水刀工艺有纯水射流切割、有添加剂的水射流切割和磨料射流切割三种形式。磨料射流切割又分为低压前混合磨料射流切割和高压后混合磨料射流切割。其中，纯水射流设备结构最为简单，运行也可靠，同时切缝也窄；有添加剂的水射流因聚合物更利于射流的凝聚性，因而切缝细窄且质量好；前混合磨料射流则因低压工况而凸显出安全与可靠的优势；后混合磨料射流则因磨料的加人大大降低了同等切割目的下的压力。这些特点都将成为不同切割对象和切割要求的首要考虑因素，只有充分掌握了各种切割形式的优劣特性，才能针对实际用途游刃有余地选择。

    纯水射流切割是应用最早的水切割形式。尤其对纸板、橡胶、塑料等非金属材料（大多是聚合物）在200MPa压力下就能很好地切割。尽管影响水切割的因素很多，但压力仍是最重要的因素，即排出压力与喷嘴直径的最佳匹配是提高水切割效率所必需的。

    以直径d。一0.1 -0. 4mm的喷嘴，在排出压力范围为20 -220MPa、靶距为5mm、进给速度“为1.6mm/s条件下进行试验。对聚合物材料破坏的进一步观察表明，该喷嘴在p<40MPa压力下是不能破坏材料的。

    在喷嘴和材料不变的情况下，将排出压力增大到40-85MPa，结果在材料上的切槽深为0.1 -0. 2mm，这个压力视为最小临界压力。如果喷嘴直径减小则临界压力下降，因为当喷嘴直径减小时，承受破坏性载荷材料表面面积就减小，那么相对切割压力就增大。由于射流切割在最小临界压力下没有效果且质量极差，所以必须提高排出压力即增大射流压力，其结果增大了射流穿透深度。

    压力p=100-150MPa时，对厚度不超过2mm的PVC板、纸板和玻璃纤维板可以进行穿透切割，切割质量趋于完好，切缝光滑。而采用d。-0. 4mm喷嘴穿透切割12mm厚的材料需要近l50MPa的排出压力，其穿透切割断面的质量比采用d。一0. Imm喷嘴射流的结果要差得多，即切边不光滑。

    以纯水射流切割拼板玩具足以说明其切缝细窄的程度。当然，进一步提高射流排出压力，纯水射流也可用来切割金属板材，只不过这样得不偿失，因为加以磨料就能在相对低压区很好地切割。经验表明，无论采用何种形式的水切割作业，其射流排出压力大都控制在200 -300MPa(前混合磨料射流除外)，因为这一压力工况容易使技术、成本、可靠性与切割目的达到统一。

    在无磨料的超高压水切割系统的普通水中加入活性添加剂有利于改进射流性能，减少易损件的磨损量。添加剂实际上是一种局部线性的水解聚丙烯酰胺，其相对分子量为14×106 -18×106个。丙烯酰胺和丙烯酸中的羰基起着偶电极的作用，即碳原子携带部分正电荷，氧原子携带部分负电荷，负电荷的氧原子与水分子中部分正电荷的氢原子无休止地结合形成了氢氧化物结构。在水中兑入3%的这种添加剂，则每个聚合物单位能结合13个或14个水分子，结果全部形成微分子结构使水聚合，预期这种微结构促进了稳定的层流，减少了湍流或边界层涡流的形成。氢结合水分子形成聚合物即长链微结构，在自高压喷嘴喷出后仍明显地保持其分子结构。这就证实了其很好的射流聚焦作用。

    添加剂直接在泵吸人前引注、混合，其引注量为水体积流量的0. 1%-0. 2%，推荐水与添加剂的混合加热温度为29.5℃左右。在介质进入泵（或增压器）之前要有充分的溶解时间(3-4mln)。

    虽然引注添加剂对提高切割质量、切割速度、减少流体阻力等有着显著的作用，但更值得重视的还应当是添加剂对水射流的凝聚作用，因为这一作用不但能进一步减小切缝宽度，而且延长了水射流的有效靶距。在普通水中加入体积分数0. 1%的添加剂，相同靶距处的射流断面面积缩小了10倍多（即A1=0. 08A），而射流的有效靶距则延长了一倍多。

    应用聚合物添加剂还将使喷嘴寿命延长35%-40%。喷嘴内的流体速度主要取决于边界层的湍流程度，而边界层的湍流程度又取决于喷嘴内表面的粗糙度。由于长链黏一弹性聚合物结构的溶液在边界形成了薄层，其包覆了喷嘴内壁的缺陷，因而防止了喷嘴内壁在高速射流束下的摩擦；同时，液体的内层沿着聚合物边界层流动而不是沿着喷嘴内表面缺陷流动，使这些层流以一个较大的速度通过喷嘴，形成了较好的凝聚射流。以清水和聚丙烯酰胺溶液切割材料时切割宽度与靶距的关系。

    在水射流中，引射磨料有两个目的：一是切割同样的材料可以较大幅度地降低压力；二是在同样压力工况下可以切割难度更大的材料，如金属板材、石材等。磨料射流的技术性问题已见诸其他章节，这里仅讨论磨料射流切割的特点。

    前混合磨料射流以其在喷嘴之前水与磨料的均匀混合为优势，可在很低压力下切割金属板材（这里，混合罐内磨料与水成悬浮液状态）。为前混合磨料射流磨料流量对切缝深度的影响。当压力自35MPa升到70MPa时，磨料流量相同而切缝深度却增大两倍；同时，当磨料流量超过5kg/min时，其对切缝深度不再有明显的影响。更换喷嘴，在压力50-200MPa工况下，磨料流量为3 kg/min时的试验曲线。

    后混合磨料射流亦即在水喷嘴后引射磨料混合，这种形式的混合程度不如前者，但它结构简单，又以水射流设备为基础，更重要的是其切缝宽度相对细窄，切割精度较高（前混合磨料射流的先决条件是低压大流量，其喷嘴直径较大，切缝较宽，悬浮液磨料射流是一个特例），因此应用最为广泛，通常所说的磨料射流也就是指后混合磨料射流。下面以一组试验说明磨料射流特性。

    试验所用的板材为冷轧钢、奥氏体不锈钢、高强度铝合金、聚丙烯和玻璃纤维增强聚苯硫化物，磨料为氧化物（120#石榴石），在压力与磨料流量给定之后，喷嘴以给定切割速度沿切割方向运行(切割精度0.01mm)。试验得出以下结论：切缝宽度随着磨料流量和喷嘴直径的增加而增大；在无磨料情况下只能切割塑料；切槽斜度随喷嘴靶距的减小而减小，当喷嘴靶距小于2. 5mm时切缝宽度几乎与喷嘴直径等值；磨料水射流在较小的喷嘴靶距下能够全部剔除毛刺，但由于塑性使然，穿透聚丙烯板后在其底部要堆积切屑，不用磨料有助于改进表面粗糙度。在实际应用中，减小靶距、降低磨料流量有助于提高水射流切割各种板材的精度，这就是高压水工况与磨料条件（硬度、粒径、流量等）的对立统一问题。

   在基本相同的磨料射流条件下采用不同的射流压力切割聚碳酸酯材料的动态光弹性纹理图片。在1.2s时射流的最大穿透深度为7.5mm，这里，射流流量为2.5 L/min，蓝宝石材料的水喷嘴直径为0.3mm，碳化钨材料的磨料喷嘴直径为1. 02mm。这两个试验过程的图片充分说明了水刀压力对磨料射流的作用。