Il taglio plasma

Cos'è il taglio plasma?

Il termine plasma è utilizzato per identificare uno stato della materia in cui questa non è più composta da atomi e molecole ma da ioni ed elettroni.
Il getto di plasma viene ottenuto dall'arco elettrico sotto flusso gassoso che si crea tra un elettrodo infusibile (catodo), di natura variabile in funzione delle configurazioni (tungsteno, zirconio, afnio), e il pezzo da tagliare (anodo) e passando all'interno di un tubo con sezione ridotta che lo restringe, conferendogli le caratteristiche termodinamiche (temperature fino a 30.000 °K e elevata densità energetica) e cinetiche(velocità supersonica > Mach 1) necessarie per la creazione del plasma stesso e per il taglio. Lo spostamento della torcia e dell'ugello mantenendo una distanza costante tra torcia e superficie della lamiera, permette di creare ed alimentare costantemente il solco di taglio secondo le geometrie desiderate. E’un procedimento utilizzabile in manuale o in automatico.
Conosci invece il processo di saldatura al plasma? Scopriamolo insieme.  

Quali sono le diverse configurazioni delle torce di taglio plasma?

Esistono due tipi di torcia per il taglio plasma:

• Flusso di gas assiale: questo tipo di flusso è più adatto al taglio di acciaio inossidabile, alto spessore, e di leghe leggere. L'elettrodo è solitamente in tungsteno. 
• Flusso di gas a vortice (con eventuale utilizzo di acqua): in questa modalità di flusso, l'elettrodo è costituito da un inserto di zirconio o afnio, tenuto in una barra raffreddata. Gli spessori tagliati sono minori, ma le velocità sono maggiori.

Come scegliere un gas per il taglio plasma?

La scelta dei gas o delle miscele di gas è ampia, spesso sono raccomandate o consigliate dai prescrittori degli impianti di taglio in funzione del tipo di generatore e di torcia utilizzati.
In generale i fattori principali da tenere in considerazione per la scelta del tipo di impianto sono:

• Aspetto della superficie tagliata: in funzione del processo produttivo, il taglio potrebbe essere un processo intermedio (seguito da pulizia, decapaggio o altre lavorazioni) oppure un’ultima lavorazione, in questo caso occorrerà utilizzare gas e miscele che privilegino l’aspetto estetico di lucentezza e assenza di ‘bave’ o ossidazioni sulla superficie. 
• Saldabilità dopo il taglio: questo criterio tiene conto della qualità metallurgica delle saldature ottenute da lamiere precedentemente tagliate con un getto al plasma. L’aspetto da valutare, in tal caso è quello di garantire al giunto le corrette caratteristiche meccaniche e chimiche post saldatura.Occorrerà avere particolare cura a minimizzare la presenza sulle superfici tagliate di elementi che potrebbero essere dannosi alla saldatura come ossidi o nitruri.
• Velocità di taglio: di solito, soprattutto per lamiere sottili e per i materiali compatibili,  l’ossigeno permette di operare ad alta velocità. 
• Qualità delle condizioni operative esterne: la valutazione di questo criterio può guidare  alla scelta di soluzione di torce  a vortice azoto/acqua o soluzioni di taglio subacqueo, entrambe compatibili con la riduzione di fumi, rumori e radiazioni provenienti dalla sorgente plasma.   
• Spessori di taglio: anche in questo caso la scelta andrà fatta in funzione del proprio processo produttivo, valutando il rapporto qualità/produttività ed eventuali attività post lavorazione.

Quali sono i gas o le miscele più comunemente utilizzati?

Il taglio al plasma utilizza gas plasmogeni (che generano il plasma) e gas di assistenza (che garantiscono la qualità del taglio). I gas variano a seconda del tipo di materiale, dello spessore e del tipo di sistema di taglio (plasma tradizionale, ad alta definizione, torce a vortice, ecc.).
E’ necessario sempre utilizzare gas o miscele a basso contenuto di impurezza o inquinanti.
Di seguito, inticaticamente, le combinazioni più frequentemente utilizzate.

• Plasma Tradizionale
  • Aria compressa: Il gas più comunemente usato per tagliare acciaio al carbonio di spessori sottili e medi, acciaio inossidabile e alluminio. L'aria funziona sia come gas plasmogeno che di assistenza. Deve essere sempre garantita un’aria a bassissimo tenore di inquinanti come ad esempio l’umidità.
  • Azoto (N₂): Utilizzato principalmente per acciai inossidabili e alluminio. Il taglio con azoto è consigliato per ridurre l'ossidazione sui bordi e mantenere una buona qualità di taglio.
  • Ossigeno (O₂): Impiegato per acciai dolci e acciai al carbonio, migliora la qualità del bordo e aumenta la velocità di taglio. Riduce le scorie ma non è adatto per acciaio inossidabile o alluminio.
  • Argon-Idrogeno (Ar/H₂): Usato per tagli di spessore elevato (ad esempio acciaio inossidabile di oltre 50 mm). La miscela migliora la stabilità dell'arco e riduce l'ossidazione.
• Plasma ad Alta Definizione
  Questo sistema offre una qualità di taglio superiore grazie a una migliore concentrazione del fascio di plasma. I gas utilizzati:
  • Ossigeno (O₂) + Aria compressa: Impiegati per taglio di acciaio al carbonio, tagli più precisi e riduzione delle scorie residue. L'ossigeno viene usato come gas plasmogeno e l'aria come gas di assistenza.
  • Azoto (N₂) + Aria compressa: Ottimo per acciaio inossidabile e alluminio di medio spessore. Azoto per il plasma, aria compressa come gas di assistenza per migliorare la qualità del bordo.
  • Argon-Idrogeno (Ar/H₂) + Azoto (N₂): Questa combinazione viene impiegata per tagli ad alta precisione su materiali spessi come l'acciaio inossidabile, dove la miscela di gas riduce al minimo la rugosità e migliora la qualità della superficie tagliata.
• Torce a Vortice
  Le torce a vortice utilizzano il flusso di gas per creare un plasma più stabile e concentrato. Ciò offre un taglio più preciso e una maggiore velocità:
  • Azoto (N₂) + Ossigeno (O₂): Utilizzato per materiali sottili come l'acciaio al carbonio e inossidabile. Il flusso a vortice permette una migliore stabilità dell'arco e una riduzione delle scorie.
  • Argon-Idrogeno (Ar/H₂) + Azoto (N₂): Migliore per materiali più spessi e di alta precisione, come acciai inox o leghe speciali. Il vortice aiuta a concentrare l'arco su spessori elevati.
• Altri Sistemi (Dual Gas, Multi-Gas)
  Alcuni sistemi avanzati utilizzano una combinazione di gas per plasmogeno e gas di assistenza, ottimizzando il taglio:
  • Plasmogeno a doppio gas (Dual Gas): Una combinazione di argon o azoto con ossigeno o aria compressa per ottenere risultati migliori su materiali misti.
  • Multi-gas: Sistemi che permettono di cambiare dinamicamente i gas plasmogeni e di assistenza a seconda del materiale e del suo spessore. Possono utilizzare combinazioni di argon, ossigeno, azoto, aria compressa e idrogeno.

I generatori di plasma sono a corrente continua e richiedono una tensione di circa 300/400 V (a vuoto). L'alimentazione contiene infatti un sistema di accensione ad arco pilota, responsabile dell'accensione dell'arco plasma principale.

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