磨料水射流冲击角对砂岩切割性能影响的试验研究

作     者：袁瑞甫 秦博 董卓 程高宇 李孟卓 邓浩坤 解帅帅 YUAN Ruifu;QIN Bo;DONG Zhuo;CHENG Gaoyu;LI Mengzhuo;DENG Haokun;XIE Shuaishuai

作者机构：河南理工大学能源科学与工程学院 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心 河南理工大学工商管理学院 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2024年第49卷第S1期

页      面：208-219页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金面上资助项目(52174109) 河南省高校科技创新团队支持计划资助项目(22IRTSTHN005) 河南省高等学校重点科研资助项目(22A440010) 

主　　题：磨料水射流 冲击角 切割机理 切缝深度 晶体破坏 

摘      要：磨料水射流是一种高效的切割技术，通过砂岩切割试验对岩石类材料的最佳冲击角和倾斜切割机理等问题展开研究，在对切缝内壁进行宏观和微观观测的基础上，开展水晶玻璃切割试验，探究不同冲击角下磨料水射流的切割运动过程，揭示了不同切割压力及冲击角下的切缝深度、切缝内壁特征、磨料颗粒运动轨迹与晶体破坏类型等变化规律。试验结果表明：平均切缝深度随切割压力的增加逐渐增大，同时改变冲击角能明显改变射流的切割能力，在75°冲击角获得的切割效果最佳；随切缝深度增加在切缝内壁逐渐出现弯曲射流轨迹纹理，且在其底部均形成典型的冲蚀坑与拖尾现象；切缝内壁主要表现为穿晶断裂、沿晶断裂、切槽或凹坑、胶结物覆盖等4类破坏特征，值得注意的是，不同冲击角下4类破坏特征在切缝中出现的位置不同，该种现象主要是因为射流的偏转情况、反射流的运动方向、冲击波和膨胀波的反射作用改变；对靶件破坏起主导作用的是垂直向及水平向射流分量(与推进方向同向)，与推进方向反向的水平向射流分量则对已形成切缝起二次冲蚀及抛光作用，但不同冲击角下的作用程度不同；结合切缝表面观测和射流切割过程观察结果，建立了磨料水射流切割过程的宏观模型。