高壓水射流切割
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的冷切割技術，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主要由油壓系統組成、供水系統、增壓恒壓系統、噴嘴和管道系統等。壓力可達600MPa，速度可達 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世紀中期，高壓水射流技術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備由 Aiton 3356 Boxboard 3356生產，這為制造工具的發展開辟了一個新時代。20世紀80年代中期，英國流體力學研究協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，并且水射流的強度大大增強。
水刀根據切割模式而定、磨料混合機制、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。因為它有冷切、切割力強、切割質量高、清潔環保，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材料甚至可以切割易燃易爆設施。因此，高壓水射流切割技術被廣泛應用于航空航天領域、工業制造、臨床醫學、裝飾裝修、食品工業等領域。
技術原理
高壓水射流切割技術是利用發動機、增壓器或者水泵、噴嘴、開關等裝置，并通過這些裝置之間動能的相互轉換，使通過的水具有巨大的壓力能。通過小孔噴嘴后，壓力能轉化為動能，從而形成高速射流，最終使水產生強大的沖擊力，然后可以切割特定物質。
增壓蓄能：在高壓水射流切割技術中，往復壓縮增壓器在液壓系統提供的高壓油的作用下往復運動，將動力源的機械能轉化為水的壓力能，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中的高壓水分為兩路，一路經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將在后面增加一個混合磨料系統，磨料在噴嘴內的混合腔中與高壓水混合后噴射。
切割作業：水被磨料混合后到達噴嘴，然后將壓力能轉化為動能，從而形成高速水射流，即把超高壓水變成高壓切割流。在手動或計算機控制下，控制系統移動工件或切割頭并將其噴灑在工件表面當水射流沖擊切割工件時，動能再次轉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度，則可以切斷材料以達到去除材料的加工目的。
純水射流切割技術的原理與磨料水射流切割的原理相似主要區別在于沒有磨料混合過程經過軟化和過濾后，系統中的水進入高壓水發生器，成為噴射切割的高壓水。
典型結構
水力磨料水射流切割系統主要由油壓系統組成、供水系統、增壓恒壓系統、噴嘴和管道系統等。
水力磨料水射流切割系統的常用部件
油泵/液壓泵）：油泵是實驗室常用的減壓設備，經常用在真空要求高的場合。機油泵的效率取決于泵的結構和機油的質量好的真空油泵可以達到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
溢流閥：用于調節泵的出口壓力并保持壓力恒定；溢流閥處于關閉狀態，只有當系統壓力大于其設定壓力時才打開，對系統起過載保護作用
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系，實現液體流向的連通或改變
增壓器：在液壓系統中，將輸入的低壓液體轉化為輸出的高壓液體的元件。由于連接在一起的兩個活塞直徑不同，當低壓液體在左端輸入時，高壓液體在右端輸出
蓄能器：蓄能器屬于液壓系統的輔助部件。它將液壓系統的壓力能儲存在液壓系統中，并能在短時間內為系統提供壓力能。蓄能器在高壓水射流切割系統中的作用如下：作輔助動力源、補償泄漏、穩定壓力、吸收壓力脈動和液壓沖擊
優點缺點
主要優點
冷態切割：使用水射流切割，由于沒有熱影響區，因此不會對材料產生熱損傷，不會使材料發生結構變化或熱變形，也不會使材料發生結構變化或變質，這特別有利于鈦合金等熱敏材料的加工。
點能源切割：由于切割位置是一個點，所以可以在各個方向自由工作，可以從工件上的任意一點開始，特別適合切割形狀復雜的工件，便于自動控制。
具有很強的切割力：實驗表明，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）石墨環氧樹脂合成板等。
高壓水射流切割高切割質量：水切割不會產生裂縫，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0.06~±0.25mm。水射流對工件產生的水平力和垂直力都很小，對材料沒有直接的面壓力，幾乎沒有機械應力和應變，因此工件變形小，加工精度高。
清潔衛生：因為用軟化水切割更干凈衛生。所以可切食品、藥物、器官導管等，還可以避免一些粉狀材料的揚塵，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生極高的能量，因此高壓水射流技術非常高效，可以在小面積內集中極高的能量。
工件材料適應性廣：因為超高壓水射流切割幾乎“無堅不摧”幾乎沒有材料和切割尺寸的限制，它被稱為“萬能切割機”可用于各種軟硬材料、導電和非導電材料、金屬和非金屬材料、塑性與脆性材料、復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，起點和終點可在工件表面任意點選擇，可用于全方位切割它可以從任意點開始，切割任意復雜圖形，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
成本較高：設備的一次性投資和后期維護成本都很高。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。
進給速度慢：切割進給速度慢，比火焰切割慢10~100倍。
3.某些材料的切割質量較低：切割非常薄的延展性材料時，材料容易彎曲，切口中會出現飛邊和毛刺。
所需功率大：如1毫米噴嘴，當壓力為200兆帕時，噴射功率接近50kW。
操縱器跟蹤 ：由不一致的機械手動作引起的表面缺陷。如果機械手振動或改變速度，將會在過渡區的切割面上看到標記。
常見分類
純水射流切割：純水射流切割（WJ water jet）系統中的水經過軟化和過濾后，進入高壓水發生器成為高壓水，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）在高壓水到達噴嘴之前，它將在混合器中與預先添加的磨料混合（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材料。
前混合磨料水射流切割系統：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。前混合磨料系統具有更強的切割能力，但對機器設備的要求更高。
后混合磨料水射流切割系統：后混合磨料水射流切割（Sandblasting water injector nozzle, AWIJ）磨料通過負壓抽吸與噴嘴內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，因其易于實現和部件磨損小而在工業生產中廣泛使用。
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，含有氣泡調整噴嘴和加工表面之間的距離，使氣泡在此距離內持續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生空化，從而實現清洗、粉碎被加工材料表面的功能。空化射流的清洗效果優于普通純水射流，用于航天飛行器、核反應堆等清洗。
脈沖射流：脈沖射流（脈沖 噴射）是一種不連續射流，利用特殊設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，擊中目標并切割、破碎目標材料。實際上，脈沖射流利用水錘原理提高射流的打擊能力，促進材料中裂紋的快速擴展，其沖擊力遠大于連續純水射流的滯后力，從而提高了脈沖射流的加工能力。
淹沒射流：當射流的工作介質與環境介質相同時，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：當工作介質與環境介質不同時，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、機械加壓。
基于機床結構：龍門式結構、懸臂式結構。
基于驅動方式：步進電機驅動、交流伺服電機驅動。
應用領域
航空航天
美國航空航天工業率先用水切割技術切割先進復合結構材料、蜂窩狀夾層板、鈦合金構件，水射流技術特別適合切割飛機機身和機翼材料，因為沒有剝落和熱損傷，疲勞壽命可提高50％以上，成本大大降低，節省25％材料和40％力，勞動生產率可提高5倍以上。AWJ仿形切割還可以切割輪廓復雜的飛機零件。
工業制造
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、復合材料板、玻璃纖維增強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，解決了傳統切割方法存在的問題，比常規方法耗費更少的人力和時間。
臨床醫學
在醫療領域，高壓水射流技術的應用取得了一定的成果。在這些成果中，最突出的應該是臨床醫學中的水刀和水刀無針注射器。這兩項技術可以提高醫院的效率。例如，在注射預防藥物時，水射流注射器可以在一小時內完成500多人的注射。且無需更換針頭，大大節省了患者和醫生的時間。同時，針筒不會與注射器有任何接觸，因此更加安全衛生，減少了疾病感染的可能性。
裝飾裝修
復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志圖案這些瓷器、由石頭或玻璃制成的圖案已經越來越多地通過水射流技術進行加工有些設計圖案極其復雜，使用的材料又比較脆，不經過水射流加工往往無法加工。其他切割方法通常會導致材料開裂或斷裂，而水射流加工的產品是一個完整的零件，可以準確地再現設計方案。
食品工業
美國美國食品藥品監督管理局（FDA）已經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。水射流技術已被證明是切割這些食品的有效和衛生的工具。
軍事消防
高壓水射流技術在軍事領域主要體現在易燃易爆設施的切割、核設施的除銹去污和軍事裝備的清洗。水射流切割技術作為一種冷切割技術。由于切割時既不會產生高溫也不會產生火花，因此特別適合在易燃易爆環境中切割工件。清除戰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揮重要作用，確保國家和人民的生命財產安全。
公路行業
超高壓大功率水射流混凝土破碎機械已應用于混凝土結構的切割和破碎、隧道施工、荒料開采等領域。應用表明，水射流技術切割或疏松混凝土材料時不會損壞相鄰材料。