Saldatura al plasma e suoi vantaggi

Quali sono i prodotti d'apporto per la saldatura al plasma?

I materiali d'apporto sono forniti in bobine e sono simili a quelli utilizzati per la saldatura TIG. Hanno di norma una composizione analoga a quella dei metalli da assemblare. I gas d’apporto hanno il duplice scopo di proteggere il bagno di fusione dall’azione dell’atmosfera circostante, e di creare l’arco di plasma (argon, miscela argon-idrogeno, ecc.).
Il processo richiede anche componenti soggetti ad usura e quindi a sostituzione periodica, quali ad esempio: elettrodi, ugelli, componenti delle linee di adduzione gas ecc.
Air Liquide, azienda esperta in sistemi di saldatura, è a vostra disposizione per rispondere a qualsiasi domanda sulla saldatura ad arco elettrico, del tipo plasma, MIG MAG, TIG o laser e per assistere nella scelta delle apparecchiature di saldatura e di taglio, nonché nella selezione dei consumabili quali ugelli, torce e gas.

Che cos’è il “Keyhole”?

La tecnica Keyhole (letteralmente "a buco di serratura") è l'espressione massima della potenza e della precisione della saldatura al plasma in modalità automatica. Visivamente, sembra che la torcia stia tagliando la lamiera a metà, mentre in realtà la sta saldando con una penetrazione totale e perfetta.

Principali fasi del processo keyhole

1. Lo sfondamento (L’apertura del foro)
Quando l'arco viene innescato, l'enorme calore (oltre 20.000 °C) fonde istantaneamente il metallo. Contemporaneamente, la pressione cinetica del gas plasmogeno permette di far fuoriuscire fisicamente il metallo liquido.

2. La formazione del "Keyhole"
Si viene a creare un foro passante attraverso l'intero spessore del giunto (fino a 8-10 mm su acciaio o titanio). Il dardo di plasma attraversa questo foro e fuoriesce dalla parte opposta (al di sotto della lamiera).

3. Equilibrio tra velocità di fusione e avanzamento
La torcia avanza a velocità costante e contemporaneamente il plasma fonde il metallo di base sul fronte del foro. Il metallo fuso, spinto dalla pressione dei gas e guidato dalla sua stessa tensione superficiale, scivola lungo i bordi del foro e fluisce verso la parte posteriore.
L’unione dei lembi avviene per il fatto che Il bagno di fusione è sostenuto e mantenuto in posizione da un equilibrio di tre componenti:

• La pressione del dardo di plasma.
• La pressione del gas di protezione
• La tensione superficiale del metallo liquido, che tende a farlo "aggrappare" ai lembi solidi.

4. Chiusura e Solidificazione
Non appena la fonte di calore si allontana. Il metallo fuso che è fluito nella parte posteriore del foro si raffredda rapidamente e solidifica, unendo i due lembi in un unico cordone di saldatura perfettamente compatto, con una radice (la parte inferiore) liscia e regolare.

I vantaggi del Keyhole

Rispetto al tradizionale TIG o filo continuo (MIG/MAG), lavorare in Keyhole offre vantaggi produttivi come:

• Nessuna necessità di cianfrinatura: su lamiere di spessore medio alto, con altri processi occorrerebbe fresare o molare i bordi a "V" (cianfrino), riempiendo poi lo spazio vuoto con molti passaggi di filo d'apporto. Col Keyhole, è possibile operare in singola passata e talvolta senza materiale d'apporto.
• Alta velocità: è possibile fondere l'intero spessore in unica passata rispetto a più passate con metodi tradizionali.
• Deformazioni minime: la zona termicamente alterata (ZTA) è strettissima e l'apporto di calore è molto concentrato. I componenti si scaldano meno con conseguenti minori tensioni e deformazioni.
• Minore rischio di inclusioni o porosità alla radice: Poiché l'arco passa attraverso l'intero spessore spazzando via le impurità, il rischio di difetti di radice è molto ridotto.

Che cos'è il Melt-in?

Se il Keyhole è la massima espressione dello sviluppo energetico del plasma in saldatura, la tecnica Melt-in (letteralmente "fusione per conduzione") è la sua versione più controllata e "tradizionale".

La tecnica Plasma Melt-in

In questa modalità, il plasma lavora in modo molto simile al classico processo TIG, fonde la superficie del metallo e crea un bagno di fusione che si propaga verso il basso esclusivamente tramite il calore trasferito (conduzione termica), senza forare la lamiera da parte a parte.

Per mantenere questa condizione, la portata del gas plasmogeno deve essere contenuta (tipicamente tra 0,5 e 1,5 L/min). In questo modo, il dardo di plasma manterrà sempre un'energia termica altissima, ma la pressione 'meccanica' del gas sarà insufficiente per "sfondare" il metallo liquido.

Di seguito le principali fasi del processo:

1. Creazione del dardo cilindrico
Quando scocca l'arco trasferito, il plasma comincia a fuoriuscire dall'ugello costrittore. A causa della bassa portata di gas centrale, il getto assumerà la forma di un cilindro molto regolare e altamente concentrato.

2. La formazione del bagno superficiale
Il dardo, a contatto con la superficie dei lembi da unire, porterà immediatamente a fusione lo strato superiore del metallo. Il metallo fuso assumerà la classica forma a "calice"

3. La penetrazione per conduzione termica
La profondità della penetrazione del giunto sarà solo in funzione di quanto calore propagherà dalla superficie verso il fondo della lamiera. All'aumentare della corrente impostata il bagno aumenterà larghezza e profondità. Qualora si effettuino giunzioni di spessore superiore a 2-3 mm, probabilmente sarà necessario aggiungere materiale da bacchetta o da bobina, proprio come nel TIG.

Perché usare il Plasma Melt-in invece del TIG tradizionale?

• L'arco del TIG ha forma conica (a campana). Se la torcia TIG si allontana dal pezzo, l'area riscaldata si allarga significativamente, riducendo di conseguenza la penetrazione. Il plasma Melt-in ha una forma quasi perfettamente cilindrica con il vantaggio che l'impronta termica e la penetrazione rimangono costanti anche al variare della distanza torcia-pezzo.
• Densità di energia: A parità di Ampere, il plasma Melt-in è molto più concentrato del TIG. Questo si traduce in un cordone più stretto, una Zona Termicamente Alterata (ZTA) ridotta e, di conseguenza, minori deformazioni del pezzo.
• Nessuna contaminazione da Tungsteno: Nel Plasma, l'elettrodo è nascosto e protetto dentro l'ugello: è fisicamente impossibile toccare il bagno di fusione (e conseguente rischio di inquinamento) con il tungsteno.