在反应堆退役过程中，有大量的构件需要切割拆除。为了后续材料研究，切割拆除时要避免对材料的热影响，要求构件变形量小。对于有夹铅层的构件，由于铅熔点低，热切割容易形成铅蒸气，操作人员易铅中毒，故需要一种冷切割方式对堆内构件进行切割。高压磨料水射流切割作为一种新型切割方法，因其高能冷态的特点，可以适应各种材料和厚度的切割，可保障被切割体变形小，没有热影响，可广泛应用于反应堆堆内构件的退役切割。
反应堆堆内构件材料以不锈钢为主，材料厚度从几毫米到100mm不等。高压磨料水射流切割时，根据被切割体的厚度，需调整切割参数，以达到最佳的切割效率。本项目采用自行研制的高压磨料水射流切割装置对不锈钢进行水下切割试验，分析水淹没状态下高压磨料射流切割参数对不锈钢切割性能的影响，并通过建立切割参数数学模型，为反应堆退役切割过程中根据切割厚度选取最优切割参数提供参考。
（1）试验装置
试验采用的高压磨料水射流切割装置如图4-22所示。装置包括：执行机构，执行机构控制系统，高压系统，净化系统，机械手和机械手控制系统。其各部分功能为：执行机构由数控系统控制做4自由度运动，带动其下的机械手做粗调对刀；机械手通过数控系统闭环控制做6自由度运动，其第六轴末端夹持切割刀头，实现切割头预设轨迹的高精度运动；高压系统将产生的高压水通过高压管路输送至切割头，高压水和磨料在切割头混料腔混合成高动能的高压磨料水，并喷射出切割头对被切割体进行切割。切割过程中产生的切屑、废弃磨料和废水由净化系统进行净化处理系统。
图4-22 高压磨料水射流切割装置示意图
（2）试验方法
试验中被切割材料为06Cr18Ni11Ti不锈钢。试验时，根据被切割体的结构形状，将切割轨迹程序输入控制系统，切割头按照预设轨迹对被切割体进行切割。喷嘴孔径为0．3mm，磨料采用60目石榴石，分别采用320、350、380MPa的切割压力，切割靶距分别为2、5、8mm，采用6档切割速度（5、20、40、60、80、110mm／min）对不锈钢进行切割。切割后检验切透厚度，并记录试验数据。
图4-23为不锈钢切割断面图，切割厚度H较厚时，磨料不能一次将钢板切透，而需要对钢板进行研磨，同时移动切割头，使切割断面形成由钢板切割内侧向外侧扫射的形貌。根据Hashish对磨料水射流切割轨迹的可视化研究结果，图中切割断面由上至下分为切割磨削区、变形磨削区和反射冲蚀区。
图4-23 不锈钢切割断面图
（3）试验数据分析
图4-24显示了相同靶距（2mm）条件下，切割厚度H随切割速度V和切割压力P变化的关系。由图可以看出，切割过程中，V越小，H越大，随着V增加，H呈下降趋势；相同速度情况下，P越大，磨料水射流获得的动能越大，H越大，H随着P增大而增加。图4-25显示了相同切割压力（1 320MPa）条件下，H随V和靶距S变化的趋势。由图可以看出，相同P和V条件下，2～8mm靶距S范围内，S越大，磨料水动能损失越大，H越小，故H随S增大而减小。故H与V和S呈现反比关系，与P呈正比关系。
图4-24 相同靶距下压力、速度与切割厚度的关系
图4-25 相同切割压力下靶距、速度与切割 厚度关系
表4-18 试验数据
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