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水射流切割的原理及特点.doc
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水射流切割的原理及特点.doc
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XX 中天建筑节能 XX
水射流切割的原理与特点
1、水射流(wj、awj)加工技术起源
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,利用高压水为人们的生产效劳
始于十九世纪七十年代左右,用来开采金矿,剥落树皮,直到二战
期间,飞机运行中“雨蚀〞使雷达舱破坏这一现象启发了人们思维。
直到本世纪五十年代,高压水射流切割的可能性才源于苏联,但第
一项切割技术专利却在美国产生,即 1968 年由美国密苏里大学林
学教授诺曼 弗兰兹博士获得。在最近十多年里,水射流切割技术和•
设备有了长足进步,其应用普及工业生产和人们生活各个方面。许
多公司和工厂竞相研究开发,新思维、新理论、新技术不断涌现,
形成了一种你追我赶的势头。目前已有多套水射流切割设备在几十
个行业应用,尤其是在航空航天、舰船、军工、核能等高、尖、难
技术上更显优势。已可切割 500 余种材料,其设备年增长率超过
20%。
调速切割台采用电子调速装置,主要
针对各类小型炮弹、自制水管炸弹等
危险物实施切割销毁作业
小型炮弹被平安切开,黑色物质为
填充炸药
炮弹切割
. .zj.
. -
2.高压水射流加工系统构成与增压原理
高压水射流根本原理归之为:运用液体增压原理,通过特定的装
置〔增压口或高压泵〕,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在通过小孔喷嘴(又一换能装置),再将压力能
转变成动能,从而形成高速射流(wj)。因而又常叫高速水射流。
高压水射流系统,主要由增压系统、供水系统、增压恒压系统、
喷嘴管路系统、数控工作台系统、集水系统及水循环处理系统等构
成。油压系统低压油(10~30mpa)推动大活塞往复来回移动,其方
向由换向阀自动控制。供水系统先对水进展净化处理,并参加防锈
添加剂等,然后由供水泵打出低压水从单向阀进入高压缸。增压恒
压系统包括增压器和蓄能器两局部,增压器获得高压,即利用大活
塞与小活塞面积之差来实现,理论上:a 大•p 油=a 小•p 水, p 出水
=a 大/a 小•p 油, 增压比即大活塞与小活塞面积之比,通常为 10:
1~25:1,由此,增压器输出高压水压力可达 10mpa~40mpa。
由于水在 40mpa 时其压缩率达 12%,因而活塞杆在走过其整个行
程八分之一后才会有高压水输出。活塞到达行程终端时,换向阀自
动使油路改变方向,推动大活塞反向行进,此时高压水在另端输出。
如果将此高压水直接送到喷嘴,那么喷嘴出来的射流压力将会是脉
动的,而且这对管路系统产生周期性振荡,为获得稳定的高压水射
. .zj.
. -
流,常在增压器和喷嘴回路之间设置一蓄能(恒压)器,消除水压脉
动,到达恒压之目的,常能控制脉动量在 5%之内。
3
、 切
除
与切断机理
高速射流本身具有较高的刚性,在与靶物碰撞时,产生极高的冲
击动压(p=ρvc)和涡流的形成,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),因而高压水射流外表上
虽为圆柱模型,而内部实际上存在刚性高和刚性低的局部,刚性高
的局部产生的冲击动压使传播时间也减少,增大了冲击强度,宏观
上看起快速楔劈作用,而低刚度局部相对于高刚度局部形成了柔性
空间,起吸屑、排屑作用,这两者的结合正好象使得其切割材料时
犹如一把轴向“锯刀〞加工。
高速水射流破坏材料的过程是一个动态断裂过程,对脆性材料(如
岩石)等主要是以裂纹破坏及扩散为主;而对塑性材料符合最大的拉
应力瞬时断裂准那么,即一旦材料中某点的法向拉应力到达或超过
某一临界值 σy 时,该点即发生断裂。根据弹塑性力学,动态断裂强
. .zj.
12mm 厚无缝管道切割
化工厂管道实施切割作业
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pyhm63
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