水刀

水刀，即以水为刀，本名高压水射流切割技术，这项技术最早起源于美国。用于航空航天军事工业。以其冷切割不会改变材料的物理化学性质而备受青睐。后经技术不断改进，在高压水中混入石榴砂、金刚砂等磨料辅助切割，极大的提高了水刀的切割速度和切割厚度。水刀已经广泛应用于陶瓷、石材、玻璃、金属、复合材料等众多行业。在中国，水刀的最大压力已经做到了420MPa。一些技术先进的公司已经完善了3轴、4轴水刀，5轴水刀也趋向成熟。

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从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。

1.石油

由于纪新刚水刀安全、便捷、环保等诸多优势，被石油系统所认知，并应用在多个作业环境。如：石油管道、采油树抢修、罐体切割、设备维修等。

中石油在国内首次采用便携式水切割，并做了相关报道：冀东油田油建公司使用便携式水切割设备，在油气集输公司高一联2000立方米污水沉降罐罐顶完成开孔作业。

此次开孔作业主要包括两个半径600毫米的灌顶开孔。因需开孔的储罐为隔油罐，内部介质为油污水（已清理），传统的切割作业存在闪爆等风险。而水切割技术的引入，让风险极高的施工作业变得安全可靠。

便携式水切割技术是将普通水经过增压系统增压后，再通过一个极细的喷嘴，以每秒数百米的速度喷出水射流。相对其他切割技术而言，水射流切割无任何有毒有害物质产生，且切割后无热反应区或机械应力残留，是一种高产能的冷切割技术。

2.化工

化工企业为高危行业，设备所容物质通常为易燃易爆品，例如罐体类、管道类、设备类等维修一直以来是个难题。像管道的维修更换，及其危险，工人操作不当稍有不慎就有发生爆炸的危险。而纪新刚研发的便携式安全水切割解决了这由来已久的历史难题，采用水为介质，工作过程中无高温、无明火、无静电，杜绝了发生危险的可能。

3.煤矿

众所周知煤矿井下巷道里面都有大量的瓦斯、煤气等易燃易爆气体存在，井下通常是严禁动火作业的。万不得已非要维修的时候，必须要停止相关作业，模拟地上环境来操作，这个过程及其繁琐复杂，不但耗费人力物力，停工减产，也存在一定的危险。而纪新刚研发的便携式安全水切割在不停工、不用模拟地上环境的情况下完全避免了危险发生。

4.危险物处理

各地方都存留着像战争遗留、过期弹药等危险品，通常采用引爆的方式来销毁，但是需要原理都是的空旷场地，而销毁时产生的有毒有害气体对环境造成了极大的危害。而纪新刚的便携式安全水切割不但可以安全销毁各类危险物，而且可以将销毁后的物品回收再利用。完全解决了危险、场地、环保等问题。

清洗技术概述超高压水射流清洗技术是这几年在国际上发展起来的一门高科技技术，该技术主要利用高速水射流的动能来剥离表面顽垢，它是以水为介质，通过柴油机组或电机组驱动大流量增压器，将水加压至94000PSI（648Mpa）的压力，再通过呈圆周排列的多个宝石喷嘴喷射而出，喷嘴由油压或者气压驱动旋转，形成多束、多角度、强度各异的超高压旋转水射流。对需要清洁的表面、设备内结垢和附着物以及堵塞物进行超高压清洗工作。该系统一般由柴油机组作为动力源，只需要提供水源即可运行，因此机动性能较强，可以很容易地实现车载或制成超高压清洗车。不管什么结垢沉积物，超高压水射流清洗技术都能使这些问题迎刃而解，将污垢彻底清除，留下清洁、光滑的表面。它比人工清洗快的多，不需要化学药品、溶剂或腐蚀剂（也不需要同时采用成本很高的安全措施），使之更洁净、更环保。“超高压水射流清洗设备”与“超高压水射流切割设备”同属于“超高压水射流技术”的具体应用，只是前者流量较大，压力较低。

与其他方式比较超高压水射流清洗属于物理清洗方法，与传统的人工、机械清洗及化学清洗、生物清洗等其他清洗方式相比，有如下优点：

1.水射流的压力与流量可以方便地调节，因而不会损伤被清洗物的基体；

2.超高压水射流不会造成二次污染，清洗过后如无特殊要求，不需要进行清洁处理；

3.洗形状和结构复杂的物件，能在空间狭窄或环境恶劣的场合进行清洗作业；

4.与化学清洗、生物清洗不同，超高压水射流清洗无有害物质排放与环境污染问题；

5.超高压水射流清洗快速、彻底。如热交换器的清净率为95%以上，锅炉除垢率达95%以上；

6.清洗成本低，大约只有化学清洗的1/3左右，即超高压水射流清洗属于细射流，属于节能型设备；

7.超高压水射流清洗对设备材质、特性、形状及垢物种类均无特殊要求，只要求水射流能达以即可3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学