高壓水射流切割（High pressure water jet cutting），別名水刀、水噴射加工、水射流加工是一種非常規(guī)的冷切割技術(shù)，它利用液體加壓的原理使水通過特定的裝置形成高速射流來切割物體。高壓水射流切割系統(tǒng)主要由油壓系統(tǒng)組成、供水系統(tǒng)、增壓恒壓系統(tǒng)、噴嘴和管道系統(tǒng)等。壓力可達(dá)600MPa，速度可達(dá) 8萬~ 1000米/s（約3倍音速），可以輕松切割280 mm厚的不銹鋼板。

水射切割起源于19世紀(jì)中期，高壓水射流技術(shù)首先被北美人用于開采松散的礦藏。1972年，第一臺高壓水射流設(shè)備由  Aiton 3356 Boxboard 3356生產(chǎn)，這為制造工具的發(fā)展開辟了一個(gè)新時(shí)代。20世紀(jì)80年代中期，英國流體力學(xué)研究協(xié)會提出了在高壓泵和初始加速噴嘴之間的水流中注入磨料的方法。由于添加了磨料，水射流具有鋸片的特性，并且水射流的強(qiáng)度大大增強(qiáng)。

水刀根據(jù)切割模式而定、磨料混合機(jī)制、壓力等不同方式有不同的分類，常見的是純水噴射切割、磨料水射流切割、空化射流、脈沖射流、前/后混合磨料水射流切割、超高/高/低壓型切割等。因?yàn)樗欣淝?、切割力?qiáng)、切割質(zhì)量高、清潔環(huán)保，幾乎可以切割任何材料，如塑料、紙和紡織品玻璃等軟性材料、金屬、合金、陶瓷材料和碳化金屬等硬質(zhì)材料甚至可以切割易燃易爆設(shè)施。因此，高壓水射流切割技術(shù)被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域、工業(yè)制造、臨床醫(yī)學(xué)、裝飾裝修、食品工業(yè)等領(lǐng)域。

高壓水射流切割技術(shù)是利用發(fā)動機(jī)、增壓器或者水泵、噴嘴、開關(guān)等裝置，并通過這些裝置之間動能的相互轉(zhuǎn)換，使通過的水具有巨大的壓力能。通過小孔噴嘴后，壓力能轉(zhuǎn)化為動能，從而形成高速射流，最終使水產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，然后可以切割特定物質(zhì)。

增壓蓄能：在高壓水射流切割技術(shù)中，往復(fù)壓縮增壓器在液壓系統(tǒng)提供的高壓油的作用下往復(fù)運(yùn)動，將動力源的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為水的壓力能，水壓可提高到300~1000MPa增壓器和高壓水路之間安裝有蓄能器作為輔助動力源。

磨料混合：前混合磨料水射流切割系統(tǒng)中的高壓水分為兩路，一路經(jīng)磨料罐與磨料初步混合，然后與另一路高壓水匯合，然后從噴嘴噴出；后混合磨料水射流切割系統(tǒng)將在后面增加一個(gè)混合磨料系統(tǒng)，磨料在噴嘴內(nèi)的混合腔中與高壓水混合后噴射。

切割作業(yè)：水被磨料混合后到達(dá)噴嘴，然后將壓力能轉(zhuǎn)化為動能，從而形成高速水射流，即把超高壓水變成高壓切割流。在手動或計(jì)算機(jī)控制下，控制系統(tǒng)移動工件或切割頭并將其噴灑在工件表面當(dāng)水射流沖擊切割工件時(shí)，動能再次轉(zhuǎn)化為作用于材料的壓力能。如果壓力可以超過材料的破壞強(qiáng)度，則可以切斷材料以達(dá)到去除材料的加工目的。

純水射流切割技術(shù)的原理與磨料水射流切割的原理相似主要區(qū)別在于沒有磨料混合過程經(jīng)過軟化和過濾后，系統(tǒng)中的水進(jìn)入高壓水發(fā)生器，成為噴射切割的高壓水。

水力磨料水射流切割系統(tǒng)主要由油壓系統(tǒng)組成、供水系統(tǒng)、增壓恒壓系統(tǒng)、噴嘴和管道系統(tǒng)等。

水力磨料水射流切割系統(tǒng)的常用部件

油泵/液壓泵）：油泵是實(shí)驗(yàn)室常用的減壓設(shè)備，經(jīng)常用在真空要求高的場合。機(jī)油泵的效率取決于泵的結(jié)構(gòu)和機(jī)油的質(zhì)量好的真空油泵可以達(dá)到10~100Pa以上的真空度。油泵通過真空減壓將油箱中的油吸入油壓系統(tǒng)

溢流閥：用于調(diào)節(jié)泵的出口壓力并保持壓力恒定；溢流閥處于關(guān)閉狀態(tài)，只有當(dāng)系統(tǒng)壓力大于其設(shè)定壓力時(shí)才打開，對系統(tǒng)起過載保護(hù)作用

換向閥：利用閥芯與閥體之間不同的相對位置，可以改變不同管路之間的通斷關(guān)系，實(shí)現(xiàn)液體流向的連通或改變

增壓器：在液壓系統(tǒng)中，將輸入的低壓液體轉(zhuǎn)化為輸出的高壓液體的元件。由于連接在一起的兩個(gè)活塞直徑不同，當(dāng)?shù)蛪阂后w在左端輸入時(shí)，高壓液體在右端輸出

蓄能器：蓄能器屬于液壓系統(tǒng)的輔助部件。它將液壓系統(tǒng)的壓力能儲存在液壓系統(tǒng)中，并能在短時(shí)間內(nèi)為系統(tǒng)提供壓力能。蓄能器在高壓水射流切割系統(tǒng)中的作用如下：作輔助動力源、補(bǔ)償泄漏、穩(wěn)定壓力、吸收壓力脈動和液壓沖擊

主要優(yōu)點(diǎn)

冷態(tài)切割：使用水射流切割，由于沒有熱影響區(qū)，因此不會對材料產(chǎn)生熱損傷，不會使材料發(fā)生結(jié)構(gòu)變化或熱變形，也不會使材料發(fā)生結(jié)構(gòu)變化或變質(zhì)，這特別有利于鈦合金等熱敏材料的加工。

點(diǎn)能源切割：由于切割位置是一個(gè)點(diǎn)，所以可以在各個(gè)方向自由工作，可以從工件上的任意一點(diǎn)開始，特別適合切割形狀復(fù)雜的工件，便于自動控制。

具有很強(qiáng)的切割力：實(shí)驗(yàn)表明，在合適的切割速度和壓力下，水射流可以切割180毫米厚的鋼板250毫米厚的鈦板75毫米厚的鋁合金板，切割470層每層65mm）石墨環(huán)氧樹脂合成板等。

高壓水射流切割

高切割質(zhì)量：水切割不會產(chǎn)生裂縫，它可以切割縫隙很窄的材料，切口可以小到0.075mm，顯著降低材料消耗。缺口表面平整光滑，邊緣無毛刺，缺口公差可達(dá)0.06~±0.25mm。水射流對工件產(chǎn)生的水平力和垂直力都很小，對材料沒有直接的面壓力，幾乎沒有機(jī)械應(yīng)力和應(yīng)變，因此工件變形小，加工精度高。

清潔衛(wèi)生：因?yàn)橛密浕懈罡蓛粜l(wèi)生。所以可切食品、藥物、器官導(dǎo)管等，還可以避免一些粉狀材料的揚(yáng)塵，如石膏、石棉、纖維、紙張等；特別適用于有防火要求的工作場所。

生產(chǎn)效率高：水射流切割速度快，效率高，加工成本低；由于高壓水通過小直徑的噴嘴后可以產(chǎn)生極高的能量，因此高壓水射流技術(shù)非常高效，可以在小面積內(nèi)集中極高的能量。

工件材料適應(yīng)性廣：因?yàn)槌邏核淞髑懈顜缀酢盁o堅(jiān)不摧”幾乎沒有材料和切割尺寸的限制，它被稱為“萬能切割機(jī)”可用于各種軟硬材料、導(dǎo)電和非導(dǎo)電材料、金屬和非金屬材料、塑性與脆性材料、復(fù)合材料的切割加工等；您可以輕松切割鋼板或硬大理石、花崗巖等對于其他方法難以切割的材料，如鈦合金和各種復(fù)合材料，是一種理想或唯一的加工方法。

高度彈性化：可切割任意輪廓，起點(diǎn)和終點(diǎn)可在工件表面任意點(diǎn)選擇，可用于全方位切割它可以從任意點(diǎn)開始，切割任意復(fù)雜圖形，完成各種異形加工，包括各種形狀、角度或坡度，并且程序易于編輯。

主要缺點(diǎn)

成本較高：設(shè)備的一次性投資和后期維護(hù)成本都很高。例如噴嘴磨損，如AWJ使用的通用碳化鎢噴嘴（磨料水射流切割的縮寫為 ）它的壽命只有2~4h。

進(jìn)給速度慢：切割進(jìn)給速度慢，比火焰切割慢10~100倍。

3.某些材料的切割質(zhì)量較低：切割非常薄的延展性材料時(shí)，材料容易彎曲，切口中會出現(xiàn)飛邊和毛刺。

所需功率大：如1毫米噴嘴，當(dāng)壓力為200兆帕?xí)r，噴射功率接近50kW。

操縱器跟蹤 ：由不一致的機(jī)械手動作引起的表面缺陷。如果機(jī)械手振動或改變速度，將會在過渡區(qū)的切割面上看到標(biāo)記。

純水射流切割：純水射流切割（WJ water  jet）系統(tǒng)中的水經(jīng)過軟化和過濾后，進(jìn)入高壓水發(fā)生器成為高壓水，并被噴射和切割。純水射流切割力小，但噴嘴磨損慢，適用于切割軟質(zhì)材料。

磨料水射流切割：磨料水射流切割（Brazil   water   jet, AWJ）在高壓水到達(dá)噴嘴之前，它將在混合器中與預(yù)先添加的磨料混合（研磨劑通常是氧化鋁、氮化硅、石榴石等，粒度往往為80~100目）混合均勻，然后以每秒數(shù)百米的速度通過噴嘴噴出。磨料水射流的切削力很大，但噴嘴磨損很快，因此適用于切割硬質(zhì)材料。

前混合磨料水射流切割系統(tǒng)：前混合磨料水射流切割（AWSJ sandblasting   water   suspension   injection）高壓水分成兩路，一路經(jīng)磨料罐與磨料初步混合，然后與分流的另一路高壓水匯合，然后從噴嘴噴出。前混合磨料系統(tǒng)具有更強(qiáng)的切割能力，但對機(jī)器設(shè)備的要求更高。

后混合磨料水射流切割系統(tǒng)：后混合磨料水射流切割（Sandblasting   water   injector   nozzle, AWIJ）磨料通過負(fù)壓抽吸與噴嘴內(nèi)混合腔中的高壓水混合。后混合切削能力較弱， ，但它是最常見的類型，因其易于實(shí)現(xiàn)和部件磨損小而在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用。

空化射流：空化射流（Cavity   injection, CJ），利用“汽蝕”原理水射流從噴嘴噴出時(shí)，含有氣泡調(diào)整噴嘴和加工表面之間的距離，使氣泡在此距離內(nèi)持續(xù)存在氣泡漂浮在被加工材料表面，在水射流的沖擊壓力下破裂，使被加工材料表面產(chǎn)生空化，從而實(shí)現(xiàn)清洗、粉碎被加工材料表面的功能?？栈淞鞯那逑葱Ч麅?yōu)于普通純水射流，用于航天飛行器、核反應(yīng)堆等清洗。

脈沖射流：脈沖射流（脈沖 噴射）是一種不連續(xù)射流，利用特殊設(shè)備將動力源的能量傳遞給水，帶有能量的水通過噴嘴噴出，像炮彈一樣的小水團(tuán)，擊中目標(biāo)并切割、破碎目標(biāo)材料。實(shí)際上，脈沖射流利用水錘原理提高射流的打擊能力，促進(jìn)材料中裂紋的快速擴(kuò)展，其沖擊力遠(yuǎn)大于連續(xù)純水射流的滯后力，從而提高了脈沖射流的加工能力。

淹沒射流：當(dāng)射流的工作介質(zhì)與環(huán)境介質(zhì)相同時(shí)，如水中的水射流或空氣中的氣體射流，則屬于淹沒射流。

非淹沒射流：當(dāng)工作介質(zhì)與環(huán)境介質(zhì)不同時(shí)，稱為非淹沒射流例如，大氣中的水射流是最常見的非淹沒射流。

其他分類

基于加壓方式：液壓加壓、機(jī)械加壓。

基于機(jī)床結(jié)構(gòu)：龍門式結(jié)構(gòu)、懸臂式結(jié)構(gòu)。

基于驅(qū)動方式：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動、交流伺服電機(jī)驅(qū)動。

航空航天

美國航空航天工業(yè)率先用水切割技術(shù)切割先進(jìn)復(fù)合結(jié)構(gòu)材料、蜂窩狀夾層板、鈦合金構(gòu)件，水射流技術(shù)特別適合切割飛機(jī)機(jī)身和機(jī)翼材料，因?yàn)闆]有剝落和熱損傷，疲勞壽命可提高50％以上，成本大大降低，節(jié)省25％材料和40％力，勞動生產(chǎn)率可提高5倍以上。AWJ仿形切割還可以切割輪廓復(fù)雜的飛機(jī)零件。

工業(yè)制造

汽車制造商和修車廠首先使用水射流切割石棉剎車片、橡膠基地毯、復(fù)合材料板、玻璃纖維增強(qiáng)塑料和其他非金屬材料。五軸水射流加工可以一次完成切割和切邊工序，解決了傳統(tǒng)切割方法存在的問題，比常規(guī)方法耗費(fèi)更少的人力和時(shí)間。

臨床醫(yī)學(xué)

在醫(yī)療領(lǐng)域，高壓水射流技術(shù)的應(yīng)用取得了一定的成果。在這些成果中，最突出的應(yīng)該是臨床醫(yī)學(xué)中的水刀和水刀無針注射器。這兩項(xiàng)技術(shù)可以提高醫(yī)院的效率。例如，在注射預(yù)防藥物時(shí)，水射流注射器可以在一小時(shí)內(nèi)完成500多人的注射。且無需更換針頭，大大節(jié)省了患者和醫(yī)生的時(shí)間。同時(shí)，針筒不會與注射器有任何接觸，因此更加安全衛(wèi)生，減少了疾病感染的可能性。

裝飾裝修

復(fù)雜的裝飾畫和馬賽克畫通常用于裝飾各種表面或各種公司的標(biāo)志圖案這些瓷器、由石頭或玻璃制成的圖案已經(jīng)越來越多地通過水射流技術(shù)進(jìn)行加工有些設(shè)計(jì)圖案極其復(fù)雜，使用的材料又比較脆，不經(jīng)過水射流加工往往無法加工。其他切割方法通常會導(dǎo)致材料開裂或斷裂，而水射流加工的產(chǎn)品是一個(gè)完整的零件，可以準(zhǔn)確地再現(xiàn)設(shè)計(jì)方案。

食品工業(yè)

美國美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）已經(jīng)明確允許使用水射流來切割例如蛋糕、法式炸雞、肉排、家禽肉和魚之類的食物。水射流技術(shù)已被證明是切割這些食品的有效和衛(wèi)生的工具。

軍事消防

高壓水射流技術(shù)在軍事領(lǐng)域主要體現(xiàn)在易燃易爆設(shè)施的切割、核設(shè)施的除銹去污和軍事裝備的清洗。水射流切割技術(shù)作為一種冷切割技術(shù)。由于切割時(shí)既不會產(chǎn)生高溫也不會產(chǎn)生火花，因此特別適合在易燃易爆環(huán)境中切割工件。清除戰(zhàn)爭遺留的地雷和炸彈，對付恐怖主義、分裂勢力制造的爆炸物可以在處理中發(fā)揮重要作用，確保國家和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

公路行業(yè)

超高壓大功率水射流混凝土破碎機(jī)械已應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)的切割和破碎、隧道施工、荒料開采等領(lǐng)域。應(yīng)用表明，水射流技術(shù)切割或疏松混凝土材料時(shí)不會損壞相鄰材料。