本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目 审核 。 简介 特点 可以对任何材料进行任意曲线的一次性切割加工(除水切割外其它切割方法都会受到材料品种的限制);切割时产生的热量会立即被高速流动的水射流带走,并且不产生有害物质,材料无热效应(冷态切割),切割后不需要或易于二次加工,安全、环保,速度较快、效率较高,可实现任意曲线的切割加工,方便灵活、用途广泛。水切割是适用性较好的成熟切割工艺方法。 水刀分类 以加沙情况来分:水切割分为无沙切割和加沙切割两种方式。以设备来分:分为大型水切割和小型水切割。以压力来分:分为高压型和低压型,一般以100MPa为界限。100MPa以上为高压型,100MPa以下为低压型。而200MPa以上为超高压型。以技术原理来分:分为前混式和后混式。以机械结构来分:分为悬臂式和龙门式。以安全切割来分:分为安全切割类和非安全切割类,区别主要在水压上面,100MPa以下低压型水切割可应用于特种行业如:危化、石油、煤矿、危险物处理等方面。经过大量实验人们发现,当水压超过一定阈值时,即使纯水也会把某些敏感性化学品引爆,而含沙水切割由于水中含有磨料沙,沙子的势能和冲击力和物体碰撞,产生的能量也会引起特殊化学品的不稳定性,经过大量实验和论证,最后得出其阈值在237.6MPa左右。故在水切割行业,人们对200MPa以上的水切割主要应用在机械加工行业 [1] 。 科普介绍 水刀作为一种新技术新产品,由于其为机械类产品,没有电子类产品的技术神秘感和科技感那么浓厚,一直不被媒体重视,直到2011年,由于水射流专家纪新刚创造性的另辟蹊径,将水刀做成了小型化、安全化,使水刀改变了不能在危险领域使用的局面。由于其突破性的思维和其在行业的影响,中央电视台科教栏目对其做了相关报道,于2011年央视做了为期60分钟的专访。详细介绍了水刀知识。由于收视率创国内科教栏目的收视率冠军,央视于2012重新编排重复多次于黄金时段播放。纪新刚-以水为刀 后期央视的科技人生栏目对纪新刚做了30分钟专题报道。 切割比较 与激光切割比较激光切割设备的投资较大,大多用于薄钢板、部分非金属材料的切割,切割速度较快,精度较高,但激光切割时在切缝处会引起弧痕并引起热效应;另外对有些材料激光切割不理想,如铝、铜等有色金属、合金,尤其是对较厚金属板材的切割,切割表面不理想,甚至无法切割。人们对大功率激光发生器的研究,就是力图解决厚钢板的切割,但设备投资、维护保养和运行消耗等成本投入很大。水切割投资小,运行成本低,切割材料范围广,效率高,操作维修方便。与等离子切割比较等离子切割有明显的热效应,精度低,切割表面不容易再进行二次加工。水切割属于冷态切割,无热变形,切割面质量好,基本不用再进行二次加工,如需要也很容易进行二次加工。水切割与线切割比较对金属的加工,线切割有更高的精度,但速度很慢,有时需要用其它方法另外穿孔、穿丝才能进行切割,而且切割尺寸受到很大局限,水切割可以对任何材料打孔、切割,切割速度快,加工尺寸可选余地大。 与其它切割方法比较对一些金属零件可采取冲剪工艺方法,效率高、速度快,但需要特定的模具和刀具,水切割与该切割方法相比柔性好,可随时进行任意形状工件的切割加工,尤其在材料厚、硬度高等情况下,冲剪工艺将很难或无法实现,而用水切割方法则较为理想;火焰切割也是金属领域常用的切割工艺,切割的厚度范围非常大,但与水切割相比其热效应明显、切割表面质量和精度较差,另外水切割能很好地解决一些熔点高、合金、复合材料等特殊材料的切割加工。在玻璃、石材、陶瓷等切割加工行业,传统的方法是用金刚石刀具进行切、锯、铣等,切割的厚度范围非常大、速度较快,但对常规厚度的板材,水切割可进行高精度的任意曲线的切割加工,成品率高,降低生产成本,且大大提高加工产品的附加值 [1] 。 典型应用 应用范围 1、在金属切割领域中的典型应用(1)装饰、装潢中的不锈钢等金属切割加工(2)机器设备外罩壳的制造(如机床、食品机械、医疗机械、电气控制柜等)(3)金属零件切割(如不锈钢法兰盘的半精加工、钢板结构件、有色金属、特种金属材料等)2、在玻璃切割领域典型应用(1)家电玻璃切割(燃气灶台面、油烟机、消毒柜等、电视机)(2)灯具(3)卫浴产品(淋浴房等)(4)建筑装潢、工艺玻璃(5)汽车玻璃等3、陶瓷、石材等建筑材料加工领域应用“水刀”在该领域的应用较早、在国内客户中绝对数量最大,该领域主要是用于艺术拼图,中国的陶瓷、石材艺术拼图产品远销世界各地。 4、复合材料、防弹材料等特殊材料的一次成形切割加工5、软性材料的清水切割(1)汽车内饰件的机器人空间切割(2)泡沫海绵、纸等6、低熔点及易燃、易爆材料的切割(如炸药、炮弹等)7、超高压水清洗(1)石油化工行业换热器管程清洗;U型管管程清洗;浮头式换热器壳程清洗,空冷器翅片管清洗;反应釜,塔槽内壁,设备内构件清洗;大型储罐表面及内壁清洗处理;其他。(2)电力行业清除冷凝器(箱)表面或内部污垢;大型汽轮机转子、隔板、壳体内结垢物;燃炉中损坏的耐火材料及各式预热、冷凝器等的结垢物,均能顺利清除,而不损原设备之性能;其他。(3)航空航天业民用、军用航空机场跑道和护栏清洗,跑道除胶、清除停机坪油污和跑道上的交通标记等;航空母舰平台跑道清洗;其他(4)船舶行业由于船体表面需要定期除垢喷漆,采用超高压水清洗设备可以很容易去除污垢和表面漆,为进行重新涂漆做准备;其他。(5)汽车制造业汽车涂装车间油漆及污垢清洗;其他。(6)建筑桥梁业建筑外墙清洗;剥离建筑物墙面旧涂层;剥离地面的硬质合成纤维涂敷层;其他。(7)市政工程城市街道路面口香糖清洗;城市道路斑马线清洗;城市涂鸦清洗;城市牛皮癣清洗;城市煤气管道清洗;其他 [2] 。 便携式水刀 由于传统水刀设备体积庞大,重量等原因,无法实现快速移动,以适应不同的环境需求,提出此概念并开发出便携式水切割系列,可像普通气割设备那样,可由两人协作迅速转移工作场所,并可快速实施切割,比如可装载于急救车内,应用于高速急救,替代普通气割等工具,可对事故车辆实施无高温、无危险救援。 安全水刀 由于以往的水刀工作为超高压,无法用于危险行业的应用,当水压太高时,不能用于危险作业,其阈值为237.6MP水压。由水射流专家纪新刚研发的安全水刀应运而生,研发出工作压力为25~50MP水压水刀。可应用于公安排爆用的危险物处理、武警消防破障救援、穿墙灭火,有适合煤矿用的矿用安全水切割设备,有化工专用的防爆安全水切割设备,有石油系统用的石油管道安全水切割设备。