專利名稱：通過添加了磨料顆粒的液態(tài)低溫流體射流進(jìn)行切割的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過添加了磨料(特別是金剛砂)的處于非常高壓力下的低溫流體射流對(duì)諸如金屬、混凝土、木材、塑料的材料或者任何其它類型的材料進(jìn)行切割的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
可以通過盤形刀具(切割混凝土、石頭、金屬等)、鋸(切割金屬、木材、塑料等)、 激光束(切割金屬、塑料等)、等離子射流(切割金屬)、具有或不具有磨料的超高壓(UHP) 水射流(切割任何類型的材料)等等來切割材料。但是，在切割過程中，當(dāng)不能有熱點(diǎn)接觸硬質(zhì)材料時(shí)，只能使用具有磨料的超高壓水射流進(jìn)行切割。在這種情況下，根據(jù)一種廣泛使用的切割方法，將處于IOOObar和 4000bar之間的壓力(UHP)下的水導(dǎo)入由不銹鋼制成的混合室，同時(shí)，將輸送石榴石或橄欖石類型的磨料的壓縮空氣流導(dǎo)入進(jìn)混合室中，以便形成超高壓下的水與磨料的混合物。接著，如

圖1所示的，通過由碳化鎢制成的聚焦噴槍朝向待切割的材料輸送該水/磨料混合物。這樣，圖1示意性地示出了由碳化鎢制成的聚焦噴槍5的常規(guī)結(jié)構(gòu)，該聚焦噴槍5 用于將磨料材料輸送給待切割的材料。該聚焦噴槍5包括第一進(jìn)口或入口 1，通過該第一進(jìn)口或入口 1向噴槍5供應(yīng)磨料/壓縮空氣混合物；第二進(jìn)口或入口 2，通過該第二進(jìn)口或入口 2向噴槍5供應(yīng)處于超高壓(例如在IOOObar至4000bar之間)下的水；文氏管型頭部 3 ；混合室4以及用于由加入磨料的加壓水構(gòu)成的混合物的出口。但是，但某些情況下，使用水本身是有問題的。實(shí)際上，在某些應(yīng)用中使用水切割被污染的部件，例如在化學(xué)、核輻射或其它污染之后使用水，會(huì)產(chǎn)生污染的風(fēng)險(xiǎn)并且需要復(fù)雜且昂貴的回收系統(tǒng)。例如文獻(xiàn)US-A-7，310，955中所教導(dǎo)的，一種替代方案是利用低溫射流代替水進(jìn)行切割。在該例中，使用非常高壓力下的低溫流體(通常是液氮)代替水以便進(jìn)行希望的切割。但是，該方法不能用于切割某些硬質(zhì)材料，例如金屬、石頭、混凝土等，特別是當(dāng)硬質(zhì)材料的厚度過大時(shí)，例如大于大約10mm。另外，已經(jīng)觀測(cè)到，當(dāng)已在流體中加入了磨料顆粒時(shí)，特別當(dāng)磨料顆粒具有高硬度時(shí)，切割裝置的用于分配低溫流體的噴槍甚至混合室可能非?？斓啬p。由此，面對(duì)的問題是能夠獲得利用超高壓低溫流體射流進(jìn)行切割的方法和裝置以便切割各種類型的材料，包括例如混凝土、金屬、石頭、木材、塑料等的硬質(zhì)材料和/或厚度可達(dá)到IOcm的材料，而不表現(xiàn)出前面提到的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的解決方案是一種切割材料的方法，其中通過處于至少IOObar的壓力下
3的切割射流切割所述材料，其特征在于-通過將處于液態(tài)且小于-100°C的低溫下的至少第一化合物與由至少一種磨料材料構(gòu)成的固體磨料顆粒相混合從而形成切割射流，磨料材料的莫氏硬度指數(shù)至少為6，固體磨料顆粒包含在氣體流之中，并且-切割射流通過聚焦噴槍指向待切割材料，聚焦噴槍被供給所述混合物，完全或部分地構(gòu)成聚焦噴槍的材料的硬度大于所使用的固體磨料顆粒的硬度。依據(jù)使用條件，本發(fā)明的切割方法可以包括一個(gè)或更多個(gè)下述特征-液體流和通過氣體流輸送的固體磨料顆粒在混合室中發(fā)生混合；-切割射流的壓力介于500bar和4000bar之間，介于IOOObar和3800bar之間，優(yōu)選地大約為3000bar至;3500bar ；-液態(tài)的化合物處于小于_150°C的溫度下，優(yōu)選地介于_160°C和_230°C之間；-液態(tài)的化合物是液氮；-固體磨料顆粒包含從金剛砂、石榴石、碳化鎢、碳化硅、橄欖石、氧化鋁和碳酸鈣構(gòu)成的組中選出的至少一種磨料材料；-固體磨料顆粒的顆粒尺寸介于20mesh(目)和200mesh之間，優(yōu)選地，介于 60mesh 和 IOOmesh 之間；-固體磨料顆粒有利地是金剛砂、石榴石或橄欖石顆粒，優(yōu)選為金剛砂顆粒；-待切割的材料由金屬、陶瓷、混凝土、木材、塑料、任何其它聚合物或硬有機(jī)材料構(gòu)成；-待切割的材料的厚度介于Icm和20cm之間，通常介于Icm和IOcm之間；-依據(jù)待切割材料的性質(zhì)，切割速度介于0.Olm/min和4m/min之間；-通過將所述液態(tài)化合物與包含固體磨料顆粒的空氣流相混合從而獲得所述包含液態(tài)化合物和固體磨料顆粒的切割射流；-液體流和通過氣體流輸送的磨料的混合在混合室中進(jìn)行，混合室完全或部分地 (即主體部分或內(nèi)表面涂層)由硬化鋼、碳化鎢、碳化硅、碳化鈦、碳化硼、氮化硼(優(yōu)選地為立方氮化硼)或金剛石制成，優(yōu)選地由硬度大于所使用的固體磨料顆粒的硬度的材料制成；-切割射流通過聚焦噴槍指向待切割材料，聚焦噴槍被供給在所述混合室中獲得的混合物；-當(dāng)固體磨料顆粒由金剛砂構(gòu)成時(shí)，完全或部分地(即主體部分或內(nèi)表面涂層)構(gòu)成聚焦噴槍的材料的硬度大于所使用的固體磨料顆粒的硬度；-完全或部分地(即主體部分或內(nèi)表面涂層)構(gòu)成聚焦噴槍的材料是鈷含量介于大約0. 和10%之間(優(yōu)選地介于大約0. 15%至0. 5%之間，例如大約0. 25% )的碳化鎢、碳化硅、碳化鈦、碳化硼、立方氮化硼或金剛石；-液體流和通過氣體流輸送的磨料的混合在混合室中進(jìn)行，混合室完全或部分地由硬化鋼、鈷含量介于大約0. 和10%之間的碳化鎢、碳化硅、碳化鈦、碳化硼、立方氮化硼或金剛石制成；-聚焦噴槍或混合室至少部分地由鈷含量介于大約0.和10%之間的碳化鎢制成，并且碳化鎢顆粒的尺寸小于1. 5 μ m，優(yōu)選地介于0. 1 μ m和0. 6 μ m之間。
本發(fā)明還涉及一種利用處于至少IOObar的壓力下的切割射流進(jìn)行切割的設(shè)備， 包括加壓低溫液體源，其與混合室流體連接以便向所述混合室供應(yīng)加壓低溫液體；以及與所述混合室流體連接的聚焦噴槍，其特征在于，所述設(shè)備還包括向混合室供應(yīng)磨料顆粒的磨料顆粒源，磨料顆粒的莫氏硬度指數(shù)至少為6，從而向聚焦噴槍供應(yīng)由加壓低溫液體和所述磨料顆粒構(gòu)成的混合物，所述混合物通過聚焦噴槍以切割射流的形式射出，聚焦噴槍完全或部分地由鈷含量介于大約0. 和10%之間的碳化鎢、碳化硅、碳化鈦、碳化硼、立方氮化硼或金剛石制成。依據(jù)使用條件，本發(fā)明的設(shè)備可以包括一個(gè)或更多個(gè)下述特征-混合室完全或部分地由硬化鋼、鈷含量介于大約0.和10%之間的碳化鎢、碳化硅、碳化鈦、碳化硼、立方氮化硼或金剛石制成；-聚焦噴槍或混合室完全或部分地由鈷含量介于大約0.和10%之間的碳化鎢制成，碳化鎢顆粒的尺寸小于1. 5 μ m。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在，通過后續(xù)的說明和示例性的實(shí)施例更好地了解本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明的切割方法包括使用切割射流，該切割射流一方面包括處于超高壓 (即通常大于lOObar，或甚至大于IOOObar)下的液態(tài)低溫流體，特別是液氮，另一方面包括磨料顆粒，該磨料材料由莫氏硬度指數(shù)至少為6的一種或多種材料構(gòu)成，從而切割材料。通過氣體(例如空氣)流將磨料顆粒輸送給向聚焦噴槍進(jìn)行供給的混合室，聚焦噴槍用于分配液氮/磨料混合物的射流。由于下面解釋的原因，與超高壓液氮一起使用的磨料優(yōu)選為金剛砂、石榴石和橄欖石。但是，依據(jù)所討論的應(yīng)用，特別是依據(jù)待切割材料的性質(zhì)和厚度、所使用的噴槍的類型、構(gòu)成混合室的材料的性質(zhì)，也可以使用其它磨料，例如碳化鎢、碳化硅、氧化鋁和碳酸鈣。磨料的性能取決于磨料顆粒的尺寸、形狀和硬度。對(duì)顆粒尺寸等于SOmesh(即 150μπι至180μπι)且具有相同形狀顆粒(大約60°銳角)的磨料進(jìn)行了切割試驗(yàn)。因此，這里磨料的硬度決定了磨料的有效性。下面的表I中給出幾種材料的硬度指數(shù)。表 I
權(quán)利要求
1.一種切割材料的方法，其中通過處于至少IOObar的壓力下的切割射流在所述材料中進(jìn)行切割，其特征在于-通過將處于液態(tài)且小于-100°c的低溫下的至少第一化合物與由至少一種磨料材料構(gòu)成的固體磨料顆粒相混合從而形成切割射流，磨料材料的莫氏硬度指數(shù)至少為6，固體磨料顆粒包含在氣體流中，并且-切割射流通過聚焦噴槍指向待切割材料，完全或部分地構(gòu)成聚焦噴槍的材料的硬度大于所使用的固體磨料顆粒的硬度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，切割射流的壓力介于500bar和4000bar之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，液態(tài)的化合物處于小于-150°C的溫度下。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，液態(tài)的化合物是液氮。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，固體磨料顆粒包含從由金剛砂、石榴石、碳化鎢、碳化硅、碳化鈦、橄欖石、氧化鋁和碳酸鈣構(gòu)成的組中選出的至少一種磨料材料。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，待切割的材料由金屬、陶瓷、混凝土、木材、塑料或聚合物構(gòu)成。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，包含固體磨料顆粒的氣體流是空氣流。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，液體流和通過氣體流輸送的固體磨料顆粒的混合在混合室中進(jìn)行，混合室完全或部分地由硬化鋼、鈷含量介于大約0. 和 10%之間的碳化鎢、碳化硅、碳化鈦、立方碳化硼、氮化硼或金剛石制成，優(yōu)選地，構(gòu)成混合室的材料的硬度大于所使用的磨料的硬度。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，完全或部分地構(gòu)成聚焦噴槍的材料是鈷含量介于大約0. 和10%之間的碳化鎢、碳化硅、碳化鈦、碳化硼、立方氮化硼或金剛石。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，固體磨料顆粒包含從由金剛砂、 石榴石和橄欖石構(gòu)成的組中選出的至少一種磨料材料，優(yōu)選為金剛砂。
11.一種切割設(shè)備，其利用處于至少IOObar的壓力下的切割射流進(jìn)行切割，所述設(shè)備包括加壓低溫液體源，其與混合室(4)流體連接以便向所述混合室(4)供應(yīng)加壓低溫液體；以及與所述混合室(4)流體連接的聚焦噴槍(5)，其特征在于，所述設(shè)備還包括磨料顆粒源，磨料顆粒的莫氏硬度指數(shù)至少為6，磨料顆粒源向混合室(4)供應(yīng)磨料顆粒，從而向聚焦噴槍( 供應(yīng)至少由加壓低溫液體和所述磨料顆粒構(gòu)成的混合物，所述混合物通過聚焦噴槍(5)以切割射流的形式射出，聚焦噴槍(5)完全或部分地由鈷含量介于大約0. 和 10%之間的碳化鎢、碳化硅、碳化鈦、碳化硼、立方氮化硼或金剛石制成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，其特征在于，混合室(4)完全或部分地由硬化鋼、鈷含量介于大約0. 和10%之間的碳化鎢、碳化硅、碳化鈦、碳化硼、立方氮化硼或金剛石制成。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的設(shè)備，其特征在于，聚焦噴槍( 或混合室(4)完全或部分地由鈷含量介于大約0. 和10%之間的碳化鎢制成，碳化鎢顆粒的尺寸小于1.5μπι。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種切割材料的方法，其中通過處于至少100bar的壓力下的切割射流切割所述材料，其特征在于，切割射流由混合物組成，混合物由處于液態(tài)且小于-100℃的低溫下的至少第一化合物以及由至少一種磨料材料構(gòu)成的固體磨料顆粒組成，磨料材料的莫氏硬度指數(shù)至少為6。本發(fā)明還涉及一種用于執(zhí)行上述方法的設(shè)備，該設(shè)備包括聚焦噴槍和混合室。完全或部分地構(gòu)成聚焦噴槍的材料的硬度大于所使用的固體磨料顆粒的硬度。
文檔編號(hào)B24C1/00GK102470508SQ201080030770
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月9日
發(fā)明者C·特魯朔, F·理查德, J·昆塔 申請(qǐng)人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司