人们认识水切割机中的水射流应该说还是从水的冲刷作用开始的。大雨能把田地冲出一道水沟,能剥落山岩,甚至能造成泥石流。河道出口久而久之便冲积成了三角洲。水对大自然的鬼斧神工表现在3个方面:使材料破裂、流动、去除。
水射流的应用起源于采矿业。早期利用水射流冲洗矿石中的泥土,蓄水运送并筛选矿石和直接用水射流冲刷煤层。由冲刷到破碎实际上是水射流的一个质变,前者是低压大流量,后者则是高压小流量。本世纪30年代已开始用水射流采煤。开始是用lOMPa以下的水射流冲采中硬以下煤层,至70年代已发展到用20-30MPa水射流慢速切割煤体,再后来就是高压至IOOMPa、超高压大于200MPa的水射流辅助采煤机、掘进机用于破碎落煤和破岩。
只有提高水射流工作压力才能使其广泛应用于大工业部门,这已成为人们的共识。20世纪70年代·高压水清洗和超高压水切割在同步发展。80年代,高压清洗已日趋完善,普及应用。自1972年在美国Ingeroll-Rand公司的MC Cartney Manufacturing公司诞生了第一台400MPa的水切割机,继之美国Flow Industries(350MPa.3. 51L/min)问世,超高压水射流切割工艺一直是水射流行业研究、追踪的热点。尤其在80年代末、90年代初期这类所谓“水刀”设备已经批量化、商品化,而且以机械手控制切割头为代表的产品已迅速达到了全自动、智能化的高水平。
水射流技术在向高压方向发展的同时,70年代末期国际水射流领域出现了一个引人注目的新动向,即从单一提高水射流压力的观点开始转向研究如何提高和发挥水射流的潜力这方面来了。这就有了脉冲射流(水炮)、高温射流、磨料射流和摆振射流。这些射流与同等压力下的普通连续射流相比,显然大大提高了作业效率。80年代以来,磨料射流、空化射流、气水射流和旋转射流的进一步发展,将高压水射流技术推向一个新的阶段。水射流领域已经形成了一个以压力、功率为纵坐标、以射流形式为横坐标的技术与产品的平面型谱。高压水射流技术的应用范围也由单纯的采矿业扩大到石油、化工、轻工、航空、建筑、冶金、市政工程和医学等领域。
高压水射流技术的发展大致可分为4个阶段:60年代处于以低压水射流采矿为主的初期阶段,同时以静压试验和化工流程为主要目的的高压泵、增压器和高压管件(统称高压设备)的研制取得了许多商品化成果(它们的介质主要不是水),这为高压水射流技术的到来奠定了基础;70年代主要针对采煤机、清洗机开展了水射流工业试验,这时期的主攻方向是提高以水为介质的高压动设备的压力和可靠性,同时开发多种形式的射流,尤其自1972年开始两年一届的英国流体机械研究集团(BHRG)主办的国际水射流技术会议(lnternational Conferenceon Jetting Technology)、自1981年开始两年一届的美国水射流技术协会(WJTA)主办的美国水射流技术会议(American Water Jet Confer-ence)和自1990年开始两年一届的国际水射流协会(ISWJT)和日本水射流协会(JSWJT)主办的亚太国际水射流技术会议(Pacific Rim In-ternational Confer.ence on Water Jet Technology)等,极大地推动了国际水射流界的交流与发展。80年代是高压水射流技术迅速发展阶段,体现在高压、大型化、成套化、专用化和新型水射流形式都已产品化、规模化、商品化-尤其是清洗、除锈、切割应用的可靠性、安全性,迅速拓展至各工业部门。上世纪90年代,一些高难度研究,诸如机器人多维水切割、水下切割、井喷管口切割、干冰切割等的问世,国际会
议的主题基本上围绕着水切割展开,丰富、完善水切割研究与应用已经成为国际水射流界的焦点与热点,同时这一领域的标准与技术专著也时有出现。近年来许多标新立异的成果表明:一个能根据实际需要自如地控制各种类型高压水射流技术特性、造福人类的新时代已经到来,
水切割机中的喷射技术已经成为一门独立的综合性的新学科。