超高压水切割法
船舶与海洋
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
进展
试论超高压水切割法在船舶制造业
中的
运用
摘要:随着现代造船技术的不断发展,一些传统的造船技术正逐步淡出历史舞台,被新的技术和
方法
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慢慢取代。在传统的切割船体钢板的方法中,火焰切割由于设备成本低、技术成熟等原因而受到青睐,但缺点也显而易见,比如火焰切割的热影响区较大,从而造成的热变形比较大。其他如激光切割、等离子切割等方法亦存在缺陷。新发明的超高压水切法同上述传统方法相比,具有一些独特的优势,故在现代造船业中拥有更为广阔的前景。
关键词:高压,冷态切割,磨料
1、引言
随着世界经济的不断发展，全球化进程的不断加快，世界各国间的商业贸易往来也比以往更加频繁。作为世界贸易运输方式中最为重要的海运运输，肩负的压力和责任也在与日俱增，航运界需要更大更先进的船舶来满足运输要求。在军用舰船制造领域，各个国家为了满足国防需要或者实现国家战略意图，也需要更先进的造船技术来建造更先进的军舰。伴随着冷战结束和苏联解体，美国海军改变思路，开始研发新型攻击型核潜艇，在这样的背景下，弗吉尼亚
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级核潜艇被生产出来。弗吉尼亚级核潜艇长115米，水下排水量为7700吨，水下航速28节，主动力装置为一座压水核反应堆加两台同轴汽轮机驱动的泵喷射推进器，最大下潜深度为240米。在这样的深度下，水压可达26kg/cm?，如此高压相当于一头大象踩在一只盘子上。为了承受如此之大的高压，弗吉尼亚级核潜艇的艇身钢板厚达30cm。面对如此之厚的钢板，传统切割方法显得力不从心，所以在潜艇建造过程中使用了超高压水切割法，也就是使用了水刀切割机。 2、超高压水切割法简介
2.1、定义
超高压水切割法就是利用超高压技术可以把普通的自来水加压到250-400Mpa压力，然后再通过内孔直径约0.15-0.35mm的宝石喷嘴喷射形成速度约为800-1000m/s的高速射流，俗称其为水箭，该水箭具有很高的能量，可用来切割软基性
材料
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。如果再在水箭中加入适量的磨料则几乎可以用来切割所有的软硬材料。调整水射流的压力和流量，可以用其清洗各种物体，如除胶、除漆、除锈等，我们还可以利用超高压技术进行高压灭菌、食品保鲜等许多对人类有益的工作。
2.2、特点
1)通用性强，几乎所有材料都能切割。
2)水刀是冷态切割，切割时不产生热效应、不变形、无挂渣、无烧蚀，不会改变材料的物理化学性质。
3)割缝小，加上冷却切割的特性，可以提高材料利用率。
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4)切割介质只有水和天然磨料，切割过程中不产生其它物质，是清洁环保的切割工艺。
5)切割后，切割面整齐平滑，不会在切割过程中使被切割物体有任何损伤，可以起到许都切割工具无法实现的切割作业。 2.3 与其他方法比较
2.3.1 与激光切割相比较
激光切割设备的投资较大，目前大多用于薄钢板、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
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面不理想，甚至无法切割。目前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也很可观。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。
2.3.2 与等离子切割相比较
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,无需二次加工，如需要也很容易进行二次加工。
2.3.3 与线切割相比较
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,加工尺寸灵
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2.3.4 与其他切割方法相比较
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。 3、总结
现代造船业中，模块化组装建造技术被大量采用，这就必然牵涉到组装精度的问题。采用传统方法对船体钢板进行切割，会因为发热而导致热应力和热变形，虽然这种应力可以在后期通过火工矫正等方法进行一定程度的消除，但不可避免的会对最终安装精度产生影响。超高压水切割法属于冷态切割，不会在切口发热，导致热变形，而且切口光滑平整，切割面质量好，切割完毕进行焊接时更为方便，可以节省大量成本，进一步减少船舶模块化安装时的误差，因此不管是在军事方面，还是民用方面都值得广泛采用。
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