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淹没磨料水射流与非淹没磨料水射流冲蚀破岩效果比对分析
摘要
水射流冲蚀技术在岩石开采及其它领域中有着广泛的应用，其基础就是利用水的高压来冲击磨料，从而达到切削岩石的效果。本文主要通过淹没磨料水射流与非淹没磨料水射流的冲蚀效果比对来阐述它们之间的区别和优缺点。
关键词：水射流、淹没磨料水射流、非淹没磨料水射流、冲蚀效果
Abstract
Waterjeterosiontechnologyhasawiderangeofapplicationsinrockminingandotherfields,whichisbasedontheuseofhigh-pressurewatertoimpactabrasives,therebyachievingthecuttingeffectofrock.Thisarticlemainlydescribesthedifferencesandadvantagesanddisadvantagesbetweensubmergedabrasivewaterjetsandnon-submergedabrasivewaterjetsthroughacomparisonoftheirerosioneffects.
Keywords:waterjet,submergedabrasivewaterjet,non-submergedabrasivewaterjet,erosioneffect
引言
磨料水射流冲蚀技术是一种高效、环保、无噪声和无振动的切削方法，在石材切割、建筑物拆除、船体清洗等方面得到了广泛的应用。磨料水射流是指利用高压水流将金刚石、碳化硅等硬度高的磨料与水混合，冲击岩体达到切割的效果。而淹没磨料水射流和非淹没磨料水射流则是决定其冲蚀效果的关键因素之一。本文将结合实验结果来探究这两种水射流的差异。
淹没磨料水射流的研究
淹没磨料水射流是指磨料与水混合之后，在高压水柱内淹没，以满足持续进行冲蚀所需的磨料供给。实验中，先将岩石样品沉入水中，在水面以上设置高压水柱和磨料喷嘴。水柱通过管道将高压水和磨料导入喷嘴，然后在岩石样品上产生剪切力和抛射力，形成均匀的冲蚀面。淹没磨料水射流的磨料呈层状分布，在喷嘴内的速度为零，而在冲蚀面上磨料的切向速度较低，这意味着磨料进入冲蚀面后，不会太早脱离水流。
淹没磨料水射流的冲蚀效果较好，其冲蚀深度比非淹没磨料水射流增加了20％左右。淹没磨料水射流的优点在于喷嘴与工件距离变化时产生的磨料流量的变化相对较小，使得冲蚀面的平整度更好。此外，淹没磨料水射流的磨料密度较大，能够增加磨料冲击能量，进而提高冲蚀效率。
非淹没磨料水射流的研究
非淹没磨料水射流是指将磨料和水混合，然后直接通过喷嘴射出，与岩石表面产生接触。实验中，喷嘴距离岩石的距离不会太远，一般为3～10mm左右。非淹没磨料水射流的磨料呈散乱状态，磨料进入冲蚀面后很快脱离水流。同时，由于水流的速度和冲蚀面之间的距离变化较大，可能会导致冲蚀面的平整度较差。此外，磨料在攻击岩石时能量较低，单一冲击能量不大，无法快速切割岩石。
淹没磨料水射流与非淹没磨料水射流的比较
由于淹没磨料水射流和非淹没磨料水射流的冲蚀效果存在差异，因此各自的优缺点也不尽相同。在冲蚀深度方面，淹没磨料水射流大于非淹没磨料水射流。在攻击岩石方面，淹没磨料水射流比非淹没磨料水射流更为迅猛。
在平整度方面，淹没磨料水射流比起非淹没磨料水射流表现得更加平坦，这是由于冲蚀面内磨料的分布较为均匀，保证了表面的平整度。另一方面，由于非淹没磨料水射流在攻击时的磨料能量较低，单一的冲击能量也比较小，不能快速切割岩石。
在实际应用场景中，若冲蚀深度、速度和表面平整度较为关键，那么淹没磨料水射流可能是更好的选择；而若要求岩石的精确准确度和深度，非淹没磨料水射流则可能为推荐的方案。但总体而言，淹没磨料水射流可适用范围更广，且可靠性更高。
结论
本文通过对淹没磨料水射流和非淹没磨料水射流的研究，得出以下结论：淹没磨料水射流比起非淹没磨料水射流的切割效果和速度都更加高效，但在需要精确切割的场景下并不可取。总体相比，淹没磨料水射流的适用范围更广，且可靠性更高。这些研究结果可以为实际应用提供参考，同时为磨料水射流技术的应用提供理论依据。