Hvordan kan vand skære igennem stål?

EN vandstråle er et værktøj, der bruges i maskinforretninger til at skære metaldele med en (meget) højtryksstrøm af vand. Så fantastisk som det lyder, hvis du får vand til at strømme hurtigt nok, kan det faktisk skære metal.

Tænk på en vandstråle som noget med omkring 30 gange trykket fra strømskiven ved din lokale bilvask. Elvask ved bilvask er et dagligdags eksempel på, at en snavsfilm bliver "skåret" af kroppen, hjul og dæk på en bil.

Nøglen til at skære metal med vand er at holde sprayen sammenhængende. Vandstråler er i stand til at skære, fordi sprayen ledes gennem en meget smal juveldyse ved et meget højt tryk for at holde sprayen sammenhængende. I modsætning til metalskærere, en vandstråle bliver aldrig kedelig, og den kan ikke overophedes.

Lavtryksvandstråler blev først brugt til at udvinde guld i Californien i 1852. Damp- og varmtvandsstråler blev brugt i begyndelsen af ​​1900'erne til rengøring. Højtryksvandstråler blev brugt til minedrift i 1960'erne, og for omkring 10 år siden begyndte industrien at bruge vandstråler til skæring. Slibende vandstråler (slibestråler) blev første gang brugt i industrien i omkring 1980.

I fortiden, kun et stykke metal kunne skæres ad gangen med en sav eller en anden mekanisk skæring af metal. Det var tidskrævende og dyrt. Computerstyret vandstråle- og slibestråleskæring bruges i dag i industrien til at skære mange bløde og hårde materialer. Den almindelige vand-slibende blanding efterlader dysen ved mere end 900 mph. De nyeste maskiner kan skære til inden for to tusindedele af en tomme, og har jethastigheder omkring Mach 3.

Vandstråler kan skære:

• Marmor
• Granit
• Sten
• Metal
• Plast
• Træ
• Rustfrit stål

En vandstråle kan skære en "sandwich" af forskellige materialer op til fire centimeter tykke. Denne lugtfri, støvfri og relativt varmefri proces kan også skære noget så tyndt som fem tusindedele af en tomme. Den lille jetstrøm tillader det første snit også at være den sidste færdige overflade. Denne enkelt skæreproces sparer materialeomkostninger og bearbejdningsomkostninger. For eksempel, ingeniøren giver blot en tandtegning til skærebutikken via en diskette eller e-mail og får det færdige gear tilbage.

Vandstråler skærer blødere materialer, mens slibestråler bruges til hårdere materialer. Selve skæringen udføres ofte under vand for at reducere stænk og støj. Hurtigere fremføringshastigheder bruges til at forhindre strålen i at skære hele vejen igennem.

Vandtrykket er typisk mellem 20, 000 og 55, 000 pounds per square inch (PSI). Vandet presses gennem en åbning (et hul) på 0,010 "til 0,015" i en juvel.

En vandstråle kan fjerne barken fra et træ i en afstand af 40 fod, hvis man ændrer kemien i almindeligt vand ved at tilføje SUPER-WATER®, tilgængelig fra Berkeley Chemical Research. SUPER-WATER® er et opløseligt polymert kemikalie, der fungerer som en række molekylære rygsøjler eller betonforstærkningsstænger, der binder de enkelte vandmolekyler sammen på en mere struktureret måde for at danne en sammenhængende stråle. Forestil dig potentialet for at skære ukrudt i vejkanten.

Hvor hurtigt skærer en vandstråle?

En slibestråle kan skære en halv tommer tyk titanium med en hastighed på 7 tommer i minuttet, når der bruges en 30 HK pumpe. Slibestrålen bevæger sig på en måde, der meget ligner en bremset penplotter.

Slibestråler er blevet brugt til at:

• Fjern materialer inde i togtunneler
• Hjælp med at redde "Baby Jessica" fra brønden i Midland, Texas
• Skær stort set enhver form i skudsikkert glas
• Skær delene til F-22 og Stealth-bombeflyet ud, og andre fly og rumfartøjer
• Skær i skroget, ved hjælp af diamantpulver slibemiddel, af ubåden Kursk for at genoprette ligene af det russiske mandskab
• Fjern markeringsstrimler på motorvejen
• Skær træskilte
• Opret skulptur
• Skær træstammer i et savværk

Industrier, der kan bruge slibende vandstråle- og slibestrålende teknologier:

• Bygning:Mønstre i stenmateriale til gulve kan skæres. Matchende dele af et bogstavet tegn, lavet af sten og metal kan skæres. Specielle former til metal- og tegltag kan skæres.
• Fremstilling:Præcise tandhjul og andre indviklede dele såsom dele fremstillet af skum og gummi kan skæres uden brug af varme, som en laser ville producere.
• Designere:Indviklede former kan skæres til smykker, skulpturer, og spejle.
• Andet:Vandstråler bruges til at skære slikstænger og bleer, også. Der er en særlig borekrone til olieefterforskning, der har vandstråler i bunden for at fremskynde boreprocessen. Når den bruges med retningsstråler, en vandstråle kan bore under en vej til at føre fiberoptisk kabel.

Klik på trykaflæsning for at se og høre 5-sekunders filmklip af en Flow Corporation abrasivejet. En 50 HK pumpe skaber 52, 400 PSI tryk til en vandstråle og granat slibemiddel til at skære 1/16-tommer stål. Denne slibemaskine har en intern .013 "rubinåbning for at producere en vandstråle med en diameter på 0,040". Se efter et par gnister til at flyve!

Særlig tak til ADR Hydro-Cut, Morrisville, N.C., Carl Olsen på WaterJets.org og W. Glenn Howells hos Berkeley Chemical Research, Inc. for teknisk hjælp med denne artikel.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Sådan fungerer vand
• Sådan fungerer jern og stål
• Sådan fungerer plasmaomformere
• Sådan fungerer svejsning

Flere store links

• Missouri University Rock Mechanics and Explosives Research Center
• Berkeley Chemical Research, Inc. SUPER-WATER®
• Skærende ildslukker
• WaterJets.org Fantastiske FAQ !, billeder
• Forretning:Triangle Waterjet Cutting Industry applikationer
• Flow Corporation's FAQ om vandjet og hvidbog