1 高压水射流
高压水射流与激光束、电子束和等离子束统称为高能束。作为切割物料的手段，其中激光束、电子束和等离子束属于热加工，而高压水射流是唯一的冷切割加工。在各种新材料与复合材料相继涌现的当今时代，高压水射流的冷切割性能是无与伦比的。水射流在空气中喷射属于非淹没射流；水射流在水中喷射属于淹没射流。淹没射流与非淹没射流是按射流工作介质与环境介质分类的。若射流的工作介质与环境介质相同时称为淹没射流，若环境介质与工作介质不同时，则称为非淹没射流。
水射流的驱动压力是设计射流工艺系统的重要参数。通常，将(0.5～35)MPa压力范围称为低压，压力源为多级离心泵、柱塞泵；(35～140)MPa称为高压，压力源为柱塞泵、增压器；而(140～420)MPa就称为超高压，压力源用增压器。
人们在经过一段追求更高压力的研究后，发现利用磨料水射流与空化射流等新型高效射流对于确定工艺系统的经济技术合理性，改善工艺技术的复杂性，实现安全作业都是有益的。而高压水射流技术的不断提高，高压设备成本的降低，又使高压水射流进入更加广阔的新应用领域。
图1 柱塞泵压力(MPa)等级逐年增加的情况
2 磨料射流
高压水射流可以成功地切割塑性材料和脆性材料。但用它来切割钢材和钢筋混凝土等材料时,则需要约(700～1000)MPa的极高的压力。然而在较低压力下，水射流中加入一定数量的磨料微粒，将会大幅度地提高水射流的冲击能力，有效地完成上述切割作业。这种有微粒材料的水射流称为磨料射流。
图2表示纯水射流、喷砂与磨料水射流在相同条件下所获得的最大切割深度〔3〕。由于磨料水射流成本低，切割效率比相同条件下的水射流高(8～10)倍，因此，磨料射流一问世，便在短短的10年中，在清洗、除锈、切割和破碎岩石等作业中得到广泛的应用。
图2 3种射流切割深度的比较
磨料射流用于传统的机械加工，下述主要工艺参数具有典型性：水射流压力为(242～380)MPa，水喷嘴直径为(0.18～0.56)mm，磨料喷嘴直径约为(2～3)倍的水喷嘴直径，磨料喷嘴长度约为(45～133)倍的磨料喷嘴直径，靶距为(0～3)mm，切割厚度为250mm的各种材料〔4〕。
3 空化射流
空化和空蚀现象对物体的破坏作用是十分严重的。所谓空化射流，就是化害为利，人为地在水射流束内产生许多空泡，利用空泡破裂所产生的巨大冲击力来增强射流的作用和效果。空化射流的关键部件是在液体射流内诱使空化发生的喷嘴。图3表示空化喷嘴所形成的空化射流的结构及其速度分布与冲击压力分布〔3〕。显然，在相同泵压和流量条件下，空化射流由于其空化作用的存在，清洗与切割效果大大优于普通的水射流。
图3 空化射流原理及其速度与冲击压力分布
早在20世纪70年代末期，美国人就进行了空化水射流开发和节省能源的试验研究，并用于消除隐患试验。所谓“消除隐患”或简称“除患”，涉及到任何类型的军用引爆元件的消毁或拆卸，其中包括炮弹、火箭、导弹、照明弹以及制导用辅助发射系统等。当前，对空化射流从理论分析到开发应用的深入研究有方兴未艾之势〔5〕 。
3 水射流技术的发展与新应用
1）国际水射流技术正在向超高压、自动控制、精密切割方向发展。高压柱塞泵的压力已达260MPa，增压器已达到1000MPa以上。目前，正在研制1500MPa增压器。计算机控制的三维切割设备，能切割任何复杂形状的物体，而且切割精度高，切割面光滑，没有硬化层。
2）高压水射流技术应用正向多功能、实用化、精细化方向发展。高压水射流切割、清洗、除锈技术愈加完善。使用水射流作为手术刀进行多种外科手术，能成功地切除病体器官，不损伤血管与纤维，可避免手术时大出血。空化射流超细粉碎，能产生10μm的超细粉末。对于具有粘性易变形的软物质，使用水射流切割，其优越性是硬质刀具难以比拟的。
3）高压水射流技术新应用领域日益扩展。从切割塑性材料和脆性材料，发展到切割动植物、生物体，成为一种医疗新技术。水射流不仅能用于一般的机械加工，在金属表面处理方面，还可以消除机加工件的残余应力，提高疲劳强度，控制加工件各方位表面的粗糙度。水射流技术还可用于雕刻，以及半导体、硅、芯片的加工处理。就水射流清洗技术的发展来看，除了用于一般建筑结构的清洗，在浅海海底构筑物面用水射流清洗后，可恢复海洋生物的生态环境发展。集水射流工作系统、废液废料回收系统与射流介质循环利用系统于一体的水射流封闭系统，是水射流技术发展的典范。
4）空气射流切割物料的研究。空气射流直接用于吹扫尘埃，辅助其它清洗、切割、破碎作业，或用于喷雾除尘降温。另一种形式的空气射流——抽吸射流，在封闭清洗循环系统中用于捕集或回收废料。空气射流也能用于切割物料。据介绍，国外用马赫数M=3的超音速射流进行过这方面的研究。如果在气流中加入冰粒或干冰，切割效果会明显增强。
4 水射流技术在安全减灾环保中的应用
高压水射流技术广泛应用于桥梁、水电工程等大量使用钢筋混凝土结构的部门。特别在煤炭、石油、化工、军工、核工业等自然条件恶劣、工作危险的部门应用，能高效作业，大大减轻工人劳动强度、改善劳动环境、降低和防止危险事故的发生。在地震抢险和灾后重建工作中，高压水射流喷雾降尘和切割混凝土结构等能够发挥重要作用。
高压水射流技术还可作为一种先期预防或消除重大事故或灾害的手段。特别是在石油钻井和开采作业中，井下漏、喷、塌、卡事故是生产过程中常见的安全生产问题。如果在工程设计时，合理选择井下水力参数，提高钻头及喷嘴的质量寿命，就能事先将一些事故消除。而高压水射流技术的应用可避免化学添加剂和化学处理剂对工人身体的危害及环境的污染。
介绍两项水射流技术在建筑领域应用的实例，即解决高速公路渗水性问题以及非开挖缆线铺设工程，这也是两项安全工程技术〔6〕方面的技术创新。
4.1 排水性铺路材料恢复透水性能的方法
1948年，欧洲采用了一种透水性的高速路面铺设材料，1987年，日本东京也开始采用。其明显特点是降低噪音，雨天时车辆行驶安全性能好。带来的问题是，使用(2～3)年后，路面材料的透水孔隙会被砂土或粉尘堵塞。为此，日本东海大学海洋学部海洋土木工学科开发了一种高压水射流清洗装置并投入使用。其清洗效果如图4所示。
图4 高压水射流清洗恢复路面透水性效果
4.2 电磁诱导式非开挖缆线铺设方法
现代化城市建设，需要铺设的电缆、光纤、电话线等，传统的作法是地面开沟填埋。遇到不能开凿的地下粗管道或要横穿过河道时，会给施工带来诸多困难。城市里已经铺好的路面反复开挖的情况时有发生，这样不仅会增加施工的难度，使平整的路面伤痕累累，施工时，钢锯片切割混凝土或沥青路面产生的噪音，会对操作者造成伤害，而且扰民。
电磁诱导式非开挖缆线铺设法，顾名思义，就是在不开挖地沟的情况下，利用高压水射流及其它机械手段同电磁诱导器相配合，直接将缆线穿入地下。其主要优点是缩短工期，保护环境，施工安全，适用上下、水平与倾斜等多种情况。其基本性能是：
埋设直径：最大Φ400mm
铺设长度：最大300m
埋设深度（探知深度）：最大16m
缆线曲率半径：(12～35)m
适应土质：粘土质～石砾(粒径20mm以下)
