于高档建筑物装饰, 装修及石材家俱中。同时还可以对石材表面进行喷砂, 拉毛及各种标志、徽章的加工。效果高雅、美观、效率高, 成本低, 并且图案规范, 适于大批量生产。

混凝土构件及其制品的切割。由于高压水射流切割技术加工过程中低噪音、小振动、无粉尘、有利于环境保护。目前已广泛应用到住宅结构改造, 核反应物保护体的拆除, 高速公路伸缩缝以及各类混

凝土制品的切割。切割时使用硅砂和石榴石。喷嘴内径一般为0 .7 ～1 .6mm , 压力为145 ～ 200 MPa 。

工程陶瓷材料的切割。工程陶瓷材料硬度大, 耐磨损性能好, 用其它方法加工较困难。采用高压磨料水切割, 效率高, 成本低, 质量好。切割时采用石榴石磨料, 喷嘴用兰宝石制造。

玻璃、玻璃纤维、石棉、石墨切割。高压水切割技术还广泛应用切割上述等建筑材料。随着高压水射流设备的不断完善和压力的提高, 在建材领域中的应用将愈来愈广泛。

3高压水射流在船舶领域的应用

对船用钢板进行除锈作业。锈层实质上是附着于金属本体上的氧化层，该氧化层对本体无任何保护作用，其厚度还会随时间不断增厚。外层组织松散，内层则与本体结合紧密。除锈目的是克服锈层与本体的附着力,使其脱离。

船舶除锈一直是修船业的难题，无论人工铲锤，还是80 年代国外引进的空气喷砂、喷丸除锈工艺，都改变不了严重粉尘污染、噪音、劳动强度大、成本和工效的矛盾等。特别是喷砂除锈的粉尘污染和噪音是最致命的缺点，使用SiO2 石英砂磨粉易造成矽肺病，使用铜矿渣时的污染问题也没有得到解决。高压水射流技术是近年发展起来的除锈技术，由于其环保特性，彻底改变了干喷砂的粉尘污染的除锈技