水刀锈层——氧化层——附着层，最早的除锈就是人工锤击、砂纸打磨和钢丝刷打磨，锤击是借助点应力作用使锈层逐块脱落，由点及面。显然，点击落锈层是不均匀的，虽然受力点可以除到位甚至出现“白金”现象，沿径向则愈发层厚，恰似一个个凹坑，从整体看去则是个麻子面。于是第二道工序就是砂纸和钢丝刷打磨，尽可能使其均匀，达到涂装要求，就是这种高危险、强劳力、重污染的工作方式一直延续到七八十年代，甚至至今还在沿用——因为劳动力廉价。

    为了解除人工锤击的繁重劳动，干气喷砂除锈工艺于80年代进入商业应用。其原理是从空气压缩机为动力将有压钢质容器内的干砂输送至砂喷枪，形成砂射流借以剥除锈层。应用表明，这一新技术收到很好除锈效果，人工只要控制喷枪上的气阀就可以控制射流作业，该喷枪的喷嘴多为较耐磨的BC或wc材料，形状为文丘里喷管，喷嘴直径约在30mm，压缩机工作压力约在0.6MPa。显然，干气喷砂的射流覆盖面较大，约40～50mm，人工手持喷枪运动，就使其喷出一条粗线来。干气喷砂的丸击作用，砂粒的碎裂均匀地打击下锈层，根据除锈等级要求人工手动控制喷枪运行速度。

    这一工艺的出现，使除锈技术得以突破，为世界船业普遍采用，其除锈速度可达1 0rri2 /h。然而，这一工艺也带来了难以容忍的弊病：首先为了得到足够的打击力，干气喷砂的砂必须采用铜矿渣，这种铜矿渣粒径在4-5mm，并要求有锐角，成本也很高（1993年为700元／吨），铜矿渣经打击后碎裂为粉末积淀在船坞内，由于其严重污染海水，则必须从坞底收集并挖坑掩埋于地下；更有甚者，干气喷砂造成了比人工锤击更为严重的空气污染，而且积聚在坞内难以排除。凡修船坞的上空就无法避免砂烟弥漫的致命污染，因而除锈工人也难以避免严重影响健康的矽肺病和眼疾；最后，除锈均为人工持枪高空作业，由于追求作业速度，就要大排气量动力，喷枪的反冲力就往往超过200N，大于普通人的承受能力，长期在脚手架上作业就非常危险，因而作业必须限制在较短时间。也正是因为干气喷砂的“干”字，造新船一直在使用。造新船是对新的钢板除去薄而均匀的氧化层，而且在陆地上作业，这些条件都不同于修船。

    传统的除锈工艺有一个共同的缺点：除锈后钢质表面上有一层锈砂灰，在涂装前还必须另加工序将其吹去。正是由于传统工艺与工人健康、环境保护的根本相悖，发达国家对这一危害极大的生产方式的革命也就特别迫切，湿式除锈替代干式除锈的最直观优点就是没有了空气污染。

    湿式除锈替代干式除锈首先要解决的问题就是根据锈层的力学特性确定水射流的打击力，打击力与压力、流量成正比。在80年代，我国基本与世界同步在各大船厂都建起了单机容量约250kW的大型高压泵站，每个泵站3-4台泵机组，一律采用双联六柱塞泵，其工作压力为35MPa，流量很大，以至于反冲力使得喷枪操作都较困难，受当时技术水平所限，泵、阀、密封和喷嘴的压力只能达到35MPa，虽然理论上打击力可以除锈，但实际上未能达到这一目标。这种压力的纯水射流，尽管流量高达350 L/min，也只能清除船体表面海生物、盐分、浮锈和失效漆皮，一般只能作为喷砂除锈前的清洗工序，不能达到船舶涂装前预处理的要求。也就是说，对于单位面积的打击力而言，压力参数比流量参数更为敏感，同等功率下，压力越高，相应流量越小，射流越凝聚，其点应力也就越大。

    笔者在1987年受北京第三届亚太国际水射流会议关于磨料水射流应用的影响，伺机找到水力除锈在中国应用的突破口，当时笔者走访了沪、穗、津、连各大造船基地，亲眼目睹各地本为除锈耗资建起的泵站却只有降级用于清洗船体盐分和海生物，而人工喷砂除锈又是乌烟瘴气，劳民伤财，自此水力除锈便成为笔者不懈的追求。

    在水射流中混入磨料颗粒，即磨料与水射流均匀混合，以相同的速度形成磨料一水射流，这样，由于磨料具有颗粒的锐角和材质的硬度，从而大大提高了同等参数工况下的水射流做功的效率。由于高压水射流的高速特性（流速与压力成正比，在超高压300MPa左右工况下，流速可达到900m/s以上，故又称为高速水射流），必然在变径空腔处形成真空，从而具有引射功能，利用这一特点，采用最简单的磨料——石英砂，引射式依据喷射器的抽吸混合原理，将磨料颗粒引入液体射流中，依靠高速液体射流给磨料颗粒加速形成磨料射流。根据射流形式与引入磨料的位置，引射式有以下几种。笔者在90年代初期采用的磨料喷头，这是一种磨料中进式多孔喷头，成形水喷嘴直接套在喷头体内，两端加密封；磨料喷嘴装在护套内，用螺纹与喷头体连接并压紧喷嘴。

    显然，只需将喷头结构连接在喷枪上就构成了磨料射流，非常简单，这套系统只需采用压力70MPa、流量351，/min、功率55kW的射流工况就能人工持枪除锈作业，其除锈质量达Sa2.5级，除锈速度可与一台喷砂机等同。这里，磨料为80目左右的石英砂。这样的磨料射流系统在当时的国内外水射流行业竞相应用，似乎除锈问题就此解决。

    然而，这一技术很快在实际应用中被淘汰，因为船舶除锈是贴壁高空作业，磨料的干燥、磨料的输送，甚至磨料的筛选都是实际现场中难以解决的问题。尤其磨料的输送，如果再引入空气动力，则有压系统太复杂也不安全。如果单凭高速水射流真空引入，必须要求砂桶随人在高空斗车上，不但影响操作，耗砂量要求随时填装得不到满足，而且供砂很不可靠，容易造成停工。仅对磨料均匀度和干燥度的苛刻要求就会令使用者头痛。另外，除锈后难以避免磨料附着于作业表面，水除锈后很多返锈，当时曾用电加热吹风机烘干，但又多一道麻烦工序，凡此种种，磨料射流除锈不得不下马。与这种后混合磨料射流几近同期研究的还有前混合磨料射流，即在磨料进入喷嘴前就经混合装置与水形成浆料，其特点是混合均匀、压力参数更低，但复杂的混合更难以应用于船舶除锈。

    人工持枪作业还受到机组功率的限制，当功率较大，水射流反冲力将超出人承受能力；如果功率较小，除锈效率又大受影响。人工承受的反冲力一般在200N以内（标准规定不得超过操作工体重的1/3），这就是说机组功率一般限制在100kW之内。

    应对磨料种种缺陷的最好办法是不用磨料，然而，不用磨料又轮回到了纯水射流，要想用纯水射流除锈，必须要大幅度地提高压力至超高压，几乎只有超高压水射流才能弥补磨料的功能；反之，磨料的作用也正是为了降低水射流压力，两者既能互补又不能取代——这就是技术妙用的真谛。

    何为超高压中日行业定义在不小于lOOMPa，美欧诸国确认同在140MPa以上，也就是20000psi。大量实验表明：纯水射流用于除锈作业的工作压力在200-250MPa，作为商业化的设备，泵的最高额定压力设计在280MPa，这是为了留有适量余地。

    泵压力的提高绝对不仅仅是数字的变化，其中蕴含着难度很大的技术信息和多专业综合。这里有4大难点：其一是水作介质，它没有油的黏性和润滑特性，随着高压的实现，紊流理论、密封、控制等却是新的盲点；其二是连续运行，创造超高压工况不难，难的是运行可靠性即寿命，研究的目的在于应用，应用要求必须安全可靠；其三是机组功率，千万不要以为有过创造超高压水工况的成功业绩，就等同于超高压大功率机组，功率的增大不是简单的相似原理可以解释的。大功率机组的高投入、高风险，可靠性的高要求对任何人都是一项新的技术挑战；其四是相关技术，显然，随着超高压与大功率的同步实现，不能人工持枪作业，执行机构及其智能化控制都必须建立在机组工况参数的基础上，许多相关专业在超高压应用领域并不成熟。

    从理论上来说，由于超高压工况的紊流特性、温升特性、可压缩特性加之旋转射流特性，超高压射流和磨料射流相比，它要考虑的变量参数更多；从工程上来说，由于上述4点的要求，它涉及的技术问题更复杂。如同水除锈一样，水力切割也走了同样的应用路线，虽然以250-300MPa小功率机组(15-22kW)就能够很好地切割各种金属与非金属板材，但人们仍在追求同等功率下400MPa以上压力的纯水射流切割，因为这一量变引起的质变使切缝宽度从Imm下降到了近乎是零。

    在200MPa压力以上，110kW以下的超高压泵(流量小于30 L/min)基础上执行机构为喷枪作业。由于压力的提高，超高压密封、各类阀、喷枪、喷嘴都比高压段有更多技术要求，其作业效率可以表达为。前已叙及，手持喷枪作业受机组功率所限，而且，高空作业、水射流反冲力、超高压的伤害作用都会使操作者容易疲劳。因此，这一阶段的研究适用于结构件、线型作业（如焊缝除锈）和小面积作业，但它为进一步的自动化、智能化发展提供了基础。

    由上式可见，在能够很好除锈的前提下，自动化作业、提高作业效率就成为新的追求。提高除锈速度和宽度显然成为关键问题，将功率提高到160kW以上（要平衡随着功率的提高，成本也将大幅度提高的问题，因此提高功率的依据首先是对除锈速度的要求），可有效地提高除锈效率。加之实现爬壁清洗器作业，能够解决因反冲力不能高空作业的问题。为90年代末期的爬壁清洗器作业图片，准确地说它不是爬壁，而是依靠高空作业车承载清洗器旋转喷头附壁作业，使得除锈宽度在400 - 500mm，更新型的甚至在清洗器上附传感器智能化控制，以控制清洗器的运行方向、速度和附壁效果。

    为了满足环保要求和船舶除锈作业，国外厂商为海军和船厂生产了不同类型的闭式循环水射流除锈系统，用于彻底清除船体表面的锈蚀和旧涂层。全回收水射流除锈（漆）系统的主要部分为移动式的，以便适合于干船坞、船台或港口作业。基本系统包括一台移动式高压泵车1，一台移动式遥控机械臂4，一个带有特殊结构装置的仿形运动清洗器，一台水处理拖车2和一台遥控操纵台。

    该系统的高压泵被安装在置于一拖车上的船用集装箱内，由柴油机驱动，其参数为：工作压力250MPa，流量40L/min，操作者在遥控操纵台控制泵的工作状态，也可在泵旁手动操作，自动保护装置监测着泵的工作状态并在运行不正常时发出警告。清洗器是一个气压控制的15cm宽的水射流喷头，包含20多个人造宝石喷嘴，喷嘴所处的不同位置和尺寸保证了水射流能量的均匀分布。喷头体本身不受水射流的磨损，喷头中的喷嘴是唯一的消耗品。喷头可充分利用水射流的能量除锈（漆），路径由清器引导，并具有自动贴合不同表面轮廓船体的能力。在喷嘴的周围还设有一个废液真空回收罩，通过抽真空达到几乎渣的能力，并将其输送至水处理拖车进行过滤、分离，使水得以重新利用，而废渣则集中排出。这样可在喷头沿船体或其他表面作业时不会由于飞溅的废液残渣污染已处理的表面，而且由于水射流高速通过喷嘴时所产生的温升和强力抽真空的作用使得被处理表面的水分迅速蒸发，马上呈现出一个清洁面，解决了水射流、磨料射流除锈作业后钢材表面快速返锈问题。

    舰船水线下典型涂料包括若干层底漆、防锈涂料和防生物附着涂料或面漆。这些涂料的平均厚度为o．75-lmm，厚者可超过2.Smm。船舶航行归来后通常还存在严重的海生物附着和锈蚀。

    上述系统到船厂后的第一项试验是在船台上除去尼米兹航母水线下的一块大约50 m㎡的涂层与锈层。试验表明，系统通过改变水压和喷嘴的转速可除去所有涂层或锈层至裸露的金属表面或有选择地去除某些涂层或锈层。在除漆作业中，系统所达到的除漆速度为19 -35mz／h，可用于去除船体外表、甲板上的各种涂层，并几乎100%地收集残液废渣，避免了涂层中所含重金属对环境的毒化作用。对进入和离开水再生系统的液流进行检测，确定其所含微量金属成分，表明绝大多数的漆皮和固体残渣被固／渡分离器析出并收集于一个200L的废物桶内。在初步试验之后，又在多个船厂的舰船和船台上进行了除漆作业，表明机组性能优于预料。该系统除漆（锈）作业的主要优点在于‘’它不仅优于传统的船舶除漆（锈）方式，如喷丸、锤敲、喷砂、铲、刮、用钢丝刷刷等，而且与磨料水射流除锈相比，也具有优势。这主要表现于：不产生大量的废弃物（如喷砂用铜矿渣、磨料水射流用磨料等），由于漆皮、锈渣数量极小而无需专门的废物收集、处理设施；工作现场无粉尘飞扬和空气污染，在除漆（锈）作业的同时可进行其他作业，省掉了工人操作中所需的呼吸器和设备所需的防尘罩，使操作人员和环境避免了有毒废物的影响；较高的除漆（锈）作业效率，并具有选择性地去除涂层和彻底除漆（锈）的作业能力；被处理表面清洁而干燥，在除漆（锈）后不需要进一步清理即可进行重新涂装作业。

    至此，应该说超高压纯水射流除锈有了阶跃式的发展，然而，摆在研究者面前的新问题是除锈后的返锈，即除锈后的表面附着水在其干之前又生成新的锈膜，水刀这是下道工序—涂装所不容许的。