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等離子切割機的工作原理

現代工業需要對重型金屬以及合金進行加工：日常活動所需的工具及運輸載體的制造都離不開金屬。例如，起重機、汽車、摩天大樓、機器人以及懸索橋都是由加工成型的金屬零部件構成的。原因很簡單：金屬材料非常堅固和耐久。對于大多數制造而言，特別是在滿足大型和/或堅固性方面，金屬材料自然成為合理的選擇。

它是通過操控現知宇宙中普遍的物質形態之一進行加工的。本文中，我們將揭開等離子切割機神秘的面紗，看看這種工具是如何塑造我們周圍的世界的二戰中，美國的工廠生產裝甲和飛機的速度比軸心國快5倍。這些都多虧了工業在大規模生產領域所做的巨大革新。如何切割和連接飛機的部件就引發了其中一部分技術革新。許多生產飛機的工廠采用了一種新的方法，該方法涉及到惰性氣體保護焊的使用。突破性的發現在于通過電流電解的氣體可以在附近形成一道屏障，以防止氧化。該新方法使得焊縫更加整齊，連接結構的強度更堅固。二十世紀六十年代初，工程師們又有了新的發現。他們發現氣流速度和縮小氣孔有助于提高溫度。新的系統可以獲得比任何商用焊機更高的溫度。事實上，在這樣的高溫下，此工具并不再起到作用。相反，它更像是一把鋸，切割堅韌的金屬如同熱刀切黃油一般。

世界上的物質一共有四種狀態。在我們日常生活中所接觸的物質大多是固態、液態或是氣態的。物質的狀態由物質分子間的相互作用決定。以水為例：

固態的水就是冰。冰是由電中性的

原子按六角晶格排列而成的固體。由于分子間的相互作用穩定，因此呈保持形狀的固態。 ? 液態的水就是可以飲用的狀態。分子之間仍然保持著作用力，但相互之間以緩慢的速度移動。液體有固定的體積，但沒有固定的形狀。液體的形狀根據盛其器皿的形狀改變而改變。 ? 氣態的水則為水蒸氣。水蒸氣中，分子高速運動，相互之間沒有聯系。由于分子之間沒有作用力，因此氣體沒有固定的形狀和體積。

水分子獲得熱量的多少決定了它們的性質也決定了它們的狀態。簡單的說，更多的熱量使得水分子到達了擺脫相互之間化學鍵作用的臨界狀態。低熱量狀態下，分子間緊密結合，呈固態。吸收更多的熱量，分子間的作用力減弱，呈液態。再吸收更多的熱量，分子間幾乎失去了作用力，呈氣態。那么如果繼續對氣體加熱將會發生什么呢？這將使其達到第四種狀態等離子態。當氣體達到高溫度時，就進入了等離子態。開始使分子與分子之間徹分離。通常的原子由原子核（參見原子理論）中的質子和中子，以及包圍在原子核周圍的電子組成。等離子態時，電子從原子中分離出來。一旦使電子脫離了原子，電子就開始了高速的運動。電子帶負電，剩下的原子核帶正電。這些帶正電的原子核就稱為離子。

當高速運動的電子撞擊到其他的電子或是離子時，使等離子態有著特殊的性質，從而有了令人難以置信的切割能力。

等離子切割機的外形和尺寸多種多樣。有用機器人手臂控制切割的巨型等離子切割機，也有在手工作坊中使用的精簡的手持式等離子切割機。無論尺寸大小，所有的等離子切割機都是基于相同的原理，結構設計也大致相同。等離子切割機工作時，通過一個狹小的管道送出如氮氣、氬氣或氧氣的壓縮氣體。管道的中間放置有負電。在給負電供電并將噴嘴口接觸金屬時，就形成了導通的回路，電與金屬之間就會產生的電火花。隨著惰性氣體流過管道，電火花即對氣體加熱，直至其達到物質的第四種狀態。這一反應過程產生了一束等離子體流，溫度高達約攝氏16,649度，流速高達6,096米/秒，可使金屬迅速變為熔渣。等離子體本身有電流流過。只要持續給供電并且保持等離子體與金屬接觸，那么產生電弧的周期就是連續的。為能夠在確保這種接觸的同時避免氧化以及其他等離子體尚不可知的特性引起的損壞，切割機噴嘴裝有另外一組管道。這組管道持續放出保護氣體以保護切割區域。保護氣體的氣壓可以控制柱狀等離子體的半徑。

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