水刀流技术作为一项高效、环保的除锈工艺，历经数十年发展，已从早期的磨料射流工艺演进为以超高压纯水射流与智能爬壁机器人相结合的主流解决方案。本报告基于技术文献，对水射流除锈的技术路径、关键参数、系统构成及应用标准进行综合分析，呈现该技术领域的发展脉络与工程实践。

一、技术发展路径：从传统工艺到超高压纯水射流的跨越

传统除锈工艺如人工锤击、砂纸打磨及后来的气动喷砂，虽能完成任务，但存在劳动强度大、环境污染严重（粉尘与废渣）、损害工人健康（矽肺风险）及处理成本高等弊端。20世纪80年代，初期高压水射流（约35MPa）虽能清除浮锈与海生物，但因打击力不足，无法达到涂装预处理标准（如Sa2.5级）。90年代兴起的磨料水射流技术（压力约70MPa，混入石英砂）虽提升了除锈效率与质量，但其对磨料的干燥度、输送连续性及作业后处理要求苛刻，尤其在船舶等高危高空作业中难以稳定应用，加之存在二次污染与表面残留问题，最终未能成为主流。

为克服磨料射流的局限，技术方向转向超高压纯水射流。国际实践与大量试验表明，将水射流压力提升至 200-250MPa 范围，足以使纯水射流获得足够的能量密度，有效破碎并剥离锈层及旧涂层。这一压力区间被视为兼顾效能与经济性的“黄金门槛”。压力的跃升也推动了执行机构的变革：为克服超高压带来的巨大反冲力，自动化爬壁机器人逐步取代人工持枪作业，标志着水射流除锈进入智能化、系统化阶段。

二、现代成套系统的核心构成与技术集成

当前先进的水射流除锈系统是高度集成的三位一体装置，其效能取决于各子系统的精密协同。

1. 超高压泵机组：系统的动力核心

作为动力源，超高压泵机组需在严苛工况下（水介质、超高压、连续运行）保持高可靠性。技术关键在于平衡压力、流量与功率。主流机组将额定压力设定在280MPa，以提供200-250MPa的工作余量；流量控制在30-40 L/min，以匹配除锈效率与表面即时干燥的需求；功率相应达到160-250kW。设计更注重通过优化泵速（如300-350 min⁻¹）、采用高强度材料（如9Cr18不锈钢）及改进密封技术来提升寿命与稳定性，而非单纯追求更高压力。

2. 爬壁机器人：智能执行单元

机器人集行走、附壁、射流三大功能于一身。行走采用双电机差分驱动，实现直线与“之”字形路径规划。附壁依靠真空吸附（真空度约-0.06MPa），其产生的吸附力矩必须大于机器自重、管路拖拽力等构成的倾覆力矩。射流部分则采用自旋转喷头，利用喷嘴倾斜安装产生的反冲扭矩驱动旋转（转速400-600 r/min），使射流以剪切与打击复合作用覆盖工作面。其单次清洗宽度约300mm，行走速度可达46.3 mm/s。

3. 真空回收系统：环保与干燥的关键

该系统与机器人真空腔直接连通，实现两大功能：一是为机器人提供附壁力；二是即时抽吸剥离的锈渣、废水和水汽。在超高压射流导致的温升（80-90℃）与真空环境的共同作用下，被处理表面可实现“即除即干”，这一突破性进展从根本上缓解了水除锈后的瞬时返锈难题，满足了涂装前的表面状态要求。

三、关键工艺参数的协同优化

水射流除锈的效果是多重工艺参数非线性作用的结果，需通过系统试验找到最佳匹配点。

压力与流量的权衡：压力是决定除锈能力的首要因素，200MPa为有效门槛。流量则影响打击总功和覆盖速率。研究表明，在压力达标后，将流量维持在30-35 L/min能在除锈效果、设备成本和表面干燥三者间取得最佳平衡。文档强调，机组参数的匹配是成套技术的核心成果。

靶距与行走速度的精准控制：最佳靶距范围较窄（15-50mm），需根据表面轮廓动态调整，以保证打击力集中且覆盖连续。行走速度与除锈质量直接冲突，需根据最终涂装等级要求反向确定。例如，为达到高标准（如WJ-1），需降低行走速度；而对要求较低的表面，则可提高速度以提升效率。

喷嘴角度与旋转动力：喷嘴通常以30°至90°的角度安装，形成驱动喷头旋转的扭矩，并对不规则表面产生剪切与弯曲的复合打击力。旋转速度需与行走速度协调，以避免轨迹不连续或射流雾化。

特种射流技术的探索：以脉冲射流（如自激振荡式）为代表的低能耗技术是重要方向。其通过水锤效应，可在约69MPa的中等压力下实现近似210MPa连续射流的除锈效果，但当前受限于功率，适用于特定场景。

四、标准化建设与应用优势评估

1. 标准体系的完善

水射流除锈的质量评价已深度融入国际表面处理标准体系（如ISO 8501）。更具针对性的是，美国NACE/SSPC联合标准引入了对不可视污染物（如可溶性盐分） 的洁净度等级（SC-1至SC-3），凸显了水射流在去除盐分方面的独特优势。我国在此领域表现领先，已制定并实施了包括 GJB 5251-2003《舰船用超高压水射流除锈设备通用规范》 在内的多项国家及行业标准，为技术规范化、市场规范化提供了坚实保障。

2. 综合技术经济性优势

相较于传统工艺，现代超高压水射流除锈系统展现出显著优势：

环境友好：作业过程无粉尘，废弃仅为少量浓缩的锈渣泥浆，易于集中处理。

高效优质：自动化作业效率高，并能同时去除锈层与对涂层寿命危害更大的可溶性盐分，表面粗糙度均匀，利于涂层附着。

基材友好：属于冷加工，不会引起基材热变形或产生有害残余应力。

安全经济：实现远距离遥控，保障了高危环境作业安全；长期运营成本低于传统喷砂。

五、未来挑战与展望

尽管技术已趋成熟，但未来发展仍面临挑战：需进一步降低超高压核心部件（如泵、密封、喷嘴）的成本并延长其使用寿命；优化系统整体能耗；拓展技术在复合材料涂层清除、异形结构处理及核生化污染表面去污等更复杂领域的应用。同时，中低压水刀技术的工程化突破，也将为市场提供更多样化的解决方案。