Su Jet
Tarihi

Su Jeti
Yüksek basınçlı suyun erozyon için kullanılması, hidrolik madencilikle 1800'lerin ortalarına kadar dayanır, ancak dar su jetlerinin endüstriyel bir kesme cihazı olarak ortaya çıkması 1930'lara kadar sürmemiştir. 1933 yılında, Wisconsin'deki Paper Patents Şirketi, sürekli bir kağıt tabakasını kesmek için diyagonal olarak hareket eden bir su jeti nozulü kullanan bir kağıt ölçüm, kesme ve sarıcı makine geliştirdi. Bu erken uygulamalar düşük basınçta ve kağıt gibi yumuşak malzemelere sınırlıydı.
Su jeti teknolojisi, araştırmacıların etkili kesme sistemlerinin yeni yöntemlerini aradığı savaş sonrası dönemde gelişti. 1956 yılında, Lüksemburg'daki Durox International'dan Carl Johnson, ince bir yüksek basınçlı su jeti kullanarak plastik şekiller kesme yöntemi geliştirdi, ancak bu malzemeler, kağıt gibi yumuşak malzemelerdi. 1958'de, Kuzey Amerika Havacılık'tan Billie Schwacha, sert malzemeleri kesmek için ultra yüksek basınçlı sıvı kullanan bir sistem geliştirdi. Bu sistem, yüksek mukavemetli alaşımları kesebilen bir hipersonik sıvı jeti sağlamak için 100.000 psi (690 MPa) basınçlı bir pompa kullandı. Mach 3 Kuzey Amerika XB-70 Valkyrie için petek levha kesiminde kullanılan bu kesme yöntemi, yüksek hızda delaminasyona neden oldu ve üretim sürecinde değişiklikler gerektirdi.
XB-70 projesi için etkili olmasa da, konsept geçerliydi ve su jeti kesimini evrimleştirmek için daha fazla araştırma devam etti. 1962'de Union Carbide'den Philip Rice, metalleri, taşı ve diğer malzemeleri kesmek için 50.000 psi'ye (340 MPa) kadar darbe veren bir su jeti kullanma yöntemini keşfetmeye çalıştı. Orta 1960'ların ortasında S.J. Leach ve G.L. Walker tarafından yapılan araştırmalar, taşın yüksek basınçlı su jeti kesimi için ideal nozül şeklini belirlemek için geleneksel kömür su jeti kesimini genişletti ve Norman Franz, yumuşak malzemelerin su jeti kesimine odaklandı ve jet akışının bütünlüğünü artırmak için suya uzun zincirli polimerlerin çözünmesini geliştirdi. Erken 1970'lerde su jeti nozülünün dayanıklılığını artırmak isteği, Bendix Corporation'dan Ray Chadwick, Michael Kurko ve Joseph Corriveau'un su jeti ağızlığı oluşturmak için korundum kristali kullanma fikrini ortaya çıkarmasına yol açtı, ayrıca Norman Franz, 70.000 psi'ye (480 MPa) kadar basınçlarda çalışabilen 0.002 inç (0.051 mm) kadar küçük bir su jeti ağızlığı oluşturdu. Flow Research (sonradan Flow Industries) adlı şirkette John Olsen, George Hurlburt ve Louis Kapcsandy, suyu önceden işlemenin ağızlığın işletme ömrünü artırabileceğini göstererek su jetinin ticari potansiyelini daha da artırdı.
Yüksek Basınç
Yüksek basınçlı kaplar ve pompalar, buhar gücünün gelişiyle daha ekonomik ve güvenilir hale geldi. 1800'lerin ortalarına gelindiğinde, buharlı lokomotifler yaygınlaşmış ve ilk verimli buharla çalışan itfaiye aracı hizmete girmişti. Yüzyılın sonuna gelindiğinde, yüksek basınçlı sistemlerin güvenilirliği arttı, lokomotif araştırmaları kazan basıncını altı kat artırarak bazılarının 1.600 psi (11 MPa) seviyelerine ulaşmasına yol açtı. Ancak bu dönemdeki çoğu yüksek basınçlı pompalar, genellikle 500-800 psi (3.4-5.5 MPa) civarında çalışıyordu.
Yüksek basınç sistemleri, havacılık, otomotiv ve petrol endüstrileri tarafından daha da şekillendirildi. Boeing gibi uçak üreticileri, 1940'larda hidrolik olarak desteklenen kontrol sistemleri için contalar geliştirdi, otomobil tasarımcıları ise hidrolik süspansiyon sistemleri için benzer araştırmaları takip ettiler. Petrol endüstrisindeki hidrolik sistemlerdeki yüksek basınçlar, sızıntıları önlemek için gelişmiş contaların ve ambalaj malzemelerinin geliştirilmesine yol açtı.
Bu contaların teknolojideki ilerlemeler ve savaş sonrası yıllarda plastiklerin yükselmesi, ilk güvenilir yüksek basınçlı pompanın geliştirilmesine yol açtı. Phillips Petroleum Şirketi'nden Robert Banks ve John Paul Hogan'ın Marlex'in icadı, polietilen içine bir katalizör enjekte edilmesini gerektiriyordu. Kansas'ın Baxter Springs şehrindeki McCartney Manufacturing Şirketi, 1960 yılında polietilen endüstrisi için bu yüksek basınçlı pompaların üretimine başladı. Washington'daki Kent şehrindeki Flow Industries, 1973 yılında John Olsen'ın yüksek basınçlı sıvı yoğuşturucu tasarımıyla su jetlerinin ticari olarak uygulanabilirliğinin temelini atmış, bu tasarım daha sonra 1976 yılında daha da geliştirilmiştir. Flow Industries, yüksek basınçlı pompa araştırmasını su jeti nozulu araştırmalarıyla birleştirerek su jeti kesmeyi üretim dünyasına getirmiştir.
Aşındırıcı Su Jeti
Su ile kesim yumuşak malzemeler için mümkün olsa da, bir aşındırıcı eklemek, su jetini tüm malzemeler için modern bir işleme aracına dönüştürdü. Bu, Elmo Smith tarafından likit aşındırıcı temizlik için su akısına bir aşındırıcı eklemenin fikri 1935 yılında geliştirildiğinde başladı. Smith'in tasarımı, Hydroblast Corporation'ın Leslie Tirrell tarafından 1937 yılında daha da geliştirildi ve ıslak temizlik amacıyla yüksek basınçlı su ve aşındırıcı karışımı yaratan bir nozul tasarımına yol açtı.
Modern aşındırıcı su jeti (AWJ) kesimi hakkındaki ilk yayınlar, 1982 BHR toplantısında Mohamed Hashish tarafından yayımlandı ve bu yayınlar, nispeten küçük miktarlarda aşındırıcı içeren su jetlerinin çelik ve beton gibi sert malzemeleri kesme yeteneğini ilk kez gösterdi. Mekanik Mühendislik dergisinin Mart 1984 sayısı, AWJ ile kesilen titanyum, alüminyum, cam ve taş gibi daha fazla detay ve malzemeyi gösterdi. Mohamed Hashish, 1987 yılında AWJ oluşturma konusunda bir patent aldı. Hashish, yeni terim olan aşındırıcı su jetini icat eden ve ekibi, AWJ teknolojisini ve donanımını birçok uygulama için geliştirmeye ve iyileştirmeye devam etti. Kritik bir gelişme, yüksek basınçlı AWJ'nin gücüne dayanabilen dayanıklı bir karışım tüpü oluşturmak oldu ve Boride Products (şu anda Kennametal) tarafından geliştirilen seramik tungsten karbür kompozit tüplerin ROCTEC serisi, AWJ nozulünün işletim ömrünü önemli ölçüde artırdı.Mevcut çalışmalar, 0.015 inç (0.38 mm) çapında jetlerle kesim yapılmasını ticarileştirebilmek için AWJ nozullarına mikro aşındırıcı su jetleri üzerine odaklanmıştır.
Ingersoll-Rand Waterjet Systems ile çalışan Michael Dixon, bugün yaygın olarak kullanılanlara çok benzeyen bir aşındırıcı su jeti sistemi olan ilk üretim pratik kesim yöntemini uyguladı. Ocak 1989'a gelindiğinde, bu sistem, Newark, Ohio'daki Rockwell'in Kuzey Amerika Havacılık tesisi büyük ölçüde B-1B için titanyum parçalar üretmek üzere günün 24 saati çalıştırılıyordu.
Aşındırıcı Su Süspansiyon Jeti (AWSJ) kesimi
Aşındırıcı Su Süspansiyon Jeti (AWSJ), sıkça "Çamur Jeti" veya "Su Aşındırıcı Süspansiyon (WAS) jeti" olarak adlandırılan, su kesimi için kullanılan özel bir aşındırıcı su jeti türüdür. Aşındırıcı su enjektör jeti (AWIJ) ile karşılaştırıldığında, aşındırıcı su süspansiyon jeti (AWSJ), aşındırıcı ve suyun nozuldan önce karıştırıldığı bir özellik taşır. Bu, AWIJ'ye karşın jetin yalnızca iki bileşen olan su ve aşındırıcıdan oluştuğu anlamına gelir.
AWSJ'de yalnızca 2 bileşen (su ve aşındırıcı) olduğu için aşındırıcı taneciklerin su tarafından hızlandırılması, sistemin aynı hidrolik gücüne sahip WAIS ile karşılaştırıldığında önemli ölçüde artan bir verimlilikle gerçekleşir. Aşındırıcı tanecikler, aynı hidrolik güçle WAIS'ten daha hızlı hale gelir. Bu nedenle AWSJ ile karşılaştırmalı olarak daha derin veya daha hızlı kesimler yapılabilir.
Aşağıda açıklanan AWIJ kesim işlemine karşı AWSJ kesimi, talep edilen malzemeleri işlemenin yanı sıra mobil kesim uygulamaları ve su altında kesim için de kullanılabilir. Örnekler, bomba imhası, açık deniz tesislerinin sökülmesi veya nükleer santralde reaktör basınç kabuğu montajlarının sökülmesi gibi konuları içerir.
Aşındırıcı Su Enjektör Jeti (AWIJ) kesimi
AWIJ, su püskürtülen bir düzenden (bir boşluk) çıktıktan sonra karıştırma odasından geçen bir su jeti tarafından oluşturulur ve karışma odasının çıkışında bir odaklama tüpüne girer. Su jetinin karışma odasındaki havayla etkileşimi negatif basınç yaratır, su jeti hava partiküllerini sürükler. Bu negatif basınç, aşındırıcının odasına (aşındırıcı bir hortum aracılığıyla karıştırma odasının yan açıklığına (deliğe) yönlendirilir) pnömatik taşıma için kullanılır.
Su jeti ile karıştırma odasındaki aşındırıcı malzeme temas ettikten sonra, bireysel aşındırıcı tanecikleri hızlandırılır ve odaklama tüpünün yönüne sürüklenir. Aşındırıcıyı karışma odasına taşımak için taşıyıcı ortam olarak kullanılan hava, AWIJ'in bir parçası haline gelir ve bu artık üç bileşenli bir yapıya sahiptir (su - aşındırıcı - hava). Bu işlem için optimize edilmiş olan odaklama tüpünde aşındırıcı daha da hızlandırılır (su ile aşındırıcı taneciği arasındaki enerji transferi) ve AWIJ, mümkün olan en yüksek aşındırıcı tanecik hızında odaklama tüpünden ideal olarak çıkar.
Su Jeti Kontrolü
Su jeti kesim, geleneksel imalat atölyelerine girdikçe, kesiciyi güvenilir ve hassas bir şekilde kontrol etmek esastı. Erken su jeti kesim sistemleri, John Parsons'ın 1952 NC freze makinesine dayalı mekanik pantograf ve G-kodu gibi geleneksel sistemleri adapte ettiler. Su jeti teknolojisinin doğasından kaynaklanan zorluklar, geleneksel G-kodu'nun yetersizliklerini ortaya koydu. Hassasiyet, nozülün köşelere ve detaylara yaklaştıkça hızını değiştirmeye bağlıdır. Bu değişkenleri içeren hareket kontrol sistemleri oluşturmak, öncü su jeti üreticileri için 1990'ların başlarında önemli bir inovasyon haline geldi. OMAX Corporation'dan John Olsen, su jeti nozulünü hassas bir şekilde konumlandırmak ve yol boyunca her noktada hızı doğru bir şekilde belirtmek için sistemler geliştirdi ve aynı zamanda ortak PC'leri bir denetleyici olarak kullanmayı sağladı. En büyük su jeti üreticisi olan Flow International (Flow Industries'ın yan kuruluşu), bu sistemin faydalarını tanıdı ve OMAX yazılımını lisansladı,. Bu nedenle dünya genelindeki su jeti kesim makinelerinin büyük çoğunluğu kullanımı kolay, hızlı ve hassas hale geldi.